机电一体化基本概念第1篇

概念是思维的基本形式之一，它反映的是客观事物的一般的、本质的特征，教学中把一些概念冠以“双基”之一的“基本知识”，可见讲清概念至关重要，它直接影响到其它知识的学习，只有掌握了这些基本知识，再拥有一定的基本技能，才能在今后的工作或学习中以基本概念为基础，基本技能为手段，以社会发展中的新知识、新思想、新技术为养料，丰富自己的知识内涵，实现自身素质的全面提高。任何事物都有自己的概念，任何一门课程中包含着多个概念，相比之下，中学化学中的概念可谓多矣，粗略统计下就有200多个，如何行之有效地将这些基本概念传输给学生，并使他们易懂、勿混、牢记、活用呢？教师如何能对中学阶段的概念通盘考虑，将其分类，不同类别的概念施以不同的传授方法，或许能收到事半功倍的效果。下面是我对中学化学概念的大致分类及各类概念所采取的相应的教学方法。

一、简单概念——导读

不妨将教师指导下的阅读谓之导读。大家都有这样一个共识，越是简单的概念越是难以表达清楚，可意会，不可言传，化学教学中有不少概念简单明了，如元素符号、原子、分子、分子式等，教师无须再花费大量的时间讲授，从课堂中划出一定的时间，有目的地引导学生阅读，让学生从字里行间悟出概念的真正含义，比起教师在那儿打比方、举例子来省时、活力，且容易掌握得多。

二、直观概念——观察

有这样一类概念，它是根据事物自身变化中所表现出来的特征，借助于汉字词组独特的、形象的表达来加以定义的，这类概念直观、明了，故称之为“直观概念”，学生凭借对汉字词组的理解便可接受。中学化学中这类概念颇多，教学中为了加深学生理解的深刻性和记忆的持久性，教师可以有针对性地演示有关实验，让学生认真观察现象，从中悟出概念的真正含义。如开始学习化学时对物理变化、化学变化、物理性质、化学性质等概念的传授，即可通过这种方法进行教学；拿一根蜡烛，加热溶化和点燃两现象加以对比，先让学生指出其不同之处，再加以总结、归纳，得出物理变化、化学变化的结论，学生会对这类概念理解得透，记忆得深。这类概念还有化合、分解、吸热反应、放热反应、质量恒守定律、溶解、结晶等。

三、平行概念——迁移

化学教学中有这样一类概念，有的在物理或其它学科中出现过类似的概念，如反应“速率”的概念；有的是前面的概念后面又以不同的方式出现，如“化学平衡”与“电离平衡”、无机与有机中的“氧化——还原反应”等，不妨把这些概念称为“平行概念”，在学过前面的概念之后，学生已经有了一定的理解和认识，教学过程中无须再花费同样的精力去从事后面的概念的学习，每逢碰到这类概念可先在复习巩固好前的概念之后，借助于知识的迁移将其在新的部分或章节赋予新的内容，学生听后不仅较容易接受新的概念，而且将学过的、相互平行的概念加以复习巩固。例如：在学习了化学平衡之后再来学习电离平衡，只要将可逆反应“迁移”到弱电解质的电离上，因为弱电解质的电离也是可逆的，自然就引出电解平衡的概念，省时、省力、易懂、易记。

四、易混概念——类比

由于化学上的概念较多，有些概念名称“相近”，组成“类似”，将这些概念传输给学生之后，有的学生抓不住其本质，难以把握，容易混淆，故称为易混概念。如：无机化学中所学的同位素、同素异形体与有机化学中的同分异构体、同系物，无机化学中的“根”与有机化学中的“基”，缩聚反应与加聚反应等，进行这类概念的教学，可采用类比法，通过类比，使学生真正找出其区别的根本所在，帮助学生理解和记忆，如在讲完了无机化学中的“根”之后，再来学习有机化学中的“基”，可以拿“-OH”和“OH-”加以对比，画出各自的电子式，从是否带电荷、性质、产生的途径等方面加以比较，使学生真正找到“根”与“基”的区别。

五、复杂概念——剖析

在众多的化学概念中，的确有些概念较为复杂，如缩聚反应、盐类的水解等，难以用三言两语讲明并让全体学生理解和牢记，进行这类概念教学时，教师应带领学生认真剖析例证，结合概念的描述，让学生从中求得理解，加以记忆。如在进行缩聚反应的教学时，可通过实例nC6H5OH+nHCOH[C6H3OHCH2]n+nH2O，让学生从方程式中看到缩去一个小分子水，余下的部分聚在一起，形象地使学生看出缩合聚合的过程，在此基础上再得出缩聚反应的定义，学生能够理解定义的来龙去脉，形象地记住它。

机电一体化基本概念第2篇

一、问题的提出

笔者从事中师“电化教育基础”课教学多年,但看了近期《中国电化教育》及相关电教书籍对教育技术、现代教育技术、电化教育的相关论述后,却被有关三个概念关系的论述搞昏了头脑:李康在他的《试论教育技术及其研究对象》一文中认为[1],教育技术是最大的概念,电化教育和现代教育技术是它的下位概念,而现代教育技术又是电化教育的下位概念。另有由高等教育出版社出版的《电化教育学》一书将电化教育与现代教育技术的关系概括为[2]:电化教育=现代教育思想、理论×现代教育技术。作者强调:现代教育思想、理论与现代教育技术之间不是相加的关系,而是相乘的关系。而李龙在他的《论我国教育技术的定位》一文[3],又提出教育技术和电化教育虽然有不同之处,但完全兼容,教育技术和电化教育不再是两样皮的观点。另有《从电化教育到教育技术》一文[4],也提出了类似的观点,即“电化教育今天已演变为教育技术”。上述三个概念到底应怎样定位?它们之间的关系如何?笔者认为这是个重大理论问题,下面谈谈自己的看法,以求同仁指教。

二、观点产生分歧的原因

笔者认为,之所以产生上述两种分歧观点,关键在于对三个概念的定位。第一种观点,把电化教育看成教育技术的下位概念,是把教育技术定位在美国AECT1994定义上,而把电化教育定位在必须采用现代教育媒体才算电化教育这个基本条件上。认为教育技术探讨的是综合利用各种教育资源(包括人力、物力、财力),以获得教育、教学的整体优化。而电化教育探讨的只是与电教资源交织在一起的教学资源的各种相互作用及其规律,尽管两者的目的都是要取得最好的教育效果,达到教育最优化,但研究的领域和范围不同。把现代教育技术看作电化教育的下位概念,是因为狭义地定义了现代教育媒体和现代教育技术概念。认为现代教育媒体主要指多媒体计算机、教室网络、校园网络、因特网等,而把常规电教媒体排除在外;认为现代教育技术涉及的资源主要指与多媒体计算机、教室网络、校园网络和因特网等相联系的教学资源。现代教育技术研究的范围和领域只是现代教育媒体和现代信息技术在教育教学中的运用。第二种观点,把电化教育和教育技术定位为同一概念,一是因为把系统的教育技术概念,人为地分为实践和理论实践研究两个领域,从而狭义地定义了教育技术概念(1998定义);二是把我国电化教育研究的领域和范围进行扩大。

