反向工程的概念大全11篇
时间：2023-07-19 17:11:00
反向工程的概念篇（1）
[中图分类号]G40―057
[文献标识码]A
[论文编号]1009―8097(2009)13―0232―04
引言
随着新一轮基础教育课程改革的兴起，协作知识建构作为一种实现教学革新的方式越来越受到广大研究者和教学工作者的关注，协作知识建构不仅符合基础教育课程改革的目标。而且与当前我国中小学提倡的自主、探究和合作学习等多种学习方式相一致。但是，如何有效评价学生的协作知识建构能力还是一个亟待解决的问题。
学生评价是教育评价领域中最基本的一个评价环节，也是教育工作者最关心的一项工作。评价学生学习能力和知识建构效果的传统方法是考试，考试形式一般都是通过试卷进行出题，试题类型一般分为客观题和主观题。客观题通常仅能考查学习者对零散知识的理解和掌握程度，却无法检测出学习者对知识结构、知识间相互关系的掌握水平；而主观题又常常造成学生只需要考前突击一下，死记硬背些知识就能得高分，但考完就忘记的弊端。针对这样的考试弊端，不少学者试图找到一种切实有效的评价方法或者评价工具。
自概念图提出以来，概念图在各个领域得到了广泛的应用。近几年，概念图在我国也引起了研究者的广泛重视，一些一线教师也积极地将概念图应用于教学过程中，并进行了一些有意义的探索。笔者在探讨概念图教学作用的过程中发现概念图在20多年的发展中，作为教学评价和测量学习者学习水平的功能越来越引起人们的瞩目，概念图能够反映学生已有知识的组织状态、联系和产出新知的能力，从学生所画的概念图的概念节点上可获知学生对概念意义理解的深度和广度，从而可以评价学生有意义学习的效果，而且针对概念图评价也有了一些量化的评分体系，正是有了这些优势，概念图在一定程度上弥补了传统考试的一些不足，可以成为有效地评价学生对某一领域知识建构水平的工具。因此本文试图将概念图评价和协作知识建构联系起来，进行一些探讨：运用概念图来评价学生在协作知识建构各个环节中的能力。
一 概念圈的评价功能
1 概念图
概念图(Concept Map)是康乃尔大学的诺瓦克博士(Novak，J.D.)根据奥苏贝尔(David P.Ausubel)的有意义学习理论提出的一种教学技术。诺瓦克博士认为：“概念图是用来组织和表征知识的工具。它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接，最后用连线标明两个概念之间的意义关系”。
Novak所定义的概念是指事件或对象所具有的共通规则性；命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系；交叉连接是从概念图中不同群集的概念间，找出具有相关联者，用连接线将其连接，并用连接词说明不同概念间的关系；层级结构是概念的展现方式，每一个附属概念应比其上层概念更具特殊性、更不一般化，不同群集的概念图可就某一概念实现超链接。故而，概念图被看作是一种以科学命题的形式显示概念之间的意义联系，并用具体事例加以说明，从而把所有的基本概念有机地联系起来的空间网络结构图。
2 概念图评价功能的相关研究
概念图作为一种视觉表征，能清晰地描述概念及概念问的关系，并能真实地反映学习者对知识的组织状态和意义建构的效果以及学生产出新知的能力，因此可作为一种重要的评价工具。诺瓦克等人的相关研究也充分证实了这一点。
诺瓦克曾对两所中学7、8年级学生做的概念图进行研究，研究发现，在学生所做的概念图中，各环节都能达到基本要求，但是大部分图中缺少概念间的横向联系，这与教学时习惯把知识进行孤立、割裂等有密切关系，从而反应出用概念图进行评价能更好地反映教学效果。另外，诺瓦克把学生的概念图成绩和他们的标准化考试成绩进行比较之后发现，传统的标准化考试成绩和概念图成绩之间的相关系数较低，这表明概念图所测查的能力正是传统测试或标准化考试所无法测出的，因此，这一评价工具可以扩大原有评价工具的选择范围。
马克汉姆等人用概念图来评价生物学专业的学生与非生物学专业的学生的认知差异。结果发现，生物学专业学生的概念图成绩明显优于非生物学专业学生的成绩；而在生物学专业中，高年级学生的概念图成绩优于低年级学生的概念图成绩。在此基础上，他们认为，概念图是有着厚实的理论基础的，是能在心理学视角下经得起考验的一种评价工具，可以用来评价学习者的知识结构和概念变化过程。
Ruiz Primo和Shavelson(1996)对于概念图在科学教育评价中的应用做了深入研究，提出概念图的评价是“评价任务”、“反应方式”和“评分体系”的综合体。根据这一观点，作为评价工具的概念图是由以下三个部分组成：(1)要求学生提供表明他们某一领域知识结构的任务(task)：(2)学生的反应方式(response format)；(3)将学生所绘的概念图进行准确、稳定地评定的计分体系(scoring system)。
3 概念图评价工具的优势
把概念图技术引入到教学评价设计中，可以从以下几个方面来有效弥补传统评价手段的不足：
(1)评价学习者创造性思维水平
概念图用于教学评价有两大优点：第一，概念图的网络结构可以反应出学习者联系已有概念、产生新知的能力：第二，从概念图中所举的具体实例上可获知学习者对概念意义理解的清晰度和广度。正是有了这两大优点，概念图可以成为有效评价学习者创造性思维水平的工具。
(2)评价学习者知识结构的组织状态
新课程的评价注重过程，强调终结性评价与形成性评价相结合，实现评价重心的转移。传统的评价方法主要考察学习者的离散知识，而概念图却可以检测出学习者的知识结构及对知识问相互关系的理解。所以可以通过洞察学习者前后建构的概念图结构变化，推断出学习者知识建构的过程，实现对学习者认知结构的诊断和评价，从而为进一步的教学提供一定的参考依据。
(3)评价学习者态度情感和价值观
学生在绘制概念图时，会自然地流露出认知的情感，会以各种各样的结构或连接词表达出来，因此概念图不仅可用以评价学习者对知识理性认识的清晰性，同时也可评价其态度情感和价值观。
另外，作为评价工具，概念图可应用于教学活动的不同阶段。一方面，概念图可用于形成性评价中。通过观察概念图的建构过程，可了解学习者的学习进展情况及其内在的思维动态，同时也可以知晓学习者在学习上的元认知水平，如在构图中命题不准确说明学生对概念的理解尚未透彻：构图
不完整说明他们的知识储备不够；概念的层次不清说明其对这部分知识整体把握不透：构图中横向联系不够说明其对知识的学习是孤立的，缺乏知识间的横向联系。所有这些信息为教师提供了及时诊断、改进教学的根本依据。另一方面，概念图也可应用到总结性评价中，概念图提供的学习结果是一个知识网络结构，从中可以推断出学习者的学习状况、检验学生的诸多能力，如检验学生的理解、掌握和运用概念的能力，评价其检索概念、把握知识、归纳总结、联系和创新等能力。
二 概念图评价在协作知识建构各环节中的应用
1 协作知识建构
协作知识建构是个体在某特定组织中互相协作、共同参与某种有目的的活动，最终形成某种观点、思想等智慧产品的过程。(谢幼如，2007)
2 协作知识建构的过程模型：
(1)共享：学习者通过陈述个人观点达到知识共享的目的。这些观点包括对讨论主题的描述、提出问题、个人看法等。
(2)论证：学习者通过比较信息，分析观点之间的不一致和矛盾之处，识别有争论的地方，提出并回答问题从而对观点进行论证。同时学习者可以进一步阐述自己原有的观点，在讨论中纠正、完善个人观点。
(3)协商：学习者在论证过程中加深了对问题的认识、修正完善了个人观点，在这个基础上学习者进行协商，形成更为完善的小组观点，也就是协作知识。
(4)创作：学习者在协作知识的基础上选取适当的形式把知识表现出来，创作出作品。
(5)反思：教师和学生要对协作知识建构过程和结果进行反思，发现存在的问题及时纠正。如在论证的过程中注意讨论的主题是否偏离，一旦出现偏离就要及时引导。
知识建构具有如下特点：(1)知识建构是特定学习小组的一项集体活动；(2)学习小组围绕某一特定的问题，进行持续的深度探究：(3)理解和解决问题是学习小组的共同目标；(4)小组成员公开交流自己的理解；(5)通过协作，讨论，形成小组的共同理解n
学习本质上是一个协作知识建构的社会过程，是学习者通过一系列活动建构自己的知识过程，包括个人知识建构和社会知识建构。
3 概念图评价在协作知识建构各环节中的应用
根据概念图评价的这些功能特征，笔者设计出如图1所示的在协作知识建构的各个环节运用概念图来具体评价学生能力的流程图：
(1)创造概念图知识共享
学习者在教师提出问题后，根据自己的理解和原有认知结构，重新审视问题内容，进入相关问题情景，独立探索，搜集相关资料，找出与该问题有关的核心要素以及相关要素，并用概念图工具将这些要素按照一定的层次结构通过一定的连接语表征出来，从而达到知识共享的目的。
当学习者向他人呈现自己所绘制的概念图时，不仅要陈述自己绘制概念图的过程，还要说出其中关键地方连接语的选择原因以及交叉连接的形成依据。概念图中一定要包含连接语，以避免节点之间的关系是偶然的联系，而且交叉连接也是学习者创造性的反应。另外，学习者也需要简要陈述自己绘制概念图过程中遇到的一些问题或者提出一些有意义的新问题供大家探讨。学习者向他人陈述的过程也就是学习者把自己的思想转化为语言的过程，这个过程有三个好处：与同伴分享自己的探索成果；帮助学习者自己理清问题解决的思路，以及发现理解中的一些误区：使教师更清楚地知道学生在思考什么以及学生遇到的问题。
