反向工程的概念第1篇

［关键词］概念图教学意义高职英语教学启示

［作者简介］海霞（1977-），女，河南周口人，浙江经济职业技术学院文化艺术学院，讲师，主要从事高职英语教学与研究工作。（浙江杭州310018）

［中图分类号］G712［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2012）11-0121-02

概念图最早是在20世纪60年代由美国康奈尔大学诺瓦克教授等人提出、用来组织和表征知识的工具，其理论根据是奥苏贝尔的有意义学习理论。奥苏贝尔认为，人的学习应该是意义学习，要满足两个条件：一是学生表现出一种意义学习的心向，即表现出一种在新学的内容与自己已有的知识之间建立联系的倾向；二是学习内容对学生具有潜在意义，即能够与学生已有的知识结构联系起来。作为奥苏贝尔重要合作者之一的诺瓦克教授以此理论为基础，提出了概念图的概念。

一、概念图的核心要素与关键步骤

1.概念图的核心要素。概念、命题、交叉连接和层级结构是概念图的核心要素。其中，概念又称节点，是广义概念，泛指感知到的事物的规则属性，可用专有名词、思想、情感、教学或符号进行标记，并置于圆圈或方框中。命题是两个概念之间通过箭头和连接词而形成的意义关系，箭头可以单向，也可以双向。交叉连接表示不同知识领域概念之间的相互关系。层级结构是概念的展现方式，一般性、概括性强的概念置于概念图的上层，特殊的、从属的概念置于下层，某一领域的知识还可以通过超链接来展示相关的文献资料和背景知识等。

2.概念图制作的关键步骤。确定关键概念、概念排序、各级连接、反思完善等是概念图制作的关键步骤。确定关键概念，在概念图制作过程中，要选择含义最广、最有包容性、最先出现的概念作为“主题概念”，并用方框框起放在图的顶端。关键概念在整个概念图中是核心。概念排序，在确定关键概念或主题概念后，要在其下面依据任务需要及逻辑关系增加更多的具体概念，并依据概念的概括性进行概念排序。把概括性最强的概念置于顶层，依次向下。各级连接，给各级概念排好序后，建立概念间的深层次交叉联系。交叉连接需要发散思维，是发现和形成概念间新关系、产生新知识的重要一环。此外，还要进一步拓展概念的数量，研究当前概念和其他概念之间的关系。反思完善，随着学习的深入，对原有知识的理解会加深和改变，要随时调整与充实概念图，不断完善和重建自己的认知结构，从而使概念图成为促进学生意义建构的有力工具。

二、概念图的教学意义

1.知识迁移的有效途径。学习心理学把知识按照陈述性方式和程序性方式分类。陈述性知识用来表征知晓的事物、事情和观点，能使学习者了解并形成观点，构成思考和运用观点的基础。程序性知识是运用陈述性知识的知识，是关于如何解决问题、制订计划、作出决策和策略的知识。陈述性知识和程序性知识是相互依赖的。陈述性知识是静态的，需要通过激活才能成为程序性知识，因此，掌握大量的陈述性知识，并不一定会应用或使用这类知识。概念图可以成为陈述性知识与程序性知识相互迁移的桥梁。概念图通过核心要素的确定及关键步骤的实施，促成一种中间知识类型――结构化知识。结构化知识是指在一个领域中如何把概念一体化并使其相互联系的知识，能把陈述性知识和程序性知识联系起来。研究表明，拥有高水平结构化知识的学习者，同时也是很好的问题解决者。拥有概念图设计经验的学生在动手处理问题时，首先会把问题的相关要素绘制成草图，然后从中找出最具决定性的一点作为突破口，并以此为切入点解决问题。教学中引入概念图，能够帮助学生激活并迁移所学知识，使所学知识动态化。

2.提升教学水平的有效工具。教学本身既是生态的，又是系统的。在这一生态式系统中，既有主体、客体关系协调的问题，又有主客体关系协调的工具、手段与方法的问题，还有一些促进教学目标达成、实现教育目的的相关环境因素。因此，教学过程是一个动态的、立体的、一体化的过程。从教学环节上看，谁教谁学、教什么学什么、如何教如何学、教的如何学的如何、如何评价与改进等都是教学生态系统不可或缺的、相互牵连的要素。概念图能够促进教学主体的能动性，能够通过绘制保证知识之间的迁移关系，最终达成教学目标，考察知识掌握程度，评价和反馈教学。因此，不少学者认为概念图可以作为学习工具、教学工具、反思工具、交流工具、评价工具等。

3.学习态度改善的有效载体。有学者研究指出，在不同的教学条件、情景和方法中，应用概念图策略会使学生的成绩增加，对学习的态度变得更加积极，获得知识策略，提高学习的元认知水平，增强自我效能感，体现出自我的意义。

三、概念图对高职英语教学的意义和应用

1.概念图可以帮助教师制定职业发展规划。当前，我国高职的发展要求教师既要具有语言表达、人际交往、运用现代教育技术、终身学习等方面的基础能力，又要具有了解学生、把握教材教法、进行教学设计和实施、开发课程与科研、指导学生学习等方面的职业能力，还要具有职业分析、服务社会、创新性实践等方面的发展能力。因此，高职教师的专业成长成为了一大课题。高职教师要想成长，就必须改变自我成长的方式和途径。概念图能够帮助教师理清思路，把握自我成长的核心任务，促进自我专业成长。对高职英语教师而言，高职英语教师可以通过概念图制定自我专业成长规划。“主题概念”是“现代高职教师标准”，在此基础上，反思“我有了什么”“我还需要什么”，设计一些途径来达到现代高职教师标准的要求，最后，在概念图中设计补救措施完善概念图。

2.概念图可以帮助教师进行教学设计。教学设计需要兼顾教学目标、学生状况、教学环境、教学内容、教学过程与方法、教学效果的评价等诸多方面，并且要使这些方面整合为一个有机的整体。在此情况下，概念图可以发挥很大作用。结合高职课程、教学及教材特点，高职英语具有课程综合性强、教学活动性强、教材主题性强等特点。课程综合性强是指高职英语课程大多需要以项目为载体，以工作过程为导向，包括教学要求、企业行业岗位要求、公民教育要求等多方面元素。教学的活动性强，是基于高职教学的整体要求而说的，高职教学不同于体系化的学科本位教学，是一种通过学习者主动和全面的学习，由师生共同确定的行动产品来引导教学组织的过程，是有目的系统化地组织学习者在实际或模拟的专业环境中，参与设计、实施、引导、检查和评价的过程，通过学习者发现、探讨和解决职业活动中出现的问题，体验并反思学习行动的过程，并获得完成相关职业活动所需的知识和能力。教材的主题性强是指高职英语教材一般是以一个个完整的主题来安排教材内容的。高职英语教学设计环节，可以结合高职英语的特点，利用概念图对教学内容、教学方法、教学过程、教学效果、学生参与、教师角色、教学评价等进行整体设计与安排，为有效教学、优化教学提供保障。

3.概念图可以帮助优化教学过程，提高教学效果。在当前

高职英语教学过程中，学生参与性不强，学习兴趣不高，学习方法不当，学习效率不佳等问题广泛存在。这种缺乏主体参与的课堂教学模式虽广受批判，但改革一直步履维艰。事实上，要彻底改变传统的“授受式教学”，就需要找到一个很好的改革抓手。概念图可以成为这一有效抓手。在教学过程中，概念图不再是教师的“专利”，学生也可以参与概念图的绘制与修改，达到师生互动合作的目的。研究表明，概念图是实现课堂互动、合作学习的有利工具。在合作学习中，由于个体的认知水平不同，对概念的理解也不同，因此，从个性化概念图到班级概念图的过程就是思想碰撞、探究合作的过程；从个体对潜在概念图的质疑、反思、批判到科学概念图的形成、发展、应用，不仅需要师生共同构建和谐、健康的学习情境，而且需要努力挖掘和共享学习资源，促进知识的同化，实现有意义学习。教学过程中教师利用概念图绘制、整合的过程，采用不同的合作方式，调动学生学习的积极性和主动性，鼓励学生用英语表达自己的想法和观点，使学生在轻松、和谐和民主的气氛中有效地提高语言交际能力。学生在这样的交流平台上，有机会表达自己的观点，可以将自己的思路和想法具体化、明确化。学生通过与教师共创概念图，使思维得以延伸、扩展和完善。整个教学过程呈互动状态，学生居于学习的主体地位，发挥自主性；教师作为引导者指导学生学习，解答概念图制作过程中遇到的问题。