三、对三个概念的定位及相互关系的看法

1.教育技术

教育技术的概念最初产生于美国,随着美国教育的发展,这个概念也不断地得到发展和完善,现在应该说统一在了AECT1994定义上,即“教育技术是对学习过程和学习资源进行设计、开发、利用、管理和评价的理论和实践”。有人认为这个定义不符合我国国情,应该按照我国国情重新定义,从而得出1998新定义。笔者不敢苟同,但赞成梅家驹在他的《教育技术的定位与错位》(《中国电化教育》2001年第1期)一文中提出的观点:教育技术的定位在技术,具体地说就是对有关促进学习的过程和资源进行设计、开发、利用、管理和评价的几个环节。对技术方面的术语表述不应该强调国情的差别,重在对本质的理解。所以,笔者认为我国的教育技术概念应该统一在AECT1994定义上。

2.电化教育

电化教育在我国起步较早,众所周知随着我国电化教育事业的发展,这个概念也不断地得到发展和完善。当今在对定义的论述上虽然有所不同,但基本已形成了共识。梁育腾主编的《电化教育基础》将其论述为:在教育科学理论指导下,运用现代教育媒体与其相适应的教育方法进行教育活动,以求实现教育最优化,叫电化教育。这个定义包括四个基本要素:一是必须运用现代教育媒体,二是必须采用科学的教育方法,三是必须有科学教育理论指导,四是电化教育的目标是追求教育的最优化。

3.现代教育技术

机电一体化基本概念第3篇

【文献编码】 doi:10.3969/j.issn.0450-9889（B）.2011.11.005

化学学科是融合化学概念、原理、技能为一体的，具有独特知识体系的学科。然而在实际的化学教学中却发现学生在面对综合性练习或实际问题时感到束手无策，这是由于学生没有将化学概念、原理、物质性质等方面的知识联系起来学习，头脑中的化学知识是零散的、孤立的。“学案导学”可帮助学生形成完整的化学知识网络，提高学生的化学思维能力。

概念图是一种有效的工具，在学案设计过程中运用概念图能够有效地帮助学生建立知识的联系，加强对概念的理解。

一、 概念图的含义

著名教育心理学家诺瓦克认为，概念图是用来组织和表征知识的工具。它通常是将有关某一主题不同级别的概念或命题置于方框或圆圈中，再用各种连线将相关的概念和命题连接，形成关于该主题的概念或命题网络，以此形象化的方式表征学习者的知识结构及对某一主题的理解。

概念图的研究基于奥苏贝尔的有意义的学习理论，强调学习者在原有知识的基础上进行有意义的学习。而直接控制学生有意义学习的是教师，这就要求教师激发学生努力把新的意义并入已有知识中。从学案设计的角度来说，要求教师从选定的知识领域（某一章节）挑出关键概念以及其他相关概念，并把这些概念从一般到具体进行排序，对于相关概念的连线连接可以用某一概念实现超链接，最终拟出概念在学案中的呈现方式。

二、 学案设计中概念图的运用及意义

概念图能够把知识高度浓缩，将各种概念及其关系类似脑对知识储存的层级结构形式那样进行排列，清晰地揭示意义建构的实质。在化学学案设计中运用概念图，是一种提高教学效果的有效手段。

1. 用概念图能够帮助学生理解概念，培养逻辑思维能力

在化学教学中，概念之间有严密的逻辑关系，包括从一般到具体的序列关系及渗透式的网状关系。然而，在具体的化学学习中，学生往往因为不能较好地辨别和建构概念和命题框架，只好死记硬背大量的公式和事实。教师在引导学生进行有意义的学习时，不仅要建立宏观的整体概念图，还要建立某一教学环节的小概念图，让学生从概念图的某一节点链接到小概念图中，以便形成对概念的完整认识。

例如，在进行电解质概念的教学时，可设计以“物质”为起点，“电解质”为中心概念的概念图（图1），用于高一化学《离子反应》的新授课教学。

在设计和应用该概念图时主要从以下几方面考虑：

（1）以学生已有知识为基础，找出知识的增长点，展示基本概念的逻辑关系。

学生已经掌握的物质分类有两种方法：按组成分类和按性质分类。而新学知识，则是物质的第三种分类方法――按电离程度分类。学生在学习过程中，容易混乱的是三种分类方式的从属关系和逻辑关系。在概念图设计中，抓住“化合物”这一新旧知识的生长点，既表明了各类物质之间的从属关系，又区分了“电解质”与“非电解质”的逻辑关系。

（2）引导学生阅读和思考，揭示物质发生化学反应的本质。

学习电解质的重点和难点在于，通过对溶液导电性实验的观察，讨论电解质溶液导电的本质和电离过程，理解离子反应的本质。课本中采用典型物质如氯化钠、蔗糖、醋酸等具体化合物溶液的导电实验，让学生通过观察到的实验现象，直观地认识到在水溶液中能导电的化合物是电解质。但学生在预习或课堂学习中，往往只注意到了实验的表面现象，而忽视了对现象背后的电解质导电本质的理解，造成“强弱电解质”与“导电能力强弱”关系的认识，以及对“强弱电解质”与具体代表物之间的从属关系认识不清。因此，在设计概念图时，突出电解质的“电离程度”（即水溶液能否电离）这个连接词，一方面比较了强弱电解质的实质，另一方面揭示了溶液导电能力与离子的浓度有关。

学案把认识概念的过程在图中直观地表示出来，起到了导读和导学的作用，有助于克服学生在阅读教材和观察实验过程中的盲目性和片面性。这比靠死记硬背来学习概念更能激发学生的学习兴趣，更能使学生体会成功的喜悦，降低遗忘率，提高知识提取和运用的正确率。

（3）帮助学生联系知识应用，提升化学语言使用能力。

导电实验和电解质概念的理解都是学习离子反应和离子方程式的基础。能正确书写离子反应方程式是化学语言能力的一种具体表现。学生在离子反应练习中遇到的障碍主要为：①书写当中“拆”与“不拆”问题；②溶液当中离子共存的条件。因此，在设计概念图时把解决这两个问题作为知识应用的一部分：①把书写规则与强弱电解质的典型物质联系起来。②揭示离子反应的本质和条件，让学生通过填写概念图，一目了然地从知识应用的角度，掌握“离子反应”这一化学语言。

2. 用概念图帮助学生形成知识体系，培养整体思维和发散思维

学生在化学学习过程中普遍存在的问题是对知识理解不深，记忆凌乱，不能把握规律，尤其是在有机化学的学习中，不能掌握有机物之间的性质和衍变规律，从而不能准确地应用知识解决有机物的合成与推断等问题。使用概念图（图2）可以帮助进行有机物的复习。

（1）突出某一类有机物质的性质，同时突出有机物之间的横向联系，形成认识有机物的整体思维。在使用学案导学时，不仅呈现出有机物官能团演变关系的概念图，还通过具体的问题来帮助学生形成认识有机物衍变途径的思路。

①“如何引入碳碳双键（乙烯如何制备）？”这个问题的目的在于帮助复习炔烃的性质、醇类和卤代烃的消去反应及其规律，同时建立“C=C”、“-OH”、“-X”等官能团的相互关系。

②“获取卤代烃的方式有几种？”“醇的衍生方式有哪些？苯酚如何制备？”这两个问题帮助认识概念图的核心物质――“烯烃”、“卤代烃”、“醇”之间的相互关系，并迁移拓展到炔烃苯氯苯苯酚的衍生线路。