在这个过程中，主要是根据学生所绘制概念图的节点个数、层级深度、连接语表达以及命题有效性来评价学生搜集信息和整理信息以及知识建构的能力。采用Novak和Kimberly等(1994)对概念图测试成绩的计分方法，将学生所做的层级式概念图分为四种成分：命题、层级、横向联系、例子。每个概念图中正确的成分赋予一定的分数。其中每一个有效的命题被赋予1分，每一个有效的层级被赋予5分，每一个有效且关键的横向联系被赋予10分，第一级的分支每个正确的给1分，更次级的分支每个3分。此外，教师还可以参考以下两点评分标准：第一，如果学生考虑了两个概念之间的“双向”联系，也就是说学生在两节点之间用双箭头连线来连接，那么，教师可以根据情况给每个双向连接额外增加分数。第二，学生的概念连接有效性可以分为：有用的、不完全的、错误的。有用的连接可解释为能指导学生正确解决问题的连接：不完全的连接是指学生的意思是正确的，但描述时丢失了一些重要信息，从而不能准确界定问题概念群：错误的连接指的是学生阐述的知识与正确的解决方案相差甚远。因此，在考虑Novak和Kimberly等的评分标准的基础上，教师可以酌情给学生的不完全连接赋予一定的分数，以鼓励学生继续探索的积极性。
但是在实际应用中，并非所有的评分标准都会被采用，可以根据实际情况酌情考虑几种标准的组合。总分越高表示对该领域的认知水平越高，不同要素项的分数也可以反映学生不同方面的能力水平。
(2)修改概念图有效论证
学习者通过比较各自绘制出的概念图，分析各种观点之间的不一致和矛盾之处，识别有争论的地方，提出自己的疑问并通过查找资料回答问题从而对自己的观点和假设进行论证，在此基础上，对自己原有的概念图进行修改完善。也可以在小组中进一步阐述自己的观点，小组成员对其观点进行交流讨论，指出其观点的不足之处并帮助其补充完善，从而使学习者个人的假设得到进一步的论证，加深其对该问题和相关要素的理解。
学习者陈述完自己的观点后，他人可以提出疑问，并就某个方面提出他自己的观点。这个时候，学习者之间就发生了认知上的冲突。经历这种认知上的冲突，小组中的其他学习者都会调动自己的思维和已有的知识背景，积极参与到辩论中来，贡献自己的思想和智慧，从而也更进一步地推动质疑辩论过程的展开。
在这个过程中，主要评价学生的处理、论证信息的能力。教师可以要求学生用不同的颜色标记出自己所修改的概念图部分，具体评分仍然借鉴Novak和Kimberly等(1994)对概念图测试成绩的计分方法：每修改一个正确的命题被赋予1分，每修改一个有效的层级被赋予5分，每修改一个有效且关键的横向联系被赋予10分，每增加一个正确的分支赋予3分等。如果在此过程中。学生的得分较高，说明学生虽然由于原有知识结构不牢固而没有搜集到充分的正确信息，但是学生能够在后面的学习探索中积极地和同学交流，纠正自己的原有误区，深化自己的理解，说明学生的处理、论证信息的能力以及积极进取的精神还是很高的。
(3)分析概念图小组协商
学习者对论证后的概念图进行分析，确定问题的关键所在，这些问题关键将指导他们在分析概念图的过程中选择恰当、有效的信息。同一小组同学或者其他小组的同学相互讨论共享的概念图，并提出自己的看法或者解答绘图者所提出的问题。小组成员或者其他同学的释疑质疑过程也有利于进一步促进绘图者对自己所绘制的概念图的理解和进一步完善，从而为小组共同绘制概念图打下基础。由于同一小组各
个成员绘制的是相同内容的概念图，通过成员之间的相互交流和讨论，可以进一步丰富概念图，也逐渐加深了学习者对某一主题的理解。
在这个过程中，主要评价学生的分析能力和小组协作能力，可以从学生在小组内的发言积极性，有效性、以及对构建理想概念图的贡献性等发面来进行评价。为了有效地控制学生积极参加讨论协商，教师可以借鉴汤普森的“发言筹码”(卡根，1989)的方法：每个学生必须把手里的筹码使用完，所以每个学生就必须用足够的时间来进行讨论。他们的筹码使用完了以后，就不能再进行发言了。如此一来，这个策略可以用来避免个别学生占用大部分讨论时间的情况。
(4)确定概念图作品创作
在这一环节里，小组成员面对整理、加工好的信息提出问题解决方案并用概念图进行层次化表征，将隐性的知识显性化，最终确定该小组的解决方案概念图。问题解决的方案未必是唯一的，每个小组可以根据自己的调查、推理、研究等过程相互交流、讨论、权衡，提出符合科学逻辑的、富有创意的、有实践意义的问题解决方案。
在确定概念图的过程中，概念图的正确性和有效性是要在小组之内讨论确定的，因此在这个过程中主要是通过比较小组之间概念图的命题数、层级数、分支数等，来判定各个小组概念图的复杂性，从而确定不同小组之间的协作能力和知识建构的能力。概念图越复杂，交叉连接越多，在一定程度上说明该小组的搜集、整理信息的能力、协作学习能力以及知识建构能力越强。
(5)评价概念图自我反思
在整个问题解决过程中，学生自身要不断地反思，确定自己认知能力、知识结构等方面是否提高，是否进步，哪些知识已经掌握，哪些技能已经具备，哪些是自己欠缺的需要更进一步学习的，自己是否能解决问题，是否在面对新问题时能将所获得的技能、方法进行迁移。在自我反思过程中，可以看到自己的优势，发现自己的不足，以激发自己不断地探索、不断地改进。
在问题解决之后，每个学生要写反思日志，记录自己独立探索、搜索资料、提炼概念进行构图的体会以及在讨论过程中的收获。教师也要对自己在学生的整个问题解决过程中是否在恰当的时机提供了合适的问题支架、是否有效地激励学生朝着共同的学习目标前进等进行反思，这对培养反思能力是关键的一步。
反向工程的概念篇（2）
文章编号：1008-0546（2013）07-0018-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.07.006
一、问题的提出
复习是教学过程中的一个重要环节，是在整体知识背景下重新组织和建构知识体系。复习教学在于帮助学生熟悉、巩固已学知识，建构认知结构，发展思维能力，提高知识的综合应用能力。但在实际教学中，老师和学生都觉得复习课像炒冷饭，仅仅是知识点的罗列，没有新意可言。因此，化学复习的着重点应该是“教什么”，既要依据课程标准，更要依据学生情况；既要侧重化学基础知识的回顾，又要重视知识间的联系和融合，重组和改善学生的认知结构。
概念图作为一种有效的、能够促进概念间知识联系、加强概念间理解的教学工具，能够在很大程度上帮助老师、学生发展一种理解化学概念和现象的整体性知识框架，帮助学生建构丰富、完备的化学知识网络，从而转化学生的学习策略。
笔者尝试将“概念图”用于化学复习教学中，应用概念图进行课堂教学设计，指导学生应用概念图进行复习、反思，以期提高课堂教学效率，促进学生有效复习、有效学习。
二、关于概念图
1. 关于概念图
概念图是用来组织和表征知识的工具，由美国康奈儿大学诺瓦克（Joseph D.Novak）教授提出。所谓概念图，是一种用节点代表概念、连线表示概念间关系的图示法。也就是利用图示的方法来表达人头脑中的概念、思想和理论等，把头脑中的隐形知识显性化。概念图作为一种表达知识网络的图形化工具，可以成为一种教学方法——教师进行教学设计、展示教学内容的工具。它也可以是一种学习方法——学生构建知识网络、促进有效学习的工具。
2. 概念图的结构
概念图中包含概念、命题、连接和层级结构。概念通常用专有名词或符号进行标记；命题是指概念间通过某连接词而形成的意义关系；连接表示概念之间的相互作用；层级结构是概念的展现方式。
3. 概念图的绘制
概念图可以手绘，也可以应用Inspiration 等软件绘制。
概念图制作的一般步骤与方法是：
第一步，列出概念。例如“物质结构与性质”部分的复习，可以先列出物质结构中所包含的概念（第一次不一定很全面，可以不断补充完善），如：原子结构、分子结构、晶体结构、元素、原子、质子、中子、电子、核素、同位素、同素异形体、化学键、离子键、共价键、极性键、非极性键、氢键、范德华力、离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体等。
第二步，将概念按层级关系进行排列，并添上连接线。概念间的连线可以单向，双向或无方向，连接词语用来说明两个概念之间的关系。如图1、图2。
第三步，寻找概念图中不同部分概念之间联结，并标明连接线。
第四步，把说明概念具体列在概念旁。有些概念还可以链接一些相关的文献资料和背景知识。
第五步，不断反思、修改和完善概念图。
4. 概念图的作用
概念图是一种创作工具。在把自己的想法、对教材内容的理解用概念图画出来的时候，使人的思路更清晰，知识更巩固。
概念图是一种学习工具。记住概念并理解其含义，新知识应当与已有知识相整合，概念图的绘制可以促进这个过程的形成。因为概念图可以把知识整合的过程清晰地呈现出来，并能充分展示概念之间的关系。
概念图是一种评价工具。通过让学生绘制概念图，可以了解学生对知识的掌握程度，可以了解学生学习中的一些不完整甚至错误的想法。从而帮助教师对学生的学习进行诊断和评价。
