高中化学反应虚拟仿真引擎研究

化学反应引擎论文 化学反应事实性知识库论文 规则库论文
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随着计算机的普及发展和教育理念的更新,传统化学实验室现场教学受到实验保障和器材维护、资金等因素的限制,开始出现瓶颈。为了更好的让学生学习理解化学实验,开始出现了基于多媒体和软件的化学虚拟仿真实验室。虚拟化学实验室突破了时间和空间的限制,通过虚拟现实场景来自己动手进行实践,加深学生对化学实验的了解,培养学生的创新意识与动手能力。就当前的发展来看,将专家系统、知识表示等方面的技术应用于虚拟仿真实验室中的核心功能组件已经成为热点问题。本文抽取化学虚拟仿真实验室中的化学反应引擎作为研究内容。专门就化学反应的相关事实性知识表示方法和相关规则性知识方法进行了研究,并构建了相应的知识库与规则库。本文通过分析国内外现存的、具有代表性的化学虚拟仿真实验室和论文,发现了化学虚拟仿真引擎一些目前存在的问题。为了解决高中化学虚拟仿真引擎存在的这些问题,提出了设计和实现一个通用的、智能的、可扩展的高中化学反应虚拟仿真引擎。该引擎以化学反应事实性知识库和规则库为核心,包括仪器操作、化学反应类别判定、化学反应过程模拟三个模块,仪器操作模块可以对仪器之间的连接关系进行判定,得到当前仪器组装后的关系链表,从而确定每个反应容器中的化学物质和条件状况;化学反应类别判定模块先检索化学反应方程库,若没有检索到,则可以通过判断反应物性质、匹配化学反应原理规则库判断是否可以发生反应,得到生成物和配平后的方程式;化学反应过程模拟模块对于反应发生过程中反应速度、物质的量、温度等变化给出了计算方法,并可以实现生成物存放位置判断、反应现象显示。最后,在对引擎模块研究的基础上,对引擎进行了实现,并进行了结果分析。
摘要第4-5页
Abstract第5页
第一章 绪论第8-14页
    1.1 研究背景第8-9页
    1.2 研究现状与主要问题第9-11页
        1.2.1 国内外研究现状第9-11页
        1.2.2 存在的主要问题第11页
    1.3 研究定位与意义第11-12页
        1.3.1 研究定位第11-12页
        1.3.2 研究意义第12页
    1.4 研究目标、内容与方法第12-13页
        1.4.1 研究目标第12页
        1.4.2 研究内容第12-13页
        1.4.3 研究方法第13页
    1.5 小结第13-14页
第二章 相关概念与理论基础第14-21页
    2.1 相关概念第14-15页
        2.1.1 化学反应虚拟仿真引擎第14页
        2.1.2 知识第14-15页
    2.2 知识的表示方法第15-18页
        2.2.1 产生式表示第15-16页
        2.2.2 面向对象表示方法第16页
        2.2.3 语义网络表示方法第16-17页
        2.2.4 框架表示法第17-18页
    2.3 专家系统第18-20页
        2.3.1 知识获取第19-20页
        2.3.2 知识库第20页
        2.3.3 推理机第20页
    2.4 小结第20-21页
第三章 化学反应知识表示方法及知识库构建研究第21-36页
    3.1 化学反应事实性知识表示方法第21-26页
        3.1.1 化学物质知识表示方法第22-24页
        3.1.2 化学仪器知识表示方法第24-25页
        3.1.3 化学反应现象表示方法第25-26页
    3.2 化学反应事实性知识库构建第26-28页
        3.2.1 化学物质知识库第26-27页
        3.2.2 化学仪器库第27-28页
        3.2.3 化学反应现象库第28页
    3.3 化学反应规则性知识表示及库构建第28-35页
        3.3.1 化学反应方程式库构建第29-30页
        3.3.2 仪器操作规则库构建第30-32页
        3.3.3 化学反应原理库构建第32-35页
    3.4 小结第35-36页
第四章 化学反应引擎构建研究第36-50页
    4.1 总体概述第36-37页
    4.2 仪器操作引擎模块研究第37-39页
    4.3 化学反应类别判定引擎模块研究第39-43页
        4.3.1 化学物质性质判断的推理算法第40-41页
        4.3.2 化学反应规则的推理算法第41-42页
        4.3.3 化学反应方程式配平算法第42-43页
    4.4 化学反应过程模拟引擎模块研究第43-48页
        4.4.1 反应速度、物质量及温度变化计算第43-45页
        4.4.2 生成物存放位置的计算第45-47页
        4.4.3 化学反应现象显示计算第47-48页
    4.5 复杂情况处理第48-49页
    4.6 小结第49-50页
第五章 化学反应引擎的实现第50-55页
    5.1 实现环境与关键技术第50-51页
        5.1.1 实现环境第50页
        5.1.2 关键技术第50-51页
    5.2 实现案例与评价第51-53页
    5.3 实验结果对比分析第53-54页
    5.4 总结第54-55页
第六章 总结与展望第55-57页
    6.1 总结第55-56页
    6.2 展望第56-57页
参考文献第57-61页
致谢第61页
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