XÂY DỰNG hệ GIẢI một số DẠNG bài TOÁN hóa học vô cơ ở TRUNG học PHỔ THÔNG

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

TRƯƠNG HOÀI PHONG

XÂY DỰNG HỆ GIẢI MỘT SỐ DẠNG
BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ Ở
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

KHÓA LUẬN CAO HỌC
NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH
MÃ SỐ: 60.48.01.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS ĐỖ VĂN NHƠN

Tp. HCM, tháng 11 năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN THẠC SĨ

1. Tên đề tài
Tiếng Việt:
XÂY DỰNG HỆ GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ Ở
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
Tiếng Anh:
BUILDING SYSTEM FOR SOLVING INORGANIC CHEMISTRY
PROBLEMS IN HIGH SCHOOL
2. Ngành và mã ngành đào tạo
Ngành:

Khoa học máy tính

Mã ngành:

60.48.01

3. Họ tên học viên thực hiện đề tài
Họ tên:

TRƯƠNG HOÀI PHONG

MSSV:

CH1301048

Khóa:

Cao học khóa 8- Đợt 1

Giảng viên hướng dẫn

Giảng viên: PGS-TS. ĐỖ VĂN NHƠN
Cơ quan công tác: Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin
Địa chỉ email:

Điện thoại: 0908 107 799


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Công nghệ thông tin
đã tận tình chỉ dạy cho em nhiều kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại
trường. Em kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khoẻ và thành công trong công
việc.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS.TS Đỗ Văn
Nhơn, người thầy đã tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo cho chúng em trong
suốt quá trình thực hiện đề tài.
Con gửi tất cả lòng biết ơn và sự kính trọng đến ông bà, cha mẹ đã nuôi dạy,
luôn bên cạnh động viên và ủng hộ con trên con đường mà con đã yêu thích và lựa
chọn, đã cho con niềm tin và nghị lực vượt qua mọi khó khăn.
Xin cảm ơn tất cả bạn bè đã động viên, giúp đỡ và hỗ trợ tôi rất nhiều cũng
như đóng góp cho tôi nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện hơn cho đề tài này.
Khóa luận đã hoàn thành và đạt được một số kết quả nhất định tuy nhiên vẫn
không tránh khỏi thiếu sót.Kính mong sự cảm thông và đóng góp ý kiến từ quý thầy
cô và các bạn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
HỌC VIÊN THỰC HIỆN: TRƯƠNG HOÀI PHONG
MÃ SỐ HỌC VIÊN: CH1301048
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 07 tháng 11 năm 2015

Trương Hoài Phong


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 4
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 5
MỤC LỤC .................................................................................................................. 6
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................... 9
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN.................................................................................. 10
1.1.

GIỚI THIỆU .............................................................................................. 10

1.2.

ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU ....................................................................... 10

1.3.

TỔNG QUAN VỀ KẾT QUẢ LIÊN QUAN ........................................... 11

1.4.

MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN ................................................................. 20

1.5.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................................ 22

1.6.

TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH MỚI ........................................................ 22

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................... 23
2.1

CƠ SỞ TRI THỨC .................................................................................... 23

2.1.1

Tri thức là gì? ........................................................................................ 23

2.1.2

Phân loại tri thức: .................................................................................. 24

2.1.3

Sự phân lớp của tri thức: ....................................................................... 24

2.1.4

Hệ cơ sở tri thức: .................................................................................. 24

2.2

CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC ................................... 25

2.2.1.

Biểu diễn tri thức dựa trên logic hình thức ........................................... 25

2.2.2.

Biểu diễn tri thức sử dụng luật dẫn xuất ............................................... 27

2.2.3.

Cơ chế suy luận trên các luật sinh ........................................................ 27

2.2.4.

Biểu diễn tri thức bằng Scripts, Frame ................................................. 28

2.2.5.

Biểu diễn tri thức bằng mạng ngữ nghĩa............................................... 31

2.2.6.

Biểu diễn tri thức bằng mô hình COKB ............................................... 33

2.2.7.

Các dạng suy luận sử dụng cho các mô hình biểu diễn tri thức ........... 38

CHƯƠNG 3 – MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC HÓA HỌC VÔ CƠ THUẬT GIẢI .......................................................................................................... 40
3.1.

THU THẬP KIẾN THỨC ....................................................................... 40

3.2.

VẬN DỤNG MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC ĐỂ BIỂU DIỄN TRI

THỨC HÓA HỌC VÔ CƠ ................................................................................. 42


3.2.1.

3.2.1.1.

Tập Attrs (tập các thuộc tính) ........................................................ 43

3.2.1.2.

Tập F (tập các quan hệ tính toán)................................................... 44

3.2.1.3.

Tập Facts (tập các sự kiện vốn có của đối tượng) ......................... 44

3.2.1.4.

Tập Rule (tập các luật) ................................................................... 44

3.2.2.

3.3.

Mô hình một đối tượng tính toán .......................................................... 42

Mô hình cơ sở tri thức về các đối tượng tính toán (Che-Cokb)............ 45

3.2.2.1.

Tập C .............................................................................................. 45

3.2.2.2.

Tập H.............................................................................................. 46

3.2.2.3.

Tập R .............................................................................................. 47

3.2.2.4.

Tập Func ........................................................................................ 48

3.2.2.5.

Tập Rules ....................................................................................... 48

3.2.2.6.

Các loại sự kiện trong mô hình Che-COKB .................................. 48

TỔ CHỨC CƠ SỞ TRI THỨC VỀ CÁC COM-OBJECT THEO MÔ

HÌNH CHE-COKB .............................................................................................. 54
3.3.1.

Các thành phần trong cơ sở tri thức về các Com-Object ...................... 54

3.3.2.

Sơ đồ tổ chức cơ sở tri thức .................................................................. 54

3.3.3.

Cấu trúc các tập tin lưu trữ các thành phần trong mô hình CHE-

COKB 55
3.4.

MÔ HÌNH BÀI TOÁN .............................................................................. 61

3.5.

ĐẶC TẢ BÀI TOÁN ................................................................................. 64

3.6.

THUẬT TOÁN GIẢI TỰ ĐỘNG THEO MÔ HÌNH CHE-COKB ..... 70

3.6.1.

Các thuật giải cho từng lớp bài toán ..................................................... 74

3.6.2.

Lưu đồ thuật toán tổng quát của mô hình CHE-COKB: ...................... 77

3.6.3.

Giải một số dạng bài toán cơ bản: ........................................................ 77

CHƯƠNG 4 – CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG VÀ THỬ NGHIỆM ............................... 88
4.1.

CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG ............................................................................. 88

4.2.

THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .............................................................. 94

4.2.1.

Thử nghiệm ........................................................................................... 94

4.2.2.

Nhận định và đánh giá: ....................................................................... 100

CHƯƠNG 5 – KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................. 101
5.1.

KẾT LUẬN .............................................................................................. 101


5.2.

HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ....................... 102

5.2.1.

Hạn chế của đề tài ............................................................................... 102

5.2.2.

Hướng phát triển của đề tài ................................................................. 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 103


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Mẫuví dụ về ChEBI .................................................................................. 11
Hình 1.2. Chemlap .................................................................................................... 12
Hình 1.3. DCEv 4.0 ................................................................................................... 13
Hình 1.4. Periodic Table Classic 3.8.5 ...................................................................... 13
Hình 1.5 Vị trí của nguồn tài nguyên ........................................................................ 14
Hình 1.6. Chemix School 3.6 .................................................................................... 14
Hình 1.7. Tính khối lượng phân tử............................................................................ 14
Hình 1.8. Chức năng cân bằng phản ứng .................................................................. 15

Hình 1.9. Chức năng từ điển hóa học........................................................................ 15
Hình 1.10. Chức năng hình ảnh 3D........................................................................... 16
Hình 1.11. Chemical Equation Expert 2.12 .............................................................. 16
Hình 1.12. FormulaWeight2011 ............................................................................... 17
Hình 2.1. Sư phân lớp của tri thức ............................................................................ 24
Hình 2.2. Sơ đồ hệ cơ sở tri thức .............................................................................. 25
Hình 2.3. Đồ thị mối quan hệ .................................................................................... 31
Hình 3.1. Sơ đồ quan hệ kế thừa ............................................................................... 47
Hình 3.2. Sơ đồ tổ chức cơ sở tri thức ...................................................................... 55
Hình 3.3. Lưu đồ thuật toán ...................................................................................... 77


