第四章 系統架構及實作
4.2 建置國小資訊教育-數位學習資源知識本體
4.2.3 建立實例（Individuals）
在建立實例的部份，我們先點選 Individuals 功能選單進入實例模組區塊，本區分成三個 工作區，由左至右依次為類別瀏覽（Class Browser）、實例瀏覽（Instance Browser）、
實例編輯（Individual Editor）。建置步驟為：在類別瀏覽工作區選取要加入實例的類 別，再於實例瀏覽工作區中建立實例（Create Instance），最後在實例編輯區修改實例的 屬性，完成本體的實例建置。在此我們以建置「教學軟體」的實例加以說明如下：
我們點選類別瀏覽區中的「教學軟體」，在實例瀏覽區新增實例，以本校擁有授權 的教學軟體為主，例如：非常好色 7、魅力四射 3、魅力四射 5、Windows XP、Windows 7…等。再於各教學軟體的實例加上屬性 grades 和屬性 license，完成整個操作步驟。
圖 4-10：使用 Protégé 建置實例屬性關係
為了驗證本文的知識本體是否能夠查詢，我們使用 Protege 的 SPARQL Query panel 功能 視窗來進行本體資料查詢，如圖 4-11 所示。
圖 4-11：SPARQL Query panel 功能視窗圖 1.點選類別
2.建立實例
3.設定屬性
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SPARQL Query 所開啟的視窗畫面如圖 4- 12，我們在這個視窗中輸入 SPARQL 語法，
可檢視輸出結果，如圖 4-13。
圖 4-12：SPARQL 語法測試本體資料
圖 4-13：SPARQL 語法查詢本體資料的輸出結果
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4.3 數位學習資源的語意查詢服務建置
本研究以 Apache Jena 官方網站所提供的 Jena 套件來建置語意查詢服務，我們下載 Fuseki（jena-fuseki-0.2.4-20120701）的版本安裝建置。其中包含 Query 模組和 TDB 資 料庫，本系統其建置環境與操作步驟說明如下:
1. 本研究語意查詢系統執行環境採用微軟視窗作業系統（Windos 7，XP 亦可）當 作伺服器。Java 執行環境需要 Java JDK 1.6.0 以上版本。
2. 安裝 Fuseki:將已下載的 Fuseki 套件解壓縮至 c:\ ，如圖 4-14。( 預設解壓縮 目錄 c:\jena-fuseki-0.2.4-SNAPSHOT)
3. 設定 Fuseki 資料庫：使用命令提示字元（Windows XP 執行 cmd），進入 DOS 視窗執行 cd c:\ jena-fuseki-0.2.4-SNAPSHOT 進入該目錄。在該目錄下建立 data 資料夾(mkdir data)，用於保存資料庫檔案。如圖 4-15。
4. 執行啟動 Fuseki 命令：指定資料庫目錄為上一步新建的 data 資料夾，預設資 料庫名稱是/myDataset，執行啟動語法後，命令提示字元視窗輸出畫面，如圖 4-16。執行語法如下，java -Xmx1200M -jar fuseki-server.jar --update --loc=data /myDataset。Fuseki 是一個 Jetty Web 伺服器，該命令提示字元視窗作為後臺伺 服器提供語意查詢服務，因此該視窗不要關閉。
5. 確認查詢伺服器正常運作：由瀏覽器輸入網址 http://127.0.0.1:3030，如圖 4-17。
6. 接著選擇圖 4-17 畫面 Server Mangement 的 Control Panel 得到圖 4-18，再點選 Daraset:/myDataset，可讀取上述資料庫的路徑。
7. 再連結至 SPARQL 的查詢介面，上傳本體與進行 SPARQL 查詢步驟，如圖 4-19 所示。
接下來將建置完成的數位學習資源知識本體輸出，以供 Fuskei 系統查詢服務使用。
8. 將本體從 Protege 輸出，選 Fuseki 預設的 OWL 格式，方便讀取，如圖 4-20。
9. 到查詢頁面上傳本體（OWL），得到本體編碼畫面如圖 2-21、圖 2-22 所示。
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圖 4-14：Fuseki 下載目錄設定
圖 4-15：使用命令提示字元視窗進行 Fuseki 設定
圖 4-16：完成 Fuseki 設定的 Server 運作畫面
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圖 4-17：以瀏覽器檢視 Fuseki 伺服器運行成功畫面
圖 4-18：Fuseki 預設資料庫設定
圖 4-19：Fuseki Query 查詢介面 1.先上傳所建置的本體
2.使用 SPARQL 查詢
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圖 4-20：本體輸出 OWL 格式
圖 4-21：查詢介面上傳本體文件（OWL）
圖 4-22：Fuseki Query 上傳成功的本體編碼畫面
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至此，我們先嘗試使用 Fuseki 的查詢介面進行查詢，輸入 SPAQRL 語法（如圖 4-23），
確認系統是否可行，查詢本體後所得的結果，如圖 4-24 所示。
圖 4-23：Fuseki Query 介面輸入 SPARQL 指令查詢
圖 4-24：Fuseki Query 介面查詢結果畫面
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4.4 查詢系統使用者介面之建置
為了讓師生容易操作、使用更為方便，並提高使用的意願，我們利用 Dreamweaver 軟體設計網頁表單，進行查詢介面的建置與開發工作，如圖 4-25，並以 Fuseki 套件提 供查詢服務。後面我們將說明各網頁表單的功能，依序為首頁說明、基本功能搜尋、.