③“醇、醛、酸是如何衍变的？”这个问题旨在帮助学生整理醇、醛、酸的连续氧化关系，理解醇“去氢氧化”，醛“得氧氧化”的本质。

通过这几个问题引导学生从具体的物质出发，由典型代表物到抽象的一类有机物，由个别到一般，形成对有机物的整体认识。

（2）为学生提供有机推断的基本思路，提升学生的发散思维能力。

有机物推断是学习难点，学生往往面对有机推断题感到无从下手。实际上，对推断题的考查就是对学生认知概念图中有机物衍变关系的考查，它对学生的整体思维和发散思维有较高的要求。在课堂中可有意识地从反应类型的角度帮助学生建立有机推断的基本“模型”。例如，“烯烃”制备“醛”可以通过：①烯烃直接氧化；②烯烃卤代烃醇醛；③烯烃醇醛等途径。又如，“酯”制备“卤代烃”可以通过：①酯醇卤代烃；②酯醇烯烃卤代烃等途径。

学生理解烃及其衍生物转化关系的概念图，实际上就是要掌握一道包含多条途径的有机推断题。它要求学生从不同的途径来掌握知识，从不同的角度来思考推断合成对象，学会转变思维。

3. 用概念图帮助学生养成自我反思的习惯，形成批判性思维

引导学生不断修正和发展自己的知识结构，让化学课堂成为学生高效学习的课堂是进行“学案导学”的最终目的。因此可以根据授课内容和学生的实际情况，选择概念节点，设置连线，寻找命题，在学案中给学生呈现出概念图的“半成品”。在教学过程中教师的作用主要是引导学生合理地完成概念图，准确寻找出知识点之间的联系。

学生完成概念图的过程实际上就是自我评价的过程。当学生完成概念图遇到困难时，他就会清楚地认识到自己的学习存在不足；当他在创建概念连接时缺乏创造性，就知道自己的知识储备不足、应用不灵活，于是学生就会努力去弥补这些不足。当学生通过与老师、同学探讨交流，使含糊不清的问题变得明朗，新的知识就能和原有知识建立有意义的联系。在学案当中运用概念图，可以便于学生评价自己理性认识的清晰性，了解自己的学习情况。

机电一体化基本概念第4篇

关键词：电负性；有机化学；教学方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）06-0192-02

在大学有机化学的教学中，有机化学反应机理的内容繁杂、抽象、易懂难记，更难以应用，因此往往成为学生在学习过程中的主要难点[1]。为了使学生能够真正理解各类有机反应发生的原因、反应历程及相关规律，笔者在教学实践中一直在努力寻找一种行之有效的教学方法，帮助学生更好地掌握有机化学反应机理。通过长时间的教学实践，笔者发现，学生能够很好地理解元素电负性的意义，并以它作为一种有力的工具灵活地运用这一概念去进一步学习和理解有机化学的其他理论知识，在学习中往往能够取得较好的学习效果。

电负性概念最早由Pauling（鲍林）在1930年提出，定义为“分子中原子将电子吸引向它自身的能力”[2]。在随后的几十年里，化学家对电负性的研究经久不衰，至今已提出几十种电负性标度[3-7]。在基础有机化学的教学中，对有机物分子中原子及基团电负性的讨论贯穿于整个教学过程的始终。下面笔者将结合自身的教学实践，对电负性在大学基础有机化学教学中的重要性进行探讨，并提出自身在教学过程中的一些体会，希望与同行进行交流。

一、电负性是学生建立有机化学思维方法的基础

学生在大学阶段学习有机化学时，会明显感到与中学化学的学习存在比较大的区别，中学有机化学教材的编写基本上沿用的是实验感知式和事实陈述式的叙事方法，主要是基于表象和经验的归纳与概括，鲜有对结构与性质关系的深入探究[8]，因此很多学生会沿用这种思维习惯，认为大学有机化学的学习主要也是靠对各类有机物化学性质及其反应式的死记硬背。在这种情况下，应从开始学习有机化学时就要向学生强化“结构决定性质，性质反映结构”这一思想。为了使学生不会对结构与机理问题产生畏难心理，在学习本课程的最初阶段，从一个学生并不陌生并且容易理解的角度开始分析有机化学问题是非常重要的。元素的电负性正是学生开始试着去分析有机化学问题的一个合适的开端。在介绍电负性这个概念时，笔者会向学生强调，电负性的本质是原子核对核外电子的吸引能力（主要是价电子）。对于学生来说，以学生已有的物理与化学的知识储备，对这个概念的理解并不困难。以此为出发点，学生会继续学习共价键的极性、分子的极性、共价键的断裂方式、有机化学反应类型等内容。在这一过程中，教师实际上在潜移默化地训练学生运用有机结构理论去分析有机化学问题，这为学生接下来的学习奠定了基础。

二、电负性是学生理解有机化学规律的突破口

电负性作为一个基础性的概念，贯穿于有机化学教学的整个过程。教师从这一概念出发，层层推进，由浅入深地向学生介绍取代基的电子效应、有机化合物的酸碱性、亲核取代反应机理、亲核加成反应机理等重要内容。在教学过程中，每次运用这一概念时，笔者总会先向学生提问：“电负性的本质是什么？”从教学效果来看，运用电负性的概念的确能够帮助学生更好地理解有机化学理论中的其他概念与规律。

在学生学习有机化学反应机理时，经常会有学生提出这样的疑问：“为什么进攻试剂进攻的是底物的这个位置，而不是其他的位置？为什么是这个键断开，而不是那个键断开？”如果在课堂教学中，没有及时地将学生的种种疑问解释清楚，学生会不愿意继续学习，直接影响学习效果。所以在讲授有机化学反应机理时，笔者会和学生一起思考、分析这样的问题，在学生接受了反应的原因后，再继续学习下面的内容。例如，在讲授“亲核取代反应机理”时，笔者会先对卤代烷发生亲核取代反应的原因进行分析。在卤代烷分子中，由于卤原子的电负性比碳原子大，所以碳卤键的共用电子偏向于卤原子，使α-C带有部分正电荷，容易受到具有给电子能力的亲核试剂的进攻，从而导致碳卤键发生异裂，卤原子带着一对电子，以卤负离子的形式离开。因此，该反应是一个受到亲核试剂进攻，导致旧键断裂，底物中的卤素原子最终被亲核性基团所取代的反应，这也是这一反应类型名称的由来。到这里，学生已经能够理解卤代烷进行亲核取代反应的原因了，教师将继续介绍亲核取代反应具体的两种反应历程及相关规律。

此外，在不同版本的有机化学教材中，对内容的组织不尽相同。有的教材将反应机理从具体的化合物类型中分离出来，集中讨论。但笔者认为，这么做可能会导致学生在阅读或听课时，引起一些不必要的疑问。以“亲核取代反应机理”为例，如果将该机理放在卤代烷这部分讲授，那么教师会在讲授亲核取代反应机理前，先对卤代烷的结构特点进行详细的分析，在此基础上，再学习亲核取代反应，学生会有较强的代入感，不会觉得内容突兀，也比较容易接受；反之，脱离具体类型的化合物，仅就反应机理进行先行学习，学生会觉得抽象，不容易理解。但在继续学习醇和醚等内容时，还会接触到这一反应类型，这时教师就要有意识地引导学生打破依据官能团对化合物分类的习惯性思维方式，指出这些化合物在进行相关反应时，在反应本质上的一致性，使学生做到对知识点的融会贯通，这是学习有机化学反应基本理论过程中非常重要的一个思考方式的转变过程。

三、结语

综上说述，利用元素的电负性这一基本概念，既可以在学生初学有机化学时引导学生从结构的角度分析有机化学问题；又能够在学生学习其他有机化学重要概念和规律时，成为分析与解决问题的突破口。像元素电负性这样的重要概念，在有机化学中还有很多，比如极化、电子效应、空间位阻效应等，对这些概念的深刻理解对于学生建立有机化学的思维方式，掌握有机化学的学习方法，具有重要的意义。因此，在教学过程中，教师应充分重视这些基本概念，使其成为学生学习有机化学的“金钥匙”，获得理想的教学效果。

参考文献：

[1][美]韦德.有机化学[M].第5版.万有志，译.北京工业出版社，2005：175-223.

