概念结构设计的方法和步骤例1

2产品设计步骤分析

在现实的机电产品设计过程中，它的步骤更加复杂，而且步骤与步骤之间也是紧密联系的。每个步骤在实施过程中都必须包含有设计的质量过程控制，这些质量过程控制可以检验实施过程中的对与错，是否能达到要求，这样可以保证每个步骤实施的质量。

2.1前期的准备

在前期的机电产品计划设计阶段，首先需要针对本产品进行相应的市场调研、客户对产品的需求以及产品生产出来后的销售，了解本产品其他相关的生产商目前的生产、销售、赢利以及客户使用反馈的情况，根据这些调研的情况进行产品设计目标的确定、质量的策划，为产品开发的周期确定日程安排，确定产品开发的预算等问题。同时做出相应的可行性报告，挑选确定开发团队的成员，为成员分配各自的任务，开发团队的成员应该充分了解即将需要研究和解决的问题，需要对整个产品包括它将来的市场定位、产品的主要功能、产品的工作方式、产品的结构组成有一个整体的了解。

2.2设计过程的控制

2.2.1概念的设计

对于一个新的机电产品来说，如果是设计一个新产品，那首先需要对这个产品进行功能、原理、形状、结构等一系列的概念设计。概念设计和其他的设计不同，它要求每个开发步骤都需要有相互紧密的联系。因此，需要把他们之间的一系列设计联系在一起，来合理地利用开发团队的资源，协调各部门的工作。同时，概念设计包括：设计输入、新产品概念生成、新产品概念验证与评价、方案输出过程等几个阶段。

2.2.2初步的设计

在这一个步骤中需要把上一个步骤概念设计所提出的目标都能实现，包括产品结构的设计、确定构成产品中的零件的形状材料大小以及可靠性的测定，进行产品成本的分析，确定产品的开发和制造成本以及销售利润的情况，这一成本的分析需要贯穿在整个设计过程的始终。这一阶段需要做的就是要求解决整体的、全局的、结构性的问题。

2.2.3详细的设计

这一个步骤是在完成了上述概念设计和初步设计步骤的基础上，具体考虑产品的整体布局、人机交互、产品的组成材料、外型装配等方面条件。这个步骤的目的在于，按照已经批准执行的设计任务书上的要求，来完成该产品主要的零部件的设计和一些参数的运算。

概念结构设计的方法和步骤例2

【中图分类号】G637 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2015）42-0011-03

【作者简介】王俊，江苏省宜兴市实验中学（江苏宜兴，214200）校长，江苏省特级教师。

教学目标是教学活动实施的方向和预期达成的结果，是一切教学活动的出发点和最终归宿，有效设计教学目标，是实施有效教学的关键。近年来，我校开展了“基于知识分类的教学目标设计”的实践探索，并努力构建与之相适应的课堂教学过程与策略，有效提高了教师设计教学目标的能力，发挥了教学目标导教、导学、导测的功能，提高了课堂教学实效。

一、对“知识分类”的实践性理解

1.认识知识的类目，实现认知目标的具体化。

当代认知心理学研究成果表明，知识从广度上可以分成事实性知识、概念性知识、整体性知识、程序性知识、策略性知识。每一种知识的本质属性和表征方式各不相同，不同知识的学习方式也有所差别。

（1）事实性知识学习

加涅认为：“事实是表示两个或多个有名称的客体或事件之间的关系的言语陈述。”如“南京是江苏的省会城市”“我国主要河流自西向东流”“我国地势西高东低，呈三级阶梯状下降”等都属于事实性知识学习。许多事实性知识间往往有许多内在联系，可以运用一定的组织策略改进事实性知识的记忆和学习，最有效的组织策略就是努力揭示知识间的内在联系。

（2）概念性知识学习

概念是对同类事物本质属性或关键特征的概括，概念性知识包含概念、原理、规则等，是构成学科知识体系的基础。概念的学习有两种基本方法，一种是先向学生呈现某个概念的正例和反例，然后引导学生进行分析、综合和比较，抽象概括出概念的本质属性或关键特征，对概念下定义，这一过程可概括为：“举正反例证―抓关键特征―下概念定义”，简称“例―概”法。如初中物理学习“功”这一概念时，教师呈现做功与不做功的几个实例，如“提着水桶在水平路上匀速前进”“静止的小车在拉力的作用下向前运动”等，然后引导学生思考这些实例的异同特征，在对做功与不做功的实例分析中，抽象概括出“功”这一概念的关键特征，对“功”的概念下定义。

另一种方式是先呈现给学生一个概念定义。如中学地理学科学习“自然资源”这一概念时，可先给学生呈现自然资源的定义，即“自然资源是指人类可以直接从自然界获得，并用于生产和生活的物质和能量”，在此基础上，努力揭示出这一概念的本质属性或关键特征，即“直接从自然界获得”“用于生产、生活”“物质、能量”，然后举出“煤炭”“汽油”“水稻”等自然资源的正例和反例，并揭示这些正反例的特征，作分析说明，简称为“概―例”法。原理是对概念之间关系的言语陈述，规则从本质上看是概念关系的言语说明，原理和规则的学习，必须在学生已经掌握有关概念的基础上才能进行。

（3）整体性知识学习

所谓整体性知识是指围绕某个主题组织起来的知识整体。如中学地理学科中有关区域地理的知识，就是由区域的地理位置、自然环境和人文环境，以及区域地理学习的思想方法等要素组成的一个整体性知识（见图1）。整体性知识的学习，要努力揭示出构成整体性知识的各个要素及其内在联系，这需要在一个较长的学习过程中逐步理解掌握。

（4）程序性知识学习

程序性知识指的是以概念性知识为基础，渗透学科思想方法的解决问题的操作步骤，程序性知识在本质上是概念、命题在复杂情境中的应用。因此，前述的概念性知识的学习规律也适用于程序性知识的学习，同时，对这类知识的学习，应在把握概念性知识和学科思想方法的基础上，尽可能概括为解决某一类问题的操作步骤及要点。例如在学习用配方法解一元二次方程时，其一般解题步骤为：将一元二次方程中的二次项系数化为1，把常数项移至等式右边，方程两边同时加上一次项系数一半的平方，将等式左边配成完全平方的形式，再开平方，并检验和写上答案。可将一般步骤用下列关键词概括，即“化1、移项、加一半平方、配方、开方、检验、答题”。这时学生对这一解题步骤就上升到了概括化、结构化的水平，成为一种方法程序性知识。在适量的变式训练中，这样概括化的程序性知识就能有效地转化为解决问题的一种自动化技能。

（5）策略性知识学习

策略性知识主要是指能促进学生对知识的理解、记忆和应用，有效提高学习效果的学习方式和方法，如在概念学习中，我们可以运用“关键特征法、语言转换法、概念模型法”等学习策略。

关键特征法，就是在学习某类知识时，要努力抓住这类知识的本质属性或关键特征，并用简明扼要的关键词对其进行概括，从而揭示出不同知识概念的本质区别，使学生更深刻地理解知识本质。例如，在学习数学学科的“轴对称”与“轴对称图形”概念时，从“轴对称”定义可以看出“两图形、折叠、重合”是其关键特征，从“轴对称图形”定义可以看出“一图形、折叠、重合”是其关键特征。这样抓住了概念的关键特征，就加深了学生对概念的本质理解。