4.概念图可以提升教学效果，评价教学水平。目前的高职英语教学效果评价一般还是以考试、测验、毕业论文等终结性评价为主，很难从细节上显示学生的英语知识、技能的掌握程度，把握高职生面向工作过程和学习领域的应职应岗能力状况。概念图以意义学习和建构主义为理论基础，通过概念图的绘制，把握学习任务、安排学习计划、设置学习途径、提高学习过程中的创新思维能力水平等。在高职英语教学中，教师可以让学生参与教学概念图的设计、补充与完善，也可以让学生就教学内容设计出概念图。学生设计概念图的过程是有意义学习与建构知识、技能的过程。教师可以依据学生概念图设计与制作、概念图讲解、基于概念图的问答、小组合作等方面的情况给予评判。也可引导学生进行概念图交流互评，达到思维共享和创新，并建立学生个体概念图档案袋和课程教学概念图资源库。

5.概念图可以提高学生的综合素质。高职教育是以就业为导向的专业技术与技能教育。是否具有胜任未来就业岗位的相关经验和素质是高职生能否顺利就业的关键。现代职场的蓝领人才，要对自己的岗位工作过程、岗位任务、岗位任务完成途径、岗位任务完成绩效等方面有设计和把握能力。概念图能够帮助职业人完成上述任务。在高职英语教学乃至整个高职教学过程中，引导学生绘制概念图可以帮助学生积累规划设计方面的经验，培养学生思维的独立性、敏捷性、选择性和创造性，培养创新意识、创新技能和创新能力，提高学生的综合素质。

高职英语教学作为高职教育的重要组成部分，是提高高职学生职业核心能力和通用能力的重要载体之一，也是培养学生英语语言素养和技能的重要途径之一。基于奥苏贝尔有意义学习理论的概念图，旨在通过概念与概念之间的逻辑连接与层次构筑，促使学习者在知识建构中达到认知目的，对高职英语教学具有重要意义。

［参考文献］

［1］施良方.学习论［M］.北京：人民教育出版社，2006.

［2］袁维新.概念图：一种促进知识建构的学习策略［J］.学科教育，2004（2）.

［3］张丽萍.概念图及其功能研究［J］.高等理科教育，2007（4）.

［4］齐伟.概念图：思维导图（2）――用Inspiration制作概念图［J］.软件导刊，2005（6）.

［5］D.H.乔纳森.技术支持的思维建模：用于概念转变的思维工具［M］.顾小清，译.上海：华东师范大学出版社，2008.

［6］刘赣洪，张静.概念图作为教学工具的应用探究［J］.中国电化教育，2008（10）.

［7］王立君，顾海根.概念图对学生成绩和态度影响的元分析［J］.心理科学，2008（6）.

反向工程的概念第2篇

【关键词】工程力学 约束反力 受力图 应用研究

【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2010)09-0083-02

工程力学是一门研究力与机械运动规律和力与构件变形规律的科学,它包括理论力学(包括静力学、运动学和动力学三个部分)和材料力学的有关内容。

工程力学课程最鲜明的特点就是它的工程实际应用性,其广泛应用于机械、材料、汽车、土木、水利、地质、石油、航空航天等工程领域,具有非常广泛的工程实际应用背景。该课程是自动化专业及机械工程专业研究生入学必考课程,属高等职业技术院校的主干课程之一。工程力学对学生树立工程力学概念及分析、解决工程问题能力的培养具有举足轻重的作用。因而该课程的教学质量和教学水平一直被视为衡量工科类高校高等教育水准的关键要素之一,成为各校教学研究和课程建设的重点。

工程力学课程的另一特点是理论性强且抽象复杂。学习工程力学,首先应重点理解工程力学的基本概念,其次,应学会应用所学的基本理论和公式去解决力学问题,所以,要求学生必须演算大量的习题,才能巩固和加深理解所学的知识。在演算习题时,正确进行受力分析,画好受力图,是解决实际问题最关键的一步。学画受力图时,部分学生学习方法不当,忽视对基本概念和基本理论的理解、分析及应用研究,总试图用想象及感觉直接完成作图,这种学习方法无疑会给学习带来极大的困难,很难走上学习的正轨。常期的教学实践表明,深刻理解、分析力学基本概念,总结不同力在受力图中的规律性画法,并将这些规律性画法应用于实际作图,是学好工程力学的一种重要方法。为形成共识,本文以“约束反力概念的理解及其画法在受力图作图中的应用研究”为例,特作一些分析和探讨。

一、约束反力的概念

在工程结构中,每一构件皆依据工作要求以一定的方式和周围的其它构件相互联系着,它的运动因而受到一定的限制。一个物体的运动受到周围物体的限制,这种限制条件就称为约束。[1]力的作用改变了物体的运动状态,而约束的存在则限制了物体的运动,于是,有约束则必定有力作用于被约束的物体上,约束给被约束物体的力,称为约束反力。[2]

二、约束反力的特点及画法

约束反力有三大特点:①约束反力的大小是未知的,它与主动力的值有关。②约束反力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反。③约束反力的作用点,在约束与被约束物体的接触处。

依约束反力的第二特点知,要画构件(或物体)的约束反力,必先分析清楚构件(或物体)因约束的限制而不能运动的方向。由于力对刚体会产生移动和转动两种运动效应,相应的约束反力就有以下两种基本画法:

(1)构件(或物体)因约束的限制而不能沿某一个方向移动,则构件在该方向的反方向上必有限制构件移动的约束反力F作用。例如,若构件沿x、y、z轴方向不能移动,则可在构件上分别画出约束反力Fx、Fy、Fz。

(2)构件(或物体)因约束的限制不能绕某轴转动或不能在某一平面内转动,则在该轴上或在该平面内必有限制构件转动的约束力偶m。

三、常见约束反力画法分析总结及应用

1.常见约束反力画法分析总结

常见的约束类型有光滑接触面约束、可动铰支座、柔体约束、链杆、径向轴承、球形铰链及固定端约束等,这些约束的约束反力的画法如图1所示。

作图难点分析:(从纯运动角度分析)构件沿x、y、z轴方向不能移动,则可在构件上分别画出约束反力FAx、FAy、FAz(如图中光滑表面约束,构件沿z轴方向向下不能移动,故在构件上可画出约束反力FAz)。构件不能绕x、y、z轴转动,则可在构件上分别画出约束力偶mAx、mAy、mAz(如图1所示固定端约束)。

2.常见约束反力画法应用实例

(1)约束反力画法在静力学基础中的应用实例

实例:如图2所示的构件,重量为G,放入凹槽内,在A、B、C点处分别与槽接触,接触面上的摩擦力略去不计。试画出构件的受力图。[1]

作图难点分析:(从纯运动角度分析)构件在C点处沿虚线方向(接触点公法线方向)向下不能移动,在B点处沿y轴方向向下不能移动,在A点处沿x轴方向不能向左移动,故分别有限制构件移动的约束反力FNC、FNB、FNA作用。

(2)约束反力画法在平面力系中的应用实例

实例:已知梁AB和BC在B点铰接,C为固定端,如图3(a)所示。梁AB上作用有均布载荷,载荷集度为q,梁上作用有力偶矩为m的力偶。试画出梁AB及BC的受力图。

作图难点分析:从纯运动角度分析。可动铰支座限制构件AB不能沿y轴方向向下移动,故有约束反力FAy;中间铰链B限制构件AB不能沿x轴和y轴方向移动,故有约束反力FBx、FBy;中间铰链B限制构件BC不能沿x轴和y轴方向移动,故有约束反力F′Bx、F′By;固定端限制构件BC不能沿x轴和y轴方向移动,故有约束反力FCx、FCy,同时限制构件在平面内不能转动,故有约束力偶mc。