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU
Bộ môn Hoá học ở phổ thông có mục đích trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức
cơ bản, bao gồm các kiến thức về cấu tạo chất, phân loại chất và tính chất của chúng.Học
tốt môn hóa giúp giải thích được các hiện tượng trong cuộc sống.Việc nắm vững các kiến
thức cơ bản góp phần nâng cao chất lượng đào tạo ở bậc phổ thông, chuẩn bị cho học sinh
tham gia các hoạt động sản xuất và các hoạt động sau này.
Đặc điểm của bộ môn Hóa là mang tính thực nghiệm cả về định tính và định lượng.
Khái niệm hóa học luôn trừu tượng, khó hiểu, không quan sát bằng mắt thường được (như
nguyên tử, phân tử, electron, proton …). Bộ môn Hóa còn kết hợp các kỹ năng cần thiết
như: Kỹ năng quan sát, tổng hợp, phân tích, đánh giá, suy luận, kỹ năng vận dụng kiến thức
vào bài tập,kỹ năng tính toán. Hệ thống kiến thức về lý thuyết và hệ thống bài tập Hoá học
giữ một vị trí và vai trò rất quan trọng trong việc dạy và học Hoá học ở trường phổ thông,

việc giải các bài tậplại càng khó khăn để giải được các bài tập đòi hỏi người học cần nắm
chắc kiến thức và làm thật nhiều bài tập, để hình thành được các kỹ năng, kỹ xảo nhằm
giúp người học lựa chọn được các cách giải phù hợp và tối ưu cho từng dạng bài tập.
Mặt khác việc đổi mới công tác kiểm tra đánh giá ở trung học phổ thông hiện đang
được ngành giáo dục đặc biệt quan tâm, trong đó việc đánh giá học sinh bằng phương pháp
trắc nghiệm khách quan là một trong những phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay.
Đối với môn Hóa việc áp dụng trắc nghiệm khách quan trong đánh giá rất thông dụng.
Hiện nay có rất nhiều chương trình hỗ trợ học sinh học tập môn hóa nhưng các
chương trình chỉ mới dừng lại ở việc tra cứu kiến thức hay cân bằng phản ứng. Bên cạnh
đó cũng có một số vài đề tài ứng dụng mô hình biểu diễn tri thức để giải một sốdạng bài
tập hóa học nhưng chưa nhiều và chưa được 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.
HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 10


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

Khi nói về phần mềm hỗ trợ học tập, phần lớp các phần mềm chỉ đáp ứng ở mức độ
tra cứu kiến thức, giúp học sinh ôn lại các phần lý thuyết đã học trước. Gần như chưa có
phần mềm hỗ trợ học sinh trong vấn đề tìm ra lời giải các bài toán. Trong chương trình phổ
thông, đặc biệt khối A, Toán – Lý – Hóa là 3 môn học quan trọng, có số lượng bài tập, bài
kiểm tra của các môn này rất nặng về tư 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 đưa ra lời giải
của bài toán và từ những phần mềm như 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 chương trình hỗ trợ giải các bài toán hóa học vô cơ ở trung học phổ thông.
1.3. TỔNG QUAN VỀ KẾT QUẢ LIÊN QUAN
Mặc dù, hóa học là 1 ngành học đã có từ lâu đời nhưng 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
được tiếp tục phát triển
1.3.1. Chemical Entities of Biological Interest
Công trình khoa học mang tên ChEBI (Chemical Entities of Biological Interest) [16]
.

Hình 1.1. Mẫuví dụ về ChEBI
ChEBI là một hệ cơ sở tri thức mở về các hợp chất hữu cơ, được dùng để tra cứu
thông tin về các chất, mối liên hệ giữa các chất và cấu tạo của chúng. Mục tiêu của ChEBI
là xây dựng hệ thống tiêu chuẩn dùng để biểu diễn tri thức của các hợp chất hữu cơ và lưu
trữ vào cơ sở dữ liệu. Có thể gọi ChEBI là một Ontology của lĩnh vực hóa hữu cơ. Mọi cá

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 11


KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

nhân, tổ chức có nhu cầu đều có thể tải miễn phí toàn bộ mã nguồn và cơ sở dữ liệu của
ChEBI trên trang chủ www.ebi.ac.uk.
1.3.2. Chemlap
Bên cạnh sự hiếm hoi các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này là các ứng dụng thương
mại hỗ trợ dạy và học Hóa thông minh với các chức năng tương đối hiện đại và cao cấp.
Ví dụ tiêu biểu nhất là phần mềm tạo thí nghiệm ảo trên máy tính Chemlap. Phần mềm này
cung cấp đầy đủ các công cụ và tính năng ảo cần thiết cho việc thực hiện 1 thí nghiệm hóa
học. Nhận biết được quá trình xảy ra các phản ứng hóa học và hiện tượng của nó. Có thể
nói phần mềm này đã xử lý rất tốt tri thức thực tế về các hóa chất trong Hóa học, khả năng
xử lý phân tích với các điều kiện khác nhau tương đối chính xác và đem lại một môi trường
ảo thân thiện với người dùng (theo tài liệu [17]).

