Ontology-based Course Mentoring System

Course guidance is a mentoring process which is performed before students register for coming classes. The course guidance plays a very important role to students in checking degree audits of students and mentoring classes which will be taken in coming semester. Also, it is intimately involved with a graduation assessment or a completion of ABEEK certification. Currently, course guidance is manually performed by some advisers at most of universities in Korea because they have no electronic systems for the course guidance. By the lack of the systems, the advisers should analyze each degree audit of students and curriculum information of their own departments. This process often causes the human error during the course guidance process due to the complexity of the process. The electronic system thus is essential to avoid the human error for the course guidance. If the relation data model-based system is applied to the mentoring process, then the problems in manual way can be solved. However, the relational data model-based systems have some limitations. Curriculums of a department and certification systems can be changed depending on a new policy of a university or surrounding environments. If the curriculums and the systems are changed, a scheme of the existing system should be changed in accordance with the variations. It is also not sufficient to provide semantic search due to the difficulty of extracting semantic relationships between subjects. In this paper, we model a course mentoring ontology based on the analysis of a curriculum of computer science department, a structure of degree audit, and ABEEK certification. Ontology-based course guidance system is also proposed to overcome the limitation of the existing methods and to provide the effectiveness of course mentoring process for both of advisors and students. In the proposed system, all data of the system consists of ontology instances. To create ontology instances, ontology population module is developed by using JENA framework which is for building semantic web and linked data applications. In the ontology population module, the mapping rules to connect parts of degree audit to certain parts of course mentoring ontology are designed. All ontology instances are generated based on degree audits of students who participate in course mentoring test. The generated instances are saved to JENA TDB as a triple repository after an inference process using JENA inference engine. A user interface for course guidance is implemented by using Java and JENA framework. Once a advisor or a student input student's information such as student name and student number at an information request form in user interface, the proposed system provides mentoring results based on a degree audit of current student and rules to check scores for each part of a curriculum such as special cultural subject, major subject, and MSC subject containing math and basic science. Recall and precision are used to evaluate the performance of the proposed system. The recall is used to check that the proposed system retrieves all relevant subjects. The precision is used to check whether the retrieved subjects are relevant to the mentoring results. An officer of computer science department attends the verification on the results derived from the proposed system. Experimental results using real data of the participating students show that the proposed course guidance system based on course mentoring ontology provides correct course mentoring results to students at all times. Advisors can also reduce their time cost to analyze a degree audit of corresponding student and to calculate each score for the each part. As a result, the proposed system based on ontology techniques solves the difficulty of mentoring methods in manual way and the proposed system derive correct mentoring results as human conduct.

온톨로지 기반의 수강지도 시스템

수강지도는 학생의 졸업인증이나 공학교육인증 이수를 위해 수강 신청 이전에 수행되는 과정을 지칭한다. 수강지도는 학생의 수강이력 점검과 향후 수강 과목의 안내 등을 포함하여 학생들의 졸업 및 교과과정 인증과 관련된 중요한 역할을 하고 있다. 현재 대부분 대학에서는 수강지도를 위한 전산시스템의 부재로 인해 지도교수가 직접 수동적으로 수강지도를 진행하고 있다. 하지만 이러한 수동적인 방식의 수강지도는 지도교수가 각 학생에 대한 정보를 분석해야 하고, 때때로 휴먼에러를 일으키게 된다. 수강신청이 학기 단위로 이루어지기 때문에 휴먼에러로부터 발생된 피해는 원상태로 되돌리는 것이 거의 불가능하다. 따라서 수강지도를 진행함에 있어 자동화된 시스템은 필수적인 요소로 판단된다. 관계 데이터 모델을 이용한 수강지도 시스템의 도입은 수동적인 수강지도의 문제점을 해결할 수 있게 해준다. 하지만 교육과정 및 인증제도의 변화에 따라 기존 시스템의 스키마 변경이 요구되고, 수강 과목 사이에 존재하는 관계 및 의미적인 검색을 제공하는 것이 어렵다는 한계가 존재한다. 본 논문에서는 수강지도 시스템을 위한 수강지도 온톨로지를 모델링하고, 온톨로지 기반의 수강지도 시스템을 설계한다. 온톨로지 인스턴스 생성을 위해 JENA 프레임워크를 이용하여 온톨로지 생성 모듈을 개발하였고, 실험에 참가한 학생의 수강 이력 데이터를 기반으로 온톨로지 인스턴스를 생성하고 추론과정을 통해 트리플 저장소에 저장하였다. 실험은 제안하는 시스템이 학생들이 향후 수강할 수 있는 과목을 모두 제공하는지 여부와 제공되는 과목에 대한 정보 및 학점 계산들이 정확한 지를 측정하였다. 실제 학생의 수강내역을 이용한 실험의 결과는 온톨로지 기반의 수강지도 시스템이 현 수강지도 시스템의 수동적 방법을 해결하고, 사람이 지도한 내용과 같은 내용을 도출하는 것을 확인함으로써 제안하는 시스템의 유효성을 보여준다.