Institute for Program Structures and Data Organization Universität Karlsruhe Germany Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt Jordi Navas Betreuer: Kaldoun Ateyeh

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 2/31 Überblick SCORE DIPLOMARBEIT -Problemstellung und Ziele -Lösungsansatz -Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 3/31 SCORE: Motivation Die Entwicklung von multimedialen Lernmaterialien ist sehr zeit und kostenintensiv Wiederverwendung Verschiedene Zielgruppen mit verschiedenen Bedürfnissen Anpassungsfähigkeit SCORE Ziele PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungsansatzt AUSBLICK Knonzepte Repository Entwicklung eines Kurses Motivation Metadaten

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 4/31 SCORE: Ziele Die Erhebung der Qualität und das Reduzieren der Kosten der Entwicklung der Lernmaterialien. Die Entwicklung von anpassungsfähigen Lernmaterialien, um die Anforderungen von verschiedenen Autoren, Dozenten und Studenten zu unterstützen. Unterstützung der kooperativen Entwicklung und Austausch der Lernmaterialien. SCORE PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungsansatzt AUSBLICK Knonzepte Repository Entwicklung eines Kurses Motivation Metadaten Ziele

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 5/31 SCORE: Lösungsansatz Aufteilung der Kursunterlagen in semantisch abgeschlossene Lernmodule Trennung Verschiedener Aspekte: Inhalt, Struktur und Präsentation Verwendung von standardisierten Metadaten Entwicklung und Verwendung von Gruppen- und domainspezifische Ontologien SCORE Ziele PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Knonzepte Repository Entwicklung eines Kurses Motivation Metadaten Lösungsansatzt

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 6/31 SCORE: Modularisierungskonzept Views of single authors Group of authors Learning Subject Integration Module Learning unit Structural module Atome Presentational module Print view Presentational module Print view Presentational module Face-to-face view SCORE Ziele PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungsansatzt AUSBLICK Repository Entwicklung eines Kurses Motivation Metadaten Knonzepte Presentational module Distance learning view

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 7/31 SCORE: Learning Repository Module Atome Metadaten Module: Integration Module Structural Module Presentation Module Atome: Lerninhalt Metadaten: Beschreibt die verschiedene Aspeke der Lernobjekte Kurse Kurse: Zusammenstellung von Präsentation Module TAMINO Ontologie: Eine Menge von Konzeptdefinitionen und ihre Beziehungen Ontologie SCORE Ziele PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungsansatzt AUSBLICK Knonzepte Entwicklung eines Kurses Motivation Metadaten Repository

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 8/31 SCORE Ziele PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungsansatzt AUSBLICK Knonzepte Repository Entwicklung eines Kurses Motivation Metadaten SCORE: Metadaten Allgemeine Merkmale Lifecycle des Lernobjekten Technische Aspekte Pädagogische Aspekte Beziehungen mit anderen Lehr-/Lernmaterialien Kommentierungen Klassifizierung in der Ontologie Art der Module

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 9/31 SCORE: Entwicklung eines Kurses Gespeicherte Module Suche der Module Passende Module Kurs mit Metadaten Definierung der Struktur des Kurses Aufbau des Kurses Search Metadata Editor Presentation Generator Release des Kurses UploaderStructuring Tool Module BuilderOntology BrowserExport SCORE.Search SCORE.ModuleBuilder SCORE.Export SCORE.CourseBuilder

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 10/31 MOTIVATION DER DIPLOMARBEIT Um passende Inhalte in einer Lernmaterialsammlung zu finden, müssen dem Benutzer effektive Zugriffs- und Suchmechanismen zur Verfügung gestellt werden Student: Moderne Lerntheorien Konstruktivismus - Exploratives Lernen. SCORE PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie Motivation

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 11/31 LÖSUNGANSATZT Suche über SCORE-Metadaten -Verschiedne Aspekte des Lernobjekts sind spezifizierbar -Unterscheidung zwischen einfache und Komplexe Suche Ontologien -Domainspezifische Ontologien stellen eine gemeinsame Basis für die Kooperation und Austausch von Lerninhalten -Ontologie-Browser SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie Lösungansatzt

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 12/31 LÖSUNGSANSATZ: Globale Aspekte Tamino Datenbankzugriff Suche in Metadaten Ontologie Browsing Metadaten Module Atome Ontologie XML Server Ontologie Browsing API Kurse infoAsset SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie Lösungansatzt

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 13/31 SUCHE: Term/Document frequencies Anfrage: Term Information retrieval index Information retrieval index Document frequency Term frequency Metadaten Anzahl von Dokumenten die den Term beinhalten Anzahl der Vorkommnisse des Terms in den Metadaten Terms der Anfrage (Natural language) SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie Suche in Metadaten

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 14/31 RANKING(1/2): VECTOR SPACE MODEL Anfrage Dokument Jeder Term der Anfrage ist eine Dimension Die Anfrage ist für das System auch ein Dokument Die Dokumentenvektoren mit dem kleinsten Kosinus sind für das System relevanter/wichtiger D2 D1 Vektordimension: log(tf) x log(idf) tf: term frequency idf: inverse document frequency (1/df) Vektordimension: log(tf) x log(idf) tf: term frequency idf: inverse document frequency (1/df) COS(Q,D) = (D x Q) / (|D|)(|Q|) SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie Suche in Metadaten

