Тема урока: ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ 9 класс

Тема урока: Экспертные системы Распознавания химических веществ

Цель урока: создание приложения «Распознавание удобрений» с использованием различных сред

Задачи

Образовательные:

познакомить с понятием экспертная система, рассмотреть состав профессиональных экспертных систем, построить и создать информационную модель экспертной системы для лабораторной работы по химии «Распознавание химических удобрений», на основе алгоритма распознавания веществ в одной из возможных сред реализации (электронные таблицы, презентации, среда программирования Паскаль) .

Развивающие:

способствовать развитию компетенции применять свои умения в практической деятельности; развитию познавательного интереса учащихся, общеучебных умений и навыков: исследовательских, рефлексивных, самооценочных.

Воспитательные:

Способствовать воспитанию активной, самостоятельной и инициативной позиции учащихся в учении

Материалы:

1. таблицы «Свойства удобрений» (приложение 1);

2. блоки и стрелки для построения блок-схемы;

3. магниты;

4. карточки с надписями удобрений: аммиачная селитра, натриевая селитра, сильвинит, суперфосфат, сульфат аммония, калийная соль;

Программное обеспечение:

1. MS PowerPoint;

2. MS Excel;

3. среда программирования Pascal.

План урока:

1. Оргмомент

2. Актуализация знаний учащихся

3. Объяснение нового материала.

4. Постановка задачи. Построение схемы распознавания удобрений

5. Работа над созданием проекта

6. Защита проекта

Ход урока

1. Оргмомент:

   1. Я приветствую вас, ребята, и членов экспертной комиссии, которые присутствуют на уроке. Хочу обратить ваше внимание на то, что машины включены и вы должны соблюдать правила техники безопасности. Если забыли правила, взгляните на них (указать на их местонахождение). Сядьте так, чтобы мониторы не мешали нам общаться, и ваша поза была «рабочей».

   2. Цель нашего занятия: познакомиться с понятием и составом экспертных систем и построить экспертную систему для лабораторной работы по химии «Распознавание удобрений», а для этого мы в начале вспомним материал, который мы изучали на предыдущих уроках.

2. Актуализация знаний

Вам необходимо ответить на вопросы теста по теме «Моделирование и формализация». Тест имеет два варианта, каждый из которых состоит из 10 вопросов с выбором одного правильного варианта ответа.

3. Объяснение нового материала.

Тема нашего урока – экспертные системы распознавания химических веществ.

А что же такое экспертная система? Это интеллектуальные программы, способные делать логические выводы на основе знаний из конкретной предметной области, обеспечивающие решение диагностических задач и способные заменить специалиста (эксперта). Профессиональные экспертные системы имеют довольно сложную структуру и состоят обычно из нескольких компонентов (модулей):

• Механизма представления знаний в конкретной предметной области (базы знаний);

• Механизма, который на основании знаний, имеющихся в базе знаний, способен делать логические выводы(механизма логического вывода);

• Пользовательского интерфейса ведения диалога «экспертная система – пользователь»;

• Механизма получения знаний от эксперта; этот механизм позволяет дополнять и развивать базу знаний (модуль приобретения знаний);

• Механизма, дающего комментарии и разъяснения найденного решения (модуль советов и объяснений).

Простейшие модели экспертных систем, учебные экспертные системы способны «решать» гораздо более простые задачи и, естественно, имеют намного более простую структуру. В процессе обучения встречается достаточно много учебных ситуаций, когда ученик выступает в роли эксперта и должен распознать (идентифицировать) тот или иной объект. Обычно такие задачи выполняются методом проб и ошибок, без осознания и фиксации стратегии поиска.

Создание учебной экспертной системы как раз и является осознанием и фиксацией последовательности рассуждений (действий), которая приводит к распознанию того или иного объекта среди некоторой совокупности.

Стратегия поиска заключается в уменьшении неопределенности, таким образом необходимо подобрать серию вопросов, при ответе на которые произойдет уменьшение неопределенности.