(3)约束反力画法在空间力系中的应用实例

实例:在图4所示的传动轴上,已知两齿轮C、D上受力有:圆周力Ft1及Ft2、径向力Fr1及Fr2。试画出传动轴AB的受力图。[2]

作图难点分析:(从纯运动角度分析)A、B两处为径向轴承约束,无限制AB转动的约束力偶m,y轴方向上无限制AB移动的约束反力Fy,在x、z轴方向上有限制AB移动的约束反力Fx及Fz。故A点处有FAx及FAz,B点处有FBx及FBz。

四、结束语

约束反力画法在后续运动学、动力学及材料力学的受力图作图教学中,还有大量的应用实例,其应用很广。应用研究的过程,是一个重要的实证过程。透过多个实例的分析研究,说明当构件(或物体)因约束的限制而不能运动时,则在构件上必作用有限制构件运动的约束力[约束反力F(或约束力偶m)]。这说明力与运动有着本质的联系,有此认识,亦就能部分理解“工程力学是一门研究力与机械运动规律和力与构件变形规律的科学”这一精准定义。

《工程力学》教材中的“力学”是公认的经典力学,每一概念、法则、定理、公式都蕴藏着丰富的内容,如果教学中一味地灌输概念,讲解公式及复杂的计算,而不注意应用研究,就会使学生感到内容“越学越多”、“越多越胀”,亦就谈不上对内容的理解、消化和吸收。作为力学教师,必须认真备课,精益求精,积极探索各部分教材内容的共同规律,将不同内容而性质相同的概念、理论和公式加以规律性的总结,从无序中找到有序,这样就会使整个内容联系起来,使学生感到内容“越学越少”、“越少越精”,使“知识”内化为一种“智慧”,形成一种“能力”,达到使学生具有分析、解决工程问题能力的培养目的。

参考文献

1 张定华.工程力学[M].北京:高等教育出版社,2008

反向工程的概念第3篇

关键词：工民建；概念设计；结构抗震；发展现状；分析

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

经过工民建中多年的抗震探索和研究，总结得到的经验成果将为今后的工民建结构抗震设计开辟了新路。

反向工程的概念第4篇

关键词：概念图策略；氧化还原反应；教学分析；认知诊断

文章编号：1008-0546（2013）04-037-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

“概念图”是一种知识以及知识之间的关系的网络图形化表征，能实现思维可视化，理想地展示概念及概念之间的关系。在氧化还原反应教学中，概念多，很难记，十分容易混淆，很多学生无法建立正确的概念联系。运用概念图策略，用结构网络形式呈现氧化还原反应概念之间的联系，帮助教师进行有效教学分析，促进学生对概念本质及子概念联系的理解。

一、制作概念图，帮助老师进行教学分析，确定教学逻辑

氧化还原反应中概念多而且抽象、关系复杂，这是导致很多教师教学设计难以处理，学生机械记忆口诀，不理解氧化还原反应中概念其中很重要的一条原因。

笔者以为除了认真思考如何使得抽象的概念形象化的策略，如使用锌铜原电池产生电流的演示实验，让学生看到真实的电子转移之外，更重要的是由教师通过教学分析确定的教学逻辑顺序，即综合考虑知识逻辑和学生的认知逻辑的基础上，确定的教学逻辑顺序，表现为各组概念的教学顺序及其联系的展开。不合学生认知逻辑的教学，再精彩，也只能给学生的思维带来堵塞，最终导致学生不理解，只能机械学习，死记硬背，达不到概念迁移的要求。

在进行教学分析时，可按照以下步骤操作：

（1）认真分析课程标准、教材等目标要求，制作一张完整的氧化还原反应学习的知识结构体系如图1，正确表示各概念之间的联系及概念的层级水平，离核心概念越远，表示其层级水平越高。

（2）对学生经过初中及高中前面的学习，已形成的氧化还原观，进行调研，并在知识结构图中做出标识。由于篇幅关系，不再另作图标识，下面改用文字说明。

①在初中形成了从得失氧的角度分析氧化反应和还原反应的视角，且对于很多学生而言，氧化与还原是分裂的，没有联系的。

②化学1（苏教版）将氧化还原反应分成两部分编写，在专题1第一单元中物质的分类里，从化合价的变化定义了氧化还原反应，鉴于此部分内容的学习，学生对氧化还原反应形成了“两层皮”，一张是初中的得失氧的氧化反应与还原反应，另一张就是化合价变化，两者互不相干，有很多同学对此产生了疑问，“两者有没有联系呢？”

（3）整合氧化还原的知识结构体系与学生的学情，构建核心概念的教学逻辑。

二、借助概念图，引导学生经历知识形成，体会概念内涵

许多教师认为氧化还原反应是高中知识的重中之重，而学生又难以独立自学，一味地认为只要自己讲得清楚，学生就会掌握好，从得氧失氧的原始特征到化合价升降的表面现象，到电子转移的本质原因，并以讨论初中学过的四类基本类型反应与氧化还原反应的关系、氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物等为辅线来充实相关概念，最后再加以一定量的练习、应用来巩固概念。殊不知，这种零碎的概念依靠教师传授，对氧化还原的理解并不是通过自己思考后得知的，学生在课堂上只是一个被动的学习者，这背离了新课程的理念，在实际的教学中也是行不通的。

教学中，笔者指导学生在化学方程式下方采取直观的化合价升降与“氧化”“还原”概念关联法（图2），直观形象，通俗易懂。

特别是对于一些较复杂的氧化还原反应，如反应4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2，将反应前后化合价有变化的元素逐一标注后，区分出化合价的高低，采用一般氧化还原反应的剖析方法，可以清晰地分析出氧化产物（Fe2O3、SO2）和还原产物（Fe2O3、SO2），而不会遗漏。巧合的是，用单线桥表示电子得失时，只需将箭头移至对应元素上方，且箭头方向与方程式下方的箭头方向是一致的，这也为学生自我检查提供了辅助工具。

三、利用概念图，评价学生习得概念的掌握水平，诊断存在问题

概念图能直观地体现概念之间的联系，通过布置学生画概念图来梳理概念之间的联系的任务，可帮助教师评估学生概念掌握水平及学生自己分析概念形成中是否存在问题。

比如，在氧化还原反应新授课快结束时，布置学生通过画图来展示“氧化还原反应中几组概念之间的联系”。下面是学生所画的概念图中典型作品。

作品1-4中，四位同学分别用不同的形式来表达氧化还原反应中几组概念间的关系，从中我们可以发现：

（1）作品4与作品1-3比较，可见这位学生正确地表述了氧化与还原相互依存的关系，而其他三位只看到了氧化反应与还原反应的并列关系。

（2）作品1正确描述了氧化反应（或还原反应）中反应物转化为产物的过程中电子、化合价发生的变化，说明该学生已形成了正确的概念关系，作品2中少了产物的描述。

（3）作品3、4在描述氧化反应（或还原反应）中各组概念的联系时，存在认识错误。比如作品3，“降得还为还原剂”未建立反应物（还原剂）、产物（氧化产物）与反应类型（氧化反应）间的正确关系；比如作品4，“化合价升高，得电子”化合价的变化与电子的得失未建立正确的联系。

教师在下一课时可以采取特定的措施或教学策略对以上问题及时加以纠正或补救。

又如在学生普遍感到无从着手的电化学反应中，用概念图的程序化的分析来判断可充电电池放电时的正负极和充电时的阴阳极，就可以轻松地解决问题，如两极的判断，电极方程式的书写以及反应中的各个量的关系等。

以苏教版《化学反应原理》课后习题中的镍镉可充电池为例，见图3：

利用上图标注反应前后元素的化合价变化情况，与氧化还原反应概念关联，标出反应和两极，失电子的一极发生氧化反应，得电子的一极发生还原反应；放电时失电子的一极为负极，得电子的一极为正极。充电时失电子的一极为阳极，得电子的一极为阴极（再以阳氧氧负的谐音“养羊养富”回顾检查）。在元素上方将其连接，还可找出放电时的电子转移数目和方向，充电时外加电源正负极的连接情况。电极方程式的书写先找出反应前后的物质，写上电子得失数目，根据介质和电荷守恒规律配平电极方程式。