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 15/31 RANKING(2/2): Struktur der Metadaten Die Metadaten sind strukturierte Dokumenten Einige Felder werden Term Frequency höher bewertet Feld Bewertung Keywords Title Description SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie Suche in Metadaten

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 16/31 Ontologie Browsing infoAsset Ontologie Browsing Präsentationsebene Tamino Metadaten Ontologie Der Benutzer sucht in der Ontologie infoAsset Event Information Refresh Datenbankzugriff SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Implementierung Entwicklung der Ontologie Ontologie Browsing

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 17/31 Kennt nis- erfass ung und Kodierun g Kennt nis- erfass ung und Kodierun g ONTOLOGY: Entwicklung Kick Off Phase Kick Off Phase Auswert ung Wartung SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 18/31 ONTOLOGIE: Prozess der Entwicklung Das Prozess ist iterativ Eine Folge von Prototypen Glossary of terms Glossary of terms Classification trees Classification trees Binary relations diagrams Binary relations diagrams SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 19/31 ONTOLOGY: Akquisition der Kenntnisse Vorhanden Lernmaterialien Verwandte Bücher Technische Wörterbücher SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 20/31 ONTOLOGIE: Glossary of Terms Glossary of Terms: -Unstrukturierte Liste der Konzepten -Kurze Beschreibung Quellen der Kenntnisse Quellen der Kenntnisse Hash Index bei Wert zugegriffen Platte Zufällige Zugrifft und permanente Speicherung SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 21/31 ONTOLOGIE: Classification trees Classification trees: -Verbinden von Termen in Form von Klassen und Unterklassen -Erzielen einer Taxonomie Hash Static hash Dynamic hash Linear hash Extensible hash

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 22/31 ONTOLOGIE: Beziehungen Die Binary Relations Diagrams beinhalten die notwendige Beziehungen zwischen Konzepten der Ontologie Die Beziehung für die Strukturierung der Konzepte sind nicht in den Binary Relations Diagrams. Sie sind in den Classification trees Ziele der Beziehungen der Ontologie: -Verbesserung der Semantik der Ontologie -Diversifizierung der Aufgaben, in der die Ontologie benutzt werden kann SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 23/31 ONTOLOGIE: Beziehungen der Ontologie: is_a Ermöglicht die Entwicklung der Taxonomien Strukturiert die Kenntnisse in Klassen und Unterklassen Hash Linear HashExtensible Hash Dynamic Hash Static Hash SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 24/31 Entwickelte Ontologie Index structure Hash B Tree Linear hash Extensible hash One-dimensional index Multidimensional index Hash-like multidimensional index Tree-like multidimensional index Tree B* Tree Dynamic hash Static hash B+ Tree SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 25/31 ONTOLOGIE: Beziungen der Ontologie: is_prerequisite_of Diese Beziehung stellt eine Ordnung zwischen Lernmaterialien auf Hilfreich bei der Entwicklung von Structural Moduls Dynamic Hash Static Hash Manche Konzepten basieren auf anderen Konzepte One-dimensional index Multi-dimensional index SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 26/31 ONTOLOGIE: Beziungen der Ontologie: are_related Manche Konzepte tendieren früher oder später zusammen vorgestellt zu werden Es ist oft interessant zu wissen, welche Lernmaterialien verwandt sind: -In Kurse werden oft verwandte Lernmaterialien vorgestellt -Integration Module sind eine Zusammenstellung von verwandte Lernmaterialien Buffer Management Recovery SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 27/31 ONTOLOGY: BINARY RELATION DIAGRAMS Ziel: -Festlegung aller notwendigen Beziehungen außer der is_a Dynamic Hash Static Hash One-dimensional index Multi-dimensional index Is_prerequisite_of are_related Buffer Management Recovery SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Implementierung Entwicklung der Ontologie

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 28/31 ONTOLOGY: ITERATIVE DEVELOPMENT PROCESS Das Prozess ist iterativ Eine Folge von Prototypen Glossary of terms Glossary of terms Classification trees Classification trees Binary relations diagrams Binary relations diagrams SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung Unstrukturierte Konzepte Taxonomien: Klasses/Unterklasses Unstrukturierte Konzepte

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 29/31 IMPLEMENTIERUNG SCORE Motivation PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Lösungansatzt AUSBLICK Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 30/31 In Arbeit: Raffinierung der Suche mit der Ontologie Implementierung der Ontologie mit InfoAsset Raffinierung der Suche Dokumente, die in der der Ontologie zu einem Konzept gehören werden in der Anfrage berücksichtigt Anfrage Ähnliche Dokumenten SCORE PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 31/31 ZUSAMMENFASSUNG Motivation: Effektive Suchmechanismen sind wichtig für die Wiederverwendung und Austausch von Lerh- /Lerninhalten aber auch für effektives Lernen Lösungsansatz: -Suche über Metadaten -Ontologien Implementierung eines Suchdienstes SCORE PROBLEM/LÖSUNG AUSBLICK ZUSAMMENFASSUNG

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 32/31 AUSBLICK: Ranking Feedback Manueller Feedback: -Sind die Benutzer eines Dokumentes damit zufrieden? Automatische Feedback: -Welche Lernobjekte werden am meisten verwendet? Berücksichtigung des Feedbacks in das globale Ranking SCORE PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt 33/31 Vielen Dank! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen vom SCORE: