概念结构设计的方法和步骤篇(1)

适航要求中的结构约束主要包括民机某部分系统或子系统必须具有的物理结构组成及对象的某些形状、尺寸要求。此处将物理对象的材料类型和相应的强度要求也纳入了结构约束的范畴。此类要求常见于CCAR-25部C分部(结构)，D分部(设计与构造)等。对于结构约束的表达采用以下形式：<OS,(ES,PS)>。(3)式中：OS代表物理结构特征的主体，ES和PS代表两种结构约束类型，ES为结构组成约束，如要求必须存在某种物理结构；PS为某物理结构的空间尺寸、形状限制。例如CCAR25.777(e)中规定了襟翼和其他辅助升力装置的操纵器件在驾驶舱的位置要求：“操纵台上部，油门杆之后，对准或右偏于操作台中心线并在起落架操纵器件之后至少254mm”。该条款要求属于结构设计要求，条款中出现了数值型约束，表达方式为{操纵器件:起落架{*}@≥"254mm"}，相应的概念图索引如图5所示。按照上述方式建立了包含CCAR25部B分部“飞行”、C分部“结构”、D分部“设计与构造”和E分部“动力装置”共290条适航条款的概念图本体库，基本覆盖了民机设计中性能操稳、结构强度和动力燃油部分的适航要求（除A分部“总则”，F分部“机载设备相关”和G分部“使用限制和资料”外）。采用以上方式从适航条款中提取设计约束信息的完备程度，并依此建立的适航条款的概念图索引很大程度上决定了后续能否根据设计任务检索到所有适用的条款要求，即条款检索的完备性，对于民机设计至关重要。因此，为尽量保证能够从条款要求中完备地提取关键“概念(包括设计特征、指标或参数)”，需经过以下过程：①通过适航条款的字面分析，包括研究条款条文、条款相关的修正案和咨询公告等文件进行初步提取；②参考已有同类机型（同级别）的型号取证数据，通过对比和构型差异分析进一步补充和完善；③在此基础上进一步由各专业有丰富型号经验的设计师进行评议、完善和确认。即便如此，这种完备性仍是相对的，因为一方面，随着航空技术的进步和航空事故的教训，适航要求也会不断修订、发展和完善；另一方面，随着民机制造商型号经验的积累和技术能力水平的提升，对于适航条款的理解会逐步加深，这种信息提取的完备性也会不断提高。

2适航要求的识别和检索机制

适航要求识别与获取的目的在于根据当前设计任务检索适用的适航条款要求，本质上属于一种依据索引的文本检索[13]。与传统的关键词检索相比，用于建立设计任务和适用条款要求之间映射的索引不是若干离散的关键词，而是一种由概念图表达的结构化索引，构成索引的“概念”之间具有内部关联性；另外，由于适航条款的概括性，建立条款索引的概念集中包含的很多概念术语超出了条款文本范围。例如，CCAR25.581闪电防护条款的条文中并未明确提及飞机的燃油系统，但燃油系统设计必然需要考虑该条款要求。因此，“燃油系统”要包含在该条款索引的概念集中，而这种情况主要依靠设计师的经验知识来保证。针对适航条款的特点，本文提出一种基于匹配度的适航条款要求检索方法，即某适航条款对于当前设计任务的适用性可通过设计任务中包含的民机设计特征与条款约束的设计对象之间的匹配度来衡量。2.1匹配度对象（设计特征）之间的匹配过程包括两个步骤：首先判断当前设计对象与条款约束的对象名称是否一致；若对象名一致，则进一步判断对象属性值之间的一致程度；否则，两者完全不匹配。此处，设ai为当前设计对象a的第i个属性值，bi为条款约束的对象b与之相对应的属性值，则M(aibi)表示两者属性值之间的匹配度函数。若ai和bi为枚举型取值，则匹配度计算公式如式（4）：2.2检索算法根据上述介绍，基于匹配度的适航条款检索算法如图6所示，详细的检索步骤描述如下：步骤1输入飞机的某设计特征（系统、子系统及其结构组成）作为当前设计特征Pc（当前设计对象）。步骤2读取Pc相关的特征约束C(Pc)，这里的C(Pc)主要来自于对于产品整体的属性约束或继承自父级特征的属性约束。步骤3读取Pc的关联特征，生成关联特征集；此处的关联特征包括Pc的下一级结构特征，以及与Pc在功能或结构上存在关联关系的其他设计特征；此处构建关联特征集的目的在于扩大适用条款的检索范围。步骤4从适航条款数据库中读取第一条未被检索过的条款作为当前条款，如果成功，则进一步读取该条款约束的目标对象Pc’及其特征约束；否则退出程序。步骤5比较Pc和Pc’，如果Pc=Pc’，则进一步比较其属性特征C(Pc)和C(Pc’)，并按式（6）计算其匹配度Mi。步骤6如果Pc≠Pc’，则该条款的目标对象与当前设计特征不匹配，但可能与Pc的某项关联设计特征相匹配。因此，进一步读取Pc’的关联对象集Pr’，判断Pr与Pr’是否相交，即按照式（7）计算Mj。步骤7若Mi>0，则当前设计特征与条款约束的目标对象一致，该条款为当前设计特征的主要适用条款，从而将该条款录入适用条款集；否则转步骤8。步骤8若Mj>0，则当前条款为当前设计特征的相关条款，属于次级适用条款，也将该条款录入适用条款集；否则，当前条款为完全不适用条款，转步骤9。步骤9将当前条款的状态标记为已检索过的条款，转步骤4。步骤10适航条款数据库中的所有条款都被检索过，退出程序。

3实现与应用

根据本文提出的方法进行相应的软件实现。采用技术，利用VisualStudio2008软件开发平台和SQLServer2008数据库系统开发出一套民机适航要求的识别与确认系统，用于辅助某民机制造商的适航工程师（型号各分系统适航审定计划的负责人）根据某些设计任务中的民机设计特征检索适航条款数据库，形成型号各专业适航审定基础中适用条款集合的初步方案。以民机起落架系统中的部分设计特征“主起落架及舱门”为例检索其适用的适航条款要求。首先，定义当前的设计任务，包括明确目标设计特征，定义目标设计特征所在型号的飞机级特征参数要求，并将主起落架系统的父级系统和子级系统作为关联设计特征，形成当前设计任务的概念术语集用于检索，如图7所示。依次根据目标设计特征“主起落架及舱门”及其关联特征（如父级设计特征起落架系统，子级设计特征收放系统、机轮系统等）检索适航规章数据库。此处以CCAR25.721条为例（如图8），首先进行当前设计特征与条款约束的目标对象名称的比对；若一致，则进一步进行（飞机级）特征参数的匹配。

4结束语

概念结构设计的方法和步骤篇(2)

关键词:建筑；结构设计；概念设计；质量；措施；探讨

Abstract: this paper combined with years of the architectural design experience and related material, puts forward the structure design of the basic concept and the conceptual design of the specific steps and the important meaning. Discusses the structure design of quality concrete measures. Refers for the colleague.