[2]Pauling L. The nature of the chemical bond IV. The energy of single bonds and the relative eletronegativity of atoms[J]. Journal of the American Society，1932，（54）：3570-3582.

[3]Sanderson R. T. Principles of electronegativity Part I. General nature[J]. Journal of Chemical Education，1988，（65）：112-118.

[4]Sanderson R. T. Principles of electronegativity Part II. Applications[J]. Journal of Chemical Education，1988，（65）：227-231.

[5]Bratsch S G. Electronegativity equalization with Pauling units[J]. Journal of Chemical Education，1984，（61）：588-589.

[6]Smith E. W. A new method of estimating atomic charges by electronegativity equilibration[J]. Journal of Chemical Education，1990，67（7）：559.

机电一体化基本概念第5篇

关键词:物理概念;规律;教学探讨

物理基础知识中最重要最基本的内容是物理概念和规律。在物理教学中，物理概念和规律的教学是一个关键的环节，讲清、讲透物理概念和规律，并使学生的认知能力在形成概念、掌握规律中得到充分发展，是物理教学的重要任务。形成概念、掌握规律是一个十分复杂的教学过程，但一般都要经历概念、规律的引入、形成、深化和应用等四个环节。根据教学实践，针对以上四个环节做了一些初步的探讨。

1.物理概念和规律的引入

物理概念是从感性世界中来的[1]。概念和规律的基础是感性认识，只有对具体的物理现象及其特性进行分析、概括，才能形成物理概念，对物理现象的运动变化及概念间的本质联系进行归纳、总结，就形成了物理规律。为此，教师必须从有关概念和规律所包含的大量感性事例中，精选包括主要类型的、本质联系明显的典型事例来教学[2]，从而加强学生的感性认识。如何加强学生的感性认识呢？教师要充分利用板书、板画、挂图、演示试验等手段，充分发挥电化教学的优势，充分结合多媒体技术，使物理课堂教学形象生动，让学生在一个形象化的物理世界里来探究物理概念和规律。

物理概念和规律是比较抽象的。在进行物理概念和规律的教学时，常常采用“抽象概念形象化”的方法或建立“物理模型”的方法，来描述物理情景[3]。通过形象化的物理情景，利用逻辑推理、逻辑思维对其进行分析、概括、归纳、抽象出物理概念和规律。例如，在电场和磁场的教学中，用“电场线模型”来描绘电场，用“磁感线模型”来描绘磁场；在楞次定律的教学中，利用蓄水池中出水量和入水量对水池中水量变化的影响来体现感应电流的磁场对引起感应电流的原磁通量变化的“阻碍”作用。

2.物理概念和规律的形成

物理概念和规律是人脑对物理现象和过程等感性材料进行科学抽象的产物。在获得感性认识的基础上，提出问题，引导学生进行分析、综合、抽象、概括、推理等一系列的思维活动，忽略影响问题的次要因素，抓住主要因素，找出一系列所观察到的现象的共性和本质属性，才能使学生形成正确的物理概念和规律。

例如在动量的教学中，就是通过创设物理情境进行探究来逐步建立概念的。首先通过演示“静的粉笔”与“动的粉笔”和“静的锤子”与“动的锤子”的运动情况，比较发现静止物体和运动物体所产生的机械效果不同；再通过“慢慢行走的你”、“快速跑动的你”与墙相撞和篮球、铅球以同样的速度落地比较可知影响运动物体所能产生的机械效果的因素是物体的质量和速度；又通过质量不同、速度不同的两辆小车运动的有关分析与计算引导学生发现质量不同、速度不同的运动物体也可以产生相同的机械效果，但其前提是物体质量和速度的乘积必须相同。显然运动物体所能产生的机械效果是由质量和速度的乘积决定的，至此，引入动量来反映运动物体所能产生的机械效果便是水到渠成、顺理成章的事了。

3.物理概念和规律的深化

教学实践表明，只有被学生理解了的知识，学生才能牢固地掌握它，也只有理解了所学的知识后，才能进一步灵活地运用它。因此，在物理概念和规律形成之后，还必须引导学生对概念和规律进行讨论，以深化知识，巩固知识。

3.1物理概念和规律的物理意义的理解是关键。例如，加速度反映了物体速度改变的快慢，而速度则反映了物置改变的快慢，弄清了它们的物理意义，就可以避免“速度为零，加速度也为零；速度越大，加速度越大或速度越小，加速度越小”等错误的认识。

3.2物理概念和规律的适用范围和条件的把握是前提。例如，讨论地球公转问题时，它可以被视为“质点”，但在讨论地球自转问题时，它又不能被视为“质点”；电场强度E=kQ/r2仅适用于点电荷所形成的非匀强电场；牛顿第二定律F=ma只适用于惯性系中宏观物体低速运动的问题等。因此，只有明确了物理概念和规律的适用范围和条件，在解决实际问题的过程中才能不至于生搬硬套，做“拿来主义”的奴隶。

3.3物理概念间、规律间的比较也是非常重要的。比较是确定概念间、规律间在不同条件下的异同的一种思维过程。物理学中，概念间、规律间在空间上、时间上都存在着差异性和统一性，因此，在教学中应引导学生作空间上、时间上的比较以辨别概念间、规律间的异同和了解它们的发展过程，才能做到正确运用。以动量和动能为例，它们相同的是，都是物体的状态量；不同的是，动能的增量表示能量的转化，而动量的增量则表示机械运动的转移。既然已有动能来描述物体的运动状态，为何还要引入动量呢？原因就是动能的变化是力在空间上的累积效应，而动量的变化却是力在时间上的累积效应，二者从不同侧面来表现同一物理现象的本质特征，显然，非如此不能满足全面描述物体状态的客观需要。

另外，既要重视概念、规律的纵向联系，又要加强它们的横向联系，以活化学生的思维。如以加速度为中心，与速度相联系，可使学生理解加速度是速度变化率的含义；抓住加速度产生的原因，可以联系到力、质量、惯性以及牛顿第二定律；根据加速度是描述物体运动状态变化的基本物理量这一点，可以联系到常见机械运动的分类；根据加速度是描述物体速度变化快慢的量，可以联系到物体做功的快慢、磁通量变化的快慢等。

4.物理概念和规律的应用

学习知识的目的在于应用。在学生牢固掌握和深刻理解物理概念和规律的基础上，还要让学生在运用它们来说明和解释现象、解决实际问题的过程中不断加深。在运用概念和规律的这一环节中，一方面要精心选用一些典型的问题，通过教师的示范和师生的共同讨论，深化、活化对所学物理概念和规律的理解，使学生逐步领会分析、处理和解决物理问题的思路和方法；另一方面，要组织学生进行运用概念和规律的练习，在练习的基础上，要帮助和引导学生逐步总结出解决实际问题的一些带有规律性的思路和方法。

