XÂY DỰNG hệ GIẢI một số bài tập điện học TRONG CHƯƠNG TRÌNH vật lí lớp 9

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


PHAN TRỌNG NGHĨA

XÂY DỰNG HỆ GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỆN
HỌC TRONG CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 9

LUẬN VĂN THẠC SĨ, KHÓA LUẬN CAO HỌC
CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH
MÃ SỐ: 60.48.01.01

Tp. HCM, tháng 02 năm 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


PHAN TRỌNG NGHĨA

XÂY DỰNG HỆ GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỆN
HỌC TRONG CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 9

LUẬN VĂN THẠC SĨ, KHÓA LUẬN CAO HỌC
CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH
MÃ SỐ: 60.48.01.01

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS ĐỖ VĂN NHƠN

Tp. HCM, tháng 02 năm 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỀ CƢƠNG ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN THẠC SĨ
Tên đề tài
Tiếng Việt:

XÂY DỰNG HỆ GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỆN HỌC TRONG
CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 9
Tiếng Anh:
BUILDING AN APPLICATION TO SOLVE SOME ELECTRICAL
EXERCISES IN NINTH GRADE PHYSICS SUBJECT
Ngành và mã ngành đào tạo
Ngành:

Khoa học máy tính

Mã ngành: 60.48.01
Họ tên học viên thực hiện đề tài
Họ tên:

PHAN TRỌNG NGHĨA

MSSV:

CH1301042

Khóa:

Cao học khóa 8- Đợt 1

Giảng viên hƣớng dẫn
Giảng viên:

PGS. TS ĐỖ VĂN NHƠN

Cơ quan công tác: Trƣờng ĐH Công Nghệ Thông Tin
Địa chỉ email:



Điện thoại:

0908.107.799


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đỗ Văn Nhơn, Thầy
đã nhiệt tâm, tận tình chỉ dạy, hƣớng dẫn và truyền đạt những kiến thức vô cùng bổ
ích giúp khóa luận này đƣợc hoàn thành.

Xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Đình Hiển, Thầy đã nhiệt tình hƣớng
dẫn, gợi mở, cung cấp nhiều tài liệu bổ ích giúp khóa luận này đƣợc hoàn thành.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Công nghệ thông tin, quý
thầy cô ở phòng đào tạo Sau đại học đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất trong học
tập cũng nhƣ công tác đào tạo giúp hoàn thành bài khóa lận này.
Cảm ơn các anh chị học viên cùng khóa và các anh chị học viên những khóa
trƣớc đã cung cấp những nguồn tài liệu phong phú góp phần quan trọng trong việc
hoàn thành bài khóa luận này.
Về khóa luận, học viên đã cố gắng nghiên cứu, tìm kiếm những tài liệu liên
quan để từ đó tổng hợp lại và vận dụng để đƣa ra một mô hình biểu diễn tri thức để
giải các bài tập trong nội dung điện học bộ môn Vật lí lớp 9. Khóa luận đã đạt đƣợc
những kết quả nhất định nhƣng không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý
Thầy cô và các bạn thông cảm và tận tình góp ý giúp khóa luận đƣợc hoàn thiện
hơn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
HỌC VIÊN THỰC HIỆN: PHAN TRỌNG NGHĨA
MÃ SỐ HỌC VIÊN: CH1301042
LỚP: CAO HỌC KHÓA 8


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và
kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực.Vì vậy tôi xin chịu trách nhiệm
hoàn toàn về công trình nghiên cứu của mình.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 02 năm 2016

Phan Trọng Nghĩa


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................... 6
1.1

GIỚI THIỆU ............................................................................................. 6

1.2

ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU ...................................................................... 6

1.3

MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐÃ CÓ ............................................................ 7

1.4

MỤC TIÊU .............................................................................................. 12

1.5

PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................................... 16

1.6

TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH MỚI ..................................................... 16

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 18
2.1

2.2

CÁC KHÁI NIỆM VỀ TRI THỨC ....................................................... 18
2.1.1

Khái niệm tri thức ............................................................................. 18

2.1.3

Sự phân lớp của tri thức: .................................................................. 19

2.1.4

Đặc điểm của tri thức: ...................................................................... 19

2.1.5

Hệ cơ sở tri thức ............................................................................... 20

CÁC PHƢƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC ................................ 22
2.2.1

Logic mệnh đề .................................................................................. 22

2.2.2

Logic vị từ ........................................................................................ 22

2.2.3

Hệ luật dẫn ........................................................................................ 23

2.2.4

Mạng ngữ nghĩa ................................................................................ 24

2.2.5

Frame ................................................................................................ 26

2.2.6

Mạng các đối tƣợng tính toán ........................................................... 28