三、概念图在化学复习教学中的应用
1. 利用概念图进行化学复习教学设计
概念图作为一种教的策略，在西方国家的中小学教学中使用很广泛，特别是科学学科教学中，有着很好的教学效果。
笔者尝试在化学复习教学设计中，先绘制一阶段、一单元的知识，作为化学复习教学设计的提纲，从而从整体把握教学的深度、广度和难度。
例如，以“氯化钠”为核心概念，利用概念图进行教学设计，包含从海水中提取氯化钠的方法，氯化钠的性质、氯化钠的应用、氯化钠晶体结构、氯化钠中所含离子的检验等。绘制概念图如下：
教学过程设计如下：
[引入]“咸的味觉来自盐。在中国菜里，盐的使命是调出食物本身固有的味道，改善某种肌体的质地。在中国的烹饪辞典里，盐是百味之首。”这盐的主要成分是氯化钠，主要来源是海水。那怎样从海水中提取氯化钠呢？
[问题1]怎样从海水中提取氯化钠晶体？
[问题2]（1）怎样除去粗盐中含有的杂质离子，得到纯净的氯化钠？
（2）实验室中过滤除去杂质时所用的玻璃仪器哪些？
（3）在滤液中加入盐酸的作用是什么？
（4）从溶液中获得氯化钠的方法是，所需仪器有哪些？
[问题3]（1）怎样从母液中获得金属镁？
（2）怎样从母液中提取溴？
[过渡]怎样检验氯化钠中含有的钠元素和氯元素？
[问题4]（1）怎样检验氯化钠晶体中的氯离子？需要哪些试剂，操作步骤如何？
（2）如何检验氯化钠晶体中是否含有氯化钾杂质？如何操作？
[过渡]氯化钠的晶体结构有怎样的特点？
[问题5]（1）氯化钠晶体中存在哪些微粒？属于哪种晶体类型？
（2）氯化钠晶胞中实际占有的钠离子有几个？氯离子有几个？
（3）每个钠离子周围距离最近的氯离子有几个？
（4）氯化钠和氧化镁的熔点，哪个高？为什么？
[过渡]氯化钠除了食品调味以外，还有哪些用途？
[问题6]工业上如何电解饱和食盐水？
（1）电解装置中，与电源正极相连的电极可以采用铁棒吗？为什么？
（2）电极上发生了什么反应？两个电极上的产物分别是什么？怎样检验？
[问题7]如何制取金属钠？
（1）画出简易的电解装置图，并指出电极上发生的反应。
[问题8]如何制取碳酸钠？
（1）为什么往饱和食盐水中先通入足量氨气，再通入二氧化碳气体，通入气体的顺序能否交换？
（2）为什么析出的是碳酸氢钠而不是碳酸钠？
（3）如何得到碳酸钠晶体？
（4）析出碳酸氢钠晶体后的溶液的主要成分是什么，有什么应用价值？
2. 利用概念图板书课堂教学内容
在课堂教学过程中，教师可以改变以往板书的形式，减少知识点的罗列，改用概念图的板画。结合课堂提问，引领学生，共同构建、板书概念图，促进学生整合新、旧知识，展开意义学习。以板书形式出现的概念图能让学生更清楚地看到各知识之间的联系，从而促进学生学习的正迁移和意义学习的发生，提高学习效率和复习效益。
在化学复习教学设计、课堂教学过程中运用概念图，能将原来显现在教师头脑中的教学内容、教学理论和教学经验以直观的形式表现出来。特别是课堂教学中，教师通过概念图的板书，把新、旧知识整合的过程清晰地呈现出来，能改变学生的认知方式，使学生逐级、逐层次看到概念间的关系，从而建构整体的知识框架和网络。
3. 利用概念图指导学生学会学习
概念图作为一种学习的策略，能促进学生的意义学习，使学生学会学习，它能有效地改变学生的认知方式。概念图作为一种元认知策略，它能提高学生的自学能力，思维能力和自我反思能力。对学生来说，概念图能促使他们整合新旧知识，建构知识网络，浓缩知识结构，从而从整体上把握知识。
在教学中可以利用板书、学案等潜移默化地帮助学生学习、掌握概念图的绘制。让学生能自主的绘制概念图，使他们理清自己头脑中新旧知识之间的关系，并将这些关系外化，从而了解知识的结构、了解知识构建的过程，学会学习。
在掌握了绘制概念图的方法之后，可以指导学生在课后总结、反思时进行“创作”，绘制属于自己的概念图。不必拘泥于教师课堂上的引导，要有自己的特色和创意，将自己对知识的理解和建构用概念图的形式表达出来，从而学会总结和归纳，并在反思中不断提升学习能力。
四、教学实践反思
1. 概念图作为“教”与“学”的策略，其作用是显见的
概念图可以把化学知识高度浓缩，并将各种概念及其关系以层状结构排列，清晰地表示概念之间的相互关系。因此，概念图作为教师“教”的策略，能高效地进行课堂教学设计，尤其可以使化学复习课需要达成的目标具体化、明确化，同时也有效地改变了学生的认知方式，切实提高教学效果。而概念图作为学生“学”的策略，要求学生完成概念间的连接，实际上是学生认知结构变化的反映。如要完成交叉连接，就需要学生能进行横向思维，能发现概念间的新关系，从而产生新知识，促进意义学习，学会学习。
对比学生在不同阶段绘制的概念图，还发现，随着复习的不断深入和对概念图绘制方法的逐渐掌握，学生绘制的概念图的层级关系开始变得多样和复杂，概念之间的连接也变得越来越丰富。因此可以通过检查学生绘制的概念图，了解学生学习的进展情况，诊断学生复习过程中存在的问题，反思自己的教学过程而改进教学方式。
2. 化学概念图的绘制需要教师的指导，但教师不应包办
在概念图的绘制过程中，教师要引导学生不断反思，不断“精加工”概念图，使概念图不断完善。在不断完善概念图的过程中，教师应始终记住自己的“主导”地位，不应把自己的想法强加于学生，要引导学生不断“自我发现”，引导学生从整体上对自己绘制的概念图予以反思，让学生清楚认识到自己学习中存在的不足，并不断修正，充分、全方位地发展自己的知识结构。
3. 概念图应该是形式多样的
化学概念图不仅包含了化学概念、概念间的层级关系，还包括了概念的内涵与外延、 属性及规则（包含概念的例证）等。概念图的形式体现了个人对概念的不同理解和不同的设计思路。同一个知识单元，不同的学生会有不同的理解和构思，绘制出的概念图形式各异。教师对学生绘制的概念图要有包容的态度，不应“一刀切”，更不能规定格式。应该让学生充分的发挥想象力，自由创作。并且随着学习的不断深入，学生对概念、概念之间关系理解的不断深入，绘制的概念图也会不断发生变化、不断完善。
4. 概念图的绘制要尊重化学学科知识
并不是所有的化学知识内容都适宜用概念图表示，不要勉强绘制概念图，概念图中的概念也并不是连接越多越好。不要为了找连接而绘制连接，这样会导致知识结构的变形。
概念图是知识建构的工具，是进行课堂教学设计的工具，是评价学生学习的工具，更是进行创造的工具。它是教师“教”的策略——使用概念图进行化学复习教学设计，能有效地改变学生的认知结构，帮助学习者建立结构化的知识，切实提高教学效果。也是学生“学”的策略——学生自我完成概念图的绘制，能促进学生的意义学习和创造性学习，最终达到学会学习。
反向工程的概念篇（3）
1 结构抗震模式
1.1 填充墙作用下的框架结构的抗震性能不足
填充墙刚度效应的存在使得结构自振周期减小，从而使作用与整个建筑上的水平地震作用增大。其刚度的影响，抗震规范规定，在按空框架分析的基础上乘以小于 1 的周期修正系数体现填充墙对结构的刚度贡献，而不去计算填充墙的刚度。周期修正系数的取值将直接影响地震作用下钢筋混凝土框架的反应。所以合理地确定周期修正系数是框架填充墙结构抗震计算分析中一个较重要的问题规范只是规定了在一个范围内变化的周期修正系数。
1.2 结构地震所响应的分析方法
一、静力法：静力法把结构看成是刚接于地面的刚体。这样根据地面最大水平加速度计算出结构所受的最大惯性力，并以此作为等效静力进行结构的地震响应分析。由于静力法是19世纪末20世纪初提出来的，当时，人们对地面运动的频谱特性还是不太了解，分析设计的房屋多为低层建筑，采用静力法进行结构抗震设计还是可以接受的。但随着地震学及地震工程领域的研究发展以及越来越多的工程结构抗震设计的需要，静力法已不能满足要求，因此就逐渐被考虑结构弹性性质、阻尼性质及相应动力特性的反应谱法代替了。
二、反应谱法：反应谱法基于线性假定，分析时只取少数几个低阶振型就可以取得较为满意的结果，其计算量较小，且将时变动力问题转化为拟静力问题，易于为工程师所接受。反应谱法的实施过程包括以下三步：1.根据强震记录统计用于抗震设计的地震动反应谱。2.将结构进行振型分解求得各振型的最大反应值。3.用适当的方法将各振型反应最大值结合起来得到结构大响应值。随着技术的发展，各种复杂结构的出现，反应谱法也逐渐暴露出其局限性，主要表现为反应谱法原则上只适用于线性体系的抗震设计。
三、时程分析法：作为反应谱法的补充，时程分析法从 20 世纪70 年代开始成为一种为各国规范普遍采用的动力分析方法。时程分析法将地震时地面运动产生的位移、速度和加速度作用在结构物上，利用数学上的逐步积分法求出结构在地震作用下从静止到振动直至振动终止整个过程的地震响应(位移 内力 变形等)，时程分析法实质上是求解运动微分方程的一种逐步积分法。我国抗震设计规范规定对于那些特别不规则的建筑、甲类建筑和达到一定高度范围的高层建筑以及采用新的结构形式或新的建筑材料的建筑结构，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。
2 概念设计
2.1 对于概念设计的认识和应用
