[논문]온톨로지 기반의 학과 교과과정 관리 시스템 설계

박종훈

doi:10.13067/jkiecs.2012.7.6.1363

온톨로지 기반의 학과 교과과정 관리 시스템 설계
Design of Department Curriculum Manangement System based on Ontology 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.7 no.6, 2012년, pp.1363 - 1368

초록
AI-Helper

현재 학과 교과과정에 대한 개괄적인 단순 검색 기법들은 대부분 많이 구현되고 있으나, 온톨로지 기술을 적용한 체계적인 교과과정 정보검색은 아직 미약한 수준이다. 본 논문에서는 대학의 학과 교과과정을 전공과목과 교양과목을 중심으로 프레임 모델을 설계하고, 이를 중심으로 온톨로지를 구축할 수 있는 관리 시스템을 제안한다. 본 관리 시스템은 온톨로지 입력 시스템과 학과 온톨로지 웹서비스 시스템으로 구성하였다. 입력시스템은 관리자가 학과의 교과과정을 온톨로지로 구축하도록 구성하였고, 이 구축된 온톨로지를 이용하여 학생들이 교과과정을 검색하도록 웹서비스 시스템을 설계하였다. 이들 구축된 교과과정 온톨로지를 검증하기 위해 온톨로지 도구를 이용하여 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Currently, basic simple search techniques for curriculum are being implemented. But curriculum information retrieval applying ontology technologies is still weak level. In this paper, the curriculum of university was divided into the liberal arts and majors, and we proposed frame model by these methodes and designed management system to construct ontology. This management system was composed of ontology input system and ontology web service system. Ontology input system constructed curriculum of department into ontology by administrator and we designed web service system to retrieve curriculum by students. We validated ontology designed for curriculum using ontology tool.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 대학의 학과 교과과정을 전공과목과 교양과목을 중심으로 프레임 모델을 설계하고, 이를 중심으로 온톨로지를 구축할 수 있는 관리 시스템을 제안한다. 본 관리 시스템은 온톨로지 입력 시스템과학과 온톨로지 웹서비스 시스템으로 구성하였다.
본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하고자 학과 교과과정의 온톨로지 구축에 관하여 연구하였다. 대학의 학과 교과과정을 전공과목과 교양과목을 중심으로 프레임 모델을 설계하고, 이를 중심으로 온톨로지를 구축하는 관리 시스템을 제안하였다.
본 논문에서는 학과 교과과정 프레임 모델을 기초로 교과과정 온톨로지를 구축하였다. 그러나 실제로 교과과정 프레임을 설계할 때 본 대학의 교과과정을 기준으로 한 소규모 모델이므로, 본 모델을 다양한 클래스 계층과 대학 마다의 교과과정 특성을 적용한 요소들이 추가로 확장될 필요가 있다.