总之，物理概念和物理规律的教学是一个十分复杂的过程，不可能一蹴而就、一劳永逸，在教学过程中，应当从教材实际和学生实际出发，深入钻研教材，不断改进教学方法和教学手段，注意教学的阶段性，把握概念、规律的四个教学环节，逐步加深对物理概念和规律的理解和应用，从而达到提高物理教育教学的目的。超级秘书网：

参考文献：

[1]姜水根.《理念的世界》.《中学物理教学参考》[J].2004.9.56-58

机电一体化基本概念第6篇

[关键词]电子政务信息资源管理　电子政务信息资源共享本体领域本体

[分类号]G252

电子政务经历了基于数据管理的第一代与基于信息管理的第二代后，正迈向崭新的第三代知识管理型。政府信息资源的有效合理化管理和充分共享是知识管理型电子政务建设的重要环节之一，借鉴知识组织的理论与方法，充分挖掘政府信息资源的内在联系，探索政府信息资源管理的更优途径，可以使政府信息资源的组织更加科学、有序，便于政府决策与公共服务，为实现政府信息资源的全面共享奠定基础。

1　运用本体思想进行电子政务信息资源管理

1.1　基于主题词表构建领域本体的方法

本体作为知识组织的思想之一被越来越多地应用到各种知识组织中，许多学术机构都研究建立了各具特色的本体，如领域本体、通用或常识本体、方法本体、元数据本体等。目前，大多数本体是以领域为基础的，以下是几种常用的领域本体构建方法：IDEF5方法、骨架法(skeletal Methodology)、企业建模法(又称TOVE)、MEZHONTOLOGY方法、循环获取法(Cyclic Acquisition Process)、构建领域本体的知识工程方法等。

主题词作为政务信息资源库库内信息资源组织与管理以及库际信息资源管理与交换的基础，是指导各类政务信息采集、加工、整合和有效利用的核心。通过主题词严格的语义内涵和位属关联，建立所有信息资源在主题层的映射关系，以实现全库信息资源的加工规范化、标识有序化以及信息共享化。基于主题词表构建领域本体主要有以下优越性：①两者有许多相似点，如两者都包含词(概念、类)及词间关系；两者都具有等级结构、并通过等级关系及词间关系将词组织起来；两者都用来描述特定学科领域知识；两者都可以用作领域信息的组织工具。②某学科领域的主题词表包括本领域中相对比较完整的术语，这些术语都经过本领域专家多年的有序组织，可以为该领域本体的创建提供指导，主题词表中的限义词、涵义注释、等级关系、词间关系等为领域本体中概念的属性、实例以及关系的创建提供了线索及指导。

1.2　基于本体思想对政府信息资源进行管理

・对于电子政务知识管理系统来说，政府信息资源本体就是一个正式的词汇表。本体可以将对象知识的概念和相互间的关系进行较为精确的定义。在这样一系列概念的支持下进行知识积累、搜索、共享的效率将大大提高，真正意义上的政府知识重用和政府知识共享将成为现实。

・本体可以为政务知识库构建提供一个基本结构。以描述对象的类型而言，有简单事实及抽象概念，本体可以描述静态实体部分，它们主要描述政府事件或概念的各组成部分以及它们之间的静态联系，本体也可以描述政府时间或概念的运动和变化。应用了本体，政务知识库就可以运用这类结构去表达大量无组织的政府知识和常识。

・利用本体思想构建的电子政务本体与政务数据库虽然有些相似，但本体比数据库表达的知识丰富得多。定义本体的语言，在词法和语义上都比数据库所能表示的信息丰富得多。最重要的是，本体提供的是一个严谨且内容丰富的理论，而不单单是一个存放数据的结构。

・电子政务本体可以按照领域建立不同的政务领域本体，描述领域内重要实体、属性、过程及其相互关系。这些本体可以在不同的建模方法、范式、语言和软件工具之间进行翻译和映射，以实现不同政务系统之间的互操作和继承，成为政务系统中可重用和共享的组件。

2　基于本体思想的电子政务信息资源管理案例――美国印第安纳州电子政府FSSA本体

美国印第安纳州电子政府建设是很多文献介绍的典范，其成功之处在于利用本体方法建设电子政府数据库。美国印第安纳州电子政府indiana FamiIy and Social Services Adminislra-tion(FSSA)本体，属于最上层的域本体设计，它在“家庭与社会服务”这一本体下定义了9个本体(即低收入、处于危险的儿童、精神病与吸毒、弱智、区域健康与人性化服务、医疗补助、政府机构、法律实施及财政)，建立了最上层的概念关系，并用图形和箭头形式标示出了各下层本体之间的关系以及在一个专业本体里所包括的术语，如图1所示。

按照主题词表的编制规则，我们把这个本体图转换成FSSA主题词表。01―06为一级概念，其下按照英文字母顺序编制的为二级概念，或称为下位类。

01Mental Retardation Disability Ontology精神不健全人一一参03

01A Residential suppoa住房支持

01B Vocational rehabilitation再就业

01C Supported employment就业服务

02Medicaid(美国由各级政府资助、以助穷人和伤残这类对象的)医疗补助――参04

02AFood stamps食物券(粮票)――同04F

02B Medicated system医疗补助系统

02CWoman，infants，andchildren妇女、婴儿、儿童

03Local Health and Human Services Onlogy地区健康与公共事业――参06

03A Indiana Client Eligibility Systems印第安纳居民身份识别体系

03B Indiana SuppoEnforcement Trading Systems强制执行贸易体系

03C National Directory of New Hires国立出租名录

03D Temporary Assistance for Needy Families贫困家庭临时协助(人员)

04 Low income ontology低收入――参03、02、0l

04AEnergy能力

04B Job training／placement职业培训／安置

04C Woman Infants and Children妇女、婴儿与儿童

04DChildCare儿童保育

04EChild Support儿童抚养

04FFood Stamps食物券(粮票)――同02A

05 At-Risk Children Ontology濒危儿童――参02、04

05AAdoption收养

05B Fostercare看护

05C Early Intervention for disabled残疾早期干涉

05DFamily reservation／support家庭抚养

06 Mental Illness and Addiction Ontology精神病与吸毒一一参02、03

06A Mental illness treatment for adults成人精神病治疗

06B Addiction treatment戒毒治疗

06CPrevention预防

从该案例可以看出：①应该面向某一个或一类具体问题构建本体。从印地安纳州的家庭与社会服务机构的本体图中可以看出，该本体的特定领域是以家庭为主，围绕着家庭展开一系列的本体，囊括了家庭成员的衣食住行，并着重定义了面向弱势群体的各种服务本体，最终形成了6个主要本体。②本体间具有单向或双向联系，且这些联系的建立是有条件的。如低收入本体指向地区健康公共事业本体，是一种单向联系，凡是涉及低收入本体下的概念一律指向公共事业本体，即低收入群体中的问题直接由公共事业服务来解决，如04D儿童保育问题就由03D贫困家庭临时协助(人员)来解决问题，而医疗补助本体与低收入本体是双向联系的。③将该本体图转化成类主题词表可以看出，本体可以表示出更清晰的关系，甚至是复杂关系。而将一个本体转化成主题词表的话，关系表示很乱，起不到概念梳理作用。

3　电子政务领域本体的局部模拟

3.1　构建电子政务领域本体的步骤

鉴于基于主题词表构建领域本体的优越性，结合我国电子政务实际，确定以下电子政务领域本体的构建步骤：

3.1.1　需求分析确定电子政务领域本体应用的目的、范围、表示方法和用途等。电子政务领域本体建设要以应用需求为牵引，要对人类在认识世界过程中形成的不同“本体”(知识体系)进行认真分析，最终达到需求分析的定位准确、涵盖得当。