组织结构抗震设计的目的是使组织结构在强度、刚度、延性以及节能等方面取得最佳、从而满足小震不坏、中震可修、“大震不倒”的要求。在当前的科技水平和经济条件下，为了保证组织结构具有可靠的抗震性能，概念设计应充分考虑以下因素：场地条件和场地土的稳定性，建立组织结构计算模型，抗震组织结构体系的选取，材料效用，温度作用以及组织结构的空间作用等。所得出的结论是：构件的最不利受力状态随着构件和地震作用方向而变化 当地震作用方向与结构主轴方向一致时，梁处于最不利受力状态；当地震作用与结构的主轴方向呈 45 度时，大多数柱处于最不利受力状态。结构薄弱部位的处理，如建筑平面外墙转角处的转角窗，限制了角部结构竖向抗侧力构件的设置，如果采用概念设计，解决这一问题的方法是2竖向构件间应设厚板、暗梁等可靠拉结。再如，由于节点部位的重要性，所以引入抗裂性的概念，以此来比较梁、柱节点偏心所引起的节点性能的变化。建议在地震区，不宜采取梁柱偏心过大的节点形式，而且构件节点的承载力不应低于其连接构件的承载力。
2.2 对于概念设计的必要性和重要性认识
概念设计就是从结构总体方案设计开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确认识去处理结构设计中将遇到的问题，诸如建筑体型结构体系、刚度分布、构件延性等，从宏观原则上进行评价 鉴别 选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施，以消除建筑物抗震的薄弱环节，达到合理抗震设计的目的也就是说概念设计是在特定的建筑空间及地理条件下，用整体概念来考虑结构的总体方案，依据结构总体系与分体系之间的力学关系 结构破坏机理 震害 试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部构造措施的宏观控制概念设计受到国内外工程界的普遍重视，并将发挥更大的作用
长期以来，人们认为结构设计很简单，只需遵循规范和手册，等建筑师完成建筑设计后，使用计算机就可以完成结构设计 但这不能充分地运用结构设计者的知识和技能，而且还会与建筑设计方案产生分歧和矛盾 所以我们应考虑在结构设计中如何运用概念设计，比如结构的抗风设计与抗震设计，抗震设计要求能消减外荷载，吸收或转换震动的能量；而抗风设计则要求结构在风的作用下动力效应较小，刚度较大 这一矛盾必然影响结构体系的抗风和抗震性能 为了弥补这一缺陷，需要合理的概念设计与延性构造措施来加以保证。概念设计的重要性，还体现在方案设计阶段。初步设计过程是不能借助计算机来实现的，这就需要结构工程师综合运用结构概念，选择最为可靠 经济的结构方案。为此，需要工程师不断地丰富自己的设计理念，深入了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们运用概念性近似估算方法，可以在设计方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得方案往往概念清晰、定性准确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，这也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。计算软件的选择和使用不当，也会造成结构设计的不合理，甚至影响到建筑物本身的安全性，应用概念设计的思想，可以避免此类情况的发生。
3 结语
反向工程的概念篇（4）
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）11-0286-01
在科学技术不断革新的大环境下，计算机对建筑结构程序的应用越来越广泛，这给建筑结构工程师的工作提供了越来越大的方便，使建筑结构设计的效率和质量也大大提高。但是，计算机的便捷性也造成了许多设计人员对计算机的过分依赖，并把建筑结构设计想的非常简单，认为只要用计算机软件依据规则和相应的图集东拼西凑就可以完成，而对计算机软件所计算出的结果不加以判断，也不了解软件和规则之间的差异，使得建筑结构设计的整理性、经济性和合理性都得不到很好的协调。
加快新型高强轻质、环保建材建筑材料的应用，并辅助以先进的计算理论和计算机软件，是现代建筑结构设计朝着更安全、更实用、更经济的方向发展。并用结构工程师的创新能力对一陈不变的传统建筑结构设计进行改善。完成以上目标需要结构工程师对整体结构体系和每个基本分体系之间的力学关系都能深入认知，并把概念设计应用运用到建设结构设计的实践中。
一、概念设计的涵义
概念设计一般是指在难以做出精确数值计算或者在规范中难以确定的问题，根据整体结构体系和分体系之间的力学关系、结构破坏机理、地震灾害、试验现象和实际工程经验所得到的基本设计原则和思想，从整体的视角确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。
对概念设计的思想合理运用，可以是整个建筑的结构设计思路拓展。传统意义上的结构计算主要方向在于提高结构抗力，使混凝土的标号越来越高，配筋量越来越大，导致工程造价越来越高，最终使肥梁胖柱等情况越来越普遍。在抗震设计中，结构刚度越大，地震的作用效果就越明显，配筋、刚度的提高使地震力也相应提高，这样为了抵御地震灾害的设计却适得其反，使地震作用效应增强。
隔震消能是目前抗震设计中的一个很好例子。在基础和主体之间设柔性隔震层是隔震消能的一般做法，并加设消能支撑，有的会在建筑物顶部装“反摆”装置，使地震发生时，“反摆”的位移方向与建筑物顶部的位移方向相反，使建筑物的振动阻尼作用增大，加速度降低，减少位移，有效降低地震灾害对建筑物的影响。合理地设置“反摆”可以是地震对建筑物的作用效应减少60%，同时屋内物品的安全性也得以提高。
由于现实中多种情况的影响，建筑结构设计计算不可能解决所有不确定因素。因此，重视对建筑整体的概念设计，从抵抗地震灾害等意义上说，概念设计甚至比精确计算更加重要。
二、概念设计与结构设计的逆向关系
概念设计在过程中很大程度上依赖于个人经验，也结合了建筑功能要求、抗震等级、结构安全等级、地质材料和环境材料等内容。概念设计主要确定三缝设置、基础形式、结构体系和埋深的几何尺寸等内容。概念设计和结构设计是一个互为逆向的过程，结构设计依据概念设计的总体要求、力学及数学原理，由定量过度到定性的过程。由此可见概念设计与结构设计的同等重要性，所以，只追求理论和计算结果，一味用精确的计算结果评审设计图纸是不正确的。
三、在建筑结构设计中应用概念设计的注意事项
1.刚度适宜
在建筑结构设计过程中，使刚度保持在合理的范围很重要。建筑物的刚度并不是越大越好，刚度过大则钢结构自振周期就短，在地震灾害发生时所受到的地震作用就大，地震后果就较严重，刚度大也会造成材料浪费；刚度过小，使建筑物的强度、稳定性受到影响，发生地震灾害时就会引发变形，不能正常使用。
2.等强度与耗能设计
抗震结构在总体设计的时候要仔细考虑设计原则，避免由于设计考虑不全面或工程的局部瑕疵使主要承重结构提前损坏，最终使整个建筑物连续破坏。在整体的结构设计上做到等强度，并对薄弱环节加以注意，与此同时，还应该在建筑结构中恰当的部位设计一个好的耗能系统。
3.结构延性设计原则
延性系数是表示结构延性的方式，它是结构极限变形与屈服变形的比值，比值大则延性系数大，建筑物结构的延性就越好，反之结构延性越低。组成整体结构的所有构件延性都很好，整体结构也会有很好的延性。
4.强柱弱梁设计原则
强柱弱梁，顾名思义要对支撑性柱强化，而对梁要进行适当弱化，目的在遭到强烈地震灾害时，柜架结构塑性铰首先发生在梁上，而不是在柱上，通柜架结构出现楼层破坏机制。
四、概念设计的意义
概念设计是在一定的地理环境下和建筑空间中，用整体的概念来考虑建筑结构的综合方案，并可以积极利用结构总体系和分体系之间的力学特性关系。再精确的计算数据也需要由概念设计从整体上进行科学判断和取舍。
概念设计一定程度上体现着结构设计的原则。建筑物不是独立的构件，而是一个需要所有构件通过复杂受力方式协同工作的的完整空间结构。目前在建筑结构设计的整体性问题上，还存在着一定的局限性。结构工程师一定要严格遵守设计过程中的要求，坚持结构设计原则，但也不能照本宣科，尤其是对有现实意义的设计进行合理的应用及取舍，这对结构设计工程师的专业知识和职业素养提出很高的要求。
从近年来我国频发的地震灾害来看，概念设计要比分析计算更为重要，精确的分析计算需要有，但为了弥补理论计算的缺陷，也需要在实际工程设计中应用概念设计。
结论：随着我国经济的长期发展和科学技术的不断进步，人们对建筑物的认知已经有很大的提升，同时对建筑物的品质要求也越来越高，通过建筑结构设计中的概念设计的创新，做出结构合理、性能优秀又经济实用的建筑方案一定会成为未来建筑行业的发展趋势。因此，加大对建筑结构设计中概念设计的理论研究和实践经验的总结，是顺应建筑行业发展的当务之急。
反向工程的概念篇（5）
每个学生都不是空着脑袋来学习物理知识的，在物理概念学习前学生大脑中的表象或与概念同向或与概念相悖离.同向的物理前概念可以直接转化为学生内在学习动机，提炼为感性认知推动理性飞跃；相悖离的物理前概念则可以引发认知冲突，再经过一系列物理手段可以将其转化为正确的感性认知或直接实现理性飞跃.两种不同物理前概念的转化流程如图1所示.