Keywords: architecture; Structure design; The conceptual design; Quality; The measure; explore

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、引言

随着我国城市化进程的加快,我国的房地产市场交易日益活跃,房屋价格节节攀升,对于老百姓而言,买房是平生的头等大事,几乎花掉大半生的积蓄,与此同时我国内陆地震频发（2008年5月12日汶川地震,里氏7.8级;2010年4月14日玉树地震,里氏7.1级）,因此房屋的质量不仅关系到人们的切身利益,还在危急时刻直接影响到生命财产安全。作为一名结构工程师,我们必须把设计质量放到最最重要的位置,设计前深思熟虑,设计中一丝不苟,尽可能避免设计图纸上出现“漏、碰、错、缺”。采取有效的措施确保并提高建筑结构设计质量。下面就以上问题和提高建筑结构设计质量措施展开具体探讨。

二、建筑结构设计的基本概念简介

结构设计的具体程序是需要严格遵守的。建筑物的设计工作实际上存在诸多分支，这些分支具体涵盖了结构设计、电气设计、建筑设计、暖气通风设计、给排水设计等。每个分支的具体设计过程都必须围绕四个根本目标:审美要求、功能要求、环保要求以及经济要求。建筑的结构是建筑物发挥其使用功能的基本条件，因而，结构设计也是建筑物设计过程中极为重要的组成部分之一，结构设计细分为以下四个步骤:设计结构方案、结构分析、设计构件、绘制施工图纸。

建筑结构的类型这一概念相对而言范围广、内容丰富。根据不同建筑物在具体功能要求上的差异，随着科学技术的发展，逐渐产生了诸多结构类型与结构的分类方法。从建筑物具体用途的角度，可以划分为民用建筑与工业建筑。如果依据建筑物的层数来分类，则可以分为超高层、高层、多层、单层建筑。建筑物使用的结构材料是有所区别的，从结构类型的角度来分类，大体上有:混合结构、砌体结构、木结构、钢结构、钢筋混凝土结构等。此外，建筑物的结构构件组成方式也存在较大的区别，从这个角度，可以划分为框筒结构、剪力墙结构、框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、束筒结构等。由此可见，建筑结构类型的划分方法颇多，内容也相对复杂。

而建筑结构设计中还有一个很重要的名词:概念设计。概念设计的具体含义指的是通过清晰、明确的概念结构，在不进行数值计算的情况下，根据分系统与整体结构系统间的结构破坏机理、力学关系、实验现象、震害以及工程经验所获得的原始设计思想与基本设计原则，对结构的计算结果做出合理、准确的分析，同时将计算假设与结构的实际受力状况间的差异也考虑在内，对结构或构造进行设计，尽可能保证建筑物的受力更安全、更合理、更协调。

三、概念设计的具体步骤与重要意义

在结构设计中，概念设计占据极其重要的地位，结构设计步骤通常可以划分为三步:前期选择方案阶段，中期结构计算阶段以及后期制绘施工图阶段。结构设计与分析的首要步骤就是概念设计，以上三个步骤均与科学的概念指导不可分割。一名好的结构工程师在每个项目工程设计的初始阶段，也就是建筑设计方案确定阶段，先按照自身的经验和专业基础，在心里经历一段优化过程，应用概念设计手段，能够快速、合理地构思，比较，抉择每一个结构体系，并且协助建筑师扩展或者实现建筑行业所需要的空间形式，想要的使用，构筑和形象功能，且将其定为目标，同建筑师共同决定建筑的总体结构方案，此外，还要确定整体结构体系和分体结构体系最佳的受力方案。得出来的方案一般具有清晰的概念和正确的定性，从而避免了后期不必要的运算，经济可靠性能较好。另外，这种方法也可以作为判断计算机的内力分析所得到的数据可靠性的依据。作为结构设计的灵魂和核心，概念设计统领着整个结构设计过程，也显示了设计工程师的理论和设计水平。通过结构概念设计的运用，可以从全局上明确结构的各项性能，从而科学的判断计算分析得到的结果并进行合理的利用，确保了设计过程中工程师的主体地位。

四、提高建筑结构设计质量的具体措施

建筑工程的一个特点就是受到地理因素的制约与影响，这个特点也导致设计过程中涉及的参数很可能具有一定的特殊性。简单举例有:基本雪压、基本风压、场地土类别、地震烈度等铸锻参数的选取过程都要严格依照《全国基本雪压分布图》《全国基本风压分布图》以及工程地质报告这三份材料进行敲定，又如墙体围护的主材在不同地区存在差异，工程师则需要根据实际选用的主材确定墙体荷载。在开始设计之前，设计人员应当大量收集设计相关资料、深入研究设计规范，根据具体的工程类型、地域条件确定具体参数，这样的做法能够在加强计算结果可靠性的同时，避免参数不合理、参数错误造成的返工、浪费等现象。

建模计算的前期处理是提高结构设计质量的重要措施之一。对荷载的计算要保证准确有效，估计、推测等无依据的做法是需要每个工程师尽可能避免的。建模的过程要严格按照科学的方法来给定输入，楼梯洞口输入处的局部开洞处理，转换层构件与悬挑构件设计中活荷载的不利影响，飘窗部分的荷载分析等都是需要格外注意的步骤。

在尚未了解各个参数具体含义的情况下，毫无依据的对参数进行盲目的修改是结构建模过程中的一个大忌。在调整参数的过程中，要格外注意不同参数的具体适用范围，具体的某一项参数大多具有较为严格的适用性，砖混结构下准确的参数，很可能不适用于框架结构，多层结构下准确的参数，对高层结构的适用性也未必能够保证。对相关计算软件的应用也要注意这个问题。不同的计算理论是具有其特定的假设条件的，软件的编制默认状态下均符合这些特定条件，为了避免出现参数不匹配、不适用的问题，在使用软件前必须了解清楚这款软件的具体技术条件，即使是最熟悉的PKPM软件系列也不能忽略这个问题。缺乏对于软件技术条件的深刻理解，就无法合理、正确的应用软件进行实际设计。因过分信任计算机的计算结果，而忽视结构概念导致的严重错误，近年来在结构设计领域也屡见不鲜。相关领域工作者在必要的情况下要进行手算复核，而不是迷信软件的计算结果，这种情况对于带转换的构件设计工作最为重要。

在结构设计的过程中，建筑物计算分析的结果是为了确保在静力荷载以及自然灾害造成的动力荷载作用下具有较强的整体安全性。然而，仅仅依靠计算分析结果展开的设计，在实际生活中是很难避免荷载作用下建筑物局部开裂、破坏等现象的。针对不同的自然灾害，要进行专门的防护性设计。以地震为例，可以根据工程抗震等级的要求指标，按照设计规范中的具体要求，在结构设计过程中采用必要的构造措施。特别是针对计算性相对比较弱的结构类型时，多数的设计都要求通过构造措施保证建筑的安全性。

五、小结语

通过文章中的分析，概念设计在建筑结构设计的过程中扮演了很重要的角色。除此之外，针对软件计算参数、计算结果的荷载分析、数学建模工作的有效进行，都是提高建筑结构设计质量的好办法。

参考文献:

[1]闵小双.概念设计在建筑结构设计中的意义[J].科技资讯，2006(34)：213．

[2]柳强.王玉玲.浅谈概念设计在结构设计中运用[J].新疆化工，2006(1)：25～27.