3.1.2　概念化通过各种渠道获得电子政务领域本体的主要概念，确立概念间等级关系，并用精确无歧义的语言加以描述，形成该领域本体的核心语义内容。获得领域信息最根本方法应该是考虑复用已有本体的可能性。通常的也是最行之有效的方法是复用已经广泛使用于各个学科领域的主题词表和分类表。

3.1.3　概念间联系　确定电子政务领域本体概念间联系，如属性、种属关系、总体与部分关系、领域中的特有关系；对所收集的名词术语进行规范，罗列重要的词和短语，并将其归类。还要确定概念间结构，定义类别和等级结构。

3.1.4　编码利用形式化描述语言对“概念化”的电子政务领域本体进行编码，使机器易于处理，尽量将相关领域已存在的本体集成到要构建的政务领域本体中，既避免重复建设，又可以形成领域内共享的本体。在众多本体构建工具中，斯坦福大学为语义网信息资源组织设计的软件prot6g6 3.1的界面友好、功能齐全，因此本文将其作为电子政务领域本体的建设工具。

3.1.5　确认、维护与评价对电子政务领域本体按照一定的标准进行确认和评价，包括本体的清晰性、一致性、可扩展性等；随着电子政务领域知识的增加，本体要不断更新、不断进化，增加本体概念，完善本体概念间的语义关系。

3.2　电子政务领域本体模拟一国土资源、能源本体

依照《综合电子政务主题词表(范畴表)》主题分类类目表，笔者选定“国土资源、能源”类模拟电子政务领域本体，见表1。

3.2.1　根据概念之问的联系，编辑上位类与下位类　笔者依照《综合电子政务主题词表(范畴表)》主题分类类目表在prot6g6 3.1软件中编辑，见图2。

图2 Prot696编辑下的国土资源能源分类示例

3.2.2　利用prot6g63.1中OWLViz工具显示概念间的关系prot6g6 3.1软件可以自动生成概念间的分类关系，从图3可以看出国土资源能源本体中的部分分类体系以及笔者将要研究的土地分类体系。

3.2.3　列举概念间的属性分析土地的4个下位类，它们四者可以有以下简单的关系：土地管理部门与机构“依照”土地管理制度与法规；土地管理部门与机构“具有的功能”为土地资源规划及土地资源管理，所以笔者从中总结出is_according_as，is function_of,has_function_of三种关系(因为该软件目前不支持中文，所以用英文形式)，其中is_function_of和has_function_of是一对互逆的概念，见图4。

3.2.4　为概念添加实例　经过分析，我们可以初步设计土地管理部门与机构下有国土资源部这一实例，土地管理制度与法规下具有《中华人民共和国土地管理法》(Land Law)与土地管理法规(Land Regulations)，见图5、图6。

3.2.5　实现查询功能在对概念、实例及概念关系进行定义后，可以实现对其中概念或者实例的查询，见图7。

3.2.6　总结通过以上5个步骤，利用prot6g63.1软件编辑了简单的国土资源能源本体，并且实现了一些查询功能。可以看出，由一个个简单的电子政务本体逐步建设起来就可以发展成为一个大型的复杂本体，建立起概念间更加复杂的联系，这些电子政务本体既可以转换成数据库，又可以帮助数据库推理概念之间的关系，实现政务查询和检索功能。由此可见，编辑大型的电子政务领域本体具有实践意义。

4　展　望

4.1　电子政务各个领域本体联合形成电子政府的知识地图

我国电子政务信息资源的建设正如火如荼般发展，它所涉及的内容多、范围广，需要众多领域专家的参与和建设。在不久的将来，电子政务信息资源充分建设后，各种电子政务底层的领域本体建设成功后，如综合政务本体、经济管理本体、信息产业本体等等，在电子政务这个大的蓝图之下，将各个本体按照其内部关系联系起来，构成布鲁克斯笔下的知识地图，形成真正的电子政府知识地图，使政府信息道路变得通畅而快捷。

4.2　形成专业化的电子政务门户网站

自从“三网一库”政务建设以来，我国的电子政务就是先从专业化的网站开始发展并逐渐强大的。这种发展方式比起各省市地区自己独立建设更加有效，避免了重复建设和通信障碍。基于领域本体建设的电子政务必然会形成各领域专业化的政府功能门户网站，而且基于本体思想可以从语义层面上组织某领域的电子政务信息资源，使之与因特网信息资源组织发展同步。

4.3　本体有助于发现新的知识增长点，发现新的政府功能结合点，优化电子政务流程

本体思想是在语义层面上对信息进行再组织，概念之间不拘泥于某一种或某几种关系。在概念或实例之间形成了立体的空间网状结构，正因为知识节点的增多和复杂，可能会在节点处发现新的政府功能实现形式，从而优化电子政务流程。

机电一体化基本概念第7篇

关键词:物理概念;规律;教学探讨

物理基础知识中最重要最基本的内容是物理概念和规律。在物理教学中，物理概念和规律的教学是一个关键的环节，讲清、讲透物理概念和规律，并使学生的认知能力在形成概念、掌握规律中得到充分发展，是物理教学的重要任务。形成概念、掌握规律是一个十分复杂的教学过程，但一般都要经历概念、规律的引入、形成、深化和应用等四个环节。根据教学实践，针对以上四个环节做了一些初步的探讨。

1. 物理概念和规律的引入

物理概念是从感性世界中来的[1]。概念和规律的基础是感性认识，只有对具体的物理现象及其特性进行分析、概括，才能形成物理概念，对物理现象的运动变化及概念间的本质联系进行归纳、总结，就形成了物理规律。为此，教师必须从有关概念和规律所包含的大量感性事例中，精选包括主要类型的、本质联系明显的典型事例来教学[2]，从而加强学生的感性认识。如何加强学生的感性认识呢？教师要充分利用板书、板画、挂图、演示试验等手段，充分发挥电化教学的优势，充分结合多媒体技术，使物理课堂教学形象生动，让学生在一个形象化的物理世界里来探究物理概念和规律。

物理概念和规律是比较抽象的。在进行物理概念和规律的教学时，常常采用“抽象概念形象化”的方法或建立“物理模型”的方法，来描述物理情景[3]。通过形象化的物理情景，利用逻辑推理、逻辑思维对其进行分析、概括、归纳、抽象出物理概念和规律。例如，在电场和磁场的教学中，用“电场线模型”来描绘电场，用“磁感线模型”来描绘磁场；在楞次定律的教学中，利用蓄水池中出水量和入水量对水池中水量变化的影响来体现感应电流的磁场对引起感应电流的原磁通量变化的“阻碍”作用。

2. 物理概念和规律的形成

物理概念和规律是人脑对物理现象和过程等感性材料进行科学抽象的产物。在获得感性认识的基础上，提出问题，引导学生进行分析、综合、抽象、概括、推理等一系列的思维活动，忽略影响问题的次要因素，抓住主要因素，找出一系列所观察到的现象的共性和本质属性，才能使学生形成正确的物理概念和规律。