语言转换法，即通过“自然语言”和“学科语言”的相互转换来有效地把握相关概念的关键特征。这里“自然语言”指母语，“学科语言”即体现学科特征的表述学科概念的符号、公式、方程式和示意图、实物图等。如物理学科中功的概念可用学科语言中的公式表示，即W=F・s。对比用“自然语言”对功的定义，可以看出，“学科语言”对概念的表述具有简明直观的特点，而“自然语言”则使概念的表述更加明确具体。因此，通过“说”（“自然语言”）与“写、画、记”（“学科语言”），使两种语言相互转换，在相互转换的过程中，能有效地促进学生对概念内涵的理解记忆和迁移应用。

概念模型法。概念模型是指能直观形象地反映概念（包括原理、定律、规律等知识）本质属性或关键特征的示意图、模型图及实物模型等，如物理学科中“光的反射定律”示意图、地理学科中的“地质构造”示意图、数学学科中“平行四边形性质”示意图等。概念模型能将复杂事物或过程简单化，能更直观形象地反映概念的本质属性或关键特征。概念模型法就是在概念学习过程中，借助概念模型，引导学生研读概念模型，说出概念的关键特征，并通过绘制、记忆模型图，来帮助学生理解概念的内涵、记忆概念的特征。

2.从知识分类到学科素养，实现教学目标的全面性。

教学目标设计，应该立足于学生的全面发展，立足于培养学生的学科素养。新课程各学科课程标准都把学科教学的目标定位于“培养基本的学科素养”。所谓学科素养是指在学科学习和实践活动中养成的具有该学科特征的基本知识、基本技能、基本思想和基本经验的综合，它不是多种要素的简单叠加，而是一种处理问题的习惯和思维方式。学科素养内涵结构可用图2直观呈现：

图2学科素养内涵结构图

从学科素养内涵结构图来看，我们在设计教学目标时，不能仅关注学生基本知识的掌握和基本能力的培养，而且要关注学生的主体参与，让学生在学习过程中积累学科基本经验，还要引导学生在解决具体问题中掌握学科思想方法，这是学科教学的灵魂，这样才能使我们的教学目标更全面。

二、基于知识分类，确立教学目标的策略

知识分类理论和学科素养内涵结构，为我们设计课堂教学目标提供了基本的框架，在教学实践探索中，我们可以从广度和深度两个维度来思考教学目标的确立，即本课时应重点学习哪些具体的基本知识，不同的基本知识应达到怎样的认知水平，由此确立教学目标的一般思路：（1）事实性知识的识记及记忆方法;（2）概念性知识（定义、原理、性质、法则等）的识记、理解和运用，及有效学习策略;（3）整体性知识的识记、理解和运用，及有效学习策略;（4）程序性知识的识记、理解和运用，及有效学习策略;（5）学科思想观念和方法的识记、理解和运用，及有效学习策略;（6）学生经历的具体学习活动过程、方式和获得的体验。

现举数例作一说明。

例1 苏科版初中《数学》八（下）《分式方程》新授课课时教学目标：

（1）会举例说明分式方程的概念，增根的概念、产生原因及检验方法;

（2）理解并说出解分式方程的基本步骤和要点，并会解一般的分式方程;

（3）经历解题过程，进一步学会运用转化思想、类比方法来解决问题。

说明：教学目标（1）主要为概念性知识，需达到理解水平;教学目标（2）为程序性知识，其操作步骤可简要概括为“去分母，去括号，移项，合并同类项，化系数为1，检验，答题”等，同时要关注每一环节的实施要点，这一程序性知识应达到初步应用的程度;教学目标（3）关注的是数学学科的思想方法，需达到理解和初步应用的水平，同时需要强调的是，这些思想和方法的掌握，需要进行“长时段教学设计”，贯穿在较长时段的学习过程中，不是一两个课时所能完全实现的。

例2 苏科版初中《物理》八（上）《长度的单位和测量》新授课教学目标：

（1）理解并说出什么叫长度测量和长度单位，以及测量和单位;

（2）会使用刻度尺测量物体的长度;

（3）通过测量一张纸的厚度，理解掌握“间接测量法”和“平均值减误差法”。

说明：教学目标（1）关注的是概念性知识的理解和记忆，教学目标（2）（3）关注的是程序性知识和物理学科思想方法的理解和运用。对于长度测量的程序性知识，要对其测量的基本步骤和实施要点进行归纳，可概括为“估量程（估量值、分度值）―选工具―作测量（紧靠、放正、对齐）―读数值（视线、估读）―做记录（数字、单位）”等步骤及实施要点。在学习过程中，使学生在理解识记操作步骤和要点的基础上，动手测量，并引导学生阅读书本上的“测量示意图”，来加深对程序性知识的理解记忆。

例3 人教版初中《地理》八（上）《发展农业生产要因地制宜》教学目标：

（1）能举例说明影响农业生产的主要因素有哪些;

概念结构设计的方法和步骤例3

20世纪60年代美国康奈儿大学诺瓦克教授等人提出“概念?D”一词，它是用来表征和组织知识的一种工具。在教学活动中，利用概念图可以将学科知识层次化、结构化，通过有意义的连接展现相关命题，不但形象化知识网络，而且促进学生有意义学习。

概念图包括概念、命题、交叉链接和层级结构等四大要素。通常情况下，概念是描述某种属性或规则的专有名词，可以是某一主题或任务、操作对象或操作命令等；层级结构是对主题或对象等概念间层次关系的描述；命题是对概念间有意义联系的描述；交叉链接是对不同概念之间或不同知识领域之间的横向关系。

二、《计算机基础》课程概况

《计算机基础》课程作为卫生职业院校各专业必修的文化课之一，强调技术性和应用性。课程所用教材中明确提出“培养学习者使用计算机解决学习、生活和工作中的实际问题能力，逐步养成独立思考、主动探究、团结协作的学习方法和工作态度，为终身学习奠定坚实基础”。教学内容不仅包括计算机基础知识及办公软件的操作实践等显性知识，而且还包括解决实际问题的相关隐形知识。

通过教学实践与调查，发现目前在该课程教学过程中，多数教师强调操作实践，为学生演示操作步骤并提供繁杂的操作任务，内容多、步骤繁，不能有效地实现教学目标。针对此种情况，作者深入研究课程教学内容与教学目标，挖掘各章节的概念及联系，利用概念图开展教学相关设计，帮助信息技术教师进一步教学目标明确化、教学内容形象化，从而优化课堂教学效果。

三、利用概念图进行教学设计的实例

根据建构主义教学设计模式，教学设计包含教学内容、教学目标、学习者、教学活动与策略、教学评价等相关设计环节，在此以《数据处理---信息资料的管理与分析》一节为教学实践案例，重点阐述利用概念图设计教学内容、教学目标与教学评价等三个环节，设计环境为Camp Tools概念图绘制软件。

1.教学内容的设计

该节学习内容属于办公软件EXCEL2010应用中的核心操作内容，具体包括数据清单的排序、筛选、分类汇总和透视表等四大操作命令，在学习、工作中使用频率较高，但是操作步骤注意事项较多，需要帮助学生深入理解和掌握该内容的核心与联系。

根据该节内容特征，首先，确定关键概念为“数据清单的管理与分析”这一任务主题。第二，按照操作命令与操作对象确定相关一级概念为数据清单、排序、筛选、汇总；二级概念为记录、字段、关键字、自动筛选、高级筛选、分类汇总、透视表；三级概念为字段名、字段值、条件区域、分类字段、标签等。第三，布局所有概念，分别建立操作对象与操作命令概念间的层级联系和横向连接。第四，通过描述概念间的意义连接，形成操作命题，例如：数据清单的筛选包括自动筛选和高级筛选，高级筛选需要先建立条件区域，条件区域由符合条件的字段名和字段值构成。第五，进行修订与完善。