Hình 1.2. Chemlap
1.3.3. Từ điển phương trình Hóa học DCEv4.00
Một ứng dụng phổ biến về hỗ trợ học Hóa học có thể kể đến là phần mềm “Từ điển
phương trình Hóa học DCEv4.00”, phần mềm hỗ trợ tra cứu tìm kiếm phương trình phản
ứng hóa học do nhóm học sinh trường Lê Hồng Phong thực hiện. Phần mềm thực hiện tra
cứu các phương trình phản ứng hóa học dựa trên thông tin về chất tham gia, chất tạo thành.
Kết quả trả về là các phản ứng tìm được cùng với thông tin chi tiết về phản ứng đó. Chương
trình sử dụng các kĩ thuật cơ bản để so khớp thông tin tìm kiếm và không có khả năng xử
lý suy diễn trên các phản ứng tìm được (theo tài liệu [18]).

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 12


KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

Hình 1.3. DCEv 4.0
1.3.4. Phần mềm Periodic Table Classic 3.8.5
Phần mềm cho phép xem bảng tuần hoàn hoá học với đầy đủ màu sắc, tương ứng
với mỗi màu là tính đặc trưng của nó, ở bên trên bảng tuần hoàn sẽ có lời giải thích cho
từng màu sắc như: kim loại, phi kim, nhóm Halogen…

Hình 1.4. Periodic Table Classic 3.8.5
Ngoài ra khi di chuyển chuột đến một nguyên tố nào ngay lập tức sẽ có hình ảnh
của nguyên tố đó hiện ra, Peridic table classic còn cung cấp trọng lượng, nhiệt độ nóng
chảy, trạng thái, nhóm nguyên tố, vị trí trong bảng… đặc biệt phần mềm còn cung cấp thêm
thông tin năm phát hiện, nơi phát hiện, người phát hiện, các nước có nguồn tài nguyên
phong phú về kim loại nào (theo tài liệu [19]).

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 13


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

Hình 1.5Vị trí của nguồn tài nguyên
1.3.5. Phần mềm Chemix School 3.6:
Phần mềm hỗ trợ học bảng tuần hoàn hoá học bao gồm tính chất vật lí của mọi đồng
phân vị bền và hơn 2500 đồng vị không bền…

Hình 1.6. Chemix School 3.6
Chức năng tính toán khối lượng phân tử, với chức năng này ta chỉ cần nhập công
thức phân tử của các chất, phần mềm sẽ tính toán giúp ta khối lượng của phân tử đó rất
nhanh chóng.

Hình 1.7. Tính khối lượng phân tử

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 14


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

Chức năng cân bằng phản ứng hoá học, ta chỉ cần nhập vào các chất tham gia phản
ứng và các sản phẩm tạo thành, chương trình sẽ tự động cân bằng phản ứng hoá học một
các nhanh chóng và tiện lợi.

Hình 1.8. Chức năng cân bằng phản ứng
Phần mềm còn trang bị một bộ từ điển hoá học rất hữu ích, đây là chức năng rất đặc
biệt mà chưa một phần mềm hoá học nào có được, khi kích hoạt chức năng vào mục
Dictionary, cửa sổ từ điển hoá học xuất hiện:

Hình 1.9. Chức năng từ điển hóa học
Trong từ điển hoá học này có khá nhiều chất được giới thiệu và mô tả về công thức
phân tử lẫn cấu trúc phân tử.
Chức năng chuyển đổi đơn vị trong hoá học giúp ta có thể chuyển đổi nhiều dạng

đơn vị hoá học.
Phân tích độ tan cũng như tính axit, bazo của các chất, khi ta nhập vào một chất
chương trình sẽ có biết chất đó về độ tan, tính kiềm, tính axit của các chất đó.

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 15


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

Ngoài ra chương trình còn cung cấp chức năng hình ảnh 3D của một số chất (theo
tài liệu [20]).

Hình 1.10. Chức năng hình ảnh 3D
1.3.6. Phần mềm Chemical Equation Expert 2.12
Phần mềm cung cấp tính năng cân bằng các phản ứng hoá học phức tạp một cách
dễ dàng, chỉ cần nhập chất tham gia phản ứng và chất tạo thành sau phản ứng, hoặc các
phương trình phức tạp thì chương trình sẽ tự động cân bằng ngay lập tức.

Hình 1.11. Chemical Equation Expert 2.12
Chức năng Chemical Equation Expert còn tích hợp công cụ tìm kiếm, cho phép tìm
phương trình bằng cách chỉ định một phần các chất tham gia và tạo thành sau phản ứng của
phương trình (theo tài liệu [21]).
1.3.7. FormulaWeight - Tính trọng lượng phân tử trong hóa học
FormulaWeight2011 là một ứng dụng khoa học đặc biệt được thiết kế để tính công
thức/trọng lượng phân tử các nguyên tố hóa học được biết đến.