案例1在学习“自由落体运动规律”前，学生的物理前概念可能是与亚里斯多德的认识一样的，属于与概念本质相悖离的物理前概念，如何有效转化呢？可以采用实验演示的方法让学生直观地感知在没有空气阻力的作用下，质量不同的物体下落快慢一样.也可以采用问题导学的方法，引导学生通过具体问题的思考和归纳实现理性的飞跃.笔者在和学生学习这部分内容时，首先给学生抛出了两个问题：
问题1生活中，我们会发现不同的物体同时在同一高度由静止开始（初速度为零）释放，出现了落地快慢的差异，结合原有认知，猜想这是由于什么因素造成的？
问题2想一想有没有什么办法消除这些因素的影响？
评析不回避学生的物理前概念，从学生片面的认识出发，以问题的形式引导学生思考，在学生初步推理后，再演示“牛顿管实验”，对比抽气前、后多个不同质量在牛顿管中下落的现象，很自然地完成自由落体运动概念的转化.
2强化过程体验
物理概念不是一蹴而就的，概念教学不能搞强塞硬记，要引导学生体验概念的形成过程，体验物理知识间的联系，我们从物理概念的物理意义出发，创设有利于学生认知发展的问题情境，激发学生的好奇性、学习兴趣等学习正情绪，在兴趣的驱动下对问题情境进行分析，体验概念的形成的过程，丰实感性认识，并以此为基础逐步接近物理概念和规律，及各个物理概念之间的本质联系，实践经验表明，重视概念形成过程的体验，不仅仅有利于概念的记忆、理解和内化，还能有效提高学生的思维品质.
案例2在和学生学习“加速度”这一概念时，如果直接灌输，学生的理解程度低，难以接近概念的内涵，从“加速度”这个概念本身来看，采用的是比值定义法，这个与速度的定义有相似之处，不过学生对比值定义法的认识不深刻，可以说“加速度”是学生步入高中后遇到的一个全新的概念，生活中有“加速”这个说法，不过没有情境的驱动，学生很难构成有效的联系，为此，笔者在教学中从学生身边真实的情境出发，设置问题.如表1所示提供不同交通工具的速度变化情况.
3注重物理思维
数学是物理概念建立的一个重要工具，在建立物理概念时与数学相结合是常用的方法，不过，笔者认为在概念建立时首先应该去思考能不能从学生原有的物理概念出发进行迁移.重视用物理思维思考问题，建立概念不仅仅能够建立新概念，同时还能强化对原有物理概念的理解，有利于概念体系的有效建立.
4注重自主反思
很多学生尤其是高一的新生大多感觉到物理难学，有些学生反映课堂上能够听懂的，但是过不了多久就忘记了，什么原因呢？相比于初中的物理知识，高中物理知识较抽象，而且内容增多，有些学生在课堂上学了前面忘了后面，下课后到底真正掌握了多少，心里没底.为此，笔者认为下课后应及时地反思课堂所学，及时的反思能够较清晰地还原课堂物理学习过程和习得的物理概念.那么要反思什么呢？如何进行反思呢？笔者认为，可以通过问题引导帮助学生养成课后勤于反思的习惯：
（1）本节课上，我学会了哪些物理概念？所学物理概念与原有概念有哪些联系？在物理概念学习过程中有什么不理解的地方？
反向工程的概念篇（6）
分类号 B842.1
1.前言
概念组合是一种简洁且普遍存在的语言结构，也是一种认知加工过程。将两个或多个概念组合成一个新概念的过程称为概念组合，产生的新概念称为组合概念（Murphy，2002；刘烨，傅小兰，2005）。通常，将第一个词称为修饰词，第二个词称为主名词，修饰词对主名词起修饰限定作用（Estes，2003），主名词决定组合概念的句法和语义类别（Gagn6&Spalding，2009）。20世纪70年代，语言学家Down，ing和Levi最早对组合概念进行研究，认为主题关系是连接主名词和修饰词的纽带，相当于句子加工的句法结构。例如，“山脉杂志”解释为“关于山脉的杂志”，其中主题关系“关于”在理解“山脉杂志”时起到了重要作用（Gagn6&Shoben，1997）。由于“名词-名词”组合概念比“形容词-名词”组合概念的理解相对复杂些（程俊，张得龙，2011），对前者的加工机制引起了研究者的积极关注。虽然现有的理论都认为词汇（语义）信息和子概念之间的关系信息是影响个体理解组合概念的两个因素，但由于后者处于中心地位，因此“关系信息是如何表征和通达的”（Gagn6，Spalding&Ji，2005），这一问题引起了很多研究者的关注，同时也形成了各种理论观点。其中，对此争论最激烈的是关系竞争理论（Competition Among Relations In Nominals CARIN）和图式取向理论。
CARIN理论（Gagn6，2000，2001；Gagn6&Shoben，1997，2002）认为子概念之问的主题关系受修饰词的限制，不是独立表征的（Estes&Jones，2006）。例如在“tourist castle”中，主题关系“for”和修饰词“tourist”相连，受“tourist”的限制。图式取向的理论模型包括选择修改模型、概念特殊化模型、双加工理论以及交互属性归因模型（Ran&Duimering，2009）。与CARIN理论相反，该理论认为修饰词和主名词虽然在理解组合概念时扮演不同的角色，但其作用是相同的：主名词提供维度（或槽道），修饰词进行填充（Estes&Glucksberg，2000）。虽然解释组合概念时会激活相关的主题关系（Estes&Jones 2006），但该关系并不受修饰词限制，是独立表征的，在加工过程中主名词和修饰词都不会发生特殊作用。具体来说，CARIN认为只要修饰词相同，关系效应就会启动。因此，在对“大象降落伞”解释为“印有大象图案的降落伞”之后，人们更喜欢将“大象靴子”解释为“印有大象图案的靴子”。相反，这种启动效应不会因为主名词重复而发生作用。类似的，当启动组合概念与目标组合概念的子概念都不相同时，也不会产生关系启动效应。但图式取向理论认为（Estes&Jones，2006），即使启动词和目标词之间没有相同的主名词和修饰词，只要关系相同，也会产生启动效应。因此，该理论认为，在对“大象降落伞”解释为“印有大象图案的降落伞”之后，人们也喜欢用同样的关系来解释“企鹅靴子”。
对于组合概念子概念之间的关系表征问题，CARIN和图式取向理论之间形成了截然相反的观点，各有支持的证据。Gagn6和Shoben（1997）确定了子概念之间的15种主题关系，并依据主名词和修饰词之间关系发生频率的高（H）低（L）将组合概念分为HH、HL、LH三种类型，在此基础上补充适当的控制材料，利用反应时实验范式进行验证。发现，被试对HH和HL型组合概念词汇通达的反应时要显著快于LH，HH和HL之间的差异不显著。这表明修饰词和主题关系使用频率的高低对组合概念判断有影响。Gagn6（2001）研究也发现当启动项和目标项的关系和修饰词都相同时，被试对目标项的反应时最快、准确率最高；二者之间的修饰词相同而关系不同时，反应次之；而修饰词和关系都不同时，反应最慢；有无相同的主名词不影响该结果。还有研究发现，启动项和目标项之间的语义相似度较低时，如果二者之间没有相同的修饰词，也不能产生关系启动效应（Gagn6 et al.，2005）。以上这些证据表明关系启动受修饰词的限制，支持CARIN理论。
也有研究证明图式取向理论的观点。Gagne（2002）研究发现，两个组合概念的修饰词不同但语义相关，也会出现关系启动效应。Gagne和Shoben（2002）也证明，在修饰词重复和主名词重复条件下，被试对目标词的解释速度和精确性并无差异。其他多项研究也发现了类似的结果（Estes&Jones2006；Jones&Estes，2005；Spellman，Holy-oak&Morrison，2001；Wisniewski&Love，1998）。但Raffray，Picketing和Branigan（2007）通过“词汇-图片”匹配范式从语言分类学的角度，对“名词-名词”组合概念的加工机制进行研究，发现组合概念的关系信息大部分是独立表征的，虽然该结论比较符合图式取向理论，但是图式取向理论不能完全解释组合概念的加工过程。
有关组合概念关系信息的表征方式到现在都没有得出统一的结论，且国内在这方面的研究甚少。因此，本研究尝试通过操纵组合概念之间有无相同的子概念，采用“词汇，图片”匹配任务，对两种理论的争论进行考察。
2.实验一
2.1目的
探索名词一名词组合概念关系信息表征是否受子概念的限制。
2.2方法
2.2.1研究被试
在校大学生32名（男14名，女18名）。年龄在19～24岁之间。所有被试身体健康，裸眼视力或矫正视力正常。
2.2.2研究材料
包括32对实验材料和96对填充材料。（1）32对组合概念，每对包含一个启动组合概念、一个目标组合概念以及相应的两张启动图片和两张目标图片。其中启动词和目标词的修饰词均为生物词，而主名词为非生物词。每个组合概念都可以用两种关系进行解释：所属关系和描述关系（所属关系为修饰词拥有主名词，解释为“××穿着/戴着××”；描述关系为修饰词描述主名词，解释为“印有××图案的××”）。例如“企鹅靴子”，用所属关系解释为“企鹅穿着靴子”；用描述关系，解释为“印有企鹅图案的靴子”。
启动项对应的两张图片中只有其中一张符合其意义，例如启动词“企鹅靴子”，对应的图片为一张“企鹅穿着靴子”（或“印有企鹅图案的靴子”）和一张“鼹鼠靴子”（图1左边第二张图片），而“正确”的图片会消除该词的歧义；但与启动图片不同，目标词“大象靴子”对应的图片为“大象穿着靴子”（所属关系）和“印有大象图案的靴子”（描述关系），这两张图片都是对该词的正确描述。
（2）96组填充材料：32对单词以及相应的两张图片，如：小马、球拍等。32对数量词+名词以及相应的图片，如两张桌子、两只鸽子；以及32个名词+名词以及相应的图片，如桌子和凳子、老人和小鸡等。每个填充词所对应的2张图片和启动图片一样，只有其中一张正确的描述该词。所有的填充材料均一半为生物词，一半为非生物词。
2.2.3实验设计
2（关系：所属关系、描述关系）×2（重复类型：修饰词重复，主名词重复）的被试内实验设计。
2.2.4实验仪器
实验在Thinkeenter M6100t联想电脑上完成，用E-prime2.0软件编写实验程序。
2.2.5
实验程序
首先计算机中央呈现一个红色的“+”（500ms），然后出现一个组合概念（2000ms），紧接着出现一个黑色空屏（500ms），之后会呈现两张图片，让被试选择其中的描述刚出现的组合概念的那一张图片，并进行按键反应。如果选择左边的图片按“s”键，选择右边的图片则按“k”键。
实验分两个阶段，第一阶段是练习阶段，共7个试验（trial）。包括一个所属试验、一个描述试验，和5个填充试验。第二阶段为正式实验部分，包括4，每个轮（1ist）共160个试验（32个启动试验，32个目标试验以及96个填充试验），完成程序共需时间约为50min。为了平衡顺序效应及练习效应，对这四种处理的顺序进行拉丁方处理，共4种排列顺序每8名被试所接受的实验程序的顺序是相同的。
2.2.6数据处理
冈为被试对目标组合概念进行解释时只能选择所属关系或描述关系，因此对所有的目标试验结果按照所属关系和描述关系进行分类统计，计算在每种启动条件下，被试对目标组合概念用所属关系进行解释的频次和比率。以每种启动条件下，被试选择所属关系解释目标图片的比率作为因变量，以“关系（描述关系，所属关系）”和“重复类型（主名词重复，修饰词重复）”为自变量，进行重复测量方差分析。若所属关系启动条件下，被试选择所属关系解释目标组合概念的比率显著地大于在描述关系启动条件下，选择所属关系解释目标组合概念的概率，则出现关系启动。
2.3结果与分析
剔除启动项反应错误的试验以及与之相应的目标试验，最后进入分析的为3695个试验，占总体的90.2%。其中所属关系修饰词重复条件、所属关系主名词重复条件、描述关系修饰词重复和描述关系主名词重复条件下的正确试验次数分别为919、936、916、924次。在目标试验中，被试共选择了628（17%）个所属关系，3067（83%）个描述关系。
反向工程的概念篇（7）
1 工程领域中的概念设计
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8 ~ 15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70 ~ 80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2 概念设计与创造性思维和技术创新
2.1 创造性思维及其特点
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特点：
（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”, 从新的角度分析问题、认识问题。
（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。
2.2 概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：
（1） 多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2） 对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；
（3） 突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；
（4） 新知识与现有知识的合理嫁接；
（5） 产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6） 学科间的交叉、交融和借鉴；