核心能力進階查詢、電腦工具書進階查詢、教學軟體進階查詢等。
圖 4-25：使用者介面開發設計
系統首頁說明：本語意查詢系統根據第三章所規劃設計的本體，來建置查詢資料。
因此將查詢介面首頁表列基本功能查詢與核心能力、電腦工具書、教學軟體的進階查 詢。右下角網頁架構則為 Fuseki 的查詢輸出結果，如圖 4- 26。
圖 4-26：數位學習資源語意查詢系統
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4.4.1 一般查詢（SPARQL 語法查詢）
在首頁的基本搜尋部份，有分為三個區塊，一個是搜尋核心能力五個類別中的分段 能力指標；一個是出版社出版的電腦用書；另外一個是教學軟體的類別，如圖 4-27 所 示。在此我們舉核心能力的分段能力指標作 SPARQL 查詢指令說明如表 4-3：
● 1 為名稱空間，亦即定義使用的前置詞（Prefix），本研究採預設值，因此前置 詞為 default。
● 2 是選擇查詢核心能力這個類別
● 3、5 顯示對應於 Where{}查詢指令中的資訊科技概念的認知
● 4 是僅列出「資訊科技概念的認知」這個類別的分段能力指標 查詢指令輸出結果，如圖 4-28 所示。
圖 4-27：查詢系統基本查詢功能
表 4-3：核心能力進階查詢指令（以核心能力分段能力指標為例）
序號 內容
1 PREFIX default:<http://www.owl-ontologies.com/Shenao.owl#>
2 SELECT ?資訊科技概念的認知 3 WHERE {
4 ?資訊科技概念的認知 a default:資訊科技概念的認知.
5 }
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圖 4-28：基本功能範例查詢輸出結果
4.4.2 各面向的進階查詢（SPARQL 語法查詢）
在本小節，我們將說明核心能力（分段能力指標）、電腦工具書、教學軟體的進階功能 查詢操作與對應的 SPARQL 查詢語法。
（1）在核心能力的進階搜尋功能中，我們以學習年段來對應核心能力的分段能力指 標，讓使用者查詢能力指標時，能更容易瞭解哪一個年段使用的分段能力指標，
如圖 4-29。查詢指令如表 4-4，輸出結果畫面如圖 4-30。
圖 4-29：核心能力進階功能範例查詢
表 4-4：核心能力進階查詢指令（以學習年段為例）
序號 內容
1 PREFIX default:<http://www.owl-ontologies.com/Shenao.owl#>
2 SELECT ?學習年段?核心能力？
3 WHERE {
4 ?核心能力 default:grades ?學習年段 5 }
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圖 4-30：核心能力與學習年段-範例查詢結果
（2）在電腦工具書的進階搜尋功能中，我們以學習年段來對應電腦用書與出版社，讓 使用者查詢電腦用書時，能更容易瞭解哪一個年段使用的電腦工具書，如圖 4-31 與表 4-5 之說明，查詢結果如圖 4-32。
圖 4-31：電腦工具書進階功能範例查詢 表 4-5：電腦用書進階查詢指令（以學習年段為例）
序號 內容
1 PREFIX default:<http://www.owl-ontologies.com/Shenao.owl#>
2 SELECT ?學習年段?電腦用書？出版商 3 WHERE {
60
4 ?電腦用書 default:grades ?學習年段.