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 16


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

Các khối lượng nguyên tử mới nhất từ IUPAC cũng được sử dụng trong phần mềm
này. (theo tài liệu [22])

Hình 1.12. FormulaWeight2011
1.3.8. Chemwin:
Chương trình nhỏ, gọn dễ dàng tạo các công thức hóa học, có phần hướng dẫn sử
dụng khá dễ hiểu bằng tiếng anh, đây là chương trình có giảng dạy chính thức trong chương
trình đào tạo. Dung lượng chứa đủ trong một đĩa mềm, tuy nhiên khi cài đặt chương trình
này nó đòi phải có cài máy in mặc định mới có thể chạy được bằng cách Start > Setting
>Control Panel > Add Printer, chọn một loại máy in mặc định rồi nhấp Next đến khi kết
thúc (theo tài liệu [23]).
1.3.9. ADC Lab
Sử dụng để vẽ công thức hóa hữu cơ.Như mọi chương trình chạy trong môi trường
Windows mà chúng ta thường gặp, ACD Lab cũng trình bày dòng tiêu đề, các menu lệnh,
các nút công cụ và cửa sổ làm việc. Phần mềm miễn phí ACD Lab 10 của hãng Advanced
Chemistry Development Inc (Theo tài liệu [23]).
1.3.10.Rasmol
HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 17

GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

Chương trình xem các công thức cấu tạo dạng 3D, bạn có thể xoay ở mọi vị trí để
nhìn các góc độ khác nhau và có thể xuất ra khung ảnh đang nhìn ở dạng GIF, BMP, PCX.
Có nhiều tùy chọn khung nhìn như: điểm chấm, quả cầu và liên kết, chương trình không
cần cài đặt (theo tài liệu [23]).
1.3.11.Materials Studio
Là phần mềm mô phỏng và tính toán trong hóa học, vật liệu, y dược và các lĩnh vực
khác.Là phần mềm tương đối toàn diện trong việc tính toán các quá trình hấp phụ, tính
năng lượng tương tác (theo tài liệu [23]).
1.3.12.FullProf Suite:
Là phần mềm dùng tính toán cấu trúc tinh thể, phần mềm được sử dụng để xử lý kết
quả sau khi đo X-ray, nhiễu xạ neutron (theo tài liệu [23]).
1.3.13.Gaussian98:
Chương trình hỗ trợ việc tính toán môn hóa học lượng tử và mô phỏng (theo tài liệu
[23]).
1.3.14.C.I.S Database:
Phần mềm cho các thông tin về phổ IR, NMR, MS của một số chất hữu cơ thường
gặp, về mỗi chất ví dụ: màu sắc,trạng thái, chất độc, chất dễ cháy, .... và cả hình không gian
của công thức đó nữa.Chạy được trên Window 9X, 2K, đừng thay đổi đường dẫn mặc định
lúc cài đặt để chương trình chạy đúng (theo tài liệu [23]).
1.3.15.ChemLab:
Chương trình làm thí nghiệm ảo trên máy tính với các phần chuẩn độ, định lượng,
chất chỉ thị màu và các hình ảnh bộ dụng cụ làm thí nghiệm như: burret, becher, erlen, đèn
cồn... và có thể copy vào các trang Word để trang trí cho trang văn bản của bạn (theo tài

liệu [23]).

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 18


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

1.3.16.Titration:
Là một chương trình rất nhỏ dùng xem biểu đồ biểu diễn quá trình chuẩn độ acid base, chuẩn độ một số chất khác ... có thể xuất ảnh của đồ thị sang dạng BMP rồi chép vào
MS Word (theo tài liệu [23]).
1.3.17.Hyperchem 7.0:
Chương trình dùng thiết kế mô hình hóa cấu trúc phân tử.Nó cho phép hiển thị cấu
trúc dưới vài dạng trong mặt phẳng và không gian ở mọi góc độ.Ngoài ra còn hỗ trợ tính
toán nhiều đại lượng cơ bản trong hóa lượng tử (theo tài liệu [23]).
1.3.18.AutoNom:
Chương trình dùng để gọi tên một số chất hữu cơ, bạn cần vẽ công thức bằng
Structure Editor đính kèm rồi trả lại cho chương trình.Sau đó nhấp nút lệnh Name bạn sẽ
có tên công thức. Tuy nhiên đây là phiên bản Demo nên chỉ gọi được công thức chứa 15
nguyên tử trở lại (theo tài liệu [23]).
1.3.19.ObitanViewer:
Chương trình xem hình dạng các orbital ở nhiều góc độ các dạng orbital s, p, d, f và
có nhiều tùy chọn xuất ra rất sinh động dành cho giảng dạy bài học trừu tượng về orbital ở
các chương trình giảng dạy (theo tài liệu [23]).
1.3.20.Các bài tiểu luận, báo cáo môn học, luận văn:
Các bài tiểu luận, báo cáo môn học biểu diễn tri thức và suy luận sử dụng mô hình

