中学化学虚拟实验室智能诊断平台知识表示研究

实验过程细划分 为若干 个实验子动作 ， 并
进行如下分类 ： （ ） 化 学 实 验 操 作 分 析 ， 基 本 的 操 使 用时 所 有 的 操 作 动 作 。 如 ， 验 者 给 出 １对 最 例 实
３实验 药品知识表示的研究
３． 实验药 品的诊 断规 则 １
作动作有拿起、 下 、 出、 倒 、 开 、 放 取 倾 打 移 这 样 的 动 作 指 令 ： 大 理 石 块 放 人 到 锥 形 将 动 、 接、 连 删除 、 改 、 加 等 ， 这些 不可 拆 瓶 中 。 个 动 作 指 令 就 由 几 个 原 子 操 作 和 修 添 将 这
２ １ ＮＯ １ ０ ２ ２
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研 究 报 告
（ ） 对 化 学 实 验 中仪 器 的 使 用 分 类 ， ３针
三种 与 所需 的 实验 仪 器相 同 ， 不进 行试 验 ；
种 与 所 需 的实 验 药 品 相 同 ， 进 行 试 验 ； 不
并 （） 选择 药品 Ｉ， ， ， ， 有三 建 立 一 套 连 贯 的 操 作 动 作 ， 将 此 定 义 为 ４如果 Ｉ Ｉ …Ｉ中 只 ， 知识库中的 基本操作 。 如 ： 燃 酒精灯 、 例 点 不进 行 试 验 ； （ 如果 选择 仪 器 ｘ．ｘ ， …ｘ 中 ， ｉ ） ， ，ｘ ， ｉ 全 种 与 所需 的实 验 药 品 相 同 ， 用试 管 夹 夹 住 试 管 等 。 部 与 所 需 的 实 验 仪 器 相 同 ， 进 行 下 一 步 则 ２ （ ） 果选 择 药 品Ｉ ，，Ｉ ・ ， ｘ如 Ｉ， 一 中 全部 ４． 实验操 作 步的诊 断规 则 操作。 ２ ２ 实验仪 器 的知识 表示 ． 设 一个 有 限 自动 机有 以 下 几 部分 组 成 ： ＋ 号 集 ∑（ 入符 号 集 ） 符 输 ； ｝ 态集 合Ｓ ＝ Ｓ ， 。 …Ｓ ｝ 状 Ｓ ｛ 。Ｓ ， ， ； Ｓ 与 所 需 的 实验 药 品 相 同 ， 进 行 实 验 具 体 则 操作 。 ３． 实验 药 品的知 识表 示 ２ 根据 对 实 验 操 作 过 程 中 动 作 细 致 划 分 后 得 到 的 原 子 操 作 、 本 操 作 、 定操 作 再 基 固 做 深 入分 析 ， 以发现 在 固定 操作 是 将 原子 可
｝ 开始 状 态ｓ ； Ｏ
峙专 函数 中 ： Ｓ 换 Ｓ Ｘ￡一Ｓ Ｓ‘
对 设符 号集 ∑（ ｑ ， 中ｎ 示 虚拟 实 验 操 作和 基 本 操 作合并 起 来后 得 到 的操 作 。 ｘ， ）其 表 也 中 用到 的 药 品总 个 数 ， 表示 虚 拟 实验 诊 断 固定 操作 进 行诊 断 规 则的制 定 同时 ， 给 出 ｑ 的规 则 。 状态集 合ｓ ＝ ｓ ， Ｓ）其 ｅｓ ， ｓ （。Ｓ， ２， ｅ 。表 了原 子 操 作 和 基 本 操作 的 诊 断 规 则 。
＋ 终止 （ 或接 受） 状态 集 ： ｓ ｌＳ ２ …Ｓｋ ｛ ｉ ， ｉ ， ｉ Ｊ
一
ｌｌ ｏ
示开 始 开 始 状 态 ， 表 示 出现 错 误 ， 能 继 ｓ， 不 续做 实验 ， ， 示 选择 正 确 ， 以继 续 实验 。 Ｓ表 可
终止 状 态 ： Ｓ ｝ 转 换 函数 如 下 ： ｛ ，。
Ｓ ０ Ｘ ｙ１ Ｓｌ 一 ；
４实验操 作步 骤知识表示的研究
４． 实验操 作步骤 的分 类 １
平台主要 研究对 象是 中学化学 实验 ， 针对教学大纲 实验要 求的分析与研究 ， 将
中 ： ｘ Ｓｎ ｙ， Ｓ１ 一 ；
中 ： ｏ ｙｎ ， ｓ Ｘ 一
表 格表示如表 １ ： 状 态 转 换 图 如 图２ 示 ： 所
：
４． １实验 原 子 操 作 和 基 本 操 作 ２．
在 知 识 库 中录 入 专 业 的 实 验 原 子 操 作 和 基 本 操 作 的 动 作 后 ， 基 本 操 作给 出 判 对
其 中 表 示给 一 个 状 态 和 符 号 就 是 唯
一
地 确定一个状态的映射 。
Ｓ０ ｘ ｑ— Ｓ０ ； Ｓｎ ｑｌ Ｓ１ ｘ — ；
管 内装 液 体 时 不 能超 过 试 管容 积 的 ｌ ２ 加 ／， 热 时 不 能 超 过 １ ３ 加热 时 先 使 试 管 均 匀加 ／， 热 ， 后 在 试 管 有 药 品的 部 位 集 中 加 热 ， 然 加
热时 试 管 应 与 水 平 面 成 ４ 。 固体 加 热 时 ， ５ ， 关 口应 向 下 倾 斜 。 ４ ２ ２ 实验 固定 操 作 ．． 实验 的 固 定操 作这 里定 义 为 实 验 者 在 实 验药 品 、 验 仪 器 、 实 实验 药 品 和 实 验 仪 器
中 ： Ｘ Ｓｎ ｙ— ＳＯ；
：
：
中 ： Ｘ ， Ｓ１ Ｓｎ． ｑ 一 ；
中 ： ０ ｘ ｑ — Ｓ ； Ｓ ｎ ２
对 试 管 操 作 给 出 使 用 规 范 的 诊 断 规
则 ： 管 可 以 直 接加 热 但 外壁 不 能 有 水 ， 试 试
表 格 表 示 如 表 ２： 状态 转 换 图如 图 ３ 示 ： 所
定 规 则 。 下 给 出 几个 简单 的 例 子 ： 以 试 管 ： 管 有 大 试 管 和 小试 管 两 种 。 试 试 管 的 主 要 用 途 是 盛放 少许 固 体 或 者 液 体 ，
主 要 用 作 少 量 物 质的 反 应 的 仪 器 。
设符 号 集 Ｅ（ ， ）其 中ｎ ｎ Ｙ， 表示 虚 拟 实验
中 用 到 的 药 品总 个数 ， 表示 虚拟 实验 诊 断 ｙ 规则 。 态集 合Ｓ ＝ ｓ ， ｌ ２， 中Ｓ 表示开 状 Ｓ （ 。 ， ）其 Ｓ ｓ ｏ 始 状态 ， 示 出现 错 误 ， 能继 续 做 实验 ， Ｓ表 不 ｓ表 示 选 择 正 确 ， 以 继 续 实 验 。 止 状 态 可 终 集 ：Ｓ ｝ 换 函数 如 下 ： ｛ ，转