2.2.7

Mô hình tri thức các đối tƣợng tính COKB (Computational Objects

Knowledge Base) .......................................................................................... 31
CHƢƠNG 3: BIỂU DIỄN TRI THỨC CHO ĐIỆN HỌC MỘT CHIỀU –
THUẬT GIẢI ......................................................................................................... 36


3.1

THU THẬP TRI THỨC ......................................................................... 36

3.2

VẬN DỤNG MÔ HÌNH TRI THỨC ĐỂ BIỂU DIỄN TRI THỨC

ĐIỆN HỌC MỘT CHIỀU ............................................................................... 37
3.2.1

Mô hình một đối tƣợng tính toán ...................................................... 38

3.2.2

Mô hình tri thức các đối tƣợng tính toán .......................................... 40

3.2.2.1 Tập C .......................................................................................... 41
3.2.2.2 Tập Ops ...................................................................................... 43
3.2.2.3 Tập Rules .................................................................................... 44
3.3

TỔ CHỨC CƠ SỞ TRI THỨC THEO MÔ HÌNH COKB THU HẸP .
................................................................................................................... 46
3.3.1

Các thành phần trong mô hình COKB thu hẹp ................................ 46

3.3.2

Cấu trúc các tập tin lƣu trữ trong mô hình COKB thu hẹp .............. 47

3.3.3

Sơ đồ tổ chức cơ sở tri thức .............................................................. 55

3.4

MÔ HÌNH BÀI TOÁN ........................................................................... 55

3.5

THUẬT GIẢI SUY LUẬN ..................................................................... 57
3.5.1

Một số thuật giải suy luận tìm lời giải cho bài toán .......................... 57

3.5.2

Một số ví dụ ...................................................................................... 63

CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ ỨNG DỤNG GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐIỆN HỌC
TRONG CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 9 ....................................................... 68
4.1

4.2

PHẠM VI ỨNG DỤNG .......................................................................... 68
4.1.1

Mục tiêu ............................................................................................ 68

4.1.2

Đối tƣợng phục vụ ............................................................................ 68

4.1.3

Yêu cầu ............................................................................................. 68

4.1.4

Phạm vi ứng dụng ............................................................................. 69

THIẾT KẾ HỆ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐIỆN HỌC TRONG

CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 9 SỬ DỤNG MÔ HÌNH COKB RÚT
GỌN ................................................................................................................... 69


4.3

4.2.1

Mô hình biểu diễn cơ sở tri thức cho ứng dụng ............................... 69

4.2.2

Mô hình bài toán ............................................................................... 80

4.2.3

Thiết kế bộ suy diễn ......................................................................... 82

CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM ............................................................... 82
4.3.1

Cài đặt chƣơng trình ......................................................................... 82

4.3.2

Kết quả thử nghiệm .......................................................................... 83

4.3.3

Nhận xét và đánh giá ........................................................................ 98

CHƢƠNG 5 – KẾT LUẬN .................................................................................. 100
5.1

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC........................................................................ 100

5.2

HẠN CHẾ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................................. 101
5.2.1

Hạn chế ........................................................................................... 101

5.2.2

Hƣớng phát triển ............................................................................. 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.2.2.1: Bảng thể hiện khái niệm điện trở và thiết bị ......................................43
Bảng 3.2.2.2: Bảng toán tử thể hiện mối liên hệ nối tiếp và song song giữa hai đối
tƣợng điện trở ........................................................................................................... 44
Bảng 3.2.2.3.1: Bảng thể hiện luật suy diễn giữa điện trở và điện trở, điện trở và
thiết bị ........................................................................................................................ 45
Bảng 3.2.2.3.2: Bảng sự kiện .................................................................................... 46
Bảng 4.2.1.1: Bảng các khái niệm............................................................................. 72
Bảng 4.2.1.2: Bảng toán tử thể hiện tính liên hệ giữa cá đối tƣợng ......................... 75
Bảng 4.2.1.4: Bảng các luật ...................................................................................... 80
Bảng 4.3.2: Bảng thể hiện kết quả thử nghiệm trên các dạng bài tập ....................... 84

4
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.3.1.1: Giao diện phần mềm “Vật lí quanh em” .............................................. 8
Hình 1.3.1.2: Giao diện phận mềm “Crocodile Physics”........................................... 9
Hình 1.3.1: Mạch điện một điện trở ......................................................................... 13
Hình 1.3.2: Mạch điện có 2 điện trở song song ....................................................... 14
Hình 1.3.3: Mạch điện hỗn hợp................................................................................ 15
Hình 2.1.3: Tháp tri thức .......................................................................................... 19
Hình 2.1.4: Một ví dụ về tính liên hệ của tri thức .................................................... 20