5 ?出版商 default:hasBook ?電腦用書 6 }
圖 4-32：電腦用書、出版商與學習年段-範例查詢結果
（3）在教學軟體的進階搜尋功能中，我們以學習年段來對應使用的軟體，讓使用者查 詢教學軟體時，能更容易瞭解哪一個年段使用的教學軟體。以及軟體所對應的授 權方式。如圖 4-33 與表 4-6 之說明，查詢結果如圖 4-33。
圖 4-33：教學軟體進階查詢畫面 表 4-6：教學軟體進階查詢指令
序號 內容
1 PREFIX default:<http://www.owl-ontologies.com/Shenao.owl#>
2 SELECT ?學習年段?教學軟體?授權方式
61
3 WHERE {
4 ?教學軟體 default:grades ?學習年段.
5 ?教學軟體 default:license?授權方式 6 }
7 ORDER BY ASC (?學習年段)
圖 4-34：教學軟體進階查詢結果
4.4.3 語意查詢系統應用實例說明
在教學實驗中，我們設立了幾個師生間的教學情境問題，實際請教師與學生針對詢 問的問題來使用操作語意查詢系統，在施測過程中，研究者引導進入情境，並進行線上 操作。
案例 1：教師查詢資訊教育議題分段能力指標
請高年級電腦課授課教師使用本研究開發的數位學習資源語意查詢系統，嘗試找出 各學習年段的核心能力、分段能力指標、學習內涵（教學主題）、學習內容說明以 及對應的教學軟體和工具書，如圖 4-35 及表 4-7 查詢指令說明，查詢畫面如下：
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圖 4-35：核心能力案例-案例查詢
表 4-7：核心能力進階查詢指令（以六年級為例）
序號 內容
1 PREFIX default:<http://www.owl-ontologies.com/Shenao.owl#>
2 SELECT ?學習年段?學習內涵？核心能力？學習內容 3 WHERE {
4 ?核心能力 default:grades ?學習年段.
?核心能力 default:hasContent ?學習內涵.
?核心能力 default:hasComment ?學習內容 5 filter regex (str(?學習年段),”六年級”) 6 }
7 ORDER BY ASC (?學習年段)”
案例 2：學生使用教學軟體
Q1:你知不知道你使用的軟體是要錢還是不要錢的呢
（提供選項：商業軟體、自由軟體、共享軟體、免費軟體）
教師說明：這四種是軟體的授權方式，同學可以判斷看看自己使用的軟體是哪一種 授權？
Q2:那五年級的你在學校學會的這一套 Impress 和非常好色是哪一種授權方式呢？
Q3:那六年級的你在學校學會的這一套魅力四射軟體又是哪一種授權方式？
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教師說明：引導學生使用語意查詢系統搜尋，並把高年級教過的教學軟體授權方式 都找出來。如表 4-8 查詢指令說明及輸出結果圖 4-36。
圖 4-36：教學軟體案例-進階查詢
表 4-8：教學軟體進階查詢指令（以五年級為例）
序號 內容
1 PREFIX default:<http://www.owl-ontologies.com/Shenao.owl#>
2 SELECT ?學習年段?教學軟體？授權方式 3 WHERE {
4 ?教學軟體 default:grades ?學習年段 .
?教學軟體 default:license ?授權方式 5 }
6 ORDER BY ASC (?學習年段)”
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第五章 語意查詢系統結合數位學習歷程之教學實驗
5.1 教學實驗概述1.中小學數位學習現況調查
根據圖 1-1 的研究背景與動機、研究目的，研究者針對中小學的教師進行問卷調查，
本問卷研究工具採用僑委會數位學習中心之數位發展現況之問卷，再經由國內專家效度 改編製成中小學數位學習歷程調查問卷，如附錄 E1。本問卷主要調查台灣中小學在數位 學習歷程平台導入的現況，以作為分析依據，俾使中小學的數位學習環境更貼近師生之 需求。
根據問卷調查，目前中小學教師對數位學習歷程的認知，多數都是一知半解。另外 從調查結果顯示，中小學多數並無建置數位學習歷程系統，提供師生進行數位學習，如 圖 5-1。因此，本教學實驗將依照圖 1-1 的系統實例驗證流程進行數位學習歷程教學實 驗，在研究者服務的國民小學導入數位學習歷程系統（Mahara），並提供所開發之「數 位學習資源語意查詢系統」讓師生使用，以測試兩套系統是否能提昇師生的教學成效。
根據問卷調查，目前中小學教師對數位學習歷程的認知，多數都是一知半解。另外 從調查結果顯示，中小學多數並無建置數位學習歷程系統，提供師生進行數位學習，如 圖 5-1。因此，本教學實驗將依照圖 1-1 的系統實例驗證流程進行數位學習歷程教學實 驗，在研究者服務的國民小學導入數位學習歷程系統（Mahara），並提供所開發之「數 位學習資源語意查詢系統」讓師生使用，以測試兩套系統是否能提昇師生的教學成效。