Экспертные системы распознания химических веществ "Распознавания удобрений"
методическая разработка по информатике и икт (9 класс) по теме

Тема: "Экспертные системы распознания химических веществ»

 «Распознавание удобрений»

Цель:  Формирование технологической компетенции учащихся посредством создания информационной модели экспертной системы для лабораторной работы по химии “Распознавание удобрений”, на основе алгоритма распознавания удобрений с помощью  прикладных   программ  и языка программирования.

Задачи:

Образовательные:

1. познакомится с ролью информационное модели экспертной системы
2. познакомить с формальной моделью экспертной системы «Распознание удобрений»

Воспитательная:

1. формирование  самостоятельности и ответственности при изучении нового материала

Развивающая:

2. развитие внимания и аналитического мышления

План урока: 

1. Организационный момент
2. Актуализация опорных знаний учащихся.
3. Самоконструкция. Приобретение новых знаний
4. Социолизация. Создание информационной модели.
5. Социоконструкция. Создание компьютерной модели.
6. Тестирование продукта
7. Завершение урока. Домашнее задание.

                                            Ход урока

1. Организационный момент

«Искусственный интеллект – это область, основное

предназначение которой заключается в развитии

интеллектуальных способностей компьютера дополнять

мощь человеческого разума и лучше понимать процесс

мышления, рассуждений и обучения»

                                                                                                                  Джей Лейбовиц

Цель нашего занятия: построить экспертную систему “Распознавание удобрений», а для этого мы в начале вспомним материал, который мы изучали на предыдущих уроках.

Хочу обратить ваше внимание на то, что мы находимся в компьютерном классе  и вы должны соблюдать правила техники безопасности. Если забыли правила, взгляните на них (указать на их местонахождение).

2. Актуализация опорных знаний

Ребята на прошлых уроках мы знакомились с Моделированием, формализацией и визуализацией моделей .На сегодняшнем уроке мы с вами познакомимся с построение информационное модели экспертной системы, но для начала давайте вспомним:

- Что такое моделирование?

( Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Моделирование  - это метод научного познания объективного мира с помощью моделей.

- Что такое модель? 

 Модель – упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении.

Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

 Модель «копирует реальный объект.

-  Назовите основные классы моделей?

1. информационные модели – представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, а также в форме таблиц, блок –схем, графов.(пример таблица Менлелеева.

2. материальные модели -  позволяют представить в материальной наглядной форме объекты, недоступные для непосредственного  исследования (пример глобус)

3.   компьютерные модели – это модели, реализованные на компьютере средствами программного обеспечения.

Что такое формализация?

Формализация – замена реального объекта его информационной моделью.

3.Самоконструкция. Приобретение новых знаний

Профессиональные экспертные системы достаточно широко используются в различных областях науки и техники. Такие системы позволяют автоматически выявлять причины сбоев в работе сложных технических систем (например, космических кораблей), распознать личность человека по его отпечаткам пальцев или радужной оболочке глаза и т. д.

Основная задача экспертных систем - распознавание объектов или состояний объекта. В процессе обучения встречается достаточно много учебных ситуаций, когда вам приходится выступать в роли эксперта и распознавать тот или иной объект. Обычно такие задачи выполняются методом проб и ошибок, без осознания и фиксации стратегии поиска.

Создание учебной экспертной системы позволяет осознать и зафиксировать последовательность рассуждений или действий, которая приводит к распознаванию того или иного объекта среди некоторой совокупности.

Почему компьютерные модели распознавания химических веществ называются экспертными системами?

 Найдите ответ в информационной карточке,

Экспе́ртная систе́ма (ЭС, expert system) — компьютерная программа, способная частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. Современные ЭС начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970-х годах, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление. Предтечи экспертных систем были предложены в 1832 году С. Н. Корсаковым, создавшим механические устройства, так называемые «интеллектуальные машины», позволявшие находить решения по заданным условиям, например определять наиболее подходящие лекарства по наблюдаемым у пациента симптомам заболевания.

В информатике экспертные системы рассматриваются совместно с базами знаний как модели поведения экспертов в определенной области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний — как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.