COKB, hoặc mạng ngữ nghĩa để áp dụng trong hóa học vô cơ. Nhưng các bài này chỉ dừng
lại ở mức khái quát, cung cấp các chứ năng từ điển, cân bằng các phản ứng hóa học, tìm
chuỗi chất phản ứng, các phương trình phản ứng khi biết chất đầu vào, giải các dạng toán
cơ bản của trong hóa học vô cơ như: cân bằng phương trình phản ứng hóa học, bài toán về
số nguyên tố, các bài toán về liên quan đến công thức phân tử, các bài toán liên quan đến
cấu hình electron, các bài toán về đồng vị nguyên tố, các bài toán về định luật đương lượng,
các bài toán về chất khí và phương trình trạng thái khí lý tưởng, các bài toán về phản ứng
phân rã/ biến đổi hạt nhân, các bài toán liên quan đến tốc độ phân rã và chu kỳ bán hủy,
các bài toán liên quan đến ánh sáng – quang phổ bức xạ điện từ, các bài toán về khí thực –
HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 19


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

phương trình van der Waals, các bài toán về chất rắn tinh thể, các bài toán về nhiệt, nội
năng và entanpi, các bài toán về định luật Hess,các bài toán về hiệu ứng nhiệt điện tích
(theo tài liệu [5])…..
Tất cả các phần mềm hiện có, các bài tiểu luận, các bài báo cáo môn học, chỉ mới tập
trung vào các tính năng như: tra cứu thông tin, bảng tuần hoàn hóa học, từ điển hóa học,
cách thức chuyển đổi các đơn vị trong hóa học, cách mô phỏng các thí nghiệm ảo, cân bằng
phản ứng, tìm chuỗi phản ứng, chất tạo thành khi biết các chất đầu vào…. Nhưng tất cả các
chương trình và các báo cáo, tiểu luận vẫn chưa thể giải các bài tập về hóa học vô cơ một
cách cơ bản và đầy đủ, chưa xử lý được chất tác dụng với chất, và kết quả hiển thị rất khó
hiểu đối với người dùng.
1.4. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN

Đềtài sẽ nghiên cứu xây dựng chương trình hỗ trợ giải các bài tập trắc nghiệm về
hoá học vô cơ trong sách giáo khoa, các đề thi tốt nghiệp trung học phổ thông và cao đẳng,
đại học, gồm các dạng như sau:
 Dạng 1: Kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa yếu.
 Input: Các bài toán tìm khối lượng muối tạo thành, bài toán tìm thể tích chất
khí sau phản ứng, tìm khối lượng kim loại đã tác dụng với axit, tìm khối lượng của axit đã
phản ứng, tìm nồng độ dung dịch axit tham gia phản ứng, tìm nồng độ phần trăm của axit
tham gia phản ứng, tìm thể tích dung dịch axit tham gia phản ứng, tìm tỉ lệ phần trăm khối
lượng của kim loại trong hỗn hợp, tìm khối lượng chất khí tạo thành sau phản ứng, hay tìm
tên của kim loại đã tác dụng với axit.
 Output: Lời giải cho các bài toán đầu vào phù hợp với cách suy luận của con
người.
 Ví dụ:(Bài 22: Luyện tập – Tính chất của kim loại – Bài tập 6 – Trang 101 –
SGK Hoá học 12 – Chuẩn) Hoà tan hoàn toàn 20 gam hỗn hợp Fe và Mg trong dung dịch
HCl thu được 1 gam khí H2. Khi cô cạn dung dịch thu được bao nhiêu gam muối khan?
A. 54,5 gam. B. 55,5 gam. C. 56,5 gam. D. 57,6 gam.
 Dạng 2: Kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh.
HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 20


KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

 Input: Các bài toán tìm khối lượng muối tạo thành, bài toán tìm thể tích chất
khí sau phản ứng, tìm khối lượng kim loại đã tác dụng với axit, tìm khối lượng của axit đã
phản ứng, tìm nồng độ dung dịch axit tham gia phản ứng, tìm nồng độ phần trăm của axit

tham gia phản ứng, tìm thể tích dung dịch axit tham gia phản ứng, tìm tỉ lệ phần trăm khối
lượng của kim loại trong hỗn hợp, tìm khối lượng chất khí tạo thành sau phản ứng, hay tìm
tên của kim loại đã tác dụng với axit.
 Output: Lời giải cho các bài toán đầu vào phù hợp với cách suy luận của con
người.
 Ví dụ:(Trích đề CĐ – 2007). Hòa tan hoàn toàn 3,22 gam hỗn hợp X gồm Fe,
Mg và Zn bằng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 loãng, thu được 1,344 lít hiđro (ở đktc)
và dung dịch chứa m gam muối. Giá trị của m là (Cho H = 1; O = 16; Mg = 24; S = 32; Fe
= 56; Zn = 65)
A. 10,27.

B. 9,52.

C. 8,98.

D. 7,25.

 Dạng 3: Kim loại tác dụng với muối
 Input: Các bài toán tìm khối lượng muối tạo thành, tìm khối lượng kim loại
đã tác dụng với muối, tìm khối lượng của muối đã phản ứng, tìm nồng độ dung dịch muối
tham gia phản ứng, tìm nồng độ phần trăm của muối tham gia phản ứng, tìm thể tích dung
dịch muối tham gia phản ứng.
 Output: Lời giải cho các bài toán đầu vào phù hợp với cách suy luận của con
người.
 Ví dụ:Ngâm một lá sắt trong dung dịch CuSO4. Nếu biết khối lượng đồng bám
trên lá sắt là 9,6 gam thì khối lượng lá sắt sau ngâm tăng thêm bao nhiêu gam so với ban
đầu?
A. 5,6 gam. B. 2,8 gam.

C. 2,4 gam

D. 1,2 gam

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 21


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

1.5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Phạm vi người dùng: Chương trình hỗ trợ cho các em học sinh trung học phổ thông
giải một số dạng bài tập môn hóa học.
Phạm vi chương trình: Chương trình thực hiện tổ chức lưu trữ, biểu diễn tri thức
nhằm xây dựng một ứng dụng hỗ trợ trong việc giải một số bài tập liên quan đến môn hóa
trung học phổ thông.
1.6. TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH MỚI
Tính mới: Đề tài giải các dạng bài toán trong hóa học vô cơ ở bậc trung học phổ
thông, hỗ trợ giải các bài toán đơn giản bằng cách ứng dụng công nghệ tri thức và biểu
diễn tri thức.
Tính khoa học: để tài có nghiên cứu, áp dụng những phương pháp và kĩ thuật xử lý
như:
 Các phương pháp thiết kế cơ sở tri thức, hệ chuyên gia
 Các phương pháp biểu diễn và xử lý tri thức.

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 22


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CƠ SỞ TRI THỨC
2.1.1 Tri thức là gì?
Tri thức có nhiều ý nghĩa tùy theo văn cảnh, nhưng lúc nào cũng có liên quan với
những khái niệm như 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 là nó bao gồm ba tiêu chí khả tín,
xác thực, và chứng minh được.
Tri thức là các thông tin, các tài liệu, các cơ sở lý luận, các kỹ năng khác nhau, đạt
được 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 tượng, một vấn đề, có
thể lý giải được về nó.
Tóm lại, Tri thức là nói về đối tượng thực hiện được những hành động một cách
hiệu quả. Tri thức là sự hiểu biết của con người trong một phạm vi, lĩnh vực nào đó, được
xem xét theo các mục tiêu hay các vấn đề nhất định có khả năng giúp con người làm việc
có hiệu quả. [2]
Tri thức là một hệ thống phức tạp, đa dạng và trừu tượng bao gồm nhiều thành tố
với những mối liên hệ tác động qua lại như:
 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 như phản xạ,
đối xứng, phản xứng, bắc cầu; Quan hệ thứ tự; Quan hệ tương đương;
 Cách biểu diễn của một quan hệ 2 ngôi R trên tập X: Biểu diễn dựa trên “tập

hợp”, biểu diễn bằng ma trận, biểu đồ (đồ thị).
 Các toán tử (operators), phép toán, các biểu thức hay công thức.
 Các hàm (functions)
 Các luật (rules)
 Sự kiện (facts)
HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 23


