案例教学中案例知识库的设计与实现

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  引言
  
  案例教学作为现代教学方法的一种,其依托丰富的既有案例。对拓展学员思维、活跃课堂气氛、创新教学模式等都起着积极的推动作用。然而,案例资源涉及的知识面广、学科交叉多、深度大,有的甚至比较复杂,难于被所有教师一一熟记和理解。针对这样的困难,开发案例知识库。辅以图文系统,作为案例教学的辅助教学系统,有助于减轻教师的压力,提高教学效率。
  数据库技术发展极为迅速。在各个领域都有较为广泛的应用。目前,较为流行的关系型数据库技术几近成熟,其表中字段个数几乎不受限制。字段类型丰富、可扩展能力强大灵活,系统易于维护与管理等一系列优点。为此,本文给出了运用数据库系统构建案例教学所需知识库的设计思想,存储模式和搜索策略,将数据库系统引入教学实践,运用强大的知识优势和资源优势,可拓宽学生知识面。提升现代教学能力,提高教学质量。同时,案例知识库的开发可为智能教学系统提供底层支撑。
  
  一、案例知识的表示
  
  所谓案例知识,即是指关于历史范例所有知识的总和。它包括案例的条件、过程、结果等众多内容。此类知识用面向对象、方法或框架系统可以较好地表示出来。然而,结构化知识表示的复杂性及可扩展能力受到限制,使得所建立案例知识库存在着知识一致性难以保证、扩展能力有限、难于维护等不足。
  针对案例知识表示的实际,可将案例知识等价转化为一组知识的合取或析取,进而简化知识表示结构。提高表示效用。事实上,案例知识一般由问题与处境、解答和后果三部分组成,其可由规则组合而成,虽牺牲了一部分计算效率,却取得了案例知识库的最好组织结构性和一致性。
  
  二、案例知识库设计
  
  将案例知识用规则表示后,设计合理的存储结构和搜索策略,才能控制所建立案例知识库的规模。并使其具备较高的效率。通常情况下,某一或几个领域的案例都存在或多或少的区别。为此,将案例划分为本质区分类和非本质区分类,然后再对这两类案例进行细分。
  根据这一案例划分,采用逐步细化的由顶至下的设计思想,即首先确定案例知识库的顶层内容,按后再依次作必要区分和不必要区分,这就形成层次存储结构。依次该层次存储结构,利用区分原则和案例的关键字,可确定分级搜索策略。这样,设计的案例知识库在确保案例知识完备的同时,使其具有良好的组织结构性,进而便于之后的维护及扩展。
  在案例库的设计过程中,关键要把握区分原则和案例的关键字设计。只有作合理区分,才能使案例库在最小规模控制下具备最大一致性。另一方面。过细区分使得案例库规模呈指数增长,搜索效率降低,浪费计算机资源。关键字的设计直接关系到能否成功检索到所需案例,必须充分研究案例,挖掘案例规则表示的共性。建立复合型关键字,即以一种关键字为主,另一种关键字为辅,必要时辅以逐条搜索机制,确保顺利执行查找,搜索到相应目标案例。
  
  三、案例知识库的构建
  
  依照案例知识库设计思想,在层次存储结构和分层搜索策略的基础上,利用关系型数据库,可以构建案例知识库。这里,以关系型数据库为平台,目的是充分利用其表间的对应关系,精确定位规则的地址,避免重复搜索。另一方面,关系型数据库的表示方法灵活,表中字段可以根据实际需要灵活运用。具体实现为:
  (1)构建案例知识库的整体框架。运用Acess数据库,建立以层次存储结构为主体。目标规则为存储单元的框架。即建立起以区分表为顶层,索引表为连接,目标规则表为底层的储存模式。(2)研究案例及其之间的区别,确定区分原则,建立区分表。通常情况下,案例以学科、类别、科目等为大类区分,再依此划分隶属级别,进而保证区分的正确性。其中,区分表存储相应的目标规则索引、地址和解释。(3)对案例进行初步分类,并寻求其中的内在一致性,建立索引表。索引表存储目标规则的地址、字段等内容。(4)分析案例,将其等价抽取为规则,并作一定的合并、筛选、简化,以知识块的形式存储于目标规则表。这里,根据实际问题的需要,将目标规则表拆分为两张子表,即规则前件表和规则后件表。其中,规则前件表主要用来存放规则的环境、解答:规则后件表主要用来存放规则的解答和后果。这两张子表间以规则的解答过程为链接。(5)案例知识库的一致性检查。对各表及存储内容作逐条检查,消除搜索的二义性,确保能准确查找到目标规则。(6)建立补充的冲突消解策略,消除由于潜在的知识一致性而带来的冲突问题。
  
  四、冲突消解
  
  任何一个系统,无论其智能或自动化程度有多高,还是在设计与实现过程中如何注意各项细节,都存在这样或那样的缺陷。案例知识库只是智能系统的底层支撑,它涉及知识间的冲突,为此,针对此问题建立的补充冲突消解策略如下所述。
  根据知识闻的冲突性质,我们把只能减少、不可消除的冲突称为第一类冲突;而把可以消除的冲突称为第二类冲突。对于第二类冲突,在系统设计时就可能存在,其潜在的威胁是致命性的,可能会直接导致案例知识库的失效。针对此类冲突,案例知识库的冲突消解策略为:(1)赋予规则以优先级,在搜索过程中按优先级高低执行;(2)对同一优先级规则,按顺序执行。
  
  五、结论
  
  案例知识库的构建涉及知识的表示、存储、搜索等一系列相关问题,是案例教学所要面临的首要任务。本文运用关系型数据库的优点,结合案例的特点,合理地设计了案例知识库的结构,并给出了搜索策略和冲突消解策略,实现简单,实用性较强。案例知识库的构建充分发挥了数据库系统在教学实践中的作用,为教师们提供了教学平台,有利于推动辅助教学系统的开发,从而提高计算机应用层次,提高教学质量。
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