Режимы функционирования

ЭС может функционировать в 2-х режимах.

Режим ввода знаний — в этом режиме эксперт с помощью инженера по знаниям посредством редактора базы знаний вводит известные ему сведения о предметной области в базу знаний ЭС.

Режим консультации — пользователь ведет диалог с ЭС, сообщая ей сведения о текущей задаче и получая рекомендации ЭС. Например, на основе сведений о физическом состоянии больного ЭС ставит диагноз в виде перечня заболеваний, наиболее вероятных при данных симптомах.

Что же это такое экспертная система (э/с)?

 (Ответ: э/с – интеллектуальные программы, способные делать логические выводы на основе знаний из конкретной предметной области)

Экспертная система может быть представлена в виде алгоритма, состоящего из последовательности шагов с использованием алгоритмической структуры «ветвление». Можно построить различные алгоритмы поиска, однако необходимо стремиться к выбору оптимальной стратегии распознавания (достижения цели за минимальное число шагов). Такая стратегия будет реализована, если каждый шаг будет максимально уменьшать неопределенность (нести максимальное количество информации). 

На основе какой базовой логической структуры данная стратегия осуществлялась? 

(Ответ: если…то…иначе…)

4.Социолизация. Создание информационной модели.

Из какой предметной области знаний будем брать информацию? (Ответ: химия)

Какого рода информация нас будет интересовать? (Ответ: химические св-ва удобрений)

 В качестве примера можно рассмотреть лабораторную работу по химии «Распознавание химических удобрений».

Делимся на 3 группы. Вам дается справочная таблица по взаимодействию шести различных удобрений с некоторыми реактивами. Предлагается распознать каждое из удобрений в виде иерархической модели, блок – схемы. (см.приложеие)

Составим

1. В графическом редакторе Excel;
2. В среде power point; (см. приложение)
3. Программировании Visual Basic 2008 (см. приложение)

1. Графический редактор

2.  В среде power point; (см. приложение) Компьютерная модель.

Реализуем экспертную систему распознавания минеральных удобрений с использованием возможностей прикладной программы  Power Point 2007. Экспертная система задает пользователю серию вопросов, анализирует ответы и сравнивает с имеющимися в ней фактами. При этом производятся логические выводы и формируется ответ на интересующий пользователя вопрос, то есть определяется название удобрения.

 5. Тестирование продукта.

Тестирование экспертной системы распознавания удобрений. Защита работ.

6. Завершение урока. Домашнее задание: 

В Интернете найти информации о медицинских экспертных системах.

Отметить успехи учащихся: у кого получилось удачно, у кого – недостатки в работе.

Формальная модель экспертной системы «Распознавание удобрений».

Построим алгоритм, в котором на первом шаге разделим шесть веществ на две группы по условию «при взаимодействии с H2S04 выделяется бурый газ». Если условие:

1. выполняется, то это вещества первой группы под номерами 1 и 2;
2. не выполняется, то это вещества второй группы под номерами 3, 4, 5 и 6.

Для идентификации веществ первой группы достаточно проверить справедливость условия «при     взаимодействии с раствором щелочи ощущается запах аммиака». Если условие:

1. выполняется, то это вещество 1 «аммиачная селитра»;
2. не выполняется, то это вещество 2 «натриевая селитра».

Для идентификации веществ второй группы сначала необходимо проверить справедливость условия «при взаимодействии с ВаС1 выпадает белый осадок». Если условие:

1. выполняется, то это вещества 3 и 4;
2. не выполняется, то это вещества 5 и 6.

Для идентификации веществ 3 и 4 достаточно проверить справедливость условия «при взаимодействии с раствором щелочи ощущается запах аммиака». Если условие:

1. выполняется, то это вещество 3 «сульфат аммония»;
2. не выполняется, то это вещество 4 «суперфосфат». Для идентификации веществ 5 и 6 достаточно проверить

справедливость условия «внешний вид - розовые кристаллы». Если условие:

1. выполняется, то это вещество 5 «сильвинит»;

1. не выполняется, то это вещество 6 «калийная соль».

Целесообразно представить иерархическую модель экспертной системы в   виде блок-схемы.