总之概念图作为一种教与学的认知工具，帮助教师从整体上把握知识的体系，以层状结构形式呈现各种概念及其关系，同时也能帮助学习者整合新旧知识，在头脑里形成不断系统化的认知结构，促进概念的理解。

参考文献

反向工程的概念第5篇

概念设计的利益相关者是与概念设计过程有关的一切人和事，但并非所有的利益相关者都是概念设计的参与者。设计参与者是利益相关者的代表，参与者对概念设计的要求直接影响设计方案，他们的要求就是概念设计需求的来源。参与者通过对概念设计提出要求来获得他所代表的利益相关者的利益。视角是人们观察事物的角度。一方面，从信息的展示角度，恰当的视角可以让观察者更容易抓住信息的本质；另一方面，从观察者的角度，观察者只会关心信息中感兴趣的那一部分，其他视角的信息没有多少用处。与产品概念设计相关的利益相关者很多，有产品前期沟通人员、市场营销人员、产品策划人员、外观造型设计人员、工业设计人员、结构设计人员、工艺设计人员、质量管理人员和产品经理负责人等。结合产品概念设计的现状，通过对概念设计的利益相关者和设计参与者的分析讨论，得出主要参与到产品概念设计过程中的设计参与者共有五类，分别是用户、概念设计者、产品经理、结构设计者和工艺设计者。这五类人员参与概念设计过程，从各自角度关注特定的产品设计信息，对在概念设计过程中形成最终的产品概念设计方案起不同的作用：用户关注产品功能和概念模型，表达对产品的需求；概念设计者进行产品概念设计，从分析用户需求到产生概念方案，关注与功能相关的实现原理、行为和结构；产品经理倾听用户需求，关注市场及产品总体竞争性，做各种复杂决策，保证设计顺利开展等；结构设计者辅助概念设计者，对产品进行简单设计，关注产品功能结构的具体完成形式及其合理性；而工艺设计者关注的是产品的可制造性及功能结构材料对工艺流程的影响。因此，将五类设计参与者的关注视角作为产品概念设计表达研究的五个视角，在产品概念设计过程中选择合适的表达视图，将需要的设计信息展示给适当的设计参与者。

基于多视角，结合概念设计的研究现状，本文构建了基于多视角的概念设计表达层次模型，此模型包含四层三映射。整个结构分为设计参与者层、概念设计过程层、表达视图层、视图生长层4层，各层的主要功能描述如下：（1）设计参与者层指参与概念设计的相关人员，如上述五类。他们是进行产品概念设计的主体，同时也是多视角的构建基础。（2）概念设计过程层相当于工作流，按照时间的顺序描述概念设计过程的进行，划分为机会识别、方案产生、方案评价和方案输出。（3）概念设计表达层包括概念设计过程中产生的概念设计信息，其表达形式多种多样。运用各种概念设计方法和工具能够产生各种概念结果，如质量屋、功能分解图和概念草图等。概念设计表达层是设计参与者进行概念设计活动的产物。（4）视图生长层概念设计表达层中的每一类视图的形成都有一定的流程，遵循一定的规律，每一类表达视图亦或存在多种方案，即视图具有多粒度性。概念设计信息流主要表现为向下传递和向上反馈，向下传递的是上层的设计信息，向上反馈的是设计参与者对上层设计信息的意见、变更建议等。整个多视角概念设计表达层次模型以设计参与者为中心，存在三种映射关系，各映射实现的功能描述如下：（1）Map1多视角概念设计通道实现机制Map1表示各类设计参与者进入适合其视角的设计入口进行概念设计，各类角色能够在概念设计的任意时间点参与到概念设计中。基于已有的概念设计研究成果，采用各种方法和工具进行概念设计，得到不同的表达视图。（2）Map2概念设计的多视图表达实现机制Map2表示设计参与者与多种表达视图的对应关系。依据五类设计参与者所代表的利益相关者的利益，建立参与者与表达视图的对应关系。有的表达视图只有一类设计参与者关注，有的表达视图则有多类设计参与者共同关注，且对于共同关注的表达视图，各类参与者的关注程度不同。（3）Map3多粒度的表达视图实现机制Map3表示各类设计参与者间的角色交互与操作权限。一个表达视图的形成，有时需要多类设计参与者往复多次设计决策，针对同一表达视图，必须设置各类设计参与者不同的操作权限。在多设计参与者共同参与设计某一表达视图的过程中，协调每类设计参与者间的协作，规定设计参与者的操作权限。Map1，Map2和Map3是并行和相互依赖的关系，基于多视角的概念设计表达视图的研究依赖于上述三种映射。

2映射实现机制

2．1Map1多视角概念设计通道实现机制

多视角概念设计通道。将概念设计过程分为机会识别、方案产生、方案评价和方案输出四个阶段，采用各种概念设计方法与工具进行产品概念设计，将产生与其对应的概念设计信息和结果，称为概念设计表达视图。概念设计表达视图拟采用相对成熟的概念设计工具和方法构建：①在机会识别阶段，采用用例建模的形式，捕捉功能性需求。功能从用例推导出来，功能性创新也在用例建模中完成。另外，顾客需求的表达采用质量功能配置（QualityFunctionDe－ployment，QFD）建模方法，将顾客需求转化为相应的设计要求或控制特性等。②在方案产生阶段，采用功能—行为—结构（FunctionBehaviorState，FBS）方法，致力于寻找概念设计问题的结构化求解方法，结构化地表达设计过程，同时得出规范化的概念表达视图。③在方案评价阶段，采用多属性决策方法，建立评价指标体系、分配权重等，计算总价值，最后得出评价矩阵，决策出最优最合适方案。在方案输出阶段，设计参与者自定义勾选需要查看的表达视图，将视图进行组合，并输出结果，得出合理的概念方案，使其更好地服务于后续设计。在概念设计过程中按照时间顺序输出相应的表达视图，前段表达视图支持后段表达视图的构建。多视角概念设计为各类设计参与者提供相应的设计入口，其操作过程为：（1）在整个概念设计过程中的各个设计阶段、各个时间点，登陆与其对应的设计入口。（2）获取概念设计表达视图库中的概念表达视图，根据其关注视角的不同搜索查看其关注的概念表达视图，然后进行产品概念设计。（3）新的概念设计结果，或者对已有概念设计结果进行添加、修改、评价及反馈，并将所有概念表达视图输入保存到概念表达视图库中。（4）设置感兴趣的概念设计表达视图类型、关注的关键词等，预定向其推送的视图和信息种类。

2．2Map2概念设计的多视图表达实现机制

概念设计的表达视图多种多样。因此，基于设计参与者的不同关注视角，将以上表达视图进行组织分类。例如，在机会识别阶段，用户只表达其对产品各方面的需求，产品经理关注用户需求、技术需求、用例建模图和设计进度表，概念设计者关注用户需求、用例建模图、技术需求、质量屋和设计进度表。对于不同设计参与者共同关注的同一种表达视图，设计参与者关注的程度不同，操作权限也不尽相同，如2．3节所述。按照以上分类，各类角色能够在任意设计时间点进入各自的设计通道，系统根据关注视角向其推送产品已建立的表达视图；各类角色也能根据其感兴趣的关键词搜索需要的表达视图来指导设计。将表达视图按照关注视角分类后，才能实现Map1中多设计通道的功能。