注意事项：概念布局遵循的原则为操作对象放置上层、操作命令放置下层，操作对象的连接方向由上至下，操作命令的连接方向为由下至上。绘制的教学内容概念图如图1所示。

2.教学目标的呈现

《计算机基础》课程的课堂教学目标分为知识目标、技能目标、情感目标。一般表述为：认识操作对象，熟悉操作命令的含义；掌握操作命令的操作步骤；体验操作命令的制作功能与效果，深入分析操作对象。

具体绘制过程为：第一，确定操作对象及操作命令等关键概念；第二，建立概念间的方向与连接；第三，描述意义连接形成教学目标；第四，进行修订与完善。

3.教学评价的策略

概念结构设计的方法和步骤例4

0 引 言

 

本体构建是本体应用的基础，随着本体的理论研究逐步深入和在工程实践中的广泛应用，形成了许多的构建方法和构建工具。但本体的构建过程仍需要通过人工的参与，人们凭借一定专业领域知识，依据自己的知识和理解主观地判断概念之间的关系。这种依靠人的经验和知识积累的本体构建方式非常费时费力，成为领域本体发展的一个瓶颈。因此，为了减轻人工工作量，缩短本体构建的周期，人们期望可以自动半自动地构建本体，提高本体构建的效率和自动化程度，于是本体学习的概念就被提了出来。

 

本文对领域概念的抽取和领域概念间关系的抽取等关键技术进行了深入研究;采用了基于word2vec的领域本体概念自动抽取算法，并采用迭代算法，扩充领域概念的候选词集;同时，对领域概念间关系自动抽取的方法也进行了一定研究;最后，将基于Web的领域本体半自动构建方法应用于气候变化领域构建气候变化领域本体。

 

1 基于Web的领域本体半自动构建方法

 

本文基于本体学习技术，设计了一种基于Web的领域本体半自动构建方法，该方法包括领域信息采集、领域词典构建、本体学习、本体编辑和本体评价五大模块。其中，本体学习模块是构建领域本体的重点和难点，该模块主要采用机器学习技术、自然语言处理技术，结合语言学、统计学等知识，从大量领域数据中自动地抽取领域概念和概念间的关系。基于Web的领域本体半自动构建方法框图，如图1所示。

 

2 基于word2vec的领域本体概念抽取

 

领域概念获取是构建领域本体的基础工作，领域概念自动抽取是指从一定规模的自由文本中抽取出能够反映某一特定领域特征或共性的词汇。本文在研究相关算法的基础上，采用了一种基于word2vec的领域本体概念抽取算法。该算法如图2所示，共包含三部分：中文分词、领域概念候选词抽取、领域概念候选词评价。

 

领域词典的构建是概念抽取的基础，在中文分词环节，领域词典为其提供领域词汇，将领域词典添加到原有的分词词典中，使更多的领域词汇可以被识别出来。在领域概念候选词抽取和评价环节，领域词典为其提供领域的种子概念，用于对候选词进行抽取和评价。

 

在中文分词环节，增加了新词发现模块。本文采用的是中科院计算所的ICTCLAS分词工具对中文原始语料进行分词，本文在中文分词环节增加了新词发现模块，将发现的新词词典和构建的领域词典都添加到了原有的分词词典中，从而组成了新的分词词典。

 

在领域概念候选词抽取环节，本文引入了深度学习的思想，它通过构建具有多隐层的机器学习模型从海量训练数据中学习更有用的特征，本文利用word2vec工具学习Web领域语料，训练词向量模型，通过计算向量间的相似度，得到两个词之间的相似度，由此将领域种子概念的相关词汇作为领域概念候选词。

 

领域概念候选词评价环节是指从领域概念候选词中筛选词汇作为领域概念，本文采用基于双序列比对的中文术语语义相似度计算方法计算这些候选词与种子概念的相似度，将与种子概念语义相似度高的候选词作为领域概念。

 

2.1 中文分词

 

中文分词与词之间有明显分隔，因此分词是对中文进行自然语言处理的首要步骤，分词的好坏直接影响概念抽取的效果。分词结果的好坏取决于所采用的分词工具和分词方法。目前，分词词典中的大多数词条是通用领域的，对领域专业词汇的识别率较低，因此构建领域词典，并将领域词典添加到分词词典中是很有必要的。由此，本文在中文分词中加入新词发现模块，采用大规模语料新词发现技术，将得到新词词典和领域词典中的词汇加入到原有的词典中，构成新的分词词典。然后对原始的领域语料进行分词，得到分词后的领域语料为概念抽取做准备。

 

(1) 新词发现

 

要从海量文本中发现新词，通常考虑三个因素：字符串在文本中出现的频率、字符串的内部聚集程度和边界划分能力。本文采用基于大规模语料的新词发现技术，并分别用互信息和信息熵衡量一个字符串的内部聚集程度和边界划分能力。给出判断该字符串能否作为一个新词的评价指标，公式如下所示：

 

[Walue=log(Mi+1)?log(min(leEntropy，riEntropy)+1)]

 

式中：Mi代表字符串的互信息;le_Entropy代表字符串左邻字集的信息熵;ri_Entropy代表字符串右临字集的信息熵。

 

(2) New分词词典

 

本文采用中国科学院计算技术研究所研制的汉语词法分析系统ICTCLAS分词工具，将领域词典、新词发现得到的新词词典和原有的分词词典组成新(New)分词词典，利用New分词词典对语料库进行分词。

 

2.2 领域概念候选词抽取

 

采用基于word2vec的领域概念候选词抽取算法。word2vec是一个把词转变为向量的工具，可以通过两个向量之间的余弦值得到两个词的相似度。本文将与种子概念具有一定相似度的词汇作为领域概念候选词，具体步骤如图3所示。利用word2vec工具对分词后的原始语料进行训练得到词向量模型，将种子概念对输入词表进行初始化，利用该模型计算与输入词表具有一定相似度的词汇作为领域概念候选词。要扩大候选词数量，采取迭代的算法，将输入词表作为迭代变量，将输出词表与输入词表的差集作为输入变量，再次调用词向量模型抽取候选词，直至符合迭代结束条件停止。

 

使用word2vec工具训练词向量模型步骤如下：

 

(1) 将文本语料进行分词，并以空格或Tab隔开。

 

(2) 将分好词的训练语料进行训练，假定语料名称为test.txt且放入word2vec目录中。

 

(3) 训练好模型之后，得到词向量模型文件vectors.bin。

 

得到词向量模型后，便可以通过计算两个向量的余弦值来计算两个词的相似度。本文提出利用word2vec工具训练得到的词向量模型抽取种子领域概念的相关词汇，将相似度大于某一阈值的相关词作为领域概念的候选词。要扩充候选词集，设计迭代算法，将得到的输出词表与输入词表的差集作为输入，再运行程序得到更多领域概念候选词。算法流程如下：

 

(1) 程序初始化，将从领域词典中选取的种子概念对输入词表进行初始化;

 

(2) 调用word2vec的词向量模型抽取输入词表中概念的相关词汇，并将这些相关词汇作为领域概念候选词;

 

(3) 将抽取得到的候选词集合作为输出词表输出;

 

(4) 根据结束条件判定程序是否结束，如果不符合结束条件，则计算输出词表与输入词表的差集[S，]将[S]作为输入词表，转步骤(2)，符合结束条件，程序结束。

 

该算法采用迭代算法以期获取更多的领域概念候选词，从而扩充候选词集。由上述算法流程可见，该算法中的迭代变量为输入词表，输入词表经过word2vec训练的词向量模型得到一个输出词表，然后将输出词表与输入词表的差集赋值给输入词表，再次进行抽取，这就是迭代过程。迭代算法中迭代结束条件可以是程序循环次数、输出词表与输入词表差集中元素的个数小于某个阈值和抽取概念的个数达到一定的数量等几种情况，具体的结束条件可根据需求的本体规模来确定。