На основе какой логической структуры может быть реализована данная стратегия? На основе структуры «если…то…иначе».

1. Постановка задачи. Построение схемы распознавания удобрений

Давайте рассмотрим следующую ситуацию.

В химическую лабораторию на работу приняли лаборанта-практиканта, который по рассеянности перепутал этикетки у пробирок с шестью химическими удобрениями: аммиачной селитрой, натриевой селитрой, сильвинитом, суперфосфатом, калийной солью и сульфатом аммония.

Необходимо помочь лаборанту распознать удобрения, пользуясь знаниями о реакции этих веществ с различными реактивами.

1. Постановка задачи: из лаборатории поступил заказ – построить э/с по распознаванию удобрений.

1. Определение первого шага. Внимательно посмотрите на таблицу «Свойства удобрений», которые находятся у вас на столах. Применяя стратегию уменьшения неопределенности и логическую структуру «если…то…иначе…», давайте построим блок-схему поиска. Я хочу услышать ваши предложения. (учащиеся предлагают первый реактив, с которым надо провести взаимодействие, чтобы максимально уменьшить неопределенность, учителем выбирается вариант с серной кислотой. Учащийся доказывает, что неопределенность уменьшится вдвое и таким образом мы разделим вещества на 2 группы: первая – амм. и натриевая селитры, которые реагируют с кислотой и выделяется бурый газ, вторая – сильвинитом, суперфосфатом, калийной солью и сульфатом аммония, которые не реагируют.)

2. Применение логической структуры. Вызвать учащегося к доске, чтобы создать логическую структуру «если…то…иначе…» для разделения веществ на две группы:

Рисунок 1. Логическая структура первого шага

1. Второй шаг. Учащиеся по той же стратегии выбирают следующее вещество (д/б щелочь, по взаимодействию с ней можно из первой группы выделить аммиачную и натриевую селитру).

1. Третий шаг. Учащиеся выбирают еще один путь, для того чтобы разделить вещества второй группы на подгруппы: реакция с раствором соли BaCl. (если выпадает белый осадок – то это сульфат аммония или суперфосфат, иначе – калийная соль и сильвинит). Достраивают схему на доске.

1. Четвертый шаг. Учащиеся предлагают путь для распознавания группы веществ – сульфат аммония и суперфосфат. Чтобы их распознать достаточно провести взаимодействие с раствором щелочи. Суперфосфат с ним не реагирует, а у сульфата аммония выделяется аммиак.

1. Пятый шаг. Чтобы отличить сильвинит и калийную соль проанализирует их внешний вид – у сильвинита кристаллы розовые, а у калийной соли – бесцветные.

На доске получилась схема как на рисунке в приложении 2.

1. Вопросы:

Сколько всего проверок условий должно быть в программе?

Проверка какого условия должна быть обязательно в каждом проекте?

В какой среде можно реализовать экспертную систему?

5. Практическая работа.

1) Каждый из учащихся получает индивидуальное задание: провести распознавание компьютер №1 – аммиачную селитру, компьютер №2 –натриевую селитру, №3 – суперфосфат, №4 –сульфат аммония, №5 –калийную соль, №6 – сильвинит, №7 – любое по желанию. Учащиеся подходят к магнитной доске и забирают с собой карточку с заданием.

2) Работа над проектом (10 – 15 минут).

6. Защита проекта.

Ученик, выполнивший задание презентует его по плану: цель, способ выполнения, результат.

Для демонстрации результата учащиеся запускают приложение и проводят распознавание заданных удобрений. Например: «Я провожу распознавание аммиачной селитры. На вопрос реагирует ли вещество с кислотой, я отвечаю – да, выделяется бурый газ. При взаимодействии с щелочью ощущается запах аммиака. Моя э/с выводит в окно списка надпись – аммиачной селитры».

6. Завершение урока.

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

Спасибо за урок, урок окончен, успехов вам!