2．3Map3多粒度的表达视图实现机制

在进行产品概念设计时，不同设计参与者共同关注的同一种表达视图的构建往往需要多类设计参与者协同合作完成，当两个或两个以上设计参与者同时对同一表达视图进行操作时，可能会发生冲突；若某一表达视图的建立完全由某一类设计参与者完成，则不存在冲突。设计参与者A和各个概念设计表达视图P间的关系。用A表示设计参与者，则有用户A1、概念设计者A2、产品经理A3、结构设计者A4、工艺设计者A5；用P表示概念设计表达视图。A与P之间的关系有三种：①A不关注P，则A对P不进行任何操作，用0表示；②A关注P，但对P不进行处理操作，A可对P进行评价反馈，将建议反馈给具有更高权限的设计参与者进行修改，P对A也起提示启发作用，用－1表示；③A关注P，且A对P进行处理操作，包括提交、修改、删除等，用大于0的整数表示。对于一个表达视图，若大于0的整数个数多于1，则需设置设计参与者的操作处理权限等级。区间内的整数代表处理权限的高低，1为最高，4为最低。据此构建设计参与者A与概念设计表达视图P间的关系矩阵表。设置好不同设计参与者对同一种表达视图的操作权限后，本文构建了概念设计表达视图的流动方式，任何一种视图的构建都必须经过若干设计参与者的沟通反馈和修改等活动，即每一种表达视图都会在用户、概念设计者、产品经理、结构设计者和工艺设计者等至多五种角色间进行反复流动，直至关注此表达视图的所有参与者都认可通过，方可形成此表达视图，存入表达视图库。如图5a所示，实线箭头表示设计参与者进行产品概念设计，向系统输入概念设计表达视图；双点划线表示同一视图在各类设计参与者之间流动；虚线箭头表示向设计参与者输出已有的或正在构建的概念设计表达视图。当设计参与者对某一表达视图的操作权限为－1时，具有对表达视图的查看及评价反馈权限。若查看后满意，则将表达视图传递给具有更高权限的设计参与者或者输出保存到表达视图库中；若查看后不满意，则将反馈意见传递给该表达视图的构建者。当设计参与者对某一表达视图的操作权限大于0时，则具有对表达视图的构建、修改、删除和评价反馈等权限。

权限较低的设计参与者将其所构建的表达视图传递给权限较高者，若权限较高者查看后满意，则将表达视图传递给具有更高权限的设计参与者进行进一步审查，直至存入表达视图库；若查看后不满意，则将反馈修改意见传回给该表达视图的构建者。每一种概念设计表达视图经过上述流动后，在多类设计参与者之间流动，形成的表达视图具有多粒度的特性。例如对于质量屋的设计。用户与产品经理不关注质量屋。概念设计者将构建好的质量屋提交，结构设计者进行评价反馈，概念设计者进行修改后再次反馈给结构设计者，结构设计者满意后传递给工艺设计者，工艺设计者若不满意则重新流动，若满意则输出构建好的表达视图质量屋，并存入表达视图库。对于概念草图的设计，参与设计构建概念草图视图的设计参与者有用户和概念设计者，结构设计者与工艺设计者能查看和评价视图，而产品经理具有最高决策权。用户进入设计入口，提交U1．1和U2．1两套草图方案。其中，方案U1．1经过概念设计者、结构设计者和工艺设计者的评价反馈后，修改得到U1．2，结构设计者再次反馈评价后，用户再次修改得到U1．3，最终存入表达视图库；而对于方案U2．1，不但用户在得到评价反馈后对其进行修改，最终得到U2．3存入表达视图库，而且概念设计者受到U2．1的启发，在U2．1的基础上设计出草图C1．1，经多次评价反馈修改后最终得到草图方案C1．3存入表达视图库。概念设计者也能进入概念设计者设计入口，直接提交概念草图C2．1和C3．1，进行修改完善后存入表达视图库，或因与某些指标冲突，直接由产品经理删除。整个设计过程是一个往复循环的过程，因此每一个表达视图都按照表2的权限级别，最终确定视图的形式，实现表达视图在各设计者间的交互，而图6所示概念草图的形成过程仅为其中的一种情况。

3系统建模分析

基于上述理论研究能够构建计算机辅助概念设计原型系统的多视角信息管理模块。在建模方面，采用SysML进行功能建模分析。用例图和需求图是SysML的重要组成部分，用例驱动的软件开发方法已在软件系统分析和开发过程管理中得到广泛应用。

3．1多视角信息管理模块实现的功能结构

（1）SysML需求图需求图支持需求的分解，并以树形层次结构表示出来。符号表示需求的分解关系。计算机辅助概念设计原型系统的多视角信息管理模块包含六个子需求，即登录、设计过程管理、概念设计、表达视图管理、资源搜索、帮助，每个子需求下又能分解为更细致的子需求。（2）用例图用例图定义用例、参与者及其之间的通信，从用户的角度描述系统的功能。本文通过用例模型表述多视角信息管理模块的主要功能，分为六个功能组。1）登陆认证功能组设计参与者共有五类，分别为用户、概念设计者、产品经理、结构设计者、工艺设计者，这五类参与者在登录时被授予了不同的使用权限，以实现基于多视角的概念设计建模。2）设计过程管理功能组以树形图与流程图相结合的方式，实现从机会识别、方案产生、方案评价和方案输出的整个产品概念设计过程的导航，且设计参与者在设计的任意阶段可以返回到以前的步骤中进行信息查询或重新编辑。设计过程结束后，整个设计过程被记录下来，以便今后查询。3）概念设计功能组将产品概念设计方法分为系统化设计方法和非逻辑思维方法两类。其中系统化设计方法包括FBS方法、系统设计等；非逻辑思维方法包括头脑风暴法、KJ法（又称亲和图法（af－finitydiagram））、检核表法、六帽思考法、形态分析法等。4）概念设计表达视图管理功能组提供对视图的参考查看、构建保存、入库、修改删除、预定信息等功能。同时，系统的另一个参与者为概念设计表达视图库，这个库将模型进行组织分类，向不同的参与者推荐适应其特有视角的表达视图，并将该特定的表达视图类型存储于系统中，同时根据参与者的预定信息，保存更新其角色资料，以便更准确地推荐视图，使设计参与者能够以自己独立的视角参与产品的表达视图构建。5）帮助功能组包括理论基础说明、操作使用说明、培训教程三部分。采用文字、图表、动画、多媒体和实例等方式介绍系统的使用方法。6）资源搜索功能组采用自然语言搜索方式，从设计资源库中搜索相关信息。

3．2多视角信息管理模块框架

计算机辅助概念设计原型系统的多视角信息管理模块，包括用户层、表示层、功能层和数据层。用户层是五类设计参与者的用户登录层，设计参与者通过登录进入自己对应的设计通道进行概念设计，查看与其所代表的利益相关者相关的概念设计信息；数据层存放的是多视角信息管理模块自带的设计资源数据库、设计过程中产生的表达视图库、设计参与者资料库，以及管理和记录设计过程的设计过程数据库；功能层即应用服务器，是多视角信息管理模块的核心部分，能够实现模块的逻辑功能；表示层主要是将功能层提供的功能表示出来，提供给最终用户使用，对应于图中的客户端。最终用户从客户端登陆，应用服务器端向用户提供设计过程导航，用户能够进入概念设计的任意阶段进行设计操作，同时服务器端根据登录进来的设计参与者的角色类型，决定其能够查看的概念表达视图类型。最终用户能够进行表达视图的参考、搜索及查看，同时服务器也向用户推送其可能感兴趣的表达视图。设计过程的处理是模块的核心部分，服务器端将记录整个设计过程。最终用户能够提交、修改、删除其所建立的表达视图，也能提交对其他用户建立的表达视图的意见和更改建议等，还能够预定感兴趣的信息，服务器将上述用户的预定信息等资料进行储存更新，以便后续推送。最后，用户经过协商一致的表达视图，服务器存储视图。在概念设计的方案输出阶段，用户根据其关注点，勾选表达视图，服务器输出个性化的概念方案。利用本文所述方法，在本课题组CAIP3．0计算机辅助创新设计系统的基础上，在Eclipse环境下，采用Java语言，增加多视角信息管理模块，开发计算机辅助概念设计原型系统的多视角信息管理模块。多视角信息管理模块界面图，它包含七个组成部分，分别为设计参与者通道、设计过程导引、表达视图导引、设计窗口、查看窗口、设计资源搜索窗口和参考视图搜索窗口。五类设计参与者分别登录自己的设计通道，在设计过程导引处选择概念设计阶段，再选择要设计的表达视图，就能够在左上角的“设计窗口”提交、修改构建的功能分解图，也能在右上角的“查看窗口”查看已经建立起来的表达视图，同时利用左下角的“设计资源搜索窗口”搜索其他资源来帮助其设计，还能够利用右下角的“参考视图搜索窗口”对相关的、感兴趣的表达视图进行搜索查看。