 

2.3 领域概念候选词评价

 

采用迭代算法可抽取出大量的领域概念候选词，然而本体的概念应是精炼的，本体的规模也是确定的，应对这些基于word2vec得到的领域概念候选词进行过滤，进一步提取领域概念。本文以种子概念为基准，计算概念候选词与种子概念的语义相似度，认为候选词与种子概念在语义上越相近，该候选词与领域越相关，本文将语义相关度高的词语作为抽取的领域概念，具体流程如图4所示。

 

采取基于双序列对比的中文术语语义相似度计算方法进行语义相似度计算，该方法有效地利用《同义词词林2》对词语进行有效的语义相似度计算，并且对组合词语之间的相似度也进行了深入研究，效果较好。

 

3 领域本体概念关系抽取

 

本体概念之间的关系主要包括同义关系、上下位关系、整体?部分关系等。其中，同义关系和上下位关系是基本的语义关系，构成了本体的基础框架。

 

3.1 同义关系抽取

 

本文利用中英文词典抽取概念间的同义关系。假设概念C1翻译得到的英文单词或短语有[{w1，w2，…，wn}，]概念C2翻译得到的为[{w′1，w′2，…，w′m}，]如果两个集合有交集，即两个概念有相同的英文解释，就认为这两个概念具有同义关系。将一个概念与其相关概念组成的概念对集合作为关系解空间，从解空间中抽取同义关系。为了抽取更多的同义关系，需要扩大关系解空间。

 

3.2 上下位关系抽取

 

本文提出了一种基于概念对的语义特征和语境特征的特征向量来抽取具有上下位关系的概念对，从概念对的构词、共现、特征词出现数量、概念对在句中位置的距离出发，构建概念对上下位关系的特征向量，并使用支持向量机(SVM)进行训练和预测，从而实现本体上下位关系的抽取。具体算法实现如下：

 

步骤1：初始化所有的概念对和特征词;

 

步骤2：判断一个待计算特征向量的概念对是否符合扩展的包含原理，是则该概念对的特征向量[T]为(1，0，0，0)，否则该概念对的[T1]值标记为0，进行步骤3;

 

步骤3：利用百度搜索引擎，对概念对进行查询，保存查询结果的前10条，计算该概念对的特征向量[T;]

 

步骤4：判断是否所有的概念对处理完毕，否，则转步骤2，是则形成特征集[W(T);]

 

步骤5：调用LIBSVM工具，将[W(T)]导入到训练集中;

 

步骤6：设置SVM训练参数，分别选用4种核函数进行实验，选取分类效果最好的核函数;

 

步骤7：运行程序，从概念与其相关的概念组成的概念对中抽取上下位关系。

 

4 数字图书馆气候变化领域本体半自动化构建

 

本文采用气候变化领域主题网络爬虫方法从Web上采集与气候变化领域有关的数据，共采集了1.5 GB的Web领域数据，数据的来源主要有2个。其中，基于开放搜索引擎搜索和气候变化权威的领域内新闻共有198 104篇，数据1.04 GB，百度百科领域内数据105 660篇，数据556 MB。本文利用这些从Web上采集的领域数据作为初始学习语料，从中自动的抽取气候变化领域本体概念和概念之间的关系，形成初始本体，最后利用本体编辑器，由领域专家人工对初始领域本体进行审核和编辑，以得到更为完善的知识体系和更为精准的本体描述。

 

4.1 基于word2vec的领域概念抽取实验

 

(1) 中文分词

 

采用中科院计算所的ICTCLAS分词工具对原始语料进行分词，在分词前，首先对原始语料进行新词发现，再将新词发现的结果和构建的领域词典中的词添加到原有分词词典中，形成新的分词词典。

 

实验中采用基于互信息和信息熵的新词发现技术从采集的气候变化领域语料中发现新词，本文只抽取5个字和5个字以下的词语，实验过程中，首先对字符串进行频率过滤，设定频率阈值，如果大于该阈值，则再进行信息熵过滤，否则，直接将其排除。由于目前还没有统一的设定阈值的标准，本文中的阈值都是经过反复试验，选取使效果较佳的阈值。实验发现新词情况如表1所示。

 

利用原有分词词典和在原有分词词典的基础上加入新词词典和领域词典后，对语料进行分词的结果进行对比，其结果证明采用新的分词词典进行分词，分词的准确率大大地提高了。

 

(2) 领域概念候选词抽取

 

首先对采集的气候变化领域语料利用原有的分词词典进行分词，利用word2vec工具对该分词文件进行训练，得到词向量模型文件vectors.bin。采用构建的领域词典作为初始输入词典，通过调用词向量模型文件vectors.bin，计算与种子概念距离近的词汇，得到领域概念的候选词。

 

(3) 领域概念候选词评价

 

采用双序列比对的中文术语相似度计算方法，将获得的11 032个领域概念候选词与领域词中的种子概念做语义相似度计算，本文将与种子概念相似度大于一定阈值的候选词选作领域概念。实验过程中，该阈值取0.7。利用构建的领域词典中的1 080个词汇作为种子概念，采用两种方法做对比实验(将基于前后缀的中文领域术语抽取方法称为原有算法，将本文采用的基于word2vec的领域本体概念抽取算法称为改进算法)，实验结果如表2所示。

 

由表2可见，改进的算法无论是在领域概念抽取词抽取环节还是领域概念候选词评价环节，不仅大大地增加了抽取词汇的数量，而且领域术语所占的比重也比之前提高了。

 

4.2 概念关系抽取实验

 

(1) 同义关系抽取。本文采用在线的有道词典进行约束，同义关系抽取结果如表3所示。由实验结果可知，得到的结果准确率较高但召回率比较低，由于使用词典约束以及关系解空间等因素影响了召回率，可通过对数据进行扩充，其中包括使用word2vec的训练语料和双语词典等改进方法来提高召回率。

 

(2) 上下位关系抽取。本文从关系解空间中抽取上下位关系，从中选取并手工标记800对概念对，其中正例400对，反例400对。实验中，在800对正反例中各取大约3/4的向量作为训练集，剩余的1/4对作为测试集。将本文提出的基于特征向量的本体概念上下位关系验证与基于百科的术语关系抽取方法进行对比验证，对比结果如表4所示。

 

从实验结果可得：本文提出的基于特征向量的上下位关系验证方法具有更高的准确率、召回率和[F]值，而且采用本文提出的算法比基于百科的术语上下位关系抽取发现的具有上下位关系的概念对多。

 

4.3 数字图书馆气候变化领域本体的应用

 

气候变化问题已经逐渐成为各界热议的焦点，世界各国的统计部门、气象部门等都已经积累了庞大的数据集，研究者很难从庞大而分散的数据集与观点成果中快速找到期望的信息，更难以在这些信息中寻找数据之间的关联与规律。基于以上问题，设计开发出了针对气候变化领域的RSS阅读器系统。新闻、数据文件等以本体的组织框架进行组织。点击某一知识节(领域概念)，便可查看相关的新闻信息等，操作方便快捷。用户通过该阅读器系统能实现对气候变化领域内最新、最全新闻信息的实时获取，从而减少人工搜索和筛选的工作，提高了新闻信息搜索效率和信息推荐的准确度。

 

5 结 论

 