[3]王顺卿.谈建筑结构设计中的概念设计[J].山西建筑，2006(8)：39-40．

[4]颜兴强.浅谈建筑结构设计方法[J].沿海企业与科技,2009(5).

[5]熊煜.建筑结构设计中若干问题分析[J].山西建筑,2009(25).

概念结构设计的方法和步骤篇(3)

一、本科学生毕业论文的目的和内容

二、管理信息系统开发的主要步骤

三、计算机专业所选开发工具和注意事项

四、计算机毕业论文撰写格式

五、毕业论文中正文的写法和注意事项

六、结束语的写法

七、参考文献 列出毕业论文设计中主要参考书籍

八、附录的写法

九、论文评分的能用标准

一、本科学生毕业论文的目的和内容

本科学生在毕业之前必须做毕业论文，其目的是通过毕业论文，让学生独立开发一个具体的计算机应用项目，系统地进行分析总结和运用学过的书本知识，以巩固本科阶段所学的专业理论知识，并给予一个理论联系实际的机会。

为了便于实施和管理，规定网络学院计算机相关专业本科学生毕业论文主要以开发一个管理信息系统为毕业实践的课题，每个毕业生通过独立开发一个具体的管理信息系统，掌握开发一个比整完整的管理信息系统的主要步骤，并从中获得一定的实际经验。

二、管理信息系统开发的主要步骤

管理信息系统开发的主要步骤及各步骤的基本内容如下：

1、 系统分析

主要工作内容有以下几项：确定系统目标，系统可行性分析

2、 系统调查

系统的组织结构、职能结构和业务流程分析。其中系统的组织结构图应画成树状结构。

系统业务流程分析、业务流程图

3、 数据流程分析

数据流程图（系统关联图、顶层图、一层数据流图、二层数据流图）、数据词典、代码设计

4、 管理信息系统的功能设计

系统的功能结构图，每个功能模块的主要工作内容、输入输出要求等。

系统控制结构图

5、 数据库设计

概念模型设计：实体、实体间的联系、E-R图

关系模式设计：E—R图->关系模式的转换规则

关系模式

数据库表设计：数据库表结构

6、 系统物理配置方案

7、 人机界面设计

8、 模块处理概述

9、 系统测试和调试：测试计划、测试用例、测试结果

三、开发工具和注意事项

1、开发工具

开发工具可由学生任选。如Delphi、FoxPro、VB、Access等，这些工具的使用全由学生自学。

2、注意事项

（1）项目开发步骤的完整性（系统需求分析、概念设计、物理设计、系统环境和配置、系统实施以及系统测试和调试等）

（2）每个开发步骤所得结果的正确性（业务流程图、数据流程图、数据词典、HIPO图、E-R图、关系模式、人机界面设计及模块处理等的详细分析和说明）

（3）论文整体结构的完整性（前言、各个具体步骤的叙述和分析、结语、参考文献和有关附录）

（4）提供软件系统的可执行盘片及操作说明书

（5）参考资料（列出必要的参考资料）

四、毕业论文撰写格式

注意： 1．每个步骤都要有文字说明和论述 2．各个步骤必须是有机的组合，不可以支离破碎不成一体。

一、封面

二、摘要 用约200-400字简要介绍一下论文中阐述的主要内容及创新点

三、主题词 用一、二个词点明论文所述内容的性质。（二和三要在同一页面上）

四、目录 一般采用三级目录结构。 例如第三章 系统设计3.1系统概念结构 3.1.1概念模型

五、正文

第一章 前言

简要介绍： 组织机构概况、项目开发背景、信息系统目标、开发方法概述、项目开发计划等。

第二章 系统需求分析

本章应包含：

（1）现行业务系统描述

包括业务流程分析，给出业务流程图。

具体要求：业务流程图必须有文字说明，图要完整、一定要有业务传递的流程。

（2）现行系统存在的主要问题分析

指出薄弱环节、指出要解决的问题的实质，确保新系统更好，指出关键的成功因素。

（3）提出可能的解决方案

（4）可行性分析和抉择

包括技术可行性、经济可行性、营运可行性分析和抉择。

第三章 新系统逻辑方案

针对用户需求，全面、系统、准确、详细地描述新系统应具备的功能。

（1）数据流程分析

最主要的是给出数据流程图，要求满足以下条件：

A．数据流程图必须包括系统关联图、系统顶层图、第一层分解图和第二层分解图组成。B．系统关联图确定了从外部项到系统的数据流和从系统向外部项的数据流，这些数据流在其它层次的数据流中不允许减少，也不允许增加。各层次内部的数据流不受关联图的限制。 C. 数据流应有名字。 D. 外部项和数据存储之间不得出现未经加工的数据流。 E. 数据流程图的分解中，必须保持每个分层同其上层加工中的外部项和输入输出流相一致。 F. 各加工之间一般不应出现未经数据存储的数据流。 G. 数

据存储之间不得出现未经加工的数据流。 H. 数据存储可以分解。 I. 若有查询处理，应在数据流程图中表达。 J. 统计和打印报表不在数据流图中表达。

(2) 数据词典描述

可采用图表格式或较紧凑的记录格式描述 A、若采用图表格式，可只写出数据流、数据元素、加工、数据存储和外部项各一个表。 B、若采用紧凑的记录格式，则应列出全部成分。如数据元素： 编号 名称 存在于 数据结构 备注 E1 入库数

据 F1/F3/F11/F15 入库单号 日期 货号 数量 E2 出库数据 F1/F3/F11/F15 出库单号 日期 货号 数量 C、据流程图中系统顶层图的数据加工都必须详尽写出。

(3) 基本加工小说明

可采用结构化语言、数学公式等描述各个基本加工。

第四章 系统总体结构设计

（1） 软件模块结构设计 A、系统软件模块结构图，并由此导出功能分解图及层次式菜单结构。 B、系统的模块结构应与数据流程图的顶层图的加工一致。

（2）数据库设计 A、应按下列次序阐述各个元素：实体、实体的属性、实体间联系、E-R图、转换规则、关系模式。 B、在介绍实体的属性时，不应包括联系属性，联系属性直至关系模式中才出现。 C、数据流程图中的每个数据存储可隐含于E-R图中的多个实体。 D、 E-R图中的实体要与数据流程图中的数据存储相对应。每个实体要指出实体的标识码（主码）。对每个实体或联系应列出其应有的属性（用列举的方法）。 E、E-R图中至少要有一个多对多的联系。 F、必须严格按照转换规则从E-R图产生数据关系模式集，需要时作必要的优化，并说明理由。 G、对于一对一的联系，只应把任一个实体的主码放在另一个实体中作为外码。 H、一对多联系也可以产生新的关系模式，如要这样做，必须说明理由。 I、多对多联系，或三元联系必须产生新的关系模式。 J、关系模式的个数和名字要与E-R图中的实体和联系相一致。 K.、每个关系模式中要用下横线标出主码，后随的符号“#”标出外码。 L、若有代码对照表可在最后列出，需另加说明。