4多视角概念设计应用实例

本文以冰茶机的设计为例，展示采用上述方法实现多设计参与者参与的概念设计。冰茶机的工作原理如下：自来水被注入一个水槽或蓄水容器中，茶叶则被放在一个浸泡篮中；当冰茶机被打开时，水通过产品底部的耐热元件加热，经由一个管道“蒸发”到其顶部，然后被引入浸泡篮中并滴在茶叶袋上，茶水则从浸泡篮底的孔中流出并进入一个装满冰的水罐里，从而制出冰茶。在冰茶机概念设计过程中产生的视图种类较多，由于篇幅限制，本文无法一一展示；而概略布局图反映的是产品各模块间的关系，它根据排列方式、配置方式、尺寸比例等要素进行产品布局，作为概念草图的一个雏形，描绘了产品的基本形状和布局，是产品概念方案产生的关键环节。因此，本文以概略布局图的形成为例阐述多视角多视图概念设计理论的可行性。根据冰茶机的工作原理，概念设计者简单地画出了此项产品的组成模块。五类设计参与者对概略布局图的关注程度和操作权限不同。对于概略布局图，产品经理、概念设计者、结构设计者和用户都对自己建立的概略布局图具有提交、修改和删除等权限。其中数字越小，权限等级越高，产品经理的操作权限最高，且权限高者可以更改、删除权限低者创建的表达视图。若在某一视图或某一细节处出现冲突，则遵循权限高者的意见。工艺设计者的操作权限为－1，表示工艺设计者关注概略布局图，但不可对其他设计参与者提交的概略布局图进行修改等操作，只可对概略布局图进行反馈评价，将建议反馈给具有更高权限的设计者。首先，用户进入冰茶机概略布局图的设计，提交了两套方案，然后，概念设计者、结构设计者、工艺设计者和产品经理也进入了设计、查看和反馈的过程。为了更好地展示各类设计参与者的设计、反馈和评价等过程，描述后台的设计思路和方向，绘制出冰茶机概略布局图在多类设计参与者间的生长过程图。概念设计者参考用户方案U1．1，进行变式设计，提交了三套概略布局图方案C1．n，C2．2和C3．2。其中：方案C1．n将浸泡篮和水箱叠加起来，置于茶水盛放容器左侧；方案C2．2将浸泡篮和茶水盛放容器叠加起来，置于水箱右侧，水箱的形状则十分瘦长；方案C3．2相比方案C2．2，缩小了水箱和茶水盛放容器间的距离，使结构更为紧凑。结构设计者对以上三种方案查看后发现，用户需求中有两项为“外形尺寸小”和“质量轻巧”，但这三种拼合式的方案都会导致外形尺寸较大，整体形状稍显臃肿；工艺设计者认为，叠加式产品相比拼合式产品，更容易实现加工和装配，建议返回给概念设计者，概念设计者赞同并删除了这三种方案。与此同时，概念设计者将用户方案U2．1作为灵感来源，再次进行变式设计，经过反复思考修改，采纳了结构设计者和工艺设计者的建议，这四套方案使得冰茶机有较为轻巧的结构，区别在于三个部分之间的叠加顺序不同。经结构设计者、工艺设计者和产品经理查看满意后，存入表达视图库。冰茶机概略布局图的生长过程阐述了多视角多视图的概念设计表达过程。五类设计参与者参与协作，形成了冰茶机概略布局图的多套方案多个表达视图，体现了概念设计过程的多视图性和多粒度性。概念设计者视角下，冰茶机概略布局图设计过程的模块界面图。概念设计者首先查看了结构设计者和工艺设计者对概略布局图C3．2的建议，结构设计者认为，C3．2是拼合式的设计，会导致底面积和体积较大，在考虑用户需求“外形尺寸小”、“质量轻巧”的情况下，建议删去此方案，采用叠加式设计；工艺设计者认为，叠加式设计相比拼合式设计，更容易实现加工和装配。概念设计者再次确认了用户需求，删去了C3．2，继而采用叠加式的设计方法设计出概略布局图C4．4，提交至表达视图库。

5结束语

反向工程的概念第6篇

1注重物理前概念的有效转化

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？

（2）本节课上，我学会了哪些物理思想方法？所学的物理思想方法在以前的物理概念学习中有没有用过？

反向工程的概念第7篇

关键词：技术；概念；泛化；狭义化

作者简介：孟景舟，河南科技学院职业技术教育与经济社会发展研究中心副教授，天津大学教育学院2009级博士研究生，研究方向为职业技术教育基本理论。

基金项目：河南省教育科学“十二五”规划2011年度一般课题“职业教育学基础概念研究”（编号：[2011]-JKGHAD-0568）阶段性成果，主持人：孟景舟。

中图分类号：G710

文献标志码：A

文章编号：1001－7518（2012）16－0043-04

20世纪以来，技术在现代生活中扮演的角色愈来愈重要，给人类社会也带来了越来越多的“技术问题”，而这些问题引发了人们对技术的拷问与沉思。从哲学的角度，这种拷问和沉思有两个传统来源：一个是工程的，一个是人文主义的。美国技术哲学家米切姆把它们分别称作“工程的技术哲学”和“人文的技术哲学”。工程的技术哲学的主人公是技术专家和工程师，他们继承了启蒙主义的传统，把技术看作一种进步的力量，注重对技术进行客观的分析；而人文的技术哲学的捉刀者则是来自人文学科的学者，特别是哲学家，他们把技术视为一个系统反思的主题，关注技术所带来的社会问题，倾向于对技术的批判和解释。正是由于两种技术哲学对技术所进行的本体性思考，使技术概念同时出现了泛化和狭义化的“二律背反”倾向，并由此造成了技术在定义上的困难。

一、技术概念的泛化

技术概念的泛化是在两个不同的纬度同时展开的。一种是横向的漫溢，即技术由传统的物质和生产领域，一点一点渗透进精神和非生产领域，不断扩大自己的疆域，最终成为一种“无处不在”的存在。这种横向的疆域拓展，工程的技术哲学和人文的技术哲学，采取的是两种不尽相同的方式。工程的技术哲学家，以一种对技术肯定的眼光，努力用技术术语去理解社会的其它事物，从而将技术的概念带入到了诸如语言、思维、管理等在传统上被认为是和技术根本对立的领域。“工程技术哲学家总是会设法将人类的其他的追逐活动转化为他们的语言，并用技术术语来理解更大范围的人类世界。技术术语学本身已经成为一种对于不断涌现的遍布全世界的技术文化的世界语了” 。[1]而人文的技术哲学家，则以批判的眼光，“把人类当成一个问题——甚至是一个根本的问题来研究”，[2]通过关注技术的伦理问题，从而将技术概念“人格化”，技术被定义为一种人的意志。例如德国历史学家斯宾格列把技术定义为“生存战术”，美国著名的社会哲学家芒福德把技术定义为“权力的追求”等。[3]虽然人文的技术哲学和工程的技术哲学，在对技术概念疆域的拓展上，采用了不同的方法，或者说侧重了不同的方面，但是它们最终在客观上达成了未必是它们所想要的结果，即技术概念的泛化。今天，从物质到精神，从生产领域到非生产领域，再也不存在技术的禁地。像法律、语言、管理等这些非物质事物的制作，现在被普遍纳入到技术史的视野中，就是对技术进行哲学思考的结果和技术概念泛化的一个明证。

