生态平衡的主要特征第1篇

关键词: 自组织理论 班级自主管理 可行性

1.自组织系统特性分析

一个系统是否具有自组织特性,是由系统内部各因素之间相互运作的方式决定的。在探索自组织运行机制时,我们不得不提到耗散结构理论[1]。耗散结构理论是由比利时物理学家和化学家普利高津(I.Prigogine)教授于1969年在“理论物理与生物学”国际会议上提出来的。

普利高津认为,系统的开放性、非线性、远离平衡态和涨落是形成自组织的重要条件,也是自组织系统的重要特性。

1.1自组织系统是一个开放的系统

系统可以分为三类:孤立系统、封闭系统和开放系统。孤立系统是指和环境隔离,既没有能量交换又没有物质交换的系统;封闭系统和环境有能量交换但无物质交换;开放系统和外界既有能量又有物质交换[2]。开放系统是系统形成自组织的基本条件之一。系统演化除了要考虑内部的熵产生外,还要考虑与外界物质和信息不断地交流。只有来自外界的负熵流大于系统内部由于运动而产生的熵,使总熵的变化符号为负,系统才能出现有序化进程,而这只有在开放系统中才能实现。

1.2自组织系统是一种非线性的系统

“系统在从无序状态向有序状态演化的过程中,涨落的普遍存在,不仅导致系统内部的各组分之间存在非线性相互作用,而且子系统之间、系统与外部环境之间都存在着非线性相互作用”[3]。非线性是形成自组织的必要条件之一。“非线性与线性是相对应的概念,线性系统具有以下特点:对给定的刺激有且只有一个反应;任何输入和输出都有一定的比例关系;系统恰好是各部分的总和”[4]。

1.3自组织系统是一种远离平衡态的系统

平衡态是边界系统允许系统内部的熵产生为零的特殊情况。只有系统处于远离平衡态,才能形成秩序,呈现动态特征。根据最小熵产生原理,在平衡态或衡态,系统朝向某个定态演变,其演化结果是到达熵产生最小的、与平衡态类似的非平衡态,系统的活动范围较小,此时,非平衡态将平滑地变为平衡态,系统不可能形成有序的结构。在系统远离平衡态条件下,利用系统的非线性机制,使相互对立的对象参加到协同的集体运动中,各个子系统才有可能向有秩序、有组织、多功能方向演化。由此,普里高津提出“非平衡是有序之源”的著名论断。

1.4自组织系统在各种因素的影响下会出现涨落现象

“系统内外那些能够对系统行为特性造成影响,但没有规则、无法预料的各种波动因素,统称为涨落”[5]。涨落既是对处于平衡态上系统的破坏,又是维持系统在平衡态上的动力。“可以说涨落是使系统有原来均匀定态解到耗散结构演化的最初驱动力。可以设想没有涨落存在,那不论在什么条件下,系统也不会自行脱离原来的不稳定的定态解,而实现新的有序的耗散结构”[6]。

所以说,没有涨落的存在,系统就不会偏离原来稳定的状态,实现新的、有序的自组织结构。

2.班级组织具有典型的自组织特征

2.1班级是一个开放的系统

“一切系统本质上都具有开放性,跟外部环境绝对没有联系的系统,也就没有谈论环境的必要,或者说不存在环境,因为它实际上不是系统。所以开放性是系统必备的基本属性之一”[5]。班级系统和其它系统一样需不断地与外界进行物质、能量和信息交换,通过对外界反馈过来的各种信息进行自控和自调,以达到使班级适应外界环境变化的目的。

2.2班级管理系统具有典型的非线性特征

2.2.1人际交往是导致班级管理系统具有非线性特征的主要原因

班级管理系统是一个由学校领导、班主任、科任教师、学生及班级中的各种物质因素所组成的复杂系统,是一个人―人―人的独特组织,即人管人、人教人、人学人。各个层次都存在着频繁的人际交往,而人际交往必然会导致如交往阻断、误解等情况发生,这就使得整个人际交往过程呈现非线性特征。

2.2.2组成班级系统的各要素之间的差异性决定了班级系统的非线性特征

“非线性系统的组成部分不仅在数量上而且在性质上要有相当的差异”[3]。很显然,作为班级系统组成要素的学生、班主任和科任老师等之间存在着巨大的差异性,而这些要素之间的差异性也决定了班级系统具有非线性特征。

2.2.3班级管理效率会随着各种因素的变动而变化

班级管理效率随着地点、人员、环境、物质的变动而变化,并不是投入的人力、物力越多,其输出就多,产生的效率就高。随着投入到班级管理中的人力和物力增加,班级的管理效率会有所增加,但并不是按照人力和物力的投入与管理效率成正比,在超出某个范围后,其效率增加就会减慢,甚至会出现效率下降现象,并不是随着投入的人力和物力的增加而上升。