Hình 2.1.5: Hệ cơ sở tri thức .................................................................................... 21
Hình 2.2.4: Tri thức đƣợc biểu diễn bằng mạng ngữ nghĩa ..................................... 25
Hình 2.2.5: Quan hệ giữa các đối tƣợng hình học phẳng......................................... 28
Hình 2.2.6.1: Biểu diễn một đối tƣợng tính toán ..................................................... 29
Hình 2.2.6.2: Một ví dụ mạng các đối tƣợng tính toán ............................................ 30
Hình 3.1.3: Một đoạn mạch hỗn hợp đơn giản ........................................................ 44
Hình 3.3.3: Sơ đồ tổ chức cơ sở tri thức theo mô hình COKB rút gọn. .................. 55
Hình 3.5.1: Lƣu đồ thuật toán tổng quát trên mô hình COKB rút gọn .............Error!
Bookmark not defined.

5
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU
Vật lí là môn khoa học tự nhiên, rất quan trọng trong thực tế, nó có ứng dụng vô
cùng quan trọng trong các ngành kinh tế chủ chốt của các quốc gia, là cơ sở của các
ngành công nghiệp nhƣ: chế tạo máy, điện, hạt nhân…Vật lí học có những đóng
góp quan trọng qua sự tiến bộ các công nghệ mới đạt đƣợc do những phát kiến lý
thuyết trong Vật lí. Ví dụ, sự tiến bộ trong hiểu biết về điện từ học hoặc Vật lí hạt
nhân đã trực tiếp dẫn đến sự phát minh và phát triển những sản phẩm mới, thay đổi
đáng kể bộ mặt xã hội ngày nay, nhƣ ti vi, máy vi tính, laser, internet, các máy móc
dân dụng, hay vũ khí hạt nhân; những tiến bộ trong nhiệt động lực học dẫn tới sự
phát triểncách mạng công nghiệp; và sự phát triển của ngành cơ học thúc đẩy sự
phát triển phép tinh vi tích phân.

Môn học Vật lí đã đƣợc đƣa vào chƣơng trình học của học sinh cấp hai, học
sinh cấp ba, sinh viên đại học… và là một trong những môn học, ngành học quan
trọng nhất. Trong Vật lí, các hiện tƣợng của tự nhiên đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng
pháp luận chính xác nhất dựa trên nền tảng của thực nghiệm và toán học. Vì vậy, để
có thể tƣ duy học tốt môn Vật lí cần kết hợp nhiều yếu tố, đặc biệt là kết hợp giữa lý
thuyết và thực hành, cần nắm vững những kiến thức nền tảng nhƣ đặc điểm của
từng đối tƣợng, các công thức tính toán, mối quan hệ và cách suy luận đối với từng
dạng bài tập…
Hiện nay có rất nhiều chƣơng trình hỗ trợ học sinh học tập môn Vật lí nhƣng
các chƣơng trình chỉ mới dừng lại ở việc tra cứu kiến thức hay mô phỏng các hiện
tƣợng. Bên cạnh đó cũng có một số vài đề tài ứng dụng mô hình biểu diễn tri thức
để giải một số dạng bài tập Vật lí nhƣng chƣa nhiều và chƣa đƣợc đầy đủ.

1.2 ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU
Ứng dụng công nghệ thông tin vào giáo dục ngày càng trở nên phổ biến, các
phần mềm hỗ trợ soạn giảng, các phần mềm hỗ trợ học tập, các phần mềm tra cứu
kiến thức, các hệ thống học trực tuyến e-learning ngày càng phát triển.

6
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

Khi nói về phần mềm hỗ trợ học tập, phần lớn các phần mềm chỉ đáp ứng ở
mức độ tra cứu kiến thức, giúp học sinh ôn lại các phần lý thuyết đã học trƣớc. Gần
nhƣ chƣa có phần mềm hỗ trợ học sinh trong vấn đề tìm ra lời giải các bài toán.
Trong chƣơng trình phổ thông, đặc biệt khối A, Toán – Lý – Hóa là 3 môn học quan

trọng, có số lƣợng bài tập, bài kiểm tra của các môn này rất nặng về tƣ duy giải
toán, không phải học sinh nào cũng có thể giải hết các bài tập một các dễ dàng.
Vì vậy học sinh cần một công cụ hỗ trợ gợi ý tìm các công thức để đƣa ra lời
giải của bài toán và từ những phần mềm nhƣ vậy sẽ gợi ý giúp học sinh dễ dàng
luyện tập nâng cao kĩ năng giải toán trong các kì thi hơn. Từ đó đã tạo động cơ
thực hiện nghiên cứu xây dựng một chƣơng trình hỗ trợ giải một số bài toán Vật lí
điện học lớp 9 trong chƣơng trình Trung học Cơ sở.