例如在动量的教学中，就是通过创设物理情境进行探究来逐步建立概念的。首先通过演示“静的粉笔”与“动的粉笔”和“静的锤子”与“动的锤子”的运动情况，比较发现静止物体和运动物体所产生的机械效果不同；再通过“慢慢行走的你”、“快速跑动的你”与墙相撞和篮球、铅球以同样的速度落地比较可知影响运动物体所能产生的机械效果的因素是物体的质量和速度；又通过质量不同、速度不同的两辆小车运动的有关分析与计算引导学生发现质量不同、速度不同的运动物体也可以产生相同的机械效果，但其前提是物体质量和速度的乘积必须相同。显然运动物体所能产生的机械效果是由质量和速度的乘积决定的，至此，引入动量来反映运动物体所能产生的机械效果便是水到渠成、顺理成章的事了。

3. 物理概念和规律的深化

教学实践表明，只有被学生理解了的知识，学生才能牢固地掌握它，也只有理解了所学的知识后，才能进一步灵活地运用它。因此，在物理概念和规律形成之后，还必须引导学生对概念和规律进行讨论，以深化知识，巩固知识。

3.1物理概念和规律的物理意义的理解是关键。例如，加速度反映了物体速度改变的快慢，而速度则反映了物体位置改变的快慢，弄清了它们的物理意义，就可以避免“速度为零，加速度也为零；速度越大，加速度越大或速度越小，加速度越小”等错误的认识。

3.2物理概念和规律的适用范围和条件的把握是前提。例如，讨论地球公转问题时，它可以被视为“质点”，但在讨论地球自转问题时，它又不能被视为“质点”；电场强度E=kQ/r2仅适用于点电荷所形成的非匀强电场；牛顿第二定律F=ma只适用于惯性系中宏观物体低速运动的问题等。因此，只有明确了物理概念和规律的适用范围和条件，在解决实际问题的过程中才能不至于生搬硬套，做“拿来主义”的奴隶。

3.3物理概念间、规律间的比较也是非常重要的。比较是确定概念间、规律间在不同条件下的异同的一种思维过程。物理学中，概念间、规律间在空间上、时间上都存在着差异性和统一性，因此，在教学中应引导学生作空间上、时间上的比较以辨别概念间、规律间的异同和了解它们的发展过程，才能做到正确运用。以动量和动能为例，它们相同的是，都是物体的状态量；不同的是，动能的增量表示能量的转化，而动量的增量则表示机械运动的转移。既然已有动能来描述物体的运动状态，为何还要引入动量呢？原因就是动能的变化是力在空间上的累积效应，而动量的变化却是力在时间上的累积效应，二者从不同侧面来表现同一物理现象的本质特征，显然，非如此不能满足全面描述物体状态的客观需要。

另外，既要重视概念、规律的纵向联系，又要加强它们的横向联系，以活化学生的思维。如以加速度为中心，与速度相联系，可使学生理解加速度是速度变化率的含义；抓住加速度产生的原因，可以联系到力、质量、惯性以及牛顿第二定律；根据加速度是描述物体运动状态变化的基本物理量这一点，可以联系到常见机械运动的分类；根据加速度是描述物体速度变化快慢的量，可以联系到物体做功的快慢、磁通量变化的快慢等。

4. 物理概念和规律的应用

学习知识的目的在于应用。在学生牢固掌握和深刻理解物理概念和规律的基础上，还要让学生在运用它们来说明和解释现象、解决实际问题的过程中不断加深。在运用概念和规律的这一环节中，一方面要精心选用一些典型的问题，通过教师的示范和师生的共同讨论，深化、活化对所学物理概念和规律的理解，使学生逐步领会分析、处理和解决物理问题的思路和方法；另一方面，要组织学生进行运用概念和规律的练习，在练习的基础上，要帮助和引导学生逐步总结出解决实际问题的一些带有规律性的思路和方法。

总之，物理概念和物理规律的教学是一个十分复杂的过程，不可能一蹴而就、一劳永逸，在教学过程中，应当从教材实际和学生实际出发，深入钻研教材，不断改进教学方法和教学手段，注意教学的阶段性，把握概念、规律的四个教学环节，逐步加深对物理概念和规律的理解和应用，从而达到提高物理教育教学的目的。

参考文献

[1]姜水根.《理念的世界》. 《中学物理教学参考》[J].2004.9. 56-58

机电一体化基本概念第8篇

论文摘要：文章在介绍虚拟现实技术等相关概念的基础上，探讨虚拟技术的在产品概念设计中的应用，这项技术的使用让设计思路和设计表达更上一个全新的台阶，在产品的开发过程中，保证产品开发的一次性成功。

目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，虚拟现实技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。让人多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，大大减少了投放市场的风险性，也为 企业 决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。

一、虚拟现实与虚拟现实技术

（一）虚拟现实（virtual reality，vr）及虚拟设计（virtual design，vd）

虚拟现实（virtual reality，vr）是利用 计算 机省城一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进 自然 交互的技术。这里所谓模拟环境就是计算机生成的具有色彩的立体图形，它可以是某特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔、数据手套、数据衣服等穿戴于用户身上的装置和设置现实环境中的传感装置。自然交互是指用日常使用的方式对环境内的武体进行操作并得到实时立体反馈。虚拟现实是一种全新的人机交互系统，它能对介入者产生各种感官刺激，如听觉、视觉、嗅觉、触觉，给人身临其境的感觉，人能以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作。

虚拟设计是以“虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段”，借助这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互，实现从定性和定量综合集成环境得到感性和理性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。

（二）虚拟现实技术

虚拟现实技术是人的想象力和 电子 学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然的交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受。

二、概念设计的定义及内涵

pahl和beitz在《engineering design》一书中提出“概念设计”这一名词以来，人们对概念设计进行了十几年的研究。他们将其定义为：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理极其组合等，确定出基本求解途径，得到求解方案，这部分设计工作叫做概念设计。

国内的学者也对概念设计进行了大量的研究，其中邓家?在《产品概念设计》一书中将“产品概念设计”定义为“由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的，可组织的，有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。”

在几十年的时间里，人们对概念设计的研究日益增加、不断深入，使概念设计的内涵更加广泛和深刻。主要体现在:根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能分析、功能的工作原理、动作行为的构思、行为载体的选择和方案的组成的等。可见，确定方案是概念设计的最终结果，产品生命周期全过程的满足才是概念设计的关键。设计方法上更加全面融合各种方法，寻求综合最优方案，同时使设计更具创造性。

概念设计是对产品或部件的构思，目的是捕捉产品的基本形状。这个阶段，产品的形状和精确尺寸尚未确定，设计人员有一定变更自由，所以尽可能考察设计方案，以便选出生产成本最低、创意良好的方案。利用传统的计算机辅助设计，往往多是二维交互工具，缺乏三维或者多维的功能，但是产品却是三维的部件，这样必然导致人机交互效率低。现行的计算机辅助设计系统要求定义零件的尺寸，而在产品的概念设计阶段这样的尺寸可能无法精确得到或者根本没必要精确定义，这样必然影响设计效率和周期。传统的计算机辅助设计需要两类人员配合，即产品的设计人员和电脑绘图员，产品设计人员有关产品的概念信息通过草图或者口述的方法传达给电脑人员，这样导致信息的丢失或者绘图者的曲解，而如果设计者本人直接参与电脑辅助设计建模的话，由于现行的电脑辅助设计系统的操作复杂和交互能力若，大大分散了设计者的精力，限制了思路。为了克服这样的限制，充分发挥设计人员的创造性，人们开始把虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统进行概念设计，将虚拟现实技术和概念设计有效结合，利用丰富直观的交互手段，在虚拟环境中进行概念设计，从而节省产品精确描绘和尺寸定义的时间，这就是基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计，即虚拟概念设计。

