인공 실험실을 위한 중화 적정 실험의 코스웨어 구현

Abstract

인공 실험실이란 수학적, 통계적 도구와 그래픽 도구를 집적시키고 과학적인 지식 시스템을 갖추어서 컴퓨터 모델링과 모의 실험을 지능적으로 지원하는 컴퓨터 환경이다. 본 논문에서는 인공 실험실을 지향하여 중화 적정 실험을 모의하였고, 이를 학습 도구로 개발한 NTE(Neutralization Titration Experiment)를 설계 및 구현하였다. 이는 기자재의 부족으로 실험의 기회가 적은 현실에서 학습자에게 실험의 대체 효자를 주고 탐구의 기회를 재공하려는 목적으로 구현되었다. NTE의 시스템 확장 가능성을 고려하여 전문가의 지식으로 사용되는 부분인 산과 염기의 이온화 정도, 농도, 부피 변화에 따른 pH 구하는 수식을 전문가 시스템 구축 도구인 CLIPS를 이용하여 표현하였다. C 언어로 구현된 NTE는 pH 구하는 규칙을 가진다. 학습자는 간단한 마우스 조작으로써 실험에 필요란 변수들을 시스템에 전달할 수 있다. NTE는 입력된 변수에 따라 적절한 규칙을 적용하여 중화 적정 실험을 수행하고, 지시약의 색깔 변화를 제시함으로서 실재 실험애서와 같은 방법으로 실험을 모의한다. 또한 pH 변화를 수치와 그래프로 나타태어 실험 진행 상황을 한눈에 파악할 수 있도록 차였다. NTE는 이와 같은 실험의 결과뿐 아니라 실험과정상의 절차와 방법까지 모의할 수 있도록 지원한다. NTE는 실험의 위험성에서 학습자를 안전하게 보호하면서도 효율적으로 실험할 수 있는 학습 환경을 연구하였다.;The artificial laboratory is a computing environment of the future that would integrate mathematical and statistical tools with AI methods to assist in computer modeling and simulation. In this thesis, we have developed a part of artificial laboratory as a learning tool to give students great opportunities of easy understanding. The implemented courseware is used for neutralization titration experiment (NTE), which is one of the most suitable subject to maximize the usefulness of artificial laboratory in chemistry education. And we have also used CLIPS expert system shell for getting the formula to obtain pH in terms of the ionization degree, the concentration and the volume of acid-base. It is the most important core part to expand the developed NTE system as an intelligent tutoring system (ITS). The developed NTE system has a rule-based system to get pH. The implementation is done using C-language. Students can examine experimental parameters such as the type, the concentration and the volume of the acid-base, and the type of indicator by clicking the mouse. NTE system conduct neutralization titration experiments according to the experimental parameters by applying the most reasonable rule. As the experimental results, the system the change of colors for the indicator help students finding the neutralization point. The system also displays the change of pH values using a graph to show the current stage of the experiment. As a result, we have designed and implemented the artificial laboratory to get students interest in chemistry while protecting students from the danger of experimental accidents.