概念结构设计的方法和步骤例5

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

随着我国市场经济状况的高速发展，城市化的进度正在逐渐加快，尽管房价商场非常猛烈，房地产市场的交易量依然与日俱增，对广大人民百姓来说，购置住房是生活中最重要的活动之一，不少工薪阶层将大半生的劳动所得消耗在房产上。同时，我国的内陆地区地震频发，住房的质量不但与广大人民的切身利益息息相关，还可能在自然灾害发生时直接影响到百姓的人身安全。建筑的结构设计在很大程度上影响着建设工程的安全可靠、美观实用、施工难度、工程造价等诸多品质，提高建筑结构设计质量自古以来，都是结构工程师最为关注的话题之一。同时，项目的特殊要求、施工环境的变化以及结构设计人员水平上的差异等诸多因素都与结构设计的出图质量密切相关。为了尽可能避免设计图纸上出现“漏、碰、错、缺”，相关领域的技术工作者应当通过有效的措施尽可能提高建筑结构设计的质量。

1 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。

2 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。

3 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。

4 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］ 马玉刚． 浅谈如何提高建筑结构设计质量［J］． 工程技术，2010( 7) : 5．

概念结构设计的方法和步骤例6

中图分类号：G64 文献标识码：A

1什么是项目教学法

1.1含义

项目教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。其特点是（1）目标指向的多重性。（2）培训周期短，见效快；（3）可控性好；（4）注重理论与实践相结合。

1.2项目教学法实施的一般性过程

（1）确定项目及项目目标。

（2）项目的设计，项目教学法实施的关键。

（3）项目的实施。

（4）项目的评价。

2项目教学法在SQL Server2005数据库开发与设计课程中的具体实施

2.1课程介绍

SQL Server2005数据库开发与设计课程是计算机专业的专业课程之一，其理论性、实践性和应用性都很强，并且相对知识比较抽象，对于中职学生来说，不论是理解还是掌握都有一定的难度。

2.2数据库设计的步骤

（1）需求分析；收集数据库所有用户的信息内容和处理要求，加以规格化和分析，强调用户参与。

（2）概念结构分析；将用户需求进行综合、归纳和抽象，并转化为对象的概念模型（其中最常用的是E-R模型）。

（3）逻辑结构分析；将概念模型转换为数据库所支持的数据模型（如关系模型），并将其优化。

（4）物理结构设计；选定数据库在物理设备上的存储结构和存储方法，如数据表的设计。

（5）数据库实施；这一阶段主要建立数据库，组织数据入库，并进行试运行。

（6）数据库运行和维护。

2.3项目教学法在课程中的具体实施

根据课程特点及项目教学法的实施步骤，主要从以下几个步骤具体实施：

（1）项目确定以及设计

数据库制作有其相应的使用对象，像SQL SERVER语言可以开发的数据库常见的有学校的成绩管理系统，企业的员工考勤系统等等。这一阶段学生主要要完成以下工作：

确定项目以及项目实现目标。学生可以从学校教务科的成绩管理系统入手或者是企业的考勤管理入手。本文以学校的成绩管理为例。

小组协作学习。学生分小组进行，每组7个人，确定组长以及各个组员的分工，并邀请教务科相关负责老师参与其中。

完成SQL设计的第一步骤：用户需求分析。找到学校教务科的相关老师了解学校的成绩管理系统主要要实现那些目标，需要有哪些功能。学生可以通过问卷调查或者是访谈的方式取得对应资料并集合小组意见分析整理。（就成绩管理系统来说，主要涉及到课程、教师和学生三个对象，其中需要实现哪些功能需要具备哪些属性？让学生的探索之后再结合课本知识教师加以点拨）。

结合SQL设计的第二个步骤：概念设计阶段。将前面收集到的用户需求转化为E-R概念模型。将课程、教师和学生其相对应的关系用E-R图表示出来。每个组根据自己收集整理的资料来画出对应的E-R图。先将每个实体的局部E-R图表示出来，再集成E-R图。

（2）项目的实施

①实现SQL设计的第三步骤：逻辑设计阶段。

将前面的概念模型转化为对应的关系模式。并将对应的数据表可以先用EXCEL文档做好。

②实现SQL设计的第四、五步骤：物理设计阶段和数据库实施阶段，主要包含的课程知识点如下：

数据库常用语言T-sql语言介绍以及实现；

创建对应的数据库，并能根据实际需要修改和删除数据库；

数据表的创建、修改和删除以及数据表中数据的添加、修改和删除；

实现数据的基本查询；

创建数据的索引和视图；

程序控制语句的实现；

数据库的安全机制，登陆账号管理，数据库用户管理和角色管理；

数据库的备份与恢复；

数据库的导入导出。

③数据库的实施，运行和维护阶段

让小组学生邀请学校教务管理人员、学生代表以及教师试使用该数据库，在收集到的意见基础上进行改进修正。

（3）项目的评价

小组派代表展示自己的数据库，设定评价量规，实现小组之间互评，老师点评。在项目实施过程中工作态度、实施方法、小组协作分工状况等进行过程性评价。邀请学校教务科相关参与人员以及学生和教师体验者进行综合评价点评。小组成员自己的评价。

参考文献

概念结构设计的方法和步骤例7

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。

概念结构设计的方法和步骤例8

随着现代化进程的加快，学校的教育设施也得到了飞速的发展，笔记本电脑和多媒体教室被广泛应用，大多数教师在教学过程中更倾向于利用已经设计好的多媒体课件进行教学，却忽视了在整个教学过程中运用形象生动的比喻法。

所谓比喻法，是常用的一种修辞方法，就是利用两种不同类的事物之间的某些相似的地方，以形象的事物作喻体去描述一个抽象的事物，它能化平淡为生动，化深奥为浅显，化抽象为具体。“精彩的比喻就像童话中的魔棒，碰到哪里，哪里就会发生神奇的变化”。在教学过程中，学生经常会碰到某些课程的理论性强，枯燥、难懂，不容易掌握。如果教师通过比喻教学，把内容和现实中非常接近我们的事情联系起来，可使学生较好的理解某些比较抽象的知识内容，以便他们能进一步掌握并能应用这些知识、原理来分析、解决某些相关的问题。

笔者就以计算机专业必修课《C程序设计语言》课程为例，结合自己的教学心得，谈谈如何用比喻法开展教与学的活动。

在一般高校都把《C程序设计语言》课程设置在大学一年级，主要面向新生，新生本身对大学的适应就需要一个过程，再加上C语言牵涉的概念复杂，规则繁多，目前各高校在C语言程序设计课程教学模式上仍采用传统的教学方法，导致学生刚接触C语言就觉得抽象、深奥，使用起来不得心应手。如算法概念、顺序程序设计、选择程序设计、循环程序设计，指针等知识更考验着学生的思维和耐心。

典型案例1：程序的灵魂――算法

［案例呈现］算法的概念是什么？

［分析］在《C程序设计》教学中，最大的困难正是对一些抽象的理论和概念的理解。算法是为解决某一问题而采取的方法和步骤。在教学中，我做了如下的处理，充分应用比喻的魅力，达到较好的教学效果。

打个比方，厨师制作菜肴，需要有菜谱。菜谱上一般包括使用的配料和用这些配料按规定的步骤加工出不同风味菜肴的操作步骤。没有配料是无法加工成所需菜肴的，面对同一些原料可以加工出不同风味的菜肴。设计一个好的程序，就像是做一道美味的菜肴，既要用到类似于配料的数据结构，又要有类似于做菜步骤的算法。没有数据结构是无法制作程序的，面对同一些数据可以设计出不同的程序。可见，算法从广义上来讲，就是操作步骤，就是为解决一个问题而采取的方法和步骤。当然我们学习计算机，关心的是计算机能解决的算法。