1.3 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐÃ CÓ
Mặc dù Vật lí là 1 ngành học đã có từ lâu đời nhƣng các nghiên cứu về xây
dựng hệ thống tri thức cho lĩnh vực này còn khá mới mẻ. Kết quả của quá trình tìm
tòi trên mạng và các tài liệu chính thức, hiện tại chỉ có 1 vài công trình nghiên cứu
đã hoàn thiện và đang đƣợc tiếp tục phát triển
1.3.1 Phần mềm hỗ trợ học môn Vật lí “Vật lí quanh em” của các thành viên
nhóm Active software. [15]
 Ƣu điểm của phần mềm
 Giao diện gần gũi và sử dụng ngôn ngữ tiếng Việt nên rất dễ dàng sử
dụng.

7
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

Hình 1.3.1.1: Giao diện phần mềm “Vật lí quanh em”
 Kiến thức phong phú, đa dạng bao trùm hầu hết kiến thức bộ môn Vật lí từ
cấp học THCS đến THPT nhƣ: Cơ học, nhiệt học, quang học, điện học, hạt nhân

nguyên tử, từ Vật lí đến thực tiễn, toán học trong Vật lí…
 Bên cạnh đó, phần mềm còn có chức năng giải thích các hiện tƣợng Vật lí
xảy ra trong cuộc sống nhƣ: hiện tƣợng nhật thực và nguyệt thực, nguyên tắc hoạt
động của đèn ống, vô tuyến truyền hình… Đây là chức năng rất hữu ích không chỉ
đối với các em học sinh mà còn cho tất cả chúng ta.
 Hạn chế của phần mềm
 Hạn chế lớn nhất của phần mềm này là không có chức năng giải một số
bài tập liên quan của từng nội dung. Phần mềm chỉ đơn giản nhƣ một cuốn sách Vật
lí chỉ có lý thuyết mà không có bài tập áp dụng.
 Không có chức năng cập nhật kiến thức mới.

8
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

1.3.2 Phần mềm hỗ trợ học môn Vật lí “Crocodile Physics” [22]
 Ƣu điểm của phần mềm
 Kiến thức đa dạng, phong phú, bao trùm hầu hết các kiến thức Vật lí
trong chƣơng trình học THCS, THPT.
 Ƣu điểm nỗi bậc nhất nhất của phần mềm này là giao diện trực quan với
hình ảnh minh họa đặc sắc. Với các đối tƣợng đƣợc định nghĩa sẵn cho phép ngƣời
sử dụng tự định nghĩa đối tƣợng và các tham số đầu vào. Ví dụ: Ngƣời sử dụng có
thế định nghĩa một mạch điện bằng cách kéo thả các đối tƣợng đƣợc hỗ trợ sẵn nhƣ:
điện trở, dây dẫn, khóa k…

Hình 1.3.1.2: Giao diện phận mềm “Crocodile Physics”

 Giải thích các hiện tƣợng Vật lí bằng hình ảnh sinh động. Ví dụ chúng ta
có thể nhập vào tham số chiếc xe chạy với vận tốc bao nhiêu, chƣơng trình sẽ cho
chúng ta thấy đƣợc chiếc xe chuyển động nhƣ thế nào với vận tốc đó…

9
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

 Hạn chế của phần mềm


Điểm hạn chế lớn nhất của phần mềm này là ngôn ngữ bằng tiếng Anh,

do vậy rất khó để các em học sinh nƣớc ta (đặc biệt là các em ở lứa tuổi THCS) có
thế hiểu đƣợc các đối tƣợng, các ví dụ và giải thích hiện tƣợng…


Chƣơng trình không có chức năng giải các bài tập.

1.3.3 Việc nghiên cứu biểu diễn tri thức giải các bài tập điện một chiều đã đƣợc
học viên Hồ Nhật Tiến thực hiện trong luận văn “Nghiên cứu mô hình biễu diễn tri
thức, ứng dụng xây dựng hệ giải bài toán điện học” – ĐH Công Nghệ Thông Tin
– ĐH Quốc Gia TP.HCM. [6]
 Vấn đề luận văn đã làm đƣợc:


Xây dựng đƣợc mô hình biểu diễn tri thức của điện học một chiều, cải

tiến thuật giải suy diễn bằng các giải thuật heuristic trong quá trình suy luận.


Đã giải đƣợc một số dạng bài tập trong điện học một chiều nhƣ: sự phụ

thuộc của cƣờng độ dòng điện vào hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, các dạng bài
tập liên quan đến đoạn mạch song song, đoạn mạch nối tiếp, đoạn mạch hỗn hợp, sự
phụ thuộc của điện trở vào chiều dài, tiết diện và vật liệu làm dây dẫn, biến trở,
công suất, công của dòng điện..
 Vấn đề hạn chế của luận văn:


Căn cứ vào những bài tập đề cập trong luận văn này thì các dạng bài tập

tƣơng đối đơn giản, thiếu những bài tập mang tính chất phức tạp, thiếu tính đa dạng.