(3) 计算机系统配置方案的选择和设计

给出硬件配置，系统软件配置，网络通信系统配置（可选）等内容。

(4) 系统总体安全性、可靠性方案与措施。

第五章 系统详细设计

（1）代码设计 基本数据项的代码格式。

（2）人机界面设计 给出人机界面视图（输入输出接口，屏幕格式设计等）

（3）模块处理过程 根据软件环境做不同处理。 可采用脚本、程序流程图、结构化的PDL语言等。

第六章 实施概况

（1）实施环境和工具的比较选择

（2）编程环境、工具、实现与数据准备概况

（3）系统测试概况 主要包括测试计划、测试用例、测试记录。

（4）系统转换方案及实现概况

（5）系统运行与维护概况

六、结束语

（1）系统特色、局限与展望

（2）实施中遇到的挫折、创新、体会与致谢

七、参考文献 列出毕业论文设计中主要参考书籍

序号、书名或文章名、作者名、出版社或杂志名、出版日期或杂志期号。

八、附录

（1） 列出部分有一定代表性的程序代码段

（2） 操作说明书

九、论文评分标准

1、A等

系统正确无误，系统功能完善，设计步骤完整正确，实用性强，有一定的创新性，论文结构严谨，表述流畅。

2、B等

系统基本正确，系统功能基本完善，设计步骤基本完整正确，有一定的实用性，论文结构良好，表述基本流畅。

3、C等

系统有少量错误，系统功能不够完善，设计步骤欠完整，基本上没有实用性，论文结构一般，表述基本清楚。

4、不及格

概念结构设计的方法和步骤篇(4)

1 算法进入了中学数学

1．1 中学数学中的算法概念

“算法”属于逻辑数学的一个基本概念，不能用简单的概念来给它正式下定义，只能像其他数学范畴一样，直接从经验中抽象出来．《新课标》中提出“通过对解决具体问题过程与步骤的分析（如，二元一次方程组求解等问题），体会算法的思想，了解算法的含义”，学生“通过模仿、操作、探索，经历通过设计程序框图表达解决问题的过程”，“经历将具体问题的程序框图转化为程序语句的过程，理解几种基本算法语句”．中学阶段，要让学生能够感受到，算法是指完成一个任务准确而完整的描述，算法是确定计算过程，从可变的初始数据导出所要求的答案的准确指令．中学数学中介绍了算法的基本逻辑结构；顺序结构、条件结构和循环结构，理论上任何复杂的算法都可以用这三种基本逻辑来实现．中学数学还介绍了算法的主要描述方法：自然语言、程序框图和程序语句，其中程序框图使学生认识算法步骤式更直观和更准确．三种基本逻辑结构与程序框图是学习算法的重点．

1．2 中学数学中的算法思想

《新课标》中指出“算法是高中数学课程中新内容，其思想是非常重要的，但并不神秘”，其实在小学数学中，就出现了加法算法、减法算法，以及求最大公约数等等这样一些简单的算法．在中学数学中设置算法的学习，其目的除了要求中学生进一步学习必要的算法知识外，更重要的目的是让学生理解和提炼算法思想．《新课标》明确提出“本模块的主要目的是使学生体会算法的思想，提高逻辑思维能力．不要将此部分内容简单处理成程序语言的学习和程序设计”，因此要抓住“算法思想”这条主线，重点培养学生利用算法来解决问题的思想意识．

算法思想虽然没有一个明确的定义，但是在中学数学中，我们可以认为算法思想就是指把某些或某类数学问题的解题步骤或解题过程“程序化”、“机械化”的思想方法，也就是解题的每一个步骤是“明确”的，整个解题过程是“通用”的，甚至是“机械”的．比如：

例1 解一元二次方程ax2+bx+c=0 (a≠0)时，我们的解题过程可以设置为如下“程序”：

当然，理解好中学数学中的算法思想，首先要理解数学“机械化”的重要意义，吴文俊强调“数学机械化方法的应用，是数学机械化研究的生命线”．以算法为核心的“机械化”思想，体现了数学的通用化、机械化和程序化思想，可以化难为易，化繁为简，为各类实际问题的解决提供框架．在当今信息时代，脑力劳动的机械化已经成为提高生产力水平的重要手段．其次必须理解算法思想的基本特征：一是解题步骤的确定性，每一步骤的描述必须是确定的，不能产生歧义；二是解题步骤的有穷性，问题必须在有限的步骤内解决完成，过于繁多的步骤没有实际意义；三是解题步骤的可行性，每一个解题步骤要确保能够操作；四是解题结果的完成必，严格执行解题步骤，最后确保有结果输出．

2 将算法思想渗透在中学数学中

在中学数学课程中，许多数学问题都蕴含了丰富的算法思想．《新课标》明确指出“算法除作为本模块的内容之外，其思想方法应渗透在高中数学课程其他有关内容中，鼓励学生尽可能地运用算法解决相关问题”．可见，注重算法思想与中学数学课程的整合，将算法思想渗透在中学数学课程中，鼓励学生运用算法思想解决相关问题，是中学教师和学生应该积极探讨的一个课题．

2．1 在数学基本概念和公式的学习中渗透算法

思想公式是指用数学符号表示各个量之间的一定关系（如定律或定理）的式子，在中学数学教材上明确给出了许多数学公式，比如数列求和公式、排列组合公式、三角公式、距离公式、夹角公式、面积和体积公式、求期望和方差的公式以及直线位置关系的判断公式等等．数学公式本身就是一种算法，输入已知量，由公式能够直接而迅速的得到待求的量．除此以外，某些数学概念定理也可以发掘出算法思想．

例2 已知函数f(x)在R上是偶函数，且周期为2，当x∈［1,2］时，f(x)=2-x，则

f(-2003.5)的值是（）．

从上可以看出，我们用到了循环累加x=x+2和累减x=x-2，也许看起来这种累加或累减显得过于麻烦，但是它形象地刻画了周期函数，并且这种重复单调的事对计算机来说显得简单．我们用算法的思想去认识数学中的概念和公式，除了一方面在数学基本概念和公式的学习中，适时渗透算法思想，另一方面还应该用算法思想去认识数学中的许多公式、定理和概念．

2．2 在典型案例的解法中渗透算法思想

中学数学中有许多具有典型性和实用性算法案例，比如《算法》这一章所列举的二元一次方程组的解法、二分法求方程的近似解、阶乘以及数列求和等等都是生动有趣的算法例子．在中学数学的学习中，我们要细心地去发现和利用好这样一些案例，并以此为生动的载体，帮助学生进一步理解算法的本质，体会算法思想．比如蒙特卡罗（Monte Carlo）方法的使用．

例3 天气预报说，在今年的三天中，每一天下雨的概率约为40%，这三天中恰有两天下雨的概率是多少？

分析：这是一个概率问题，如果运用蒙特卡罗（Monte Carlo)方法，即计算机随机模拟方法来解决这个问题，其算法可以设计为：设共做n次独立试验，被模拟的事件发生了m次．

用蒙特卡罗方法（即计算机随机模拟方法）来解决实际问题，是信息技术与数学方法服务生产实践的一个典型方法．上述算法给出了用计算机随机模拟方法来解决实际问题的一般过程，有普遍的代表性．