（7） 新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8） 科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：
l 智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l 提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；
l 联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l 反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；
l 系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l 组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l 知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链” 并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：
（1） 采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2） 时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维cad建模技术和nurbs曲线面理论的应用；
（3） 适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4） 反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5） 基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6） 加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7） 把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8） 虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国tgv（train de la grande vitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有c2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：
l 具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
l 具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
l 具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
l 尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用cad/cam技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，cad业界涌现出一批象eds的ug、ptc的pro-engineer、matra的euclid、ibm的catia等等一系列优秀的cad/cam软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（free form feature modeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用ug的free form feature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
ug的free form feature modeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新ug v14.0版本推出的全新概念设计wave（what-if alternative value engineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：
（1） 根据前节所述模线的来源，本例参考法国tgv和德国ace机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。
外形模型基线 向等值半径线云图
以这一组模线为基础，采用ug的free form feature / through curve来创建曲面；采用info/ analysis / face curvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足c2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用ug/photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。
图4 机车车身三维造型 图5 机车车身二维投影图
（5） 对机车车身裙部和头部下端，可采用feature / curve / mesh功能分片进行创建。这里充分体现出ug软件对角域曲面的三维造型能力。
（6） 机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于ug软件的“相关”（associative）能力, 这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。
（7） 三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。
参 考 文 献
[1] 齐从谦.汽车覆盖件具cad/cam中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18
反向工程的概念篇（8）
1工程领域中的概念设计
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋向；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类摘要：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其功能主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查探究而占有大量的信息资料，再经过反复思索、推理和决策，才能创造出和众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区摘要：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的聪明和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2概念设计和创造性思维和技术创新
2.1创造性思维及其特征
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注重扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新奇、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特征摘要：
（1）独创性摘要：创造性思维所要解决的新问题是不能用常规、传统的方式解决的新问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新奇的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”,从新的角度分析新问题、熟悉新问题。
（2）连动性摘要：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或新问题进行纵深思索，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特征和它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、新问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性摘要：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个新问题进行思索、解决。
（4）善于想象摘要：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言摘要：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性摘要：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，忽然闪现出一种新设想、新观念，使对新问题的思索突破原有的框架，从而使新问题得以解决。
2.2概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的功能。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新奇构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依靠于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤摘要：
（1）多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2）对已有知识的创造性总结和应用经常带来重大的科技突破；
（3）突发奇想但经过科学论证或实验证实所产生的新思路、新方法、新技术；
（4）新知识和现有知识的合理嫁接；
（5）产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6）学科间的交叉、交融和借鉴；
（7）新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8）科学探究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法摘要：
l智力激励法摘要：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l提问追溯法摘要：根据探究对象系统地列出有关新问题，逐个核对讨论，从中获得解决新问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决新问题的新途径；
l联想类推法摘要：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l反向探求法摘要：采用背离惯常的思索方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决新问题的新途径；
l系统搜索法摘要：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l组（综）合创新法摘要：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的优点使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l知识链接法摘要：创新是一个动态的和复杂的功能过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供给链”并按照下述原则进行管理摘要：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大功能，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供给者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供给链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，熟悉到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例摘要：
（1）采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2）时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；
（3）适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4）反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5）基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6）加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7）把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8）虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国TGV（TraindelaGrandeVitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念摘要：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面摘要：