2.3各种干扰因素必将导致在班级管理过程中出现涨落现象

班级管理过程中常受到内外因素的干扰,这些内外干扰因素无疑都会影响到班级管理过程,从而使班级管理过程偏离正常运行轨道,出现涨落现象。在这些因素中,有的因素有利于班级管理的效率提高,使班级管理达到预定的管理目标,而有的则是与班级管理目标相违背的。

当然,影响班级管理效率的最终要素,是这些因素综合作用的结果。当系统内外有利因素居于主要地位,在班级管理过程中发挥主要作用时,管理就向有利于达到目标的方向发展;而当系统内外不利因素占据主要地位,对班级管理过程起主要作用时,班级管理就会向偏离班级目标的方向发展。

2.4班级系统的各子系统之间的差异必然导致系统形成远离平衡态的属性

如果使班级管理处于平衡态,就会让其陷于僵死状态,因为平衡对应着无序,意味着生命的消亡。正如美国精神病学和动力学家曼德尔所说:“当你在生物学中达到平衡,你就死了。”自组织的班级管理,要求班级管理者尽可能地使班级系统各子系统远离平衡态。

所以,班级管理系统不能长期处于简单而又平均的平衡态,而应使其远离平衡态,这样才能使班级管理系统处于动态的运行过程中,促使班级进入有序状态,而如果班级管理各子系统之间没有差异,它们之间就不可能产生竞争,也就失去班级管理中的动力因素。

综上所述,班级系统完全具备了自组织系统所具有的所有特性,班级管理者将自组织理论恰当地运用于班级管理实际工作中,将会起到事半功倍的效果。

参考文献:

[1]蔡绍洪等.耗散结构与非平衡相变原理及应用[M].贵阳:贵州科学技术出版社,1998.1.

[2]颜泽贤.复杂系统演化论[M].北京:人民出版社,1993.

[3]周文松,王杰等.自组织理论与军工企业管理――理论・方法・应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006.5.

[4][英]拉尔夫・D.斯泰西著.宋学锋译.组织中的复杂性与创造性[M].成都:四川人民出版社,2000.

生态平衡的主要特征第2篇

[关键词]300MW汽轮机；故障诊断；故障征兆

中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0000-01

引言

汽轮发电机组是电力生产的重要设备，由于其设备结构的复杂性和运行环境的特殊性，汽轮发电机组的故障率不低，而且故障危害性也很大。因此，汽轮发电机组的故障诊断一直是故障诊断技术应用的一个重要方面。下面笔者探讨了300MW汽轮机故障诊断与分析。

一、300MW汽轮机故障诊断系统总体结构

汽轮机故障诊断系统总体结构如图1所示。

整个系统分为3部分：第I部分为振动信号高速、同步、瞬态数据采集；第II部分为高速数字信号处理；第III部分为故障诊断软件包。

1、振动信号采集

（1）锁相环技术的应用。在整周期控制电路中，为确保相位的稳定性，采用了锁相环技术。整形后的键相信号经锁相电路倍频后，控制A/D转换器的采样速率。旋转机械振动数据的采集由启动控制逻辑控制。启动逻辑信号发生后，采样控制电路工作，对多通道振动信号进行整周期采样，采样点数为每通道1024点。在数据采集系统中，采用一个同步脉冲的上升沿同时锁定数据信号，以保证采集数据的同步精度。

（2）采样频率的设定。振动信号采样是整周期采样，汽轮机每转动一周采样64点，即采样频率是汽轮机转动频率的64倍。数据的采样频率的具体实现过程：首先由键相信号确定汽轮机的转速及整周期采样的起点，再根据当时汽轮机的转速计算出相应的采样频率（f=n/64），然后由数字信号处理芯片中的初始化程序完成采样频率的计算和数据采集。

2、高速数字信号处理

高速数字信号处理部分是指以DSP为核心的数字信号处理板卡，主要用来实现振动信号的数字滤波、快速傅里叶变换和快速小波包分解。高速数字信号处理的结果通过上传给上位机，提供给故障诊断软件包做进一步的处理和分析。

3、故障诊断软件包

故障诊断软件包通过各种故障诊断的分析算法，对经过高速信号处理后的数据进行分析和计算。提供了多种故障分析手段和辅助工具，包括转子位置图、轴心轨迹图、频谱图、波德图、级联图、极坐标图等。可用于诊断下列故障：不平衡、初始弯曲、对中度不好、轴瓦不稳定、油膜振荡、汽流激振、动静碰磨、轴承座松动、共振和高次谐波共振。

二、300MW汽轮机常见故障征兆

1、转子不平衡的频谱征兆

（1）转子质量不平衡

转子质量不平衡故障产生的机理是，转子的各横截面的质心连线与各截面的几何中心的连线不重合，从而使转子在旋转时，各截面离心力构成一个空间连续力系，转子的挠度曲线为一连续的三维曲线。这个空间离心力力系和转子的挠度是旋转的，其旋转的速度与转子的转速相同，从而使转子产生工频振动。