三、虚拟概念设计的研究方向和应用前景

（一）概念设计中应注意的两个问题

1. 虚拟现实环境下的概念可视化。概念可视化是指设计师透过画面或者模型，将市场的需求转换成可视化的具体形态。概念设计是否能符合目标用户的要求，“眼见为实”的图面或者模型是最具有说服力的。

2. 虚拟现实环境下的人机交互界面。想实现人机互动，必须解决一系列技术问题，形成和谐的人机环境。虚拟现实就是一种基于可 计算 信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用计算机技术为核心的 现代 高科技省城逼真的视听触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以 自然 的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、互相影响，从而产生“沉浸”于等同真环境的感受和体验。

（二）虚拟现实技术在概念设计中的前景

在虚拟现实环境下，进行产品的概念设计是虚拟现实技术的基本内容。在电脑虚拟现实提供的良好的可视化条件下，对电脑辅助设计建立的三维模型在几何、功能、加工与装配等方面进行交互性的修改，利用虚拟现实给用户提供诸如视听触觉等各种感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。相关人员可以对原型的各方面包括视觉效果、部件间比率进行评价。针对不同用户的爱好要求，在不同的虚拟环境中，亲自体验修改模型；选择产品的可选部件，观察设计和修改过程。

概念设计是设计过程的初步阶段，它的目的是获得做够多的有关产品式样和形状的信息，同时它又是设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是由这个阶段决定的。面对日益加剧的产品市场竞争的挑战，可以预见，基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计必有长足 发展 ，最终将与现有计算机辅助设计系统实现无缝集成。激烈的全球市场竞争，各国投入大量的资金对虚拟现实技术及其在 工业 设计领域中的应用进行深入研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。

参考 文献

[1]周洪玉，王慧君，周岩．虚拟现实及应用的研究[j]．哈尔滨理工大学学报，2005，(5)．

[2]薄瑞峰，李戈．虚拟现实技术在计算机辅助概念设计中的应用[j]．华北工学院学报，2004，(10)．

机电一体化基本概念第9篇

论文摘要：文章在介绍虚拟现实技术等相关概念的基础上，探讨虚拟技术的在产品概念设计中的应用，这项技术的使用让设计思路和设计表达更上一个全新的台阶，在产品的开发过程中，保证产品开发的一次性成功。

目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，虚拟现实技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。让人多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，大大减少了投放市场的风险性，也为 企业 决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。

一、虚拟现实与虚拟现实技术

（一）虚拟现实（virtual reality，vr）及虚拟设计（virtual design，vd）

虚拟现实（virtual reality，vr）是利用 计算 机省城一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进 自然 交互的技术。这里所谓模拟环境就是计算机生成的具有色彩的立体图形，它可以是某特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔、数据手套、数据衣服等穿戴于用户身上的装置和设置现实环境中的传感装置。自然交互是指用日常使用的方式对环境内的武体进行操作并得到实时立体反馈。虚拟现实是一种全新的人机交互系统，它能对介入者产生各种感官刺激，如听觉、视觉、嗅觉、触觉，给人身临其境的感觉，人能以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作。

虚拟设计是以“虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段”，借助这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互，实现从定性和定量综合集成环境得到感性和理性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。

（二）虚拟现实技术

虚拟现实技术是人的想象力和 电子 学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然的交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受。

二、概念设计的定义及内涵

pahl和beitz在《engineering design》一书中提出“概念设计”这一名词以来，人们对概念设计进行了十几年的研究。他们将其定义为：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理极其组合等，确定出基本求解途径，得到求解方案，这部分设计工作叫做概念设计。

国内的学者也对概念设计进行了大量的研究，其中邓家褆在《产品概念设计》一书中将“产品概念设计”定义为“由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的，可组织的，有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。”

在几十年的时间里，人们对概念设计的研究日益增加、不断深入，使概念设计的内涵更加广泛和深刻。主要体现在:根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能分析、功能的工作原理、动作行为的构思、行为载体的选择和方案的组成的等。可见，确定方案是概念设计的最终结果，产品生命周期全过程的满足才是概念设计的关键。设计方法上更加全面融合各种方法，寻求综合最优方案，同时使设计更具创造性。

概念设计是对产品或部件的构思，目的是捕捉产品的基本形状。这个阶段，产品的形状和精确尺寸尚未确定，设计人员有一定变更自由，所以尽可能考察设计方案，以便选出生产成本最低、创意良好的方案。利用传统的计算机辅助设计，往往多是二维交互工具，缺乏三维或者多维的功能，但是产品却是三维的部件，这样必然导致人机交互效率低。现行的计算机辅助设计系统要求定义零件的尺寸，而在产品的概念设计阶段这样的尺寸可能无法精确得到或者根本没必要精确定义，这样必然影响设计效率和周期。传统的计算机辅助设计需要两类人员配合，即产品的设计人员和电脑绘图员，产品设计人员有关产品的概念信息通过草图或者口述的方法传达给电脑人员，这样导致信息的丢失或者绘图者的曲解，而如果设计者本人直接参与电脑辅助设计建模的话，由于现行的电脑辅助设计系统的操作复杂和交互能力若，大大分散了设计者的精力，限制了思路。为了克服这样的限制，充分发挥设计人员的创造性，人们开始把虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统进行概念设计，将虚拟现实技术和概念设计有效结合，利用丰富直观的交互手段，在虚拟环境中进行概念设计，从而节省产品精确描绘和尺寸定义的时间，这就是基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计，即虚拟概念设计。

三、虚拟概念设计的研究方向和应用前景

（一）概念设计中应注意的两个问题

1.  虚拟现实环境下的概念可视化。概念可视化是指设计师透过画面或者模型，将市场的需求转换成可视化的具体形态。概念设计是否能符合目标用户的要求，“眼见为实”的图面或者模型是最具有说服力的。

2.  虚拟现实环境下的人机交互界面。想实现人机互动，必须解决一系列技术问题，形成和谐的人机环境。虚拟现实就是一种基于可 计算 信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用计算机技术为核心的 现代 高科技省城逼真的视听触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以 自然 的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、互相影响，从而产生“沉浸”于等同真环境的感受和体验。

（二）虚拟现实技术在概念设计中的前景

在虚拟现实环境下，进行产品的概念设计是虚拟现实技术的基本内容。在电脑虚拟现实提供的良好的可视化条件下，对电脑辅助设计建立的三维模型在几何、功能、加工与装配等方面进行交互性的修改，利用虚拟现实给用户提供诸如视听触觉等各种感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。相关人员可以对原型的各方面包括视觉效果、部件间比率进行评价。针对不同用户的爱好要求，在不同的虚拟环境中，亲自体验修改模型；选择产品的可选部件，观察设计和修改过程。

概念设计是设计过程的初步阶段，它的目的是获得做够多的有关产品式样和形状的信息，同时它又是设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是由这个阶段决定的。面对日益加剧的产品市场竞争的挑战，可以预见，基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计必有长足 发展 ，最终将与现有计算机辅助设计系统实现无缝集成。激烈的全球市场竞争，各国投入大量的资金对虚拟现实技术及其在 工业 设计领域中的应用进行深入研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。 

参考 文献

[1]周洪玉，王慧君，周岩．虚拟现实及应用的研究[j]．哈尔滨理工大学学报，2005，(5)．

[2]薄瑞峰，李戈．虚拟现实技术在计算机辅助概念设计中的应用[j]．华北工学院学报，2004，(10)．