l具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
l具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
l具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
l尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体和曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用UG的FreeFormFeature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
UG的FreeFormFeatureModeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UGV14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下摘要：
（1）根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。
外形模型基线向等值半径线云图
以这一组模线为基础，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve来创建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判定，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是摘要：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。
图4机车车身三维造型图5机车车身二维投影图
反向工程的概念篇（9）
一、语义的认知表征和加工模型
在语义记忆的研究中，加工进程和表征结构之间的关系一直是个棘手的问题。对此研究者们曾提出一些结构化的模型，如层次网络模型、ACT模型和解释性模型。这些模型认为，语义信息的存贮是有结构的，概念范畴以结点的形式存在于记忆中，而结点间的关系以连接的形式来表征，这些结点和连接形成了一个有序的网络结构。语义加工的机制就是对这样的网络进行搜索，以便找到一条将两个概念范畴连接起来的路径，如找到了这样的路径就肯定，否则就作否定反应。这里不存在对概念范畴进行语义分解及对其特征进行比较计算的过程，也不存在推理的过程，因此这种加工的特点是一种“全或元”的：或者找到了，或者没找到，其间不存在任何部分有用信息的中间状态，是一种两阶段的离散性加工。
另一些研究者则提出了非结构化模型，如特征比较模型、样例模型、Rational模型和连接主义模型。这些模型没有赋予各种概念范畴及其相互间的关系以独立的表征，而是假设概念范畴是由更小的元素成分——语义特征的集合来表征的。这些特征之间相互独立，而且在表征不同的概念时具有不同的权重。这种加工的特点是：它是一个连续性的过程，这个过程中有用的信息是从无到有，从少到多，随时间推移而逐渐积累的，其间有一连串彼此区别的中间状态。当信息积累到某一特定阈限时，就可根据计算比较的结果作出肯定或否定的反应，而在达到这一阈限之前，也可根据积累的部分有用信息作出相应的猜测反应，并且这一猜测反应的正确率会随时间的推移和部分有用信息的不断积累而提高。
二、离散和连续性加工
许多研究者区分了以上两种类型的信息加工模型，即离散性和连续性模型。假如在信息加工过程中不存在对概念范畴进行的语义分解和推理，仅靠搜寻由结点和连接组成的网络结构来找到反应的路径，这种加工就属于离散性质；反之，假如信息加工是一个连续的过程，有用信息随时间的延长而逐渐积累，这种加工就属于连续性质。根据这两种模型，我们可以让被试进行语义判断作业，并在两个相邻时段分别中断他们的加工进程——如果在此过程中的某一时刻突然出现有用信息量的激增，那么加工就属于离散性质，在加工被中断之后，被试猜对语义的概率不受相邻时段时间间隔的影响；假如他们获得的有用信息是随时间推移而逐渐增加的，加工被中断之后就只能根据已获得的有用信息进行猜测，其猜对的概率便会受到相邻时间间隔的影响，加工就属于连续性质。
三、实验研究
（一）研究设想
有研究表明，在语义信息加工中，熟悉度是影响语义信息加工性质的因素之一，高熟悉度的项目倾向于离散性加工；低熟悉度的项目倾向于连续性加工。并且，学习因素也会影响语义信息加工性质的变化：过度的学习会使最初的连续性部分信息积累方式转变为离散性积累趋势。
本研究试图利用普通反应时实验考察不同量化词（全称/特称）的命题句在不同语义距离和熟悉度的概念语义信息加工方式上的差异，进一步证实对两种性质语义加工的区分。按照迈耶（Meyer）的谓语交叉模型（如图1所示），“有些”型命题句的加工在语义加工的第一阶段就完成了，而“所有”型命题句要经过两个阶段。由于第一阶段更多地依靠搜索提取加工，第二阶段则属于特征计算加工，因此熟悉度不同的句子意味着不同的加工方式，那么在量化词和熟悉度之间将会表现出交互作用：在高熟悉度时，“所有”型命题句和“有些”型命题句在反应时上无差异；而在低熟悉度时，“所有”型命题句的反应时将大于“有些”型命题句。
（二）实验设计
采用三因素2×2×2的被试内设计。语义层次距离因素分为远、近两个水平；熟悉度分为高、低两个水平；量化词因素分为全称量化（“所有”）和特称量化（“有些”）两种。
（三）实验被试
20名大学本科生，年龄分布在18到23岁之间。其中男7名，女13名。被试的视力或矫正视力均达到正常。
（四）实验设备
使用联想PIII计算机和反应装置进行实验。
（五）刺激材料
第一，选择三个上位概念：动物、植物、生活用品。分别选取每个上位概念之下的两个下位概念，依次为兽类、鸟类；树木、花草；厨具、服装。将这九个概念范畴制成两个概念联想表：动物、厨具、服装、树木、花草组成一张表；植物、生活用品、鸟类、兽类组成另一张表。
反向工程的概念篇（10）
Practice and Reflection of Concept Map Construction
in Middle Schools' "Science" Teaching
SHEN Hongquan
(Junior Middle School, Tonglu Coutry, Hangzhou, Zhejiang 311500)
AbstractGuide students construct concept map, can effectively improve the students' cognition to knowledge system. This article mainly expounds the Concept map process and main steps in junior high school "Science" teaching, guides the student to grasp strategies of makeing concept map, and know the important significance of concept maps in teaching.
Key wordsconcept map; production process; guide strategy; practice and reflection
1 概念图及其特征
概念图是由美国心理学家Novak于1984年在《学习如何学习》著作中正式提出来的，在此著作中Novak系统地介绍了概念图。概念图是由概念、概念间的连线及连接语、概念的例子组成的一个知识结构网络，能反映学生头脑中已经形成的认知结构，体现学生对某一领域知识的理解。初中《科学》概念图包括节点、连线、层级和命题四个要素。节点就是置于圆圈或方框中的概念；连线表示概念之间的意义联系，连接可以没有方向，也可以单向或双向；命题是概念之间通过某个连接词而形成的意义联系。层级有两个含义：一是指同一层面中的层级结构，可以是“辐射型”，即关键概念位于中心，其他概念按从属关系或范畴大小从关键概念向四周辐射。也可以是“金字塔型”，即关键概念位于最上层，其他概念按从属关系或范畴大小由上向下排列；二是不同层面的层级结构，即不同知识领域的概念图可就某一概念实现超链接。图1是“分子和原子”的“辐射型”概念图。
2 初中《科学》学科概念图的制作流程
概念图的制作是一个动态的过程，没有严格的程序规范。由于初中学生的身心特点及学习活动的内容与目的不同，概念图构建的步骤也可以有所不同。但总的来说，应有以下关键步骤，如图2：
（1）选定领域，列出概念。首先引导学生回忆并罗列本章所学的所有电学概念，如电路、电流、电阻、电压、电路的连接方式等等。同时教师可以运用下定义、举例、演示等多种方法讲清楚概念之间的内在联系，循序渐进地使学生认清楚概念的性质和作用，将表示概念的词和连接词及其作用加以区分。
（2）确定层次，布局排序。组织学生通过小组分工合作，进行信息加工处理，找出关键概念（概括性最强，最一般的概念）。关键概念的筛选可以从章、节标题着手，一般标题大多是对关键概念的概括。然后以关键概念为中心，探讨概念的顺序和可能的连接。列出哪些是同级别的，哪些是上位的，哪些是下位的，形成概念间的层次结构，初步确立概念图的结构，见表1。
（3）寻找关联，短线连接。将概念关联起来形成系统连贯的知识结构是意义学习的关键一步。教师引导学生把相关的概念用短线连接，并在线上标明适当的连接词以显示两者之间“是什么”或者“怎么样”的命题关系。这样同一领域及不同领域中的知识通过某一相关概念连接起来，然后再经过修改或修饰后，便初步形成了一个以概念为中心的知识结构网络图3。
（4）局部修改，结构精致。概念图的修改重整与精炼也是不可忽略的。学生分小组展示各自的概念图，通过对比、讨论、取长补短，然后重新修整扩充（包括添加实例）。
（5）讲解评价，反思完善。绘制好一张概念图并不是概念图教学的终结，还需要讲解和评价。通过教师的讲解，师生共同反思，对已建好的概念图进行重新思考、重新修改，实现新旧知识的意义建构，最后师生达成共识，形成知识全面、结构完善、形式优美的概念图，如图4。
根据《科学》知识的特点，对概念图的制作方法可做一些改进：①放在方框中的概念既可用文字表达也可以用符号表示，或同时使用符号和文字表示；②连接语既可用文字表达又可用公式表达，或同时使用两种表达方法；③例子可以是概念的具体例子，还可以是概念的应用特点或概念的应用规律，例子的表达方式也可以用科学原理、科学公式表示。
3 概念图制作的引导策略
（1）教师针对学生学习水平和绘图能力的个体差异要拟定分层次训练计划。训练的设置可按照下列顺序递进：教师制作概念图，学生完成“连线”和“命题”；教师呈现留有部分空格的概念图，学生填空；教师理出主要概念，学生完成概念图；学生独立制作。在训练过程中空格的数量可根据学生的个体差异区别对待，针对中等水平的学生，教师可以呈现留有部分空格的概念图，学生的水平越高，空格就越多，需要连接的概念就越多。图5就是在初中《科学》“生态系统”复习课时中等能力水平学生需要完成的概念图。
（2）教师还可以尝试改错训练法，即呈现包含部分错误的概念图，让学生在改错中学习知识，而学生要发现和改正概念图中的错误，就必须认真分析整个概念图，思考错误在哪里，从而主动纠正。
（3）在学生绘制概念图的过程中，一方面，教师要容许学生形成自己的见解，阐明自己设计的概念图，另一方面，教师要进行科学地引导，保证学生在有意义的思考路线上进行有意义的探索，避免盲目猜测和无效活动。
4 教学实践中的反思
概念图作为一种教与学的策略，能促进学生整合新旧知识，建构知识网络，浓缩知识结构，从而在整体上把知识融会贯通。学生在画概念图时经历了一次对原有知识进行内省、分析、重新评价和组织的过程，易混淆的知识和概念也能理清关系了。同时，概念图也能作为形成性评价的有效工具。从学生的概念图中，教师可以发现学生头脑中存在的错误概念和知识的欠缺，有助于教师及时诊断和定性评分，并进行有针对性的指导，弥补学生的不足。
但是在肯定概念图作用的同时，笔者也发现了在概念图构建教学实践中的不足之处。
（1）教学内容上的局限性。概念图是反映知识内容的一种形式，侧重研究概念与概念之间的区别与联系，对于一些物质变化、重要的生理生化过程以及科学探究过程，概念图就显的爱莫能助了。
（2）教学时间上的局限性。学生要制作完整、优美的概念图需要长期训练，同时，在课堂中概念图教学也需花费较长时间来帮助学生再现知识，特别是初期可能会耗时较多，往往比较繁杂的知识内容很难在一堂课完上成。所以，如何在有限的教学时间内开展好概念图教学值得进一步去思考。
（3）学生能力培养上的局限性。概念图只是一种陈述知识的工具，反映了学生知识结构中的静态部分，培养的是学生对概念的分析、比较和理解能力，缺乏对学生抽象思维能力、想象能力和科学探究能力等方面的培养。所以，在学生能力的培养上不能为强化概念图教学而忽视其它重要能力的培养。
参考文献
[1]希建华,赵国庆.“概念图“解读：背景、理论、实践及发展.开放教育研究,2006.2.