2．3 在同类问题解题策略中渗透算法思想

中学数学中有许多问题在解决思路和方法上具有很强的共性，并且其解题过程的“步骤性”也很明显．我们可以将这些问题归类，将解题过程有“条理性”的表达出来，设计通用的“算法”，整个“算法”过程的设计要按照一定的步骤、一定的思维方式进行．当遇到同类问题时能够立刻套用，提高问题解决速度，同时可以通过这种“算法”的设计和掌握来培养学生做事的条理性和规范性．

例4 （2007年全国高考文科）设函数

f(x)=2x3+3ax2+3bx+8c在x=1及x=2时取得极值．（Ⅰ) 求a、b的值；

（Ⅱ） 若对于任意的x∈［0,3］，都有f(x)＜c2成立，求c的取值范围．

分析：用导数法讨论三次函数的性质，是高中数学中常见的题型，其解法“步骤性”很强，可以将算法归纳如下：

这里特别要注意的是要搞清解法与算法的联系和区别：算法与解法都是解决数学问题的程序和步骤，但是算法是针对某一类问题，算法较解法具有更强的代表性和普遍性．算法以解法为基础，在其基础上归纳出解决某一类问题的程序或步骤．

算法思想在中学数学中的渗透，还可以解决实际问题、阅读数学文献以及通过与信息技术的整合等等方法来实现和加强．算法对中学数学来说是初次引入，如何把握知识的标高，特别是如何在整个中学数学的教学中和知识体系中渗透算法思想，对广大数学教育工作者来说，还需要作进一步的深入探索．

参考文献

中华人民共和国教育部．普通高中数学课程标准（实验稿）［M］．北京：北京师范大学出版社，2003

概念结构设计的方法和步骤篇(5)

【关键词】课程教学;领域本体;构建方法;C++程序设计

【中图分类号】G420【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2010)04―0033―05

引言

现代教育技术的发展推动着教育教学诸多方面的变革,同样也面临着一些问题。各教学系统因不同开发者使用不同系统工具和开发软件,相同系统间资源表示方式不同,不便于知识继承和共享,造成教学资源的重复建设,成为人们关注的焦点之一。

领域本体及语义网技术逐渐被应用于教育教学领域,促进了知识的共享和重用。本体是实现语义网的基础,因此,很多教育技术研究人员开始使用和开发各种教学本体,以实现教学资源在语义层面上的共享和重用。然而,目前的学科领域本体数量很少,能够实现共享和重用的学科本体库更是捉襟见肘,远远达不到当前教学资源实现语义共享的需求。快速而高质量地构建各学科领域本体急待解决,以促进教学资源实现更大程度的共享,早日实现语义功能。

一 领域本体

本体,在信息科学领域,指的是概念化的明确的规范说明,能够以一种明确的、形式化的方式来表示领域知识,促进知识共享。本体用来表示特定领域内部不同主体之间进行交流的一种语义基础,领域本体就是本体中的一种。

领域本体是在特定领域中可重用的本体,提供了该特定领域的概念定义和概念之间的关系,是领域知识规范的抽象和描述。

教学领域本体是对学科概念的一种描述,任一门课程中的概念及其关系都能构成本体。在通常情况下,教学资源领域本体是以某学科知识章节的纵向联系和知识间的横向联系两维度为主线进行构建的。将课程中的知识点看作一个概念,知识点之间的关系表现为概念之间的关系,每个概念还与网络中的学习资源相关联。教学领域本体最终目的是捕获领域知识,提供人机对知识的共同理解。

本体构建和构建方法息息相关。好的方法是本体构建的保证。遗憾的是,目前国内外还没有专门的学科本体构建方法,故学科本体的构建速度和质量不高。

二 基于ISD的领域本体构建方法

教学领域本体的构建,某种程度上是教学系统化设计(Instructional Systematic Design,ISD)的过程。教学系统化设计是运用系统方法对学习过程和学习资源进行统筹安排,对教学目标、知识内容、教育者和学习者进行分析,编制教学资源,并对教学过程进行评价。本文对目前已有的本体构建方法进行了分析和比较,并将教学系统化设计理念融合到教学领域本体中去,结合教学的实际需要,确立了构建教学领域本体的设计原则,提出了一种适用于教学领域的方法,即基于ISD的本体构建方法。

1 构建原则

为保证本体的科学性和规范化,任何本体的构建都要按照知识概念的标准化表达和构建步骤的规范化过程这两个基本原则进行。同时,为体现具体学科特点,本体构建要遵循明确性、一致性、可进化性,以及对知识进行合适的粒度划分等原则。其中,明确性是指概念应尽可能的完整并能有效表达课程特性,保证其唯一性和确定性;一致性是指要始终保证概念在逻辑上的一致性,以确保最后推理结果的正确性;可进化性是指概念可根据特定的要求进行扩展和进化,以与知识更新同步;合适的知识粒度是指知识粒度的划分要与教学步骤相对应,在保持知识的局部完整性的前提下,将学科知识点表示到对应的教学步骤中。

2 构建方法

目前,人们常使用复用已有本体和利用本体工具等方法来构建本体,具体各不相同。常见的本体构建方法有“骨架法”、“评价法”等。但是,这些方法或多或少地存在着需求不充分、建设过程缺少规范性、缺乏评价标准等不足。同时,这些方法各自适合不同领域,不能满足学科本体的具体要求。本文结合教学普遍规律,从教学系统设计的具体过程出发,依据本体建模的基本的建模元语类(或概念)、关系、实例等,提出了一种新方法(图1)。该方法可以从抽象到具体、自顶向下地建构学科领域本体,通过各种知识获取方法获得学科领域的主要概念和关系,用精确的语言加以描述,能够生成学科本体的核心语义内容。

(1) 教学领域本体需求分析

充分理解构建学科本体的需求,是本体构建的必要条件。

第一,在教学领域构建学科本体的目的。开发课程本体是为了形成对具体某课程知识组织结构的共同理解与认识,以满足异构系统间的信息交互和集成,提供基于语义的信息服务,为进一步建立个性化的课程资源管理系统服务。

第二,教学领域本体所涉及的具体学科。学科知识的范围和边界是模糊而交叉的,应把所有涉及到的学科或交叉学科都考虑在内,避免知识的缺漏。

第三,教学领域本体的使用对象是学生、教师,还是其他人。

第四,构建过程的时间分配。要考虑到课程知识的复杂性,不要求大求全,要以实用为基本原则,按工作量大小和难易程度合理分配时间。本体的进化需要更长的时间。

第五,本体描述语言的选择。本体描述语言的选择直接影响本体模型的表达能力和可扩展能力。目前的形式化本体描述语言主要有RDF、RDFS、OIL、DAML、OWL等,推荐使用W3C最新的描述标准。

(2) 建立核心本体库

首先,获取概念并定义类。通过收集学科领域的知识信息,充分了解知识的组织结构,从学科领域专家、专业权威书刊、网络以及已有的相关本体中获取学科的重点概念,并对这些概念进行分析抽象和归纳,依据概念唯一性、同级概念间互不相交、并集覆盖整个父类概念范围的要求,并形成以继承关系为主要关系的层级模型。这些模型化的概念被抽象为本体中最基本的类。类是本体的核心。定义本体的类,应能表示出类的最突出的属性,一个概念只能创建一个类,创建一个类应能增加其父类不具备的新属性。