제안 방법

Protege 에디터 메뉴에 "Reasoner"에서의 Pellet를 사용하여 기술내용의 일관성(consistency)과 다른 텍스트 박스에 입력한 그래프가 해당 온톨로지로부터 논리적으로 잘 구성되는지 등을 검증해 준다.
관련 자격증 클래스에서는 정보처리 산업기사, 전자계산기조직응용기사, 멀티미디어 컨텐츠 자격증 등과 같은 해당 학과의 관련 자격증을 개체로 한다. 과목소개 클래스는 교육방법, 학점, 수업시간, 강의실, 수업내용으로 구성하였다.
본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하고자 학과 교과과정의 온톨로지 구축에 관하여 연구하였다. 대학의 학과 교과과정을 전공과목과 교양과목을 중심으로 프레임 모델을 설계하고, 이를 중심으로 온톨로지를 구축하는 관리 시스템을 제안하였다. 본 관리 시스템은 온톨로지 입력기와 학과 온톨로지 웹서비스로 구성하였다.
학과 교과과정을 쉽게 온톨로지로 구축하기 위해 온톨로지 입력기를 설계하였고, 이들 구축된 온톨로지를 활용하여 학과 교과과정 웹서비스를 하도록 시스템을 구현하였다. 또한 구축된 온톨로지를 검증하기 위해 온톨로지 도구를 이용하여 검증하였다.
본 관리 시스템은 온톨로지 입력 시스템과학과 온톨로지 웹서비스 시스템으로 구성하였다. 또한 이들 교과과정 온톨로지를 검증하기 위해 온톨로지 도구를 이용하여 학과 교과과정 프레임으로 설계된 온톨로지를 검증하였다.
Protege 편집기는 스텐퍼드대학교에서 개발된 자바 기반의 온톨로지 에디터이다. 보다 정교한 어휘를 작성하기 위해 OWL을 이용하여 온톨로지를 구축한다. OWL의 RDF/XML은 그래프 도구 및 텍스트 편집기 환경에서는 복잡하므로, Protege와 같은 온톨로지 편집기가 편리하다[7].
본 논문에서는 대학의 학과 교과과정을 전공과목과 교양과목을 중심으로 프레임 모델을 설계하고, 이를 중심으로 온톨로지를 구축할 수 있는 관리 시스템을 제안한다. 본 관리 시스템은 온톨로지 입력 시스템과학과 온톨로지 웹서비스 시스템으로 구성하였다. 또한 이들 교과과정 온톨로지를 검증하기 위해 온톨로지 도구를 이용하여 학과 교과과정 프레임으로 설계된 온톨로지를 검증하였다.
대학 마다 학과 교과과정의 특성이 다양하지만 그 중에서도 일반적이고 공통적인 교과과정 모델을 구성한 프레임 모델을 제안하였다. 본 모델에서는 전공과목과 교양과목으로 대분류하였고, 교과목명에 대한 속성을 세분화하였다. 본 모델은 본교의 교과과정을 기준으로 공통요소를 추출하여 기본 프레임을 구성하였고, 이 모델을 기준으로 온톨로지 구축을 적용하였다.
본 모델에서는 전공과목과 교양과목으로 대분류하였고, 교과목명에 대한 속성을 세분화하였다. 본 모델은 본교의 교과과정을 기준으로 공통요소를 추출하여 기본 프레임을 구성하였고, 이 모델을 기준으로 온톨로지 구축을 적용하였다. 그림 1은 전체 학과에 대한 정보는 너무 방대하여 공학계열 학과에 한하여 모델화하였다.
사용자 인터페이스에서 사용자의 검색단어를 입력하면 OWL 추론 엔진이 단어를 분류하여 클래스인지 개체인지를 식별한다. 온톨로지로 구축된 OWL 파일과 비교하여 검색하며, 검색 단어와 관련된 클래스, 개체와 속성들을 검색하여 결과를 사용자 인터페이스 화면에 출력한다. 사용자는 검색단어 입력시 상위 클래스인 학과 이름 항목을 필수로 입력되어야 하며, 학년 항목과 교과목명 항목은 선택으로 입력할 수 있다.
Protege 편집기에 외부 온톨로지 추론(Pellet)을 위한 도구들을 제공하고 있다. 이를 적용하여 학과 교과과정 정보 온톨로지가 정상적으로 만들어 졌는지를 확인한다. 추론기를 통하여 전체 클래스 관계가 정상적으로 구축되었는지를 추론한 후 클래스 구성과 이를 통한 검색을 확인하였다.
입력 시스템에 따라 생성된 OWL 파일인 온톨로지는 Protege 편집기 및 추론기를 통해 문제가 없는지 검증한다. Protege 편집기에는 OWL 파일을 그래픽으로 표현할 수 있는 OntoGraf 메뉴가 있으며, 이를 통해 그림 4와 같은 온톨로지 그래픽을 출력하였다.
이를 적용하여 학과 교과과정 정보 온톨로지가 정상적으로 만들어 졌는지를 확인한다. 추론기를 통하여 전체 클래스 관계가 정상적으로 구축되었는지를 추론한 후 클래스 구성과 이를 통한 검색을 확인하였다. 그림 5는 Protege 편집기 DL Query탭에서 “컴퓨터개론-1”을 검색하는 화면이며 옵션선택에서 Super classes, Ancestor classes, Equivalent classes, Subclasses, Descendant classes, Individuals을 선택하여 정상적으로 결과가 검색됨을 확인하였다.
본 시스템은 크게 학과 교과과정 입력 시스템과 학과 교과과정 웹서비스 시스템으로 나누어진다. 학과 교과과정 입력 시스템을 이용하여 학과의 온톨로지를 구축하고, 또한 학과 교과과정 웹서비스 시스템은 구축된 온톨로지를 이용하여, 사용자로부터 들어온 검색 단어들을 분류하여 검색한 후 결과를 출력한다. 본 시스템의 구조는 그림2와 같다.
학과 교과과정 프레임 모델을 적용하여 쉽게 온톨로지로 구축하기 위하여, 그림 3과 같이 여러학과의 교과과정 관련 정보를 입력하기 위해 학과 교과과정 온톨로지 입력 시스템을 설계하였다. 이러한 입력 시스템은 학과 교과과정 정보수집, 클래스 분류 및 속성분류, 인스턴스 생성, OWL 생성단계로 처리가 되며, 여러 다양한 학과의 교과과정 특성에 따라 온톨로지를 구축한다.
본 관리 시스템은 온톨로지 입력기와 학과 온톨로지 웹서비스로 구성하였다. 학과 교과과정을 쉽게 온톨로지로 구축하기 위해 온톨로지 입력기를 설계하였고, 이들 구축된 온톨로지를 활용하여 학과 교과과정 웹서비스를 하도록 시스템을 구현하였다. 또한 구축된 온톨로지를 검증하기 위해 온톨로지 도구를 이용하여 검증하였다.