[2]岳秀英.概念图在中学地理学科教学中的应用.东北师范大学学报,2005(5).
[3]刘恩山,徐洪林.运用概念图进行生物教学对学生认知方式的影响.学科教育,2003(7).
反向工程的概念篇（11）
一、走近逻辑的“象牙塔”，从“名”的角度认识概念
什么是概念？逻辑学家认为：“概念是反映对象或现象本质属性的思维形式”。笔者以为，概念是反映事物或现象本质属性的规范载体，它是人们在认识和改造主、客观世界中相互约定俗成的指称一个个事物或现象的“名”。我们接触到一个“名”，就接触到了一个概念，从而能认知这个“名”隐含的内容。这种“名”，它在逻辑学上是“概念”，在语言学上是“实词”。在人类的思维与交流中，词为表、概念为里，词为声、概念为意，词为形、概念为魂，词为前台表演者、概念为动作规定者。两者总是配伍在一起，好比一对亲不可分的表兄弟。我们要认知某一个概念，则首先找到相应的词，然后通过快速的思量，才可以认识到一个具体的概念。例如，人们听到或见到书写的“司法”和“司法机关”是什么？稍加思索，就会理解到：普通的“司法”乃“掌管、运用、执行法律之活动”；世界各国国情不同，司法之概念。即定义是有差别的。“中国式‘司法’应为国家的诉讼职能活动”，“中国的司法机关为人民检察院和人民法院”P。这样，大家对“司法”和“司法机关”就明析多了，普通的行政执法不属于中国法语境下的“司法”，只有具有诉讼职能的国家机关即人民检察院和人民法院，才是“司法机关”，其开展诉讼活动及其决定才能称之为“司法”，而隶属于政府序列的公安局、司法局，都不是司法机关，其活动不是中国语境下的“司法”。所谓司法局，亦只是广义上的称谓。其职能是为与世界接轨而设立的法律宣传、法律服务监管、判决执行、以及国际与地区间的司法协助等等，不具有国家的诉讼职能。
词是直白的，概念是隐涵的，隐涵着的概念需要直白的词来承载，可见词是概念的坚实载体。所以语言和逻辑学家认为：词是语言材料，它表现为一串声音或一组笔划（字形）；概念是隐涵在词背后的事物和现象，也就是人们所探究的词之“意”。概念的产生和存在必须依附于语词，运用概念来进行的思想交流也须借助于有声的或有形的词语。概念就象小鸟依人般地依恋、依附于词。一般来说，找到一个词，就会找到一个概念。当然，概念与词间也不是绝对的“一对一”的亲恋关系，也有多角多向的互恋关系。有时一个词隐涵着多个概念，如：“给力”一词，就可能承载着众多的概念：有为他人鼓劲的“加油”，有反映精神状态的“勤奋”、“勤快”，有说明效用的“有帮助”、“很有用”、“很实惠”，有情绪体验性的“带劲“，有评价性的“很棒”、“很好”、“很精彩”、“很牛”等等。有时可能多个词指代的是同一个概念，如：“番茄”、“西红柿”两个词，反映的是同一概念，即：成熟后为红色、微酸微甜的小球状果菜（或能生长红色、微酸微甜小球状果菜的植物）。语文课中的“多义词”与“同义词”，与逻辑老师讲的一词反映多个概念和多词反映同一概念，其实是相通的，只不过是从研究的不同角度讲的，都是揭示人类认识与思维以及交流规律的。辨析词义的过程，就是认知概念的过程。
自从人类有了意识、有了语言，“概念”家族就得以应运而生。每个概念的诞生，都是大脑对事物和现象不断认知、整理、辨析、提炼以及归纳与抽象的结果。对于“概念”是如何诞生并服务于人类思维活动的，早期的人类显得熟视无睹，使用“概念”，乃是于自觉与不自觉之中，对其并无清醒的认识，也没有给予其在思维领域中应受重视的位置。直到公元前300多年，古希腊的哲学家亚里士多德等同辈人创立了“形式逻辑学”学科之后，概念作为思维的基础体，才堂而皇之地在欧洲得到人们重视。在古中国的同时代，诸子百家，流派甚多，百花齐放，百家争鸣，人们为了雄辩的取胜，亦想法研究思维的规律，将概念推当了形式逻辑的火车头，它才得以在《墨辩》（取实予名、察实分物而后有名）和《旬子?正名》这些“辩学”中以崭新的面貌问世。可见，那时的华夏先人不把它称之为“概念”，而是叫作“名”。只到明清时代西方的形式逻辑学科传至华夏大地，中国人才清楚地晓得“名”和“概念”原来是同族！
人们认识“概念”家族后，对它作了这样的定性与定位，即：“概念是反映对象或现象本质属性的思维形式”――亦即中国古人所讲的“名”：乃准确观察分析事物后得出的“正名”。例如“贪污”这一概念，就是人们长期观察分析了“国家工作人员，利用职务上的便利，侵吞、窃取、骗取或者以其他非法手段占有公共财物”的现象后，对这类现象所起的“名”。所以，逻辑学家说：概念与感觉、知觉和印象有着质的区别，概念具有抽象性和普遍性。
正是概念具有的这种清晰性地普遍性，为立法的规范性、司法的严密性提供着基础。
二、明晰概念的内涵与外延，提高认定罪名的准确性
形式逻辑学者研究的所谓“内涵”与“外延”，即是每一概念与另一概念在反映事物和现象本质属性下的差异性。逻辑研究者认为：“概念是反映现象或对象的本质属性的思维形式”，人类在共同的思维中约定俗成地赋予每个概念不同的“内涵”与“外延”，以解决认知世界具体事物如何更好地达成共识，从而更好地沟通与交流。所谓“内涵”，是指人类所认识到的某一事物区别于他事物的本质属性（从词的角度讲，则是一词的准确含意）；所谓“外延”，即是人类认识到的某类或某一事物的外部界限，包括其反映对象或现象的总和（从词的角度讲，则是一词所指的范围）。每个事物的特有本质属性即“内涵”都由“概念”家族中的一个具体成员来“正名”，每个事物的外部界限与范围即“外延”都由“概念”家族中的同一个具体成员来管辖。
为了更好地说明，这里就拿概念家族中某概念来举例说明在人类的思维活动中，概念是如何从内涵与外延两个方面为人类作出界定的。拿“刑法”这个概念来说，它的内涵是“国家专门制定的保护特定权益、以及侵犯这些权益之行为所应承担刑事责任的法律规范”；其外延则包含了所有的这类规范：即刑法典、单行刑法条例、其它部门法中的刑罚条款。再如“抢劫”这个概念，它所反映的是“以暴力、或以暴力相威胁而非法占有他人财物的行为”，其外延则包含着所有的这种行为，不分是男人所为还是女人所为之，亦不分老、中、青、少何者所为之。可见，概念的内涵反映着事物的本质属性，概念的外延则涵盖着同类的所有对象。
四、重视定义的重要性，强化司法判断能力
人们在认识自然和社会的过程中，必须确定对象是个什么“概念”――本质特征如何；在交往的过程中，需要清楚地表达自己的意思，清楚地了解对方的意思，即概念的“内涵”是什么。概念家族的每个成员，亦不能自己说明自己、自己证明自己，这就需要概念间相互“给力”地介绍来达成。逻辑学家将这种“介绍”称之为下“定义”或理解“定义”。下“定义”是揭示概念内涵的逻辑方法。“定义”是由两个部分组成的，被“定义”的概念在前面，处于被介绍、被说明的位置，下“定义”的概念有N多个，以介绍、证明、评判者的身份对前者进行客观公正的说明、解释、肯定或否定。
下“定义”须“定义概念”对“被定义概念”能够起到“介绍、证明、评判者”的作用，这需要我们认真观察事物、找准彼此之间的本质联系、实现从“个别”到“一般”抽象概括。如：中国的“小金库”盛行，它是个什么东西呢？在上世纪的九十年代以前，人们没有清楚地认识它、介绍它、表述它。当时的中国财政学词典说：“小金库”又称“小钱柜”，反过来又说“小钱柜”亦称“小金库”。这样翻来复去不知所云，就犯了循环定义的毛病。后来，人们认真地研究后说：“‘小金库’是一切单位为逃避财务检查和监督而设立的隐蔽地‘帐外帐（资金）’。”这就抓住了“小金库”的本质，为大家正确认识“小金库”，并同利用“小金库”进行违法犯罪的行为作斗争提供着有益的帮助。