Thiếu các bài tập trên thiết bị nhƣ: bóng đèn, vôn kế, ampe kế, bàn là,

bếp điện, ấm đun.


Một trong những dạng quan trọng của điện học một chiều là vẽ lại sơ đồ

đoạn mạch sao cho thoả điều kiện của đề bài, ở dạng này luận văn chƣa thực hiện
đƣợc mà chỉ mới dừng lại ở việc tìm ra lời giải.


Chƣa có chức năng cập nhật tri thức.

10
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

 Hƣớng cải tiến của đề tài:
Căn cứ và những hạn chế của luận văn trên và bổ sung tri thức mới, tác giả
đề xuất hƣớng cải tiến nhƣ sau


Cải tiến mô hình biểu diễn tri thức các đối tƣợng tính toán



Bổ sung thêm những bài tập có tính chất phức tạp đƣợc thu thập từ

những bài tập nâng cao và các bài tập ở những đề thi học sinh giỏi, thi vào trƣờng
chuyên lớp10.


Bổ sung tri thức giải các bài tập trên thiết bị.



Bổ sung chức năng vẽ lại sơ đồ đoạn mạch thỏa điều kiện đề bài



Bổ sung chức năng cập nhật tri thức.

1.3.4 Bài báo khoa học “Mô hình tri thức toán tử và ứng dụng xây dựng hệ hỗ
trợ giải bài toán thông minh” của PGS.TS Đỗ Văn Nhơn và Th.S Nguyễn Đình
Hiển – ĐH Công Nghệ Thông Tin – ĐH Quốc Gia TP.HCM đăng trên Tạp chí khoa
học và công nghệ số 52. [4]
 Nội dung bài báo:


Bài báo đã xây dựng một mô hình tri thức áp dụng giải các bài toán điện

học một chiều Vật lí lớp 9 và Đại số Vector gọi là mô hình tri thức thức toán tử
“Ops-Model”


Bài báo đã đƣa ra giải pháp cho các bài toán điện học một chiều Vật lí

lớp 9. Thông qua các toán tử, bài báo đã thể hiện đƣợc mối quan hệ giữa các đối
tƣợng trên cùng đoạn mạch, xây dựng các luật suy diễn dựa trên các toán tử. Từ đó
có thể áp dụng giải một số bài tập liên quan.


Hƣớng phát triển:


Dựa vào mô hình tri thức toán tử, khóa luận bổ sung thêm các đối tƣợng,

bổ sung thêm sự kiện, bổ sung thêm luật suy diễn trên các đối tƣợng đó để tiến hành
giải thêm một một số dạng bài tập trong điện học một chiều Vật lí lớp 9

11
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

1.4 MỤC TIÊU
Xây dựng ứng dụng giải một số dạng bài tập trong chƣơng trình Vật lí lớp 9
nhằm hỗ trợ các em học sinh lớp 9 trong việc học tập môn học này. Các dạng bài
tập tập trung ở 6 dạng, trong đó dạng 1 (Dạng bài tập liên quan đến thiết bị hoặc
trên đoạn mạch có thiết bị) là một điểm mới của khóa luận so với các luận văn
trƣớc. Các dạng bài tập cụ thể nhƣ sau:
 Dạng 1: Dạng bài tập liên quan đến thiết bị hoặc trên đoạn mạch có thiết bị.
Thiết bị có thể là: bóng đèn, vôn kế, ampe kế, bàn là, bếp điện, ấm đun.
Input: Các dạng bài toán cho biết mức độ hoạt động của thiết bị nhƣ: cho
biết độ sáng của bóng đèn, cho biết vôn kế hoạt động thế nào, cho biết ampe kế hoạt
động thế nào, cho biết bếp điện hoạt động thế nào, cho biết bàn là hoạt động thế
nào, cho biết ấm đun hoạt động thế nào; Các bài toán tính hiệu điện thế trên đối
tƣợng thiết bị, các bài toán tính cƣờng độ dòng điện trên đối tƣợng thiết bị, các bài
toán tính công suất trên đối tƣợng thiết bị, các bài toán tính công suất định mức trên
đối tƣợng thiết bị, các bài toán tính hiệu điện thế định mức trên đối tƣợng thiết bị,
các bài toán tính cƣờng độ dòng điện định mức trên đối tƣợng thiết bị.
Trên đoạn mạch, thiết bị có thể mắc nối tiếp hoặc song song với các đối
tƣợng: điện trở, biến trở, thiết bị, dây dẫn.
Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con

ngƣời.
Ví dụ 1: Cho đoạn mạch nhƣ hình bên dƣới, bóng đèn Đ ghi 6V-3W. Điện trở
R1=3Ω, biến trở Rb có thể thay đổi đƣợc. Hiệu điệu thế U ở hai đầu AB là 12V.
Bóng đèn sẽ sáng nhƣ thế nào nế điện trở Rb=18 Ω?

