廣東省江門市培英高級中學 陳小駒

1.引言

實驗操作是高中生物課程的重要組成部分，對培養(yǎng)學生的動手實踐能力和知識運用能力具有重要的作用。但在實際的實驗教學過程中，學生往往達不到預期教學目標，運用專家系統(tǒng)技術(shù)，開發(fā)高中生物實驗助教系統(tǒng)（簡稱“實驗助教系統(tǒng)”），解決高中生物實驗中存在的各種問題具有現(xiàn)實的意義。

2.高中生物實驗助教系統(tǒng)的設(shè)計思路與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 設(shè)計思路

實驗助教系統(tǒng)集成診斷和助教的功能，診斷部分包括一次診斷系統(tǒng)和二次診斷系統(tǒng)，其模型如下：

圖1 實驗助教系統(tǒng)模型

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在專家系統(tǒng)外殼中的專家系統(tǒng)可以定義為：專家系統(tǒng)=知識庫+專家系統(tǒng)外殼（控制與推理+用戶接口），知識獲取機制，解釋機制，全局數(shù)據(jù)庫等。

圖2 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.高中生物實驗助教系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)——以“葉綠素的提取”實驗為例

3.1 開發(fā)工具ESTA簡介

ESTA是PDC推出的一款專家系統(tǒng)工具，它是基于Vissual prolog 開發(fā)而來的專家系統(tǒng)外殼。ESTA開發(fā)知識系統(tǒng)簡易，效率高，可重復利用性高的特點。

3.2 ESTA知識庫的基本概念

知識庫是其構(gòu)建的專家系統(tǒng)的核心，存放著大量的知識和經(jīng)驗，在ESTA中，知識庫由節(jié)(Section)、參數(shù)(Parameter)等組成。

參量的語法如下：

3.3 實驗助教系統(tǒng)的知識庫

3.3.1 知識庫中推理規(guī)則的設(shè)計

該系統(tǒng)包含的規(guī)則、知識補充及建議和參量如下：

(1)一次診斷規(guī)則：

1號規(guī)則：if 濾液黃綠色（不是透明深綠色） then 結(jié)論是濾液濃度太低

2號規(guī)則：if 濾液有雜質(zhì)或變質(zhì)then 結(jié)論是濾液不純

3號規(guī)則：if 濾液正常 then結(jié)論是其他問題

4號規(guī)則：if 濾液濃度低且材料選用不當 then 選材問題

5號規(guī)則：if 濾液濃度低且葉片問題 then 葉片問題

6號規(guī)則：if 濾液濃度低且研磨問題a或研磨問題b then 研磨問題

7號規(guī)則：if 濾液濃度低且過濾問題a和過濾問題b then 過濾問題

8號規(guī)則：if 濾液濃度低且提取液過多 then 提取液問題

9號規(guī)則：if 濾液不純且含水then 含水問題

10號規(guī)則：if 濾液不純且添加劑問題 then 添加劑問題

11號規(guī)則：if 濾液不純且時間過長 then 時間問題

12號規(guī)則：if 濾液不純且儲存條件 then 條件問題

13號規(guī)則：if 其他問題且濾線問題a then 濾線問題a

14號規(guī)則：if 其他問題且濾線問題b then 濾線問題b

15號規(guī)則：if 其他問題且層析液問題a then 層析液問題a

16號規(guī)則：if 其他問題且層析液問題b then 層析液問題b

(2)二次診斷規(guī)則：

二次診斷系統(tǒng)的通用診斷規(guī)則如下，

If問題且知識盲區(qū) then 知識補充和建議

例：

17號規(guī)則：If 選材問題且知識盲區(qū)1，not知識盲區(qū)2 then 知識補充1，選材建議

18號規(guī)則：If 選材問題且知識盲區(qū)2，not知識盲區(qū)1 then 知識補充2

選材建議

19號規(guī)則：If 選材問題且知識盲區(qū)1，知識盲區(qū)2 then 知識補充1，知識補充2，選材建議

(3)建議及知識補充舉例

知識補充1：不同種類植物的葉片,其色素含量和色素種類也各不相同,恰當?shù)倪x擇葉片是獲得高濃度葉綠體色素的保障。

知識補充2：實驗證明,那些葉表蠟質(zhì)厚或輸導組織發(fā)達的葉片,難以研磨提取葉綠體色素,如楊樹葉、榆樹葉等。應(yīng)選擇那些顏色較深,葉綠體色素含量相對較高,又便于研磨提取的植物葉片。

建議：請重新選擇老嫩適中且濃綠的植物葉子進行實驗，如用菠菜葉、小白菜葉、天竺葵葉等。

3.3.2 知識庫中邏輯參量的設(shè)計

實驗助教系統(tǒng)一共包含了55個參量，包括用于表示事實和中間結(jié)論，本文列舉了以下幾個參量（yepian,zm1,adv1），

代碼段一

3.3.3 知識庫中“節(jié)”的設(shè)計

實驗助教系統(tǒng)包括了52個節(jié)，用于推理的過程，start為咨詢的開始節(jié)，通過各個節(jié)的求值和跳轉(zhuǎn)實現(xiàn)推理。

4. 總結(jié)與展望

教育是一個國家興盛強大的重要推動力，專家系統(tǒng)正在逐步應(yīng)用于教育領(lǐng)域中，發(fā)揮其重要的作用。相信在未來，專家系統(tǒng)將更廣泛地應(yīng)用于教育教學中，為教育事業(yè)的發(fā)展做出貢獻。