如著名数学家华罗庚“烧水泡茶”的两个算法。

算法一：烧水――水烧开后，洗刷茶具――沏茶。

算法二：烧水――烧水过程中，洗刷茶具――水烧开后沏茶。

大家可以看到这两个算法的区别在什么时间洗刷茶具，因为第二个算法应用了“统筹方法”，节约时间，所以效率更高。可见为了有效地进行解题，不仅要保证算法正确，还要用到科学的方法，考虑算法的质量，选择合适的算法。

算法的概念及特点如果只凭老师反复讲述定义，学生只会听得昏头昏脑，索然无味，教学效果很差。而比喻教学法的应用，可以使抽象的知识变得形象化、趣味化，起到“一语道破天机”的作用。

典型案例2：C程序设计的三种基本结构及各自的语句分析

1.顺序结构

顺序结构是C程序设计中最简单的一种基本结构。它就像人的一生，从出生、长大、上幼儿园、小学、初中、高中、大学、工作、结婚生子，再到“夕阳无限好，只是近黄昏”。顺其自然、顺顺利利度过一生。

2.选择结构

它就像在人的一生中会遇到的好多选择，有人生道路的选择、世界观的选择、事业的选择、爱情的选择，等等，但任何的选择都需要当前实际条件的成立。例如，考大学，假设成绩大于500分就考上了，否则未考上。此结构中必包含一个成绩大于500的判断框，根据给定的条件是否成立而选择执行“考上”或“未考上”。

if(成绩>500) printf(“考上”)；else printf(“未考上”)；

3.循环结构

循环即周而复始，花开花谢，月圆月缺，循环无尽。人生像生老病死就是一个循环不息的过程。我生病了，医生叮嘱我每天吃药，连续吃7天病就好了。很显然吃药是每天必做的事情，也是必循环的事情，7天后就可以不吃药了（如图所示）。在不少实际问题中有许多具有规律性的重复操作，因此在程序设计中就需要重复执行某些语句。一组被重复执行的语句称为循环体，能否继续重复，决定循环的终止条件。所以循环语句是由循环体及循环的终止条件两部分组成的。循环语句是最能体现计算机解决问题优越性的语句。

While(天数

可见，这种利用一个个发生在身边的实例做比喻，再加上理论讲解相结合的方法，使学生能感性地理解循环。

在《C程序设计语言》课堂教学中，尝试用比喻的方式来剖析计算机教学中的概念，选用恰当的生活事例，用已知来发掘未知，提高教学效果，增强学生学习的兴趣，是一种非常有效的教学方法。但是，运用教学比喻，并不是以粗浅的事例代替科学精准的理论，更不是用随便的玩笑代替细致准确的讲解，而是要求我们紧扣教学目标和要求，把握物理概念的本质和特点。根据具体问题，做到言之有理，言之有物，言之有据。《学论》中说：“君子之教，喻也。”作为教师，在日常教学中，一定要认真钻研教材，准确把握所教学生的思维水平和特点，从日常生活和学生已掌握的知识中找到恰当的比喻，运用比喻的时机和技巧，使课堂妙喻精彩纷呈。

参考文献：

[1]顾建东.生活：程序设计教学的本质回归[J].中国教育信息化.

[2]盛美勤.让比喻这一古老的修辞焕发新的教学生命力[J].中国.

概念结构设计的方法和步骤例9

文章编号：1008-0546（2014）12-0009-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.004

学生解决化学问题中的推理方式一般有两种：算法推理和概念推理。某些学生偏向于运用算法推理，某些学生偏向于运用概念推理。多数学生所运用的算法推理是通过记忆和执行一系列程序或计算式来解决问题。概念推理则是在深刻理解与所解决问题相关的核心概念的基础上，通过逻辑推理来解决问题的。事实上，结构良好的算法推理程序也是建立在对科学概念的深刻理解的基础之上的[1]。

例如，定量地分析溶液组成、浓度和化学反应的质量和能量变化的问题。运用算法推理解答，步骤规则清晰、明确，有章可循，易于模仿。然而初学时由于较为抽象，理解困难，需要通过反复练习才能独立地运用。运用概念推理方式，易于理解，但是，没有固定的程序、步骤，推理方法灵活，对思维能力要求较高。例如，下列问题的解决。

例1 溶质质量分数36.5%的浓盐酸，密度是1.19 g・mL-1。

①多少升HCl（标况）通入1.00 L水中，才能得到上述浓盐酸？

②求该盐酸的物质的量浓度。

习题要求用一定体积的气体溶质和已知体积的溶剂来配制一定质量分数的溶液。涉及有关一定质量分数溶液的配制计算，配制摩尔溶液的计算，气体物质的质量、在标况下的体积和物质的量的换算。运用这些计算规则的计算式，通过推理计算，可以解答问题，例如：

也可以利用这些计算式，推演、组合成总的计算式，代入数据，即可解答问题：

依题意，设用V L HCl（标况）通入1.00 L水中，能得到题设浓盐酸，依下式即可求出所需要的HCl体积V（标况下）：

×100%=36.5%

如果运用概念推理的方式解答，从试题的情景出发，第1小题的解答，可以先运用溶液的溶质质量分数的概念，通过类比（见下图），可以求得习题所求的氯化氢的质量。再运用物质的量、摩尔单位和气体摩尔体积的概念，把氯化氢的质量换算成标况下的体积。

第2小题的解答，只要从物质的量浓度概念的出发，求得1L 36.5%浓盐酸（密度1.19 g・mL-1）中所含有的氯化氢的物质的量。

运用算法推理解决问题，需要帮助学生深刻理解相关的核心概念的基础上，形成一系列具有良好结构的规则和程序。如果只靠机械地记忆一系列解决问题的程序来解决问题，知其然而不知其所以然，即使解决了问题，也无助于学生对化学概念和相应的解决问题规则和程序的理解，不能帮助学生提高思维能力和思维品质。例如，运用离子方程式解决有关电解质在溶液中反应的问题就是一例。

化学过程中，物质微观粒子的存在状态，在质和量上发生的变化，可以用化学语言、化学符号或数学模型（通常以计算式或函数图像表示）来表征。因此，可以运用算法推理来推演变化过程和结果，分析和解决问题。例如，解答有关用离子方程式来表示电解质在溶液中的化学反应的问题，教科书在学生初学阶段，给学生介绍离子方程式书写的规则和四个步骤，帮助学生运用算法推理方式来解答问题。这些规则和步骤是：

1.写出反应的化学方程式。

2.把溶于水且完全电离的物质写成离子形式，难溶于水或难电离的物质仍用化学式表示。

3.删去化学方程式两边不参加反应的离子。

4. 检查离子方程式两边各元素的原子数目和离子所带电荷总数是否相等[2]。

一些教师用“写、拆、删、查”概括这四个步骤。帮助学生运用这些规则、步骤，来解决问题，要注意让学生了解规则、步骤是建立在哪些化学核心概念上。离子方程式的书写是以电解质和离子反应的概念、化学反应基本规律为基础，借助化学符号和数学运算形式来表征电解质在溶液中的反应。步骤1的完成，是以正确认识电解质在溶液中实际发生的化学反应为前提;步骤4要求学生牢固地掌握化学反应遵循的质量守恒定律。这两个步骤是化学方程式书写的基本规则。步骤2、3的完成，需要依据电解质电离和离子反应的概念，判断实际参加反应和生成的物质及其在反应体系中存在的状态（离子、分子或固体）。