대상 데이터

대학의 학과 교과과정을 전공과목과 교양과목을 중심으로 프레임 모델을 설계하고, 이를 중심으로 온톨로지를 구축하는 관리 시스템을 제안하였다. 본 관리 시스템은 온톨로지 입력기와 학과 온톨로지 웹서비스로 구성하였다. 학과 교과과정을 쉽게 온톨로지로 구축하기 위해 온톨로지 입력기를 설계하였고, 이들 구축된 온톨로지를 활용하여 학과 교과과정 웹서비스를 하도록 시스템을 구현하였다.

후속연구

본 논문에서는 학과 교과과정 프레임 모델을 기초로 교과과정 온톨로지를 구축하였다. 그러나 실제로 교과과정 프레임을 설계할 때 본 대학의 교과과정을 기준으로 한 소규모 모델이므로, 본 모델을 다양한 클래스 계층과 대학 마다의 교과과정 특성을 적용한 요소들이 추가로 확장될 필요가 있다. 또한 이를 표준화하는 프레임이 필요하다.
현재 학과 교과과정에 대한 개괄적인 단순 검색 기법들은 대부분 많이 구현되고 있으나, 온톨로지 기술을 적용한 체계적인 교과과정 정보검색은 아직 미약한 수준이다. 따라서 학생이 해당 학과의 교과과정을 검색 할 때 검색결과에 교과목 관련 내용과 의미 연관성을 포함하는 내용을 제공한다면 학생들의 교과과정 이해도 향상과 이를 기초로 한 교과과정의 학습계획을 짜는데 도움이 될 것이다.
향후 교과과정 온톨로지 관리 시스템은 학과의 교과과정 온톨로지를 구축할 경우 많은 활용이 되리라 사료된다. 또한 본 관리 시스템을 좀 더 체계화하고 확장하여 자기주도 학습관리와 강의계획에도 적용되도록 향상시킬 필요가 있다.
향후 교과과정 온톨로지 관리 시스템은 학과의 교과과정 온톨로지를 구축할 경우 많은 활용이 되리라 사료된다. 또한 본 관리 시스템을 좀 더 체계화하고 확장하여 자기주도 학습관리와 강의계획에도 적용되도록 향상시킬 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RDF의 설계목표는 무엇인가?	RDF의 구성은 ‘주어(Subject)-술어(Predicate)-목적어(Object)’ 3요소가 하나의 선언문(statement)을 이루며, 이를 트리플(triple)이라 부르며 RDF의 가장 기본적인 기술단위이다. RDF의 설계목표는 단순하면서도 유연한 데이터모델, 논리학적인 근거가 있는 의미표현과 증명가능한 추론, URI를 토대로하는 확장가능한 어휘의 이용, XML에 의한 교환구문 채용 등과 같은 목표를 가진다[5].
	Protege 에디터의 "DL Query"탭에서 The Manchester OWL Syntax 구문을 사용하면 무엇을 검색 가능한가?	또한 Protege 에디터의 "DL Query"탭에서 The Manchester OWL Syntax 구문을 사용하여 온톨로지 검색도 가능하다. 이것은 클래스(Class), 속성(Property), 개체(Individuals) 등에 대해서 다양한 방식으로 온톨로지 검색을 할 수 있다.
	RDF은 무엇인가?	RDF는 1999년 W3C의 권고안으로서 지식세계를 이루고 있는 모든 개념, 사물 등을 자원으로 설정하고 이를 URI참조로 고유하게 식별하여, 자원이 가지고 있는 속성이나 자원과 자원 간 관계를 기술하는 데이터 모델이다. RDF의 구성은 ‘주어(Subject)-술어(Predicate)-목적어(Object)’ 3요소가 하나의 선언문(statement)을 이루며, 이를 트리플(triple)이라 부르며 RDF의 가장 기본적인 기술단위이다.

참고문헌 (9)

神奇正英, "시맨틱 웹을 위한 RDF/OWL 입문", 황석형/양해술 공역, 홍릉 과학 출판사, 2008.
Dean Allemang, Jim Hendler, "Semantic Web for the working Ontology", Elsevier Inc, 2008.
박종훈, 김철원, "온톨로지 기반 대학 정보검색의 설계 및 구현", 한국정보통신학회논문지, 16권, 2호, pp. 296-301, 2012.

원문보기 상세보기
정현숙, 김정민, "이런닝환경의 학습효과 향상을 위한 통합 학습 온톨로지 설계", 한국정보기술학회논문지, 10권, 8호, pp. 105-116, 2012.

상세보기
Graham Klyne and Jeremy Carrol eds., "Resource Description Framework(RDF) : Concepts and Abstract Syntax", W3C Recommentation , 2004.
Deborah McGuinness, Frank van Harmelen, "OWL Web Ontology Language Overview", W3C Recommendation, 2004.
Protege ontology editor and knowledge acquisition system, http://protege.stanford.edu
Jena - A semantic web Framwork for java, http://jena.sourceforge.net
윤성희, "웹 사용자 누적 사용정보 기반의 키워드 검색 모델", 한국전자통신학회논문지, 7권, 4호, pp. 777-782, 2012.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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