其次,确定类的属性。概念层次结构是本体的骨架,类的属性和概念间的关系才是本体的血肉。类的属性用来描述概念的内部结构关系,是区别类的重要标志,包括类的固有性质和与其它个体的基本关系等。不同的类有不同的属性,一个类可以有多个属性。一般,属性的表现形式有属性名和属性取值。类的属性和类一样,也具有很强的继承性,这样就减少了属性冗余,增强了概念的表达能力。确定了类的属性以后,对概念进行归纳和分类,逐步建立起类的层级化的分类模型。

根据教学知识点与教学资源之间的映射关系,学科领域本体中知识点类的属性可以定义为知识点同义词(Synonym)、教学目标(TeachingGoals)、知识点大小(KnowledgeScale)、重要程度(SignificanceLevel)、知识点之间关系、与章节的关系、与资源的关系(hasResource)等基本属性。

再次,建立类之间的逻辑关系。一个概念的定义和描述往往会涉及到多个其他概念。概念之间具有关联性,这一关联就是概念间的关系。概念的关系可以是多个,一个关系包括关系名和关系取值等。学科概念模型中的类除了具有父子关系(SubClassOf)外,还要构建符合教学步骤和教学规律的其他关系,据此,本文定义了学科知识点之间的六种基本关系(表1)。所有关系形成了一个复杂的网状结构。网状结构与树状结构相结合,使得整个教学领域知识本体库成为一个语义复杂、完整但又清晰的、便于理解的语义网结构模型。在具体应用中也可以根据需要选一个或多个,或建立其他关系。

最后,创建类的实例。明确了本体的概念及概念间的关系,类的层级模型和类之间的关系建立之后,添加实例并建立一个实例集。实例反映了具体概念的知识表示,每个实例是由实例名和实例url地址组成。

(3) 进行形式化编码

确立了建模元语与概念之间的关系以后,接下来就要对本体进行编码了。本体最终是为了让机器理解教学中的概念及关系,也就是用计算机可识别的语言将本体描述出来,并将编码的过程和结果存储。本体编码就是将教学实际资源和本体进行关联,使类之间形成一个复杂的网状关系。在具体应用中,本体有非形式化语言、半形式化语言、形式化语言等形式,学科本体可以用自然语言、框架、逻辑语言等形式来描述本体。

OWL(Web Ontology Language,网络本体语言)是一种形式化本体描述语言,是W3C最新的一种语义网本体语言,它提供了丰富的类公理,功能上超越了XML、XML Schema、RDF等,能准确描述知识的类、属性和实例及其复杂的逻辑关系,支持良好的知识推理,弥补了RDF与XML。因此,本文推荐使用OWL来描述本体。

(4) 调试和集成

本体的构建和描述离不开本体构建工具的支持。Protégé体系软件是斯坦福大学为知识获取而开发的一个工具,是开放的模块化的,支持RDF Schema、带DTD的XML文件、XML Schema文件等格式的存储和导入。表2是Protégé与其他工具的比较。

从Protégé与其它工具的比较来看,Protégé具有很多独特的优点,因其开放性、不断更新性、可扩展性、良好的互操作性、界面友好性及对中文的良好支持等多方面的优点,成为人们构建本体的首选工具。

(5) 本体评价

构建完成的本体需要评价。但是目前没有标准化的本体评价方法。本文综合现有的本体评价方法,结合教学课程本体构建实践,认为教学领域本体构建应该从正确性、清晰性、一致性、可扩展性和有效性等方面进行评价。

(6) 本体进化

学科知识是无边界和不断扩展的。因此,进化是领域本体建设的重要环节。教学领域本体的构建是个不断进化和衍生的过程,在核心本体建好的基础上,不断修改和完善来扩展和进化本体,才能逐步建成一个较为完整和实用的教学领域本体来。

三 基于ISD的领域本体构建方法应用实例

“C++程序设计”课程随着教学内容的发展变化,教学资源不断更新。采用本体标准化的描述方式,建立通用的规范的教学资源库,实现资源的广泛共享和重用,是该课程资源库建设与发展的重要方向。本文以“C++程序设计”双语课程为例,采用ISD本体构建方法,以课程知识的纵向和横向关系相结合的方式,构建了该课程本体。

1 需求分析

理清本体的实际需求,是成功构建的必要条件。第一,开发“C++程序设计”双语课程资源本体的目的是为了形成对该课程知识组织结构的共同理解与认识,满足异构网中双语教学资源信息的交互和集成,并能提供基于语义的信息服务,为进一步建立个性化的“C++程序设计”双语课程资源管理系统奠定基础。第二,所建本体主要为双语教学资源的共享服务,所涉及学科领域是“C++程序设计”课程领域。第三,该课程资源领域本体面向对象是C++程序设计课程的学习者、本学科教师、其他学习者。第四,选用OWL语义描述语言。

2 建立核心本体库

(1) 获取概念

“C++程序设计”双语课程知识丰富。本文以Nell Dale等编著、高等教育出版社出版的《C++程序设计(第三版 影印版)》教材为基础,参照国内C++程序设计课程的知识结构,按照教学规律和步骤,将知识进行了三层粒度划分(详见图2),分别是根节点、顶层核心概念集、第一级子概念集,并归纳出五个顶层概念,分别是程序基础、面向对象、数据结构、程序举例、学习资源,一级子概念20个,二级子概念100多个,基本覆盖整个“C++程序设计”双语课程的全部知识内容,可作为该课程资源本体未来进化的种子。

按照教学系统设计理论,对这些核心概念进行扩展,建立整个本体概念模型:把“C++程序设计”作为根结点,向下扩展为五个顶级概念,顶级概念继续向下扩展,以此建立的层次结构以树型结构呈现。图3是使用Protégé4.0对顶级概念“学习资源”的下级概念(包括案例、课件、文档、指导、材料、测试等六个子概念)建成的类层级图。

(2) 确定类的属性和关系

根据课程需求,将知识间的关系定义为知识点之间、知识点与教学资源之间等的映射关系,定义了同义词(hasSynonym)、资源(hasResource)、程序举例(hasCaseStudies)、重要程度(SignificanceLevel)、等基本属性(图4)。定义了该课程本体的类之间的同位知识(ParaConcept)、上位知识(SuperConcept)、下位知识(SubConcept)三种最基本的关系。其他属性和关系可具体定义,如知识点名称、教学目标、知识点大小规模、重要程度、交互类型、知识点之间关系、与章节的关系等,以使本学科的知识点在横向上紧密联系起来。