一些学生没有理解这些书写规则和步骤是建立在有关电解质电离、离子反应的概念上的。只是机械地记忆套用离子反应的四个步骤和规则来解答问题，问题解决过程只是算法的机械操演，没有依据概念进行的逻辑推理。因而会产生许多错误。随意拆、删化学方程式中反应物、生成物的化学式，凭臆断拼凑出错误的“离子”方程式。只有建立在对化学反应、电解质电离和离子反应发生条件等概念深刻理解的基础之上，经过一段时间的学习，就可以熟练地运用概念推理方式，直接写出反应的离子方程式。反之，机械按四个步骤做算法推演，是不可能学好离子反应及离子方程式的书写技能的。

许多教学实例都说明，如果学生运用算法推理解决问题，没有真正感知和理解问题情景中化学事物，不能把化学事物的微观表征和符号表征联系起来，只是孤立地记忆、套用由化学语言、化学符号和数学模型来解决问题，就会产生错误和困难。

当解决的问题情景较为复杂，需要综合运用各种知识和概念创造性地解决的问题，则需要把概念推理和算法推理结合起来。

例如，下面一道问题，没有解答类似问题经验的学生往往难以入手：

例2 已知25℃时，Fe（OH）3 的Ksp=2.79×10-39。求该温度下反应 Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K。

不少没有解答过类似问题的学生，觉得解决问题难以入手。有的教师告诉这些学生，利用溶度积的计算式和水的离子积常数的计算式，做数学变换，就可以轻易解答：

25℃时，Fe（OH）3 Ksp=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.79×10-39，

c（H+）×c（OH-）=Kw=1×10-14;

因此，反应Fe（OH）3+3H+Fe3++ 3H2O的平衡常数：

K====2.79×103。

学生运用上述算法推理，可以解决问题。但他们不理解上述算法的推理的基础，即，不知道解答思路是怎么“想”出来的。即使解答了问题，对化学概念的理解并未得到提高，分析解答问题的能力也没有得到提高。只有帮助学生意识到，在Fe（OH）3 的浊液中存在Fe（OH）3 的溶解平衡和水的电离平衡，加入酸溶液，引入了Fe（OH）3和H+离子反应的平衡体系。一定条件下，反应液中三种平衡体系达到平衡状态，c（H+）、c（OH-）、c（Fe3+）的数值都是定值，且同时满足三个平衡体系的平衡常数计算式。因此，可以从水的离子积和Fe（OH）3溶度积的计算式，通过简单的代换，运用相同温度下水的离子积、Fe（OH）3的溶度积，求得Fe（OH）3和酸反应的平衡常数。

只有揭示出算法推理方式的基础，即算法推理所依据的科学概念，帮助学生理解化学事物的符号表征和微观表征的关系，才能让学生获得顿悟，更深刻地理解、更牢固的掌握算法推理的规则和程序。同时，提高学生运用概念推理方式解决问题的能力。

中学化学学习中，有关电解质混合溶液中的离子浓度大小的分析，对高中学生来说是比较困难的问题。因为它的分析解答，需要的认知即推理方式较为复杂。混合溶液中各组分电解质的组成、浓度、电离程度，混合溶液的pH、温度，各组分间的相互作用（包括某些盐类的水解反应）都是影响离子浓度的因素。要依据问题情景，抓住主要矛盾，做周密的分析、推理不容易。为了帮助学生应付这类习题和试题。不少老师，补充了大学分析化学有关电解质溶液组成的三个算法推理规则（物料守恒、电荷守恒、质子守恒），用大量范例和练习做解题训练。其实，这些结构良好的算法推理也是建立在对科学概念的深刻理解的基础之上的。教学中应该研究怎样在不增加学生学习负担的基础上，帮助学生理解、掌握电解质溶液组成相关概念。

对电解质溶液离子组成进行定性、定量分析的问题，应该在理解并熟练掌握有关电解质电离、离子反应、水的电离、盐的水解原理等知识的基础上，帮助学生形成下列核心概念，提高运用核心概念进行逻辑推理和逻辑判断的能力。

①认识电解质的水溶液中一定存在强电解质的电离、水的电离平衡、弱电解质的电离平衡。如果溶液中存在能发生水解的盐，还存在盐的水解平衡，分析一定浓度的电解质溶液中的离子组成和浓度关系，要全面考虑这些影响因素。

②几种电解质同时溶解于水中，或者几种电解质溶液的混合，可能发生反应。要注意分析是否发生反应。若有反应发生，要依据反应后得到的溶液的组成来分析溶液的离子组成和离子浓度大小关系。

③知道不论电解质在溶液中发生什么变化，电解质溶液总是呈电中性的，阴、阳离子所带正、负电荷总量一定相等。比如，NaHCO3 溶液中一定有：

c（H+）+c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（OH-）

④知道电解质溶液中，组成该电解质的各元素的原子总数不会发生变化。即，某一组分的原始浓度应等于它在溶液中以各种形式存在的离子和分子得浓度总和。如，在NaHCO3 溶液中一定有：

c（HCO3-）+c（CO32-）+c（H2CO3）=c（Na+）

⑤认识电解质溶液中水以及电解质所得到或失去质子（H+）的总的物质的量是相等的。

如，在NaHCO3 溶液中一定有：c（H+） +c（H2CO3）= c（CO32-）+c（OH-）

又如，在H3PO4溶液中有：

c（H+）=c（H2PO4-）+ 2c（HPO42-） + 3c（PO43-） +c（OH-）

学生牢固地掌握了这些概念，离子浓度的分析，就不是难事。如下述问题的解答。

例3 下列有关电解质溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是（ ）

A.在0.1 mol・L-1 NaHCO3溶液中：

c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（H2CO3）

B.在0.1 mol・L-1 Na2CO3溶液中：

c（OH-）-c（H+）=c（HCO3-）+2c（H2CO3）

C.向0.2 mol・L-1 NaHCO3溶液中加入等体积0.1 mol・L-1 NaOH溶液：

c（CO32-）> c（HCO3-）> c（OH-）>c（H+）

D.常温下，某CH3COONa和CH3COOH混合溶液，已知pH=7，c（Na+）=0.1 mol・L-1，则：

c（Na+）=c（CH3COO-）>c（CH3COOH ）>c（H+）=c（OH-）

（答案：B D）

运用上述核心概念，通过概念推理方式，可以顺利解决问题。

0.1 mol・L-1 NaHCO3溶液中，HCO3-在溶液中存在水解与电离两个过程。NaHCO3溶液呈弱碱性，HCO3-电离程度很小，HCO3-在溶液中水解程度大于电离程度，水解产生的H2CO3多于电离产生的CO32-，因此有： c（HCO3-）>c（CO32-）;c（H2CO3）>c（CO32-）。可判断，选项A c（HCO3-）>c（CO32-），符合题意，而c（CO32-）>c（H2CO3），不符合题意。

若依B项所设，0.1 mol・L-1 Na2CO3溶液中，c（OH-）=c（HCO3-）+2c（H2CO3-） + c（H+），则说明溶液中的c（OH-）（即水失去氢离子的产物）等于CO32-转化为HCO3-和H2CO3所结合的氢离子浓度、溶液中尚存在的自由氢离子浓度的总和，符合事实。因此，该项符合题意。

选项C，向0.2 mol・L-1 NaHCO3溶液中加入等体积0.1 mol・L-1NaOH溶液，所得到的新溶液相当于0.05 mol・L-1的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的混合液。因为Na2CO3的水解程度大于NaHCO3，由于水解，CO32-离子浓度的降低大于HCO3-离子浓度的降低。因此，应有下列关系：c（HCO3-）>c（CO32-）> c（OH-）>c（H+）。选项C中，c （CO32-）> c（HCO3- ）错误，该项不符合题意。