对技术概念横向泛化的回应，就是一些技术哲学家对技术所做的分类，其中最重要的就是“物质技术”和“社会技术”这对范畴的形成。加拿大哲学家马里奥·邦格，作为英语世界首次使用“技术哲学”（1966年）这一短语的学者，对技术从“尽可能宽泛的意义上作了理解”，认为它包括物质的（工程、农业、机器等）、社会的（教育、工业心理学、应用社会学、法学、管理学等）、概念上的（信息论）和一般的（系统论）等各个分支。[4]后两个方面，其实可以被溶解在前两个方面之内，因此，加拿大哲学家邦格在这里实际上就形成了“物质技术”和“社会技术”这对相对立的概念范畴。后来，一些哲学家对技术做了与邦格大体相同的分类。例如，1979年，德国技术伦理学家罗波尔在《技术系统论》中将技术分为三个方面：自然方面（科学、工程学、生态学）、个人与人类方面（人类学、生理学、心理学、美学）和社会方面（经济学、社会学、政治学、历史学）。[5]但如果把“自然”视作“物质”，将“个人”视作“社会的一员”，罗波尔的分类仍可以归为“物质技术”和“社会技术”这一对范畴。总之，物质技术和社会技术逐渐成为技术哲学家对技术进行横向分析的一种框架，前者代表了技术的传统领域，它试图将技术限定在一定的领域内，而后者则代表了技术疆域的拓展，它是对技术概念泛化的默许。

技术概念泛化的另一个纬度是，技术作为一种知识体系自身的纵向延伸，即技术和科学的相互渗透。自从工业革命后，科学和技术便形成了紧密的联系，由此产生了一种流行的观点：技术越来越依赖科学的理论基础，因此，技术被定义为应用科学。尽管这种观点被科学家和工程师所普遍接受，[6]然而，许多哲学家和社会科学家却反对将技术定义为应用科学。例如美国杰出的现象学家伊德就认为“将技术看作应用科学”是一种唯心主义，相反，“将科学看作理论化的技术”，则是一种唯物主义。[7]伊德的观点也许来源于这样一种事实：虽然现在科学和技术之间存在着紧密的联系，可事实上，“在20世纪以前的大多数时间里，科学和技术一直是处在彼此要么部分分离要么完全分离的状况向前发展的”。[8]“人类在成为理性的人之前曾经是制造工具的人……经过各种技术过程并慢慢地积累技巧，经过工具和许多人的专业知识的多次组合，最终出现了使技术变为科学的理论性组织”，因此，美国实用主义哲学家约瑟夫·科恩将技术的定义拓展到“足以包含科学”。[9]他的观点得到具有历史感的学者的回应，他们认为“近代技术不仅仅是应用理论，甚至不仅仅是工程理论。技术不是知识的应用，而是知识的一种形式，它一直依赖技术技能”,“就技术是应用科学而言，科学也是应用技术”。[10]由此我们看到，在对待科学和技术的关系上，存在着是“把技术看作应用科学”还是“把科学看作应用技术”两种极端对立的主张。撇开这种对立不说，无论是“把技术看作应用科学”，还是“把科学看作应用技术”，它们都使技术突破了固有的领地，从而侵入到科学的国土。这样带来的结果是，作为知识体系，要区分技术和科学成为极端困难的事情，从而形成了技术概念纵向的泛化。

同样，人们为应付技术概念纵向的泛化，就是在该纬度上对技术概念进行分类。对技术进行纵向的分类，最经典的代表是西班牙哲学家奥特加。他将技术分为偶然的技术、工匠的技术和技术专家或科学家的技术。这既是一种历史分期的方案，同时又是一种概念的分类。与此相类似的是美国社会哲学家芒福德对技术的划分，他把技术分为直观的技术（始生技术）、经验性技术（古技术）和科学性技术（现代技术）。与这种三分法不同的是，还存在着一种两分法，例如德国哲学家海德格尔把技术分为古代技术和现代技术，即传统的技能型技术和知识型技术。法国技术哲学家埃吕尔则用专业化的语言把技术分为技术操作和技术现象。虽然在表面上存在着三分法和两分法甚至其它更多的分类方法的区别，但是我们很容易在它们之间找到本质的一致，这就是：三分法的前两项往往是两分法第一项的两个阶段。例如奥特加的偶然技术和工匠技术其实是海德格尔的古代技术的两个阶段，因为它们在本质上都属于传统的技能型技术，只不过存在着程度的不同。同样，埃吕尔的技术操作也包括了奥特加的偶然技术和工匠技术，而技术现象则包括了技术专家的技术。[11]这一点在美国社会哲学家芒福德一个人身上，最能集中地体现出来。他在对技术做了始生技术、古生技术和现代技术区分的基础上，又做了进一步的概括，即将技术分为生物技术和单一技术。所谓生物技术就是始生技术和古生技术，而单一技术就是现代技术。综观哲学家对技术纵向的分类，虽然不同的哲学家采取不同的划分方法和名称，但是我们能够把这些不同的表述分为相对的两个类属：一个是古代的、工匠的、生物的、操作的，另一个则是现代的、科学的、单一的、现象的。作为一种知识，前者在本质上是经验性的，后者则是理论性的。因此，所有这些分类都可以简约为经验性的和理论性的这对范畴。这样，纵向的经验技术和理论技术，与横向的物质技术和社会技术，两对对立的范畴就构成了对技术概念分析的坐标系。而在这个坐标系，任何一个点都同时融合了横向和纵向两个因素。因此，美国技术哲学家米切姆在综合所有分类的基础上将技术分为“作为物体的技术”、“作为知识的技术”、“作为活动的技术”和“作为意志的技术”。这种划分不过是对技术概念泛化的进一步印证。

二、 技术概念的狭义化

在技术概念泛化的同时，存在着另一个倾向，即技术概念的狭义化。而这种倾向的极端，就是将“技术”一词限定在“工艺技巧”，也就是经验性的范围之内。这种划分有其智力的因素。就像以上所述及的，作为一种知识体系，技术被分为经验性和理论性两个不同的部分。对这两部分的关系，不同的人有着不同的认识。持“技术是应用科学”的学者认为两者有根本的不同，其最突出的代表人物是加拿大哲学家邦格。他认为“技术与技艺、技艺实践极为不同。技艺和工程实践是不同种类的行为，而不是不同种类的知识”；“工程实践是建立在知识基础之上，从而无疑也是建立在技术基础之上的，即使用科学指导人类的制作”；而技术是“关于人工物的科学研究……或者说是知识的领域，它关注的是借助科学知识来设计人工物并规划它们的实现、操作、调整、维护和管理”。[12]显然，在邦格那里，技术是知识，其职能是设计和规划，而把技艺排斥出了知识领域。他还用实体性理论和操作性理论这对范畴，将技术制作和使用做了区分。而所有这些都是力图在工匠的技艺和工程师的技术之间划出一条鸿沟。然而，反对“把技术作为应用科学”的哲学家和社会科学家则认为:“技术史家们指出，即使在前现代语境下，也有可能使主观直觉上的技能和通过反复学习得到的知识受到技术实践的那些非理论规则或格言的制约，在某种程度有可能用描述性的数学形式详细陈述技能”。[13]对这些学者来说，作为一种知识，传统的技艺和现代技术并没有本质的不同，而只有程度的差别。赞同“把技术作为应用科学”的学者和反对“把技术作为应用科学”的学者对技术不同观点可以概括为：前者把技术的谱系看成是由不同的环节构成的，而后者则把它看成是一个没有明显间隙的连续体。

从谱系形成的角度看，技术概念经历了一个“去技能”的蜕变过程。我们把史前的技术称为“技能”，意味着那个时代的技术就是工具的使用，没有专门的工匠，人人都是技术人员。我们把古代文明中形成的技术称为技艺，意味着与史前时期相比，古代的技术是工具的制造，工匠是那个时代的技术人员。这时的技术是把“设计和具体的制造”两项功能统一在同一个技术人员身上。而现代技术和古代技术最根本的一个区别是将设计和制作分离开来，这就产生了工程师和技师两种不同的技术人员。然而，有趣的是，技术在完成了它最后一次“去技能化”后，本来是专为表征现代技术——工程科学技术而生的“技术”一词，在使用上却出现了危机：在工程师的眼中，越来越倾向于仅仅愿意把“工艺技巧”看作技术。

这个有趣的现象，显然无法用单一的智力因素来解释。既然这个现象和工程师有关，那么现在就让我们看看，“工程师”这一概念负载了如何的历史意涵，它又在现代社会发生了如何的变化？