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

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 lý, toán học,… thường được xếp vào loại này. Ví dụ:
mặt trời mọc ở phía đông, tam giác đều có 3 góc 600…
Tri thức thủ tục: thường dùng để diễn tả phương pháp, các bước 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 tượng, sự kiện, vấn đề, khái niệm, … được thấy,
cảm nhận, cấu tạo như thế nào. Ví dụ: một cái bàn thường có 4 chân; con người có 2 tay,
2 mắt,..
Tri thức Heuristic: là một dạng tri thức cảm tính. Các tri thức thuộc loại này thường
có dạng ước lượng, phỏng đoán, và thường được hình thành thông qua kinh nghiệm.
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. [2]
2.1.3 Sự phân lớp của tri thức:

Hình 2.1. Sư phân lớp của tri thức
2.1.4 Hệ cơ sở tri thức:
Cơ sở tri thức là tập hợp các tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm
giải quyết. [2]

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 24


GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

Hình 2.2. Sơ đồ hệ cơ sở tri thức
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC
2.2.1. Biểu diễn tri thức dựa trên logic hình thức
2.2.1.1. Logic mệnh đề
Logic mệnh đề là kiểu biểu diễn tri thức đơn giản nhất và gần gũi nhất với con
người. Mệnh đề là một khẳng định mà chỉ có hai giá trị đúng hoặc sai.
 Ví dụ:
“2 là số chẵn” – phát biểu này có giá trị là đúng
“-3 là số nguyên dương” – phát biểu này có giá trị là sai
Giá trị đúng sai của mệnh đề luôn luôn đúng hoặc sai bất chấp thời gian và không
gian. Ta ký hiệu mệnh đề bằng những chữ cái la tinh như a, b, c, ...
Có 3 phép nối cơ bản để tạo ra những mệnh đề mới từ những mệnh đề cơ sở là phép
hội ( ), giao( ) và phủ định ( ). Bên cạnh đó ta có các cơ chế suy diễn như Ponens,
Tollens, và các phép toán suy luận trên mệnh đề logic…[1]

Ưu điểm: phương pháp biểu diễn tri thức bằng logic mệnh đề là đơn giản và gần
gũi với con người.

HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 25


KHÓA LUẬN THẠC
SĨ

GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN

Khuyết điểm: Logic mệnh đề chỉ có thể biểu diễn được hai trạng thái đúng hoặc sai.
Nhưng trong thực tế còn rất nhiều trường hợp mà logic mệnh đề không thể nào biểu diễn
được.
2.2.1.2. Logic vị từ
Biểu diễn tri thức bằng mệnh đề gặp phải một trở ngại cơ bản là ta không thể can
thiệp vào cấu trúc của một mệnh đề. Hay nói một cách khác là mệnh đề không có cấu
trúc.Điều này làm hạn chế rất nhiều thao tác suy luận. Do đó, người ta đã đưa vào khái
niệm vị từ và lượng từ (

- với mọi,

- tồn tại) để tăng cường tính cấu trúc của một mệnh

đề.
Trong logic vị từ, một mệnh đề được cấu tạo bởi hai thành phần là các đối tượng tri
thức và mối liên hệ giữa chúng (gọi là vị từ).Các mệnh đề sẽ được biểu diễn dưới dạng:
Vị từ (<đối tượng 1>, <đối tượng 2>, …,<đối tượng n>)

Như vậy để biểu diễn vị của các trái cây, các mệnh đề sẽ được viết lại thành:
Cam có vị Ngọ

ị (Cam, Ngọt)
Màu (Cam, Xanh)

Rõ ràng là nếu chỉ sử dụng logic mệnh đề thông thường thì ta sẽ không thể tìm được
một mối liên hệ nào giữa c và a,b bằng các phép nối mệnh đề

ừ đó, ta cũng

không thể tính ra được giá trị của mệnh đề c. Sở dĩ như vậy vì ta không thể thể hiện tường
minh tri thức "(A là bố của B) nếu có Z sao cho (A là bố của Z) và (Z anh hoặc em C)"
dưới dạng các mệnh đề thông thường.Chính đặc trưng của vị từ đã cho phép chúng ta thể
hiện được các tri thức dạng tổng quát như trên.
Công cụ vị từ đã được nghiên cứu và phát triển thành một ngôn ngữ lập trình đặc
trưng cho trí tuệ nhân tạo.Đó là ngôn ngữ PROLOG. [1]
 Ưu điểm:


Logic vị từ khắc phục được những khuyết điểm của logic mệnh đề.

 Cơ chế suy luận chính xác (được chứng minh bởi toán học).
 Khuyết điểm:
 Đối với logic vị từ chưa thể biểu diễn được các dữ liệu phức tạp.
HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8

Trang 26