CAIA

CAIA

CAIA（Chemistry Artificial Intelligence Assistant）是面向物理化学理论与实验教学的演示平台。各模块均为独立Python脚本，可单独运行和修改。项目中的实验数据、作业文本、学情记录和知识库内容均为演示材料。

模块说明

1 蔗糖水解动力学分析

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python 1_sucrose_hydrolysis/caia_sucrose_hydrolysis.py

脚本内置30.0 ℃下11组时间和旋光度数据，比较线性拟合、非线性拟合和符号回归。输出速率常数、半衰期、R2、RMSE、MAE、SSE、最大绝对残差、逐点预测、残差和图像。

默认的符号回归结果采用已有实验报告中的显式表达式，以便稳定复算。将USE_PYSR改为True后，程序会重新搜索表达式。

2 乙酸乙酯皂化动力学分析

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python 2_saponification/caia_saponification.py

脚本内置28.0 ℃和38.0 ℃下各10组时间和电导率数据，初始浓度为0.0100 mol/L。输出两个温度下三种方法的速率常数、原始电导率尺度上的拟合指标以及由两温度法计算的活化能。

默认的符号回归结果采用已有实验报告中的显式表达式，以便稳定复算。将USE_PYSR改为True后，程序会重新搜索表达式。

3 RAG课程知识库

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python 3_rag_course_assistant/caia_rag_course_assistant.py
python 3_rag_course_assistant/caia_rag_course_assistant.py --question "一级反应半衰期与初始浓度有什么关系"

脚本使用字符TF-IDF、BM25和反应级数关键词校正进行检索。输出向量得分、BM25得分、基础混合得分、主题校正值、最终得分、采用的证据和回答。

离线模式只根据检索到的课程片段组织回答。启用DeepSeek后，程序把筛选后的证据和问题发送给接口，再由模型整理语言。数值计算和检索得分仍由本地程序完成。

4 公式推导与练习

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python 4_formula_derivation/caia_formula_derivation.py

脚本使用SymPy核验零级、一级和等初始浓度二级反应的积分式，生成公式说明、练习和示意曲线。

5 理论作业与实验报告分析

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python 5_homework_report_feedback/caia_homework_report_feedback.py

脚本内置演示作业、演示实验报告和关键词量规。分数按关键词覆盖比例计算，只用于展示规则评分和形成性反馈流程。程序不能仅凭关键词判断学生表述是否正确，也不能替代教师评价。

DeepSeek只用于可选的语言润色。确定性评分和原始规则反馈会保留在JSON文件中。启用接口时，学生文本会发送到外部服务，因此正式使用前必须去除姓名、学号和其他可识别信息。

6 学情诊断

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python 6_learning_diagnosis/caia_learning_diagnosis.py

脚本输出学生和知识点层面的前测掌握度、后测掌握度、平均增益、平均标准化增益、薄弱知识点和分层建议。内置记录仅用于演示数据汇总和图形生成。

7 知识游戏

演示运行：

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python 7_knowledge_games/caia_knowledge_games.py

命令行交互答题：

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python 7_knowledge_games/caia_knowledge_games.py --interactive

默认模式使用脚本中预设的演示答案，输出总正确率、分类正确率、逐题结果和图像。

8 综合Web平台

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python 8_integrated_web_platform/caia_integrated_web_platform.py

浏览器访问http://127.0.0.1:7860。该页面是单文件简化演示，包含非线性动力学拟合、本地课程知识检索、规则反馈、学情图和知识游戏。它没有完整复用前七个模块的所有算法，也不会调用DeepSeek。

在局域网中运行时可设置：

Windows PowerShell：

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$env:CAIA_SHARE="1"
python 8_integrated_web_platform/caia_integrated_web_platform.py

Linux或macOS：

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export CAIA_SHARE=1
python 8_integrated_web_platform/caia_integrated_web_platform.py

局域网模式会监听所有网络接口。可同时设置CAIA_USERNAME和CAIA_PASSWORD启用基础访问认证。未设置认证时不要输入真实学生信息或其他敏感内容。

引用

论文正式发表后补充。