Đ

M

R
b

R
1

N
U

Hình 1.4.1: Mạch điện có thiết bị
12
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

Input: Đoạn mạch AB, đèn Đ,UdmĐ=6V, PdmĐ=3W, R1=3Ω, UAB=12V,
Rb=18 Ω
Output: Lời giải cho biết bóng đèn sẽ sáng nhƣ thế nào

Ví dụ 2: Trên bóng đèn dây tóc Đ1 có ghi 220V – 100W, trên bóng đèn dây tóc
Đ2 có ghi 220V – 75W. Mắc song song hai bóng này vào hiệu điện thế 220V. Tính
công suất đoạn mạch song song này và cƣờng độ dòng điện mạch chính?
Input: Thiết bị đèn Đ1, đèn Đ2,UdmĐ1=220V, PdmĐ1=100W, UdmĐ2=220V,
PdmĐ2=75W
Output: Lời giải tìm kết quả công suất P của đoạn mạch song song và cƣờng độ
dòng điện mạch chính I.
 Dạng 2: Dạng bài tập vận dụng định luật Ohm, điện trở dây dẫn giải các bài
tập trên đoạn mạch có điện trở.
Input: Các bài toán tính điện trở, các bài toán tính hiệu điện thế, các bài toán
tính cƣờng độ dòng điện.
Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con
ngƣời.
Ví dụ:

R1

A
K

M

N

+ Hình 1.4.2: Mạch điện một điện trở

Cho mạch điện có sơ đồ nhƣ hình trên, điện trở R1=10Ω, hiệu điện thế giữa
hai đầu đoạn mạch là UNM=12V. Tính cƣờng độ dòng điện I1 chạy qua R1?
Input: Đoạn mạch MN, R1 = 10Ω, hiệu điện thế UNM=12V
Output: Lời giải tìm kết quả cƣờng độ dòng điện I1.

13
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

 Dạng 3: Dạng bài tập liên quan đến đoạn mạch nối tiếp. Các đối tƣợng nối
tiếp trên đoạn mạch có thể là: Điện trở nối tiếp với điện trở, điện trở nối tiếp với
biến trở, điện trở nối tiếp dây dẫn.
Input: Các bài toán tìm điện trở tƣơng đƣơng, các bài toán tìm điện trở, các
bài toán tìm hiệu điện thế, các bài toán tìm cƣờng độ dòng điện, các bài toán tìm
công suất, các bài toán tìm chiều dài dây dẫn, các bài toán tìm tiết diện dây dẫn.
Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con
ngƣời.
Ví dụ: Hai điện trở R1, R2 và ampe kế đƣợc mắc nối tiếp với nhau vào 2 điểm
A, B. Cho R1=5 Ω, R2=10 Ω, ampe kế chỉ 2 A. Tính hiệu điện thế đoạn mạch AB?
Input: Đoạn mạch AB, R1 = 5 Ω, R2=10 Ω, I1=2 A.
Output: Lời giải tìm kết quả hiệu điện thế UAB.
 Dạng 4: Dạng bài tập liên quan đến đoạn mạch song song. Các đối tƣợng
song song trên đoạn mạch là: Điện trở song song với điện trở, điện trở song song
với biến trở, điện trở song song với dây dẫn.
Input: Các bài toán tìm điện trở tƣơng đƣơng, các bài toán tìm điện trở, các
bài toán tìm hiệu điện thế, các bài toán tìm cƣờng độ dòng điện, các bài toán tìm
công suất, các bài toán tìm chiều dài dây dẫn, các bài toán tìm tiết diện dây dẫn.
Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con
ngƣời.
Ví dụ:

R1
A1

A
+

A

R2

A2

B
-

V

Hình 1.4.3: Mạch điện có 2 điện trở song song

14
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

Cho mạch điện có sơ đồ nhƣ hình trên. Trong đó R1=15Ω, R2=10Ω, vôn kế
chỉ 12V.

a) Tính điện trở tƣơng đƣơng của đoạn mạch?
b) Số chỉ của các ampe kế là bao nhiêu?
Input: Đoạn mạch AB, R1 = 15Ω, R2=10 Ω, U=12V.
Output: Lời giải tìm kết quả điện trở tƣơng đƣơng R và cƣờng độ dòng điện
I1, I2, I.
 Dạng 5: Dạng bài tập liên quan đến đoạn mạch hỗn hợp. Các đối tƣợng trên
đoạn mạch song song hoặc nối tiếp nhau là: Điện trở và điện trở, điện trở và đoạn
mạch, điện trở và dây dẫn, điện trở và biến trở.
Input: Các bài toán tính điện trở tƣơng đƣơng, các bài toán tìm điện trở, các
bài toán tính hiệu điện thế, các bài toán tính cƣờng độ dòng điện, các bài toán tính
công suất, các bài toán tính chiều dài dây dẫn, các bài toán tính tiết diện dây dẫn.
Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con
ngƣời.
Ví dụ:

