广东省江门市培英高级中学 陈小驹
实验操作是高中生物课程的重要组成部分,对培养学生的动手实践能力和知识运用能力具有重要的作用。但在实际的实验教学过程中,学生往往达不到预期教学目标,运用专家系统技术,开发高中生物实验助教系统(简称“实验助教系统”),解决高中生物实验中存在的各种问题具有现实的意义。
实验助教系统集成诊断和助教的功能,诊断部分包括一次诊断系统和二次诊断系统,其模型如下:
图1 实验助教系统模型
在专家系统外壳中的专家系统可以定义为:专家系统=知识库+专家系统外壳(控制与推理+用户接口),知识获取机制,解释机制,全局数据库等。
图2 专家系统结构
ESTA是PDC推出的一款专家系统工具,它是基于Vissual prolog 开发而来的专家系统外壳。ESTA开发知识系统简易,效率高,可重复利用性高的特点。
知识库是其构建的专家系统的核心,存放着大量的知识和经验,在ESTA中,知识库由节(Section)、参数(Parameter)等组成。
参量的语法如下:
3.3.1 知识库中推理规则的设计
该系统包含的规则、知识补充及建议和参量如下:
(1)一次诊断规则:
1号规则:if 滤液黄绿色(不是透明深绿色) then 结论是滤液浓度太低
2号规则:if 滤液有杂质或变质then 结论是滤液不纯
3号规则:if 滤液正常 then结论是其他问题
4号规则:if 滤液浓度低且材料选用不当 then 选材问题
5号规则:if 滤液浓度低且叶片问题 then 叶片问题
6号规则:if 滤液浓度低且研磨问题a或研磨问题b then 研磨问题
7号规则:if 滤液浓度低且过滤问题a和过滤问题b then 过滤问题
8号规则:if 滤液浓度低且提取液过多 then 提取液问题
9号规则:if 滤液不纯且含水then 含水问题
10号规则:if 滤液不纯且添加剂问题 then 添加剂问题
11号规则:if 滤液不纯且时间过长 then 时间问题
12号规则:if 滤液不纯且储存条件 then 条件问题
13号规则:if 其他问题且滤线问题a then 滤线问题a
14号规则:if 其他问题且滤线问题b then 滤线问题b
15号规则:if 其他问题且层析液问题a then 层析液问题a
16号规则:if 其他问题且层析液问题b then 层析液问题b
(2)二次诊断规则:
二次诊断系统的通用诊断规则如下,
If问题且知识盲区 then 知识补充和建议
例:
17号规则:If 选材问题且知识盲区1,not知识盲区2 then 知识补充1,选材建议
18号规则:If 选材问题且知识盲区2,not知识盲区1 then 知识补充2
选材建议
19号规则:If 选材问题且知识盲区1,知识盲区2 then 知识补充1,知识补充2,选材建议
(3)建议及知识补充举例
知识补充1:不同种类植物的叶片,其色素含量和色素种类也各不相同,恰当的选择叶片是获得高浓度叶绿体色素的保障。
知识补充2:实验证明,那些叶表蜡质厚或输导组织发达的叶片,难以研磨提取叶绿体色素,如杨树叶、榆树叶等。应选择那些颜色较深,叶绿体色素含量相对较高,又便于研磨提取的植物叶片。
建议:请重新选择老嫩适中且浓绿的植物叶子进行实验,如用菠菜叶、小白菜叶、天竺葵叶等。
3.3.2 知识库中逻辑参量的设计
实验助教系统一共包含了55个参量,包括用于表示事实和中间结论,本文列举了以下几个参量(yepian,zm1,adv1),
代码段一
3.3.3 知识库中“节”的设计
实验助教系统包括了52个节,用于推理的过程,start为咨询的开始节,通过各个节的求值和跳转实现推理。
教育是一个国家兴盛强大的重要推动力,专家系统正在逐步应用于教育领域中,发挥其重要的作用。相信在未来,专家系统将更广泛地应用于教育教学中,为教育事业的发展做出贡献。