(3) 创建类的实例

属性和关系建立后,接下来添加实例。本文为Classes类建立了三个实例,分别是classLoan、classTime、classString,如图5。

3 “C++程序设计”双语课程教学资源领域本体的OWL实现

本文通过使用Protégé4.0进行建模,按照教学具体要求和学科知识组织结构,形成能覆盖整个学科领域的概念结构。由于篇幅限制,这里只给出图4的OWL描述代码。图4基本实现了本体概念、属性及其关系的复杂关系,是整个本体的缩影,可以用来说明所建本体的科学性和可用性。

xmlns=qrnu.省略/bilingual-teaching/C++.owl#

xml:base="qrnu.省略/bilingual-teaching/C++.owl"

xmlns:rdfs="省略/2000/01/rdf-schema#"

xmlns:owl2="qrnu.省略/bilingual-teaching/C++.owl#">

四 总结

本文开发完成了“C++程序设计”双语课程教学资源领域本体,共包括概念82个、上下位关系102个、属性50个,包括了该课程领域的几乎全部重要概念之间的关系,描述了知识点之间的语义关系。该本体概念层级多样化,具有良好的完整性,概念间的关系在逻辑上比较严密和一致,且可扩展性较强,支持语义逻辑上的推理,方便以后的进化,为下一步实现资源管理的语义检索功能奠定了基础。

构建教学领域本体最终是为了在实际教学资源管理中予以应用,以实现共享,促进资源的语义管理。教学本体在实际应用中的问题,是进一步的研究工作。

参考文献

[1] 杨建学.领域本体构建在学习资源管理中的应用[D].长沙:湖南大学,2006.5.

[2] 王梅. OWL领域本体构建方法研究[J].图书情报工作, 2006,(12):30-33.

[3] 马文峰,杜小勇.领域本体评价研究[J].圈书情报工作, 2006,(10):68-71.

[4] 王秀芳,徐峰,魏莉.浅谈网络教学资源本体的构建[J].山东电大学报,2007,(1):11-13.

概念结构设计的方法和步骤篇(6)

关键词：夹具 概念设计 模糊层次分析法 优化

中图分类号：TG751 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0063-02

Pahl和Beitz把机械设计分为明确任务、概念设计、技术设计和施工设计等四个阶段[1]。夹具的概念设计是实现夹具设计自动化和柔性化中最为关键的技术[2]，是从更高层次上、从更广范围内对夹具进行规划，有利于得出最优的设计方案，产生更好的技术经济效益。然而，当前夹具自动设计系统的研究开发工作主要集中在夹具的结构设计和详细设计层面上，对夹具概念设计的研究还相对较少[3-6]，特别是对夹具概念设计优化的研究还有待深入。因此，该文探讨采用模糊层次分析的方法对夹具概念设计进行优化处理，在满足各种技术和经济指标的可能存在的各种方案中，寻找并最终确定夹具概念设计的综合最优方案。

1 模糊层次分析法的基本原理

层次分析法是一种将定性分析和定量分析相结合的系统分析方法[7]，该方法的基本步骤可归纳为三步：（1）构建层次分析结构模型；（2）构造判断矩阵；（3）计算权重并做一致性检验。其中，构建判断矩阵是层次分析法的关键环节。然而分析发现，层次分析法中的判断矩阵存在以下难点[8]：（1）判断矩阵的一致性检验非常复杂且困难；（2）当判断矩阵不具有一致性时，需要调整判断矩阵中的元素，使其具有一致性；（3）判断矩阵一致性的检验标准设定为，缺乏科学有效的证明。

而模糊层次分析法是采用模糊一致关系来实现模糊推导，使用模糊一致矩阵实现动态自适应，模糊层次分析法提高了定性与定量分析的准确性和合理性，解决了解的收敛速度及精度问题。模糊层次分析法的基本思想和步骤同层次分析法基本一致，主要区别在于[9]：（1）建立的判断矩阵不同；（2）求判断矩阵中各元素的相对重要性的权重的方法不同。

在建立模糊一致判断矩阵时，设存在指标因素集，若矩阵满足≤≤1、以及，其中，则称为模糊互补判断矩阵。其中，表示指标因素比重要的隶属度，越大，表示比越重要。若模糊互补判断矩阵，对于，存在，则模糊互补判断矩阵为模糊一致判断矩阵。同时，若，则为模糊一致判断矩阵，其中为模糊互补判断矩阵的权重向量。为了使任意两个方案关于某准则的相对重要程度得到定量描述，可采用0.1～0.9标度法给予数量标度。

在建立了模糊一致判断矩阵后，由模糊一致判断矩阵求元素的权重时，若是模糊一致判断矩阵，则指标因子的权重为：

（1）

当取时将显著地体现指标因子之间的重要程度。

若是模糊互补判断矩阵，是的权重向量，则满足：

（2）

同时，假设由专家给出模糊互补判断矩阵，则合成的矩阵求得的权重向量为，满足：

（3）

2 夹具概念设计优化的基本思路

基于模糊层次分析法的主要思想，该文建立夹具概念设计优化综合评价模型，其具体步骤为：

首先，确定夹具概念设计优化综合评价模型的评价指标集。该文结合夹具概念设计优化的特点，本着科学性、动态性、层次性和实用性的原则，构造了夹具概念设计优化的递阶层次模型，所确立的三个指标分别是经济效益指标、生产率指标和精度指标，通过具体的原则或因素来控制。本文所构造的夹具概念设计优化的递阶层次模型如图1所示。

其次，需要确定评价指标的权重集，通过建立因素和因素类两个方面的权重集，分别计算每一类中各个因素的权重以及各类因素的权重。

最后，确定夹具概念设计优化的备择集。备择集是各种可能的评价结果的集合，在模糊层次分析法中，备择集只有一个，与因素的分类无关。本文中夹具概念设计优化评价的备择集可采用“优秀、良好、中等、合格、不合格”的五级评语。

3 实例分析

本实例对由多色集合理论[10]进行夹具的概念设计所得到的可行性方案进行优化，可行性方案共有六种，每个方案由不同的零件组成，这六种方案分别为：其中，B1-盘，B2-支架A，B3-支架B，B4-套，B5-压板A，B6-压板B，B7-销，B8-V型铁，B9-平衡铁A，B10-平衡铁B，B11-罩，B12-网。方案和方案的示意图见图2和图3。下面对这些可行性方案进行优化分析。

首先，根据专家问卷调查，获取多组优化指标（经济效益指标、生产率指标、质量指标）的模糊互补判断矩阵，例如某一专家对三种优化指标的模糊互补判断矩阵为：

根据所有的模糊互补判断矩阵，得到的合成矩阵为：

由式（2）和式（3），求得经济效益指标、生产率指标和质量指标的权重为：

选取备择集{优秀，良好，中等，合格，不合格}，分别根据方案1～方案6的具体情况和相关资料，结合各项指标，通过专家打分进行评判。例如对于方案1，在经济效益指标、生产率指标和质量指标各评价因素下，专家给出的初级评价矩阵为：

由此，可得到方案1的评价集为：

该评价结果表明，对于方案1，评价为“优秀”等级的占28.41%，评价为“良好”等级的占38.41%，评价为“中等”等级的占26.59%，评价为“合格”等级的占6.59%，没有专家认为该方案“不合格”。根据最大隶属度原则，可以认定专家对该方案的评价等级为“良好”。

与此类似，可以得到其它五种方案的模糊层次分析法的评价结果见表1。根据对各个方案的评价等级以及各个等级的隶属度，这六种方案的相对优良排序为：。

4 结语

夹具的概念设计是夹具设计过程中的关键环节，该文探讨采用模糊层次分析的方法对夹具概念设计进行优化处理，选取经济效益指标、生产率指标和精度指标作为夹具概念设计优化评判的指标，寻找并最终确定夹具概念设计的综合最优方案，模糊层次分析法的选用，提高了夹具概念设计优化中定性与定量分析的准确性和合理性。

参考文献

[1] Pahl G，et al.Engineering Design[M].London：The Design Council，1984.

