北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了为期一周的高中课程，帮助学生快速掌握颜色化学和人工智能的概念，同时激发他们对科学和周围世界的好奇心。

为了测试简短的高中科学模块能否有效地向学生传授化学(众所周知的棘手学科)和人工智能(AI)方面的知识，研究人员设计了一个相对简单的涉及pH值的实验，pH值反映了液体的酸度或碱度解决方案。

当测试试纸上的pH值时，颜色转换图提供了方便的参考：当存在大量酸度时，更多的酸性溶液会使试纸变成红色，而当酸水平减弱时，试纸会变成黄色和绿色。当液体呈高碱性时，试纸会变成深紫色;当碱性水平下降时，试纸会变成蓝色和深绿色。

pH值的数值范围为0到14，其中7为中性(大约相当于您家中自来水的水位)，数值越低，表明酸度越高，数值越高，表明碱度越高。

“我们想回答这个问题：‘我们能否使用机器学习比视觉更准确地读取pH试纸?’”纺织工程、化学和科学助理教授、一篇描述该技术的论文的共同通讯作者杨张说。工作。“事实证明，学生训练的AI预测模型比视觉解释精确约5.5倍。”

学生们用手机摄像头在各种日常液体(饮料、池塘或湖水、化妆品等)中润湿pH试纸后拍照，并直观地预测其pH值。他们还从讲师那里收到了用精密仪器获取的已知pH值的试纸，并通过视觉进行预测。

“我们希望学生思考这种类型的测试对现实世界的影响，例如，在饮用水可能存在问题的欠发达地区，”张说。“您可能没有复杂的仪器，但您确实想知道pH值是低于5还是7。”

学生们将数据输入到名为Orange的免费机器学习软件中，该软件没有任何代码行，因此新手也可以轻松使用。他们致力于将试纸图像和pH值转换为预测，机器学习提高了准确性，因为它学会了用相应的pH值来描绘试纸颜色更微妙的变化。

然后，学生将机器学习的pH值预测与视觉预测进行比较，发现人工智能预测虽然并不完美，但比视觉预测更接近真实的pH值。

研究人员还在为期一周的课程前后对学生进行了调查，发现他们的学习动力更强，对化学和人工智能的了解也更多。

“学生们可以看到尖端技术应用于现实世界问题和科学进步时的相关性，”北卡罗来纳州立大学学习设计与技术助理教授、该论文的共同通讯作者姜世彦说。

“这种实际应用不仅增强了他们对复杂科学概念的理解，还激励他们探索创新解决方案，培养对尖端技术与科学(特别是化学)交叉点的更深层次的认识。”

“在化学方面，我们可以通过这种方式教授很多类似的颜色化学概念，”张说。“我们还可以扩大该课程的规模，以容纳更多的学生。”

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：