R2
A

R3

R4

B

R1
R5
Hình 1.4.4: Mạch điện hỗn hợp
Cho mạch điện nhƣ hình trên R1=5Ω, R2=7Ω, R3=1Ω, R4=5Ω, R5=3Ω,
I3=0,5A.
Tính cƣờng độ dòng điện qua từng điện trở và UAB?

Input: Đoạn mạch AB, R1=5Ω, R2=7Ω, R3=1Ω, R4=5Ω, R5=3Ω, I3=0,5A.
Output: Lời giải tìm cƣờng độ dòng điện qua từng điện trở và UAB.

15
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

 Dạng 6: Dạng bài tập liên quan đến dây dẫn, sự phụ thuộc của điện trở vào
chiều dài, tiết diện và vật liệu làm dây dẫn. Đối tƣợng của dạng bài tập này là dây
dẫn.
Input: Các bài toán tìm điện trở dây dẫn, các bài toán tìm chiều dài dây dẫn,
các bài toán tìm tiết diện dây dẫn, các bài toán tìm số vòng quấn dây dẫn.
Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con
ngƣời.
Ví dụ: Điện trở của một dây dẫn bằng nhôm tiết diện 10µm x 10µm là 1kΩ.
Biết rằng điện trở suất của nhôm là =2,8.10-8 Ωm
a) Hỏi độ dài của dây dẫn là bao nhiêu?
b) Một điện trở 1000Ω đƣợc tạo bằng cách quấn sợi dây dẫn quanh một lõi
thủy tinh đƣờng kính 3mm. Hỏi số vòng cần quấn?
Input: Dây dẫn D, s=10µm x 10µm, R=1000Ω, =2,8.10-8 Ωm,
dlõi thủy tinh=3mm
Output: Lời giải tìm chiều dài dây dẫn l, số vòng quấn N.

1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU


Phạm vi người dùng: Chƣơng trình hỗ trợ cho các em học sinh lớp 9 giải

một số dạng bài tập môn Vật lí.


Phạm vi chương trình: Chƣơng trình thực hiện tổ chức lƣu trữ, biểu diễn tri

thức nhằm xây dựng một ứng dụng hỗ trợ trong việc giải một số bài tập liên quan
đến môn học Vật lí lớp 9.

1.6 TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH MỚI
Khóa luận vận dụng công trình nghiên cứu “Mô hình tri thức toán tử và ứng
dụng xây dựng hệ hỗ trợ giải bài toán thông minh” của PGS.TS Đỗ Văn Nhơn và
Th.S Nguyễn Đình Hiển [4] để tiến hành khảo sát và xây dựng mô hình tri thức giải
một số bài tập điện học một chiều Vật lí lớp 9. Khóa luận bổ sung và phát triển một
số điểm mới nhƣ:
 Bổ sung khái niệm về thiết bị, bổ sung sự kiện và các luật suy diễn dựa
trên khái niệm này để giải một số bài toán liên quan.
16
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

Đề tài có nghiên cứu, áp dụng những phƣơng pháp và kĩ thuật xử lý nhƣ:
 Các phƣơng pháp thiết kế cơ sở tri thức, hệ chuyên gia
 Các phƣơng pháp biểu diễn và xử lý tri thức.

17
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ TRI THỨC
2.1.1 Khái niệm tri thức
Tri thức có nhiều ý nghĩa tùy theo văn cảnh, nhƣng lúc nào cũng có liên quan
với những khái niệm nhƣ hiểu biết, ý nghĩa, thông tin, giảng dạy, giáo dục, giao
tiếp, diễn tả, học hỏi, suy luận, nhận thức và kích thích trí óc. Tri thức bao gồm ba
tiêu chí là: khả tín, xác thực, và chứng minh đƣợc.
Tri thức là các thông tin, các tài liệu, các cơ sở lý luận, các kỹ năng khác
nhau, đạt đƣợc bởi một tổ chức hay một cá nhân thông qua các trải nghiệm thực tế
hay thông qua sự giáo dục đào tạo; các hiểu biết về lý thuyết hay thực tế về một đối
tƣợng, một vấn đề, có thể lý giải đƣợc về nó.
Tóm lại, tri thức là nói về đối tƣợng thực hiện đƣợc những hành động một
cách hiệu quả. Tri thức là sự hiểu biết của con ngƣời trong một phạm vi, lĩnh vực
nào đó, đƣợc xem xét theo các mục tiêu hay các vấn đề nhất định có khả năng giúp
con ngƣời làm việc có hiệu quả. [3]
Tri thức là một hệ thống phức tạp, đa dạng và trừu tƣợng bao gồm nhiều
thành tố với những mối liên hệ tác động qua lại nhƣ:
 Các khái niệm (concepts), với những mối liên hệ cơ bản nhất định
(relationships).
 Các quan hệ (relations): là một quan hệ 2 ngôi R trên một tập X nhƣ phản
xạ, đối xứng, phản xứng,bắc cầu; Quan hệ thứ tự; Quan hệ tƣơng đƣơng.
 Các hàm (functions)