[2] Yon-Chun Chou，R.A.Srinivas， Sujit Saraf.Automatic Design of Machining Fixture Conceptual Design[J].Manufacturing Technology，1994，9：3-12.

[3] Li Zhongbin，Xu Lida. Polychromatic Sets and Its Application in Simulating Complex Objects and Systems [J].The International Journal of Computers and Operations Research，2003，30（6）：851-860.

[4] 陈薇，沈晓红.夹具概念设计中的几何分析[J].机械工程师，2002（2）：31-33.

[5] 杨志宏，黄克正.夹具原始概念模型的创建方法研究[J].机械科学与技术， 2003，22（6）：1043-1045.

[6] 狄运祥，刘璇.夹具概念设计的研究[J].机械工程师，2002（1）：55-58.

[7] 许树伯.层次分析法原理[M].天津：天津出版社，1988.

[8] 陶余玲.如何构造模糊层次分析法中的模糊一致判断矩阵[J].四川师范学院学报：自然科学版，2003（3）.

概念结构设计的方法和步骤篇(7)

一、概念图教学在高中生物教学中应用的意义

首先，概念图教学在高中生物教学中的应用有助于优化教师的教学设计。教师可以利用概念图将所有相关的知识联系起来，然后由某个点（知识重点、难点或者中心点）展开教学，实现教学内容的不断拓展。教师还可以利用概念图对类似的知识内容进行对比分析，实现对知识的整体把握，在此基础上进行科学的教学设计，增强教学的效果。其次，概念图教学在高中生物教学中的应用可以促进学生的学习。概念图不仅可以成为教师的教学工具，也可以成为学生的学习工具。学生在课堂学习或者复习过程中也可以利用概念图来明确相关知识、概念之间的联系和区别，加深对知识的理解。此外，概念图还可以拓展学生的思维能力，有助于促进学生创新思维的发展。最后，概念图教学在高中生物课堂教学中的应用有助于提高学生做课堂笔记的效率，增强课堂学习的有效性。高中生物课堂教学中，教师教授的知识内容较为丰富，学生很难在短时间内做好全部的笔记，但是如果采用概念图学习的方式做笔记，学生就可以在短时间内架构好知识的框架，找到所学知识的重点，并用简单的文字和符号来标注相关知识之间的联系，这样可以有效节约做课堂笔记的时间，提高课堂的利用率。

二、概念图教学在高中生物教学中应用的策略

1.合作学习策略

合作学习策略指的是教师将所有的学生分成若干小组，每个小组成员先独立制作概念图，这个过程中可以实现学生的自主学习，也有助于学生初步建立自己的知识体系。自主制作概念图之后，小组成员再一起进行讨论和研究，共同制作完整的概念图。在这个过程中学生可以交流自己在制作概念图过程中遇到的问题，也可以分析自己无法制作出概念图的原因。如果学生对概念了解得不够清晰或没有理清概念之间的相互关系，就要借助其他成员的智慧和能力，构建完善的概念图。这种合作学习有助于实现学生的共同进步，提高学习效率和质量。

2.探究学习策略

探究学习策略也是概念图教学应用过程中常用的策略之一。在生物实验教学中教师自主安排实验任务，由学生来进行假设或者猜想，然后运用科学的方法对假设或者猜想进行验证。这种学习策略可以提高学生的探究能力，有效强化学生的学习效果。

三、概念图教学在高中生物教学中的具体应用

1.概念图教学在新授课中的应用

新授课指的是课堂教学的主要目的是传授新的知识。新授课中要运用概念图教学法进行教学需要教师掌握以下几个步骤：第一，创设具体情境，引出核心概念，为概念图教学的应用奠定基础。教师也可以通过加强新旧知识之间的联系，让学生能够在复习已学知识的过程中学习新的知识和概念。第二，对核心概念进行展示分析或直接提出核心概念。例如，在合作学习中，教师创设情境之后可以直接给出核心概念，然后让学生通过讨论的方式来学习和理解概念，最终引出核心概念的具体定义。第三，引导学生将相关概念之间的关系进行区分和对比，初步建立知识体系架构。第四，引导学生自己绘制概念图。概念图教学法以概念图的绘制为重点，概念图的绘制可以分为两种：一种是教师绘制的概念图，一种是学生自己绘制的概念图。在新授课教学中，教师应引导学生自己绘制概念图，以加深学生对概念和知识的理解，帮助学生构建知识体系，提高学生的学习效率。当然，在这个过程中学生可以进行讨论学习，共同绘制完整的概念图，而教师则要适当放开对学生的限制，只是在旁边观察学生的绘制情况即可。第五，学生绘制完概念图后上台展示自己的绘制情况，然后由其他组的学生讨论；绘制的概念图有哪些地方值得大家学习，又有哪些地方还不够完善。第六，最后由教师进行课堂教学总结。例如，在染色体结构变异的教学中，教师先利用信息技术创设具体的教学情境，告诉学生染色体结构发生变化时会出现变异，然后让学生分析讨论染色体结构变异的类型有哪些，为什么会变异等，最后让学生自主绘制概念图并上台展示，其他学生和教师帮助其完善概念图。

2.概念图教学在复习课中的应用

概念图教学在复习课中应用的主要步骤为：教师对学生容易混淆的概念和知识进行对比区分，以加深学生对相近知识的理解。可以让学生提出本章节知识中有哪些知识或者概念比较难以区分，然后以概念图的形式将这些知识点和概念之间的关系进行陈列，这样可以加深学生对这些知识的理解。例如，部分学生对二倍体、多倍体以及单倍体之间的关系和差别不够了解，教师可以运用概念图的方式将其进行对比。需要注意的是，在区分概念的过程中，教师应明确各知识之间的意义关系，以便更好地帮助学生理解概念之间的关系。此外，概念图教学在复习课中的应用还可以采用完善章节知识概念图的范式，即教师让学生将本章节的核心概念列出，然后探寻不同概念之间的区别和联系，最后整理成完整的概念图。这样可以帮助学生更好地复习章节知识，提高复习效率。例如，在免疫调节的复习教学中，教师可以指导学生列出本节内容的核心概念，如B细胞、T细胞、淋巴因子、灭活疫苗、抗体等，然后要求学生对这些概念相互之间的关系进行分析：灭活疫苗接受刺激之后会形成B细胞，而淋巴因子也会促成B细胞的形成；T细胞是由效应T细胞和记忆T细胞通过增值分化过程产生的，吞噬细胞经过摄取处理之后也会传递出T细胞；B细胞经过增殖分化又会产生?{细胞和记忆B细胞，浆细胞可以产生抗体等。学生通过自主绘制概念图的方式复习，有助于建立更加完善的知识体系，增强复习效果。

3.概念图教学法在实验教学中的应用