选项D设定情景是常温下，pH=7、c（Na+）=0.1 mol・ L-1的CH3COONa和CH3COOH混合溶液。因为溶液中只存在Na+、H+、OH- 、CH3COO-四种离子，存在CH3COO-离子的水解平衡和CH3COOH的电离平衡。电解质溶液中阴阳离子所带正负电荷总量总是相等的，常温下溶液pH=7，则有c（H+）=c（OH-）=1×10-7 mol・L-1，且c（Na+）=c（CH3COO-）=0.1 mol・ L-1。因为，CH3COOH电离程度大于CH3COO-的水解程度，而混合溶液仍然呈中性，可见混合溶液中，应有

c（H3COO-）>c（CH3COOH）。因此，该选项符合题意。

概念结构设计的方法和步骤例10

中图分类号：G420文献标识码：A

4MAT Teaching Mode and Its Application in Basic Teaching of Programming

CHEN Dan, FU Qianqian

(College of Information Science & Technology, Hai'nan University, Haikou, Hai'nan 570228)

Abstract4MAT teaching mode provides an effective, systematic teaching mode which can not only adapt to different learning styles of students, but also generally coordinate the function of their brain hemispheres to have a balanced development. In VB teaching,4MAT teaching mode has extraordinary value in the completion of teaching tasks, the excitation of acknowledging senior programsand the use of experiential learning modes.

Key wordslearning style; 4MAT; teaching mode

David Kolb提出的学习模式分为四个阶段：具体经历、思维观察、抽象概念以及主动实践，这一完整的学习模式揭示了一个循环的学习过程，这种循环过程的学习模式已在研究中得以证实。四分法（4MAT）是Bernice Mc Carthy将Kolb学习模式进行扩展开发出来的一种有效的、易于实施的教学模式。

1 4MAT教学模式

Mc Carthy 把4MAT教学模式描述为“通过8个步骤的教学，利用学习者个体不同的学习风格与大脑的优势度来处理倾向性。”

学习风格又称为认知风格，它是人的心理特质。学生们在学习风格方面有很大的差异，Mc Carthy根据人们获取知识的的不同倾向方式归纳为两个方面：信息的感知与信息的加工。信息的感知，即接受新信息方式，包括经验和概念化，经验是指个人参与的亲身感受、体验；概念化是指以概念形式传达的经验，即对已经历的体验加以思考。换而言之，人的感知过程包括对经验的感受和对概念化的思考。

人的信息加工方式包括内省与行动，内省是通过结构化、有序化、理智化对知识进行转换，即能理解所观察的内容，并且吸收它们，使之成为合乎逻辑的概念；行动是一个主动实践的阶段，是将自己的想法作用于外部世界，包括实验、执行和操作，通过这些方法，学习者将概念运用到制定策略、解决问题中去。因此，信息的加工包括对“内省”的观察和对“行动”的实干。

学习风格可归纳为以下四种：想象型，较能接受具体的有经验的信息及较能处理感官信息；分析型，较能接受抽象思考概念化的信息及较能处理感官信息；理智型，较能接受抽象思考概念化的信息及较能处理操作的、实验的信息；能动型，较能接受具体有经验的信息及较能处理操作的、实验的信息。

每一种学习风格都有各自大脑左右半球的偏向。以大脑右半球学习者是直觉的、感性的、整体的、并行的和触觉的学习。大脑右半球的功能是感性直观思维，这种思维不需要语言的参加，比如掌管“音乐”、“美术”、“立体感觉”等具体思维能力、空间认知能力以及对复杂关系的理解能力，大脑右半球与人类的创造活动有着密切联系，因为在创造过程中起重要作用的想象、直觉和整体综合等都是大脑右半球的功能。以大脑左半球学习者是逻辑的、理性的、有序的、连续的、语言的学习。大脑左半球是主管语言的中枢，它的功能是抽象概括思维，这种思维必须借助于语言和其他符号系统，主管“说话”、“写字”、“计算”、“分析”等。

图14MAT的8个步骤教学模式周期

实践证明，许多具有高度创造才能的人，不仅大脑左半球发达，右半球也特别发达，而且二者的活动十分和谐。因此，只有大脑左右半球的和谐发展和应用，才会富有创造力。在教学过程中，我们不仅根据学生的学习风格来安排教学计划，使他们尽可能多地获取知识，而且还要注重学生大脑左右半球的功能平衡发展，使他们的创造力得到更大程度的发挥。

4MAT教学模式试图满足所有的学习风格，这一涉及4种风格的教学过程需要利用大脑左右半球共同处理信息，即结合了不同的学习风格和不同的信息处理模式，同时还使大脑左右半球的功能得到平衡发展，从而增强学生的创造能力。

图1描述了4MAT的8个步骤的教学模式周期，在4个象限中，每个象限都含有大脑左右半球活动的内容，每一步骤都有它的教学目标。

2 4MAT在VB教学中的运用

程序设计基础是国家教育部根据高等院校非计算机专业的计算机培养目标而设定的课程体系，包括Visaual Basic、Visaual Foxpro和Visaual C程序设计语言。这三种设计语言的侧重点虽然不同，但都具有一个共同的特点，即数学逻辑性很强，解决问题的思维方式与之前传统的思维方式有很大的区别，所以要以“精讲多练”为原则，以“模块式讲练一体化”的教学方法，运用4MAT的教学模式安排教学计划，引导学生突破传统的思维方式，理解和建立计算机编程的思维方式，逐步加强编程能力的实践。以VB中的常用控件章节为例子，用4MAT教学模式安排教学步骤如下：

第一象限中的步骤1：将模块的所有功能以实例的形式展示给学生，让他们能整体地感受到该模块的主要作用，同时提起他们了解实现过程的欲望，提高学习兴趣，并让大脑右半球活动起来；步骤2：学生通过前面的功能展示，与他们曾经学过的模块或已有的经验连结起来，思考其相关性，发挥学生的大脑左半球的理性思维，这一步骤可以分组讨论的方式进行。在这一象限中，老师是帮助学生产生学习动机的角色。

第二象限中的步骤3：教师对学生讨论的结果进行总结分析，让学生想象和初步了解新模块的整体概念；步骤4：讲授新知识的基本概念，以及该模块的重点难点。一部分易学、易懂，或者与以前所学模块类似的内容即可做简单的提示，甚至可以省略。在这一步骤中要注意激发学生的兴趣，避免概念的抽象化。在这一象限中，老师的角色是教学的角色。

第三象限中的步骤5：让学生以自己的方式操作，尽量独立尝试着完成所学模块的主要功能，对整个模块的基本操作有个大致的认识；步骤6：合理地设计实验内容，让学生通过系统的操作来掌握所学知识。这一步骤中，老师是教练的角色，在学生遇到困难时应提示和引导，甚至要个别授导，使学生成功，增长自信。

第四象限中的步骤7：对实验内容进行整体的演示、修正学生容易犯错误的地方，讲解模块中容易误解、难以掌握的知识点；步骤8：要求学生根据自己的爱好，将整个模块的知识进行整合，制作出一个具有独特风格的模块设计，让原来实验的验证性转化为实践性，发挥学生的主观能动性，让他们体会到学习和创造的乐趣。在这一象限中，老师的角色是评价和矫正的角色。

将以上的教学设计方案有效地实施，在顺应学生不同风格的原则上最大限度地获取知识的同时，还可完善其学习风格的不足之处，增强学生的学习能力，并训练大脑的左右半球的交替使用，使其功能得到平衡发展，从而发挥他们的创造力。

3 小结

4MAT教学模式在程序设计基础课堂教学上的有效实施，不仅能适应不同学习风格学生，而且使他们的学习主动性提高到极至，从而提高了学习效果。

参考文献

[1]祝智庭.现代教育技术[M].北京:高等教育出版社,2001.