 Các luật (rules)
 Sự kiện (facts)
2.1.2 Phân loại tri thức
Tri thức sự kiện: Là các khẳng định về một sự kiện, khái niệm nào đó (trong
một phạm vi xác định). Các định luật Vật lí, toán học,… thƣờng đƣợc xếp vào loại
18
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

0
này. Ví dụ: mặt trời mọc ở phía đông, tam giác đều có 3 góc 60 …
Tri thức thủ tục: Thƣờng dùng để diễn tả phƣơng pháp, các bƣớc tiến hành,
trình tự hay ngắn gọn là cách giải quyết vấn đề. Thuật toán, thuật giải là một dạng
của tri thức thủ tục.
Tri thức mô tả: Cho biết một đối tƣợng, sự kiện, vấn đề, khái niệm,… đƣợc
thấy, cảm nhận, cấu tạo nhƣ thế nào. Ví dụ: một cái bàn thƣờng có 4 chân; con
ngƣời có 2tay, 2mắt,..
Tri thức Heuristic: Là một dạng tri thức cảm tính. Các tri thức thuộc loại
này thƣờng có dạng ƣớc lƣợng, phỏng đoán, và thƣờng đƣợc hình thành thông qua
kinh nghiệm.
Tri thức siêu tri thức: Mô tả tri thức về tri thức. Loại tri thức này giúp cho lựa
chọn tri thức thích hợp nhất trong số các tri thức khi giải quyết một vấn đề. [3]
2.1.3 Sự phân lớp của tri thức:

Hình 2.1.3: Tháp tri thức
2.1.4 Đặc điểm của tri thức:

Làm thế nào để phân biệt thông tin vào máy tính là dữ liệu hay tri thức?
Giữa tri thức và dữ liệu có một số đặc trƣng khác nhau, chúng ta xem xét hai đặc
trƣng sau:
 Tự giải thích nội dung: Tri thức có thể tự giải thích nội dung còn dữ liệu
19
Phan Trọng Nghĩa


Khóa luận thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn

không thể tự giải thích đƣợc mà chỉ có ngƣời lập trình mới hiểu đƣợc nội dung ý
nghĩa các dữ liệu đó.
Ví dụ: dữ liệu là số 7, tri thức của số 7 là số lẻ, là số nguyên tố, là số
dƣơng…
 Tính cấu trúc: Một trong những đặc trƣng cơ bản của hoạt động nhận
thức con ngƣời đối với thế giới xung quanh là khả năng phân tích cấu trúc các đối
tƣợng. Ở mức đơn giản nhất là cấu trúc: là một bộ phận của toàn thể, là một giống
của một loài cây nào đó, là phần tử của một lớp nào đó.
Tri thức đƣa vào máy cũng cần có khả năng tạo đƣợc phân cấp giữa các khái
niệm và quan hệ giữa chúng.
 Tính liên hệ: ngoài các quan hệ về cấu trúc của mỗi tri thức thì giữa các
đơn vị tri thức còn có nhiều mối liên hệ khác.
Vídụ: các khái niệm: chó, sủa, động vật, bốn chân, đuôi

động vật

sủa

là

biết
Chó

có
đuôi

có
bốn chân

Hình 2.1.4: Một ví dụ về tính liên hệ của tri thức
 Tính chủ động: Dữ liệu hoàn toàn bị động do con ngƣời khai thác, còn tri
thức thì có tính chủ động. Khi hoạt động ở đâu trong lĩnh vực nào, con ngƣời cũng
bị điều khiển bởi tri thức của mình. Các tri thức biểu diễn trong máy tính cũng vậy,
chúng chủ động hƣớng ngƣời dùng biết cách khai thác dữ liệu.
2.1.5 Hệ cơ sở tri thức
Cơ sở tri thức là tập hợp các tri thức liên quan đến vấn đề mà chƣơng trình
quan tâm giải quyết. Cấu trúc của một hệ cơ sở tri thức nhƣ sau:
20
Phan Trọng Nghĩa