西方“工程师”一词最初在中世纪出现时是指服务于军队中的高级工匠。在贵族社会，把战争看作是一种光荣的业务，[14]因此，这些军队中被称为“工程师”的工匠们，要比民间的一般工匠具有身份上的优越性。在工业革命后，工程师曾被用作蒸汽机的操作者。蒸汽机作为工业时代开启的标志，它的操作者——虽然同样是下层人民——自然要比普通的机修工更容易受到人们的尊敬。由此看来，“工程师”一词由于起源于军事，而具有了比普通工匠高贵的出身，也正因为此，自然成为工业时代最先进技术操作者的称号。也就是说，“工程师”一词，一直代表着工匠中的“贵族”。然而，进入20世纪以后，用科学知识武装起来的现代工程师，却并不满足于此——他们不想再继续做“工匠中的贵族”，而是要彻底和工匠阶层划清界限。此时，他们无论在智力还是社会方面都具有了这样的条件。从智力方面看，工程科学成为大学传授的专门学问，也就是说，和传统的工程师不同，现代工程师是受过大学教育的人，工程技术成为专家的领地。从社会方面看，在工业体系中，工程师和工人不同，他们以智力资本参与分配，在本质上属于资产阶级。[15]这样，工程师更愿意把自己看作是和律师、医生一样的专业人士。事实上，他们也像律师、医生这样的传统专业人士一样，建立了自己的专业组织——工程师协会，并且他们被认为“主要不是对雇主负责，而是对整个社会负责”。[16]职业责任和声誉的上升，使他们更有理由把自己看作是和律师、医生一样平等的专业人士。最后，他们试图通过把具有“历史劣根性”的“技术”一词还给中世纪工匠的后裔——现代技工们，从而从内容到形式彻底和工人阶层划清界限。

美国技术哲学家米切姆把技术一词的广义与狭义和两个特定的专业群体联系起来，即社会科学家是广义的技术概念使用者，而工程师则对技术概念持狭义的态度。然而，这种刚性的联系，未必适合所有的情况。他也意识到“一些社会学科学家愿意将‘技术’局限在近代工业上，或者对‘技艺’和‘技术’进行区分，使前者代表原始的技艺和手工业，而后者代表更为精密的工程”。[17]但同时他又认为这两种方式都是少数用法。可是，随后在他举出的一位学者关于技术一词的用法中，却似乎又否定自己的上述观点——这位学者认为一般词典或词源学对技术的标准定义为：“工业技艺的科学”。[18]而“把技术看作应用科学”这一观点本身，就是对米切姆 “社会科学家中对技术概念两种少数用法”说法的又一否定，因为这种观点显然并不在少数。其实，在这里我们看到了技术概念的两种狭义用法：一种是社会科学家（姑且沿用美国技术哲学家米切姆的称谓）的用法，即把技术狭义为工程科学，另一种是工程师的用法，即把技术狭义为工艺技巧。如果认真分析一下，这两者之间非但不存在任何排斥性，反而具有惊奇的一致：前者正是后者的理由。也就说正是由于工程师把自己从事的活动看成“工程科学”，才使他把“技术”排斥在自己的工作范围之外。在这里，所谓的社会科学家和工程师之间唯一区别只在表达的符号方面，即社会科学家认为工程师的工作是“技术”，而工程师则认为自己的工作是“工程”。如果不把技术概念的广义和狭义与特定的人群相联系，“技术”一词的用法实际上存在着以下的状况：一种是把技术看作 “各种方法、手段、规则”。这种用法自18世纪法国哲学家狄德罗写下技术的第一条书面定义时就开始了，[19]而到今天，已经为包括科学人士在内的社会公众所普遍接受。可以把之成为哲学的技术概念。与之相对，另一种就是实体的技术概念。技术作为一种实体，首先被狭义为工艺技巧(技师或高级技工的技术)，位于其上的是工程师的技术，被称作“工程”；位于其下的是普通工人的技术，被称作“技能”。这样，由“方法、手段、规则”构成的哲学的技术概念与由“工程师的工程、技工（技术人员）的技术和普通工人的技能”构成的实体的技术概念，就形成了现代技术概念完整的谱系图。而作为实体的技术概念的谱系图，虽然不能说像哲学的技术概念一样，已经为公众所普遍接受，但可以肯定说已表现出一种趋势。这种源于工业体系的趋势，正在经由教育体系向社会公众蔓延。在今天的大众传媒中，已经把“技能”与蓝领工人更多地联系在一起，而把“科学、工程、技术”并列在一起的提法也并不鲜见。在哲学领域，一种把“工程哲学”当作一门独立的学问从而从“技术哲学”中分离出来的力量正在形成。[20]更为重要的是，在高等教育中，工程学和技术学早已成为两种不同的学位。如果说从知识的角度上把技术划分为不同的种类有其内在的逻辑，但把不同种类的技术与特定的阶层相联系并以不同的术语去命名，则主要是社会学的因素。作为现代社会重要基础之一的劳动分工在创造了极高的效率同时，却在社会各个阶层之间制作了新的鸿沟。说到底，把本是“同一连续体”的技术分裂为“工程师的工程、技工（技术人员）的技术和普通工人的技能”，是等级社会的遗风在现代文明中的反刍。

技术概念的泛化和狭义化，从本质上来说代表了社会发展中始终存在的两股敌对力量：民主或现代性和传统或等级文化。技术概念的泛化代表了前者，即在工业社会中，技术依靠着资本的力量，逐渐打破了原来和科学不可逾越的鸿沟，使“科技”成为了一个不可拆分的词汇——不但存在着“依赖科学的技术（science-based technologies）”,同时还存在“依赖技术的科学（technology-based science）”，[21]并因此使其彻底改变了曾经作为神学和科学婢女的卑贱地位，从社会的边缘走向了社会的中心。技术概念的狭义化代表了后者，即西方社会并没有真正像它所宣称的那样民主，源于亚里士多德的灵肉二元论依然根深蒂固。从这个意义上说，技术概念的分裂似乎是注定无可挽回的。虽然我们难以抗拒这种变化，但并没有理由放弃对这种变化背后所隐藏的社会文化因素所作的反思。这也就是本文写作的一个动机所在。

参考文献：

[1][2][3][4][6][7][9][10][11][12][13][16][17][18](美)卡尔·米切姆.通过技术思考：工程与哲学之间的道路[M].陈凡，秦书生译.沈阳：辽宁人民出版社，2008：82，82，203，49，2 66，97，93，276，76，267，275，131，200，201.

[5]（德）拉普.技术哲学导论[M].刘武译.沈阳：辽宁科学技术出版社，1986：185.

[8][21](美)詹姆斯·E·麦克莱伦第三，哈罗德·多恩.世界史上的科学技术[M].王鸣阳译. 上海科技教育出版社，2003：2，436.

[14](美)凡勃伦.有闲阶级论[M].蔡受百译.北京：商务印书馆，2004：1.

[15](英)理查德.阶级[M].雷玉琼译.长春：吉林出版社，2005：20.

反向工程的概念第8篇

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（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：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（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：

（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。

摘要：本文论述了工程领域中的概念设计的主要原理和功能；阐述了概念设计与创造性思维和技术创新的内在联系；举出了各种创造性思维的形式并分析了其特点；强调技术创新在概念设计中的重要的作用；根据作者本人所在的设计群体多年来的设计经验和体会总结出一系列的创新技法，并结合工程设计领域中的概念设计创新实践，列举了若干种含有技术创新的产品概念设计范例。

关键词：工程设计，概念设计，创造性思维，创新

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

[2]熊鸣镝.三维设计将CAD应用引向深入.机电一体化.1997.(5):5~7

反向工程的概念第9篇

关键词：量化词；语义加工；离散性搜索；连续性计算

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。

第二，将30名大学生平均分为两组，要求每组被试仅完成一张概念联想表。他们的具体任务是按顺序写下所联想到的每一个概念范畴中的10个例子。这样做的设想是：一是上位概念和其例子之间的语义层次距离应该比下位概念和其例子的语义层次距离远，这样就可以将概念和例子的语义层次距离分为远、近两个水平；二是我们可以根据例子的先后顺序来确定被试对这些例子的熟悉度，即越先联想出的例子被试就应该越熟悉。这样就可以将概念和例子之间的熟悉度分为高、低两个水平。