当转子有质量不平衡故障时，在不平衡力的作用下，振动的主要特征有：转子的振动是一个与转速同频的强迫振动，振动幅值随转速及振动理论中的共振曲线规律变化，在临界转速处达到最大值。因此，转子不平衡故障的突出表现为一倍频振动幅值大；在一定的转速下，振动的幅值和相位基本上不随时间发生变化；轴心运动轨迹为圆形或椭圆形；动态下，轴线弯曲成空间曲线，井以转子转速绕静态轴心线旋转。

（2）转子初始弯曲

所谓转子初始弯曲，是指在冷态和静态条件下，转子各横截面的几何中心线与转子两端轴承的中心连线不重合，从而使转子产生偏心质量，导致转子产生不平衡振动。有初始弯曲的转子具有与质量不平衡转子相似的振动特征，所不同的是初弯转子在转速较低时振动较明显，趋于弯曲值。在汽轮机组中，通常用盘车时和盘车后测量到的晃度的大小来判断转子是否存在初始弯曲。

（3）转子热态不平衡

在机组的启动和停机过程中，由于热交换速度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生瞬时热弯曲，产生较大的不平衡，从而使转子产生振动。转子热态弯曲引起的振动一般与负荷有关，改变负荷，振动相应地发生变化，但在时间上较负荷的变化滞后.随着盘车或机组的稳态运行，整机温度趋于均匀，振动会逐渐减小。

当转子有热不平衡故障时，在不平衡力的作用振动的主要特征有：转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似；振动的幅值和相位随负荷发生变化；在一定的负荷下，振动的幅值和相位随时间发生变化；轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心运动轨迹类似。

（4）转子部件脱落

平衡状况良好的转子在运行中突然有部件脱落时，会引起转子质量不平衡，在不平衡质量的作用下会使转子发生振动。当脱落的部件质量相当大时，会使转子出现严重的质量不平衡，从而使转子的振幅值突然增大。尤其是，若转子的振幅值非常大时，就会导致二次事故的发生。

当转子有质量不平衡故障时，在不平衡力的作用下振动的主要特征有：转子部件脱落后，转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似；转子部件脱落的前后，振动的幅值和相位突然发生变化；部件脱落一段时间后，振动的幅值和相位趋于稳定；轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心运动轨迹类似。

（5）转子部件结垢

如果蒸汽的品质长期不合格，随着时间的推移，将在汽轮机的动叶和静叶表面上结垢，使转子原有的平衡遭到破坏，振动增大。由于结垢需要相当长的时间，所以，振动是随着年月逐渐增大的。并且，由于通流条件变差，轴向推力增加，机组级间压力逐渐增大，效率逐渐下降。

当转子有质量不平衡故障时，在不平衡力的作用下，振动的主要特征有：转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似；轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心运动轨迹类似；振动的幅值和相位随时间发生极为缓慢的变化，这种变化有时需要一个月甚至数个月才能发现明显的差别；机组的出力和效率逐渐下降；各监视段的压力随时间的变化而缓慢增加。

2、转子动静碰磨的故障频谱征兆

汽轮机组的径向和轴向碰磨通常发生在隔板汽封、叶片围带汽封以及轴端汽封部位，径向碰摩还可能发生在各轴承的油挡、挡汽片部位。发电机的径向碰磨通常发生在密封瓦处。

按摩擦的部位可分为径向碰磨、轴向碰磨和组合碰磨。转子外线与静止部件接触而引起的摩擦称为径向碰磨；转子在轴向与静止部件接触而引起的摩擦称为轴向碰磨；既有径向摩擦又有轮向摩擦的碰磨称为组会碰磨。按转子在旋转一周内与静止部件的接触情况分为整周碰磨和部分碰磨。转子在旋转的一周中始终与静止的碰磨点保持接触，称为整周碰磨；转子在旋转的一周中只有部分孤段发生接触，称为部分碰磨。另外，按照摩擦的程度分为早期碰磨、中期碰磨和晚期碰磨。

结语

以上本文对300MW汽轮机故障诊断进行了粗略的探讨，由于时间和篇幅有限，还有许多内容没涉及到，比如：轴承松动故障的频谱征兆、转子不对中等等，在今后的工作中，笔者将继续研究。

参考文献

生态平衡的主要特征第3篇

化学平衡（第1课时）

化学平衡贯穿高中必修与选修内容，主要体现在必修二“化学反应与能量”和选修四“化学反应速率与化学平衡”、“水溶液中的离子平衡”等主题中，承前而又启后，是学生认识化学、学习化学过程中不可缺少的一部分。但是从化学平衡中抽象出的化学平衡模型往往是学生的认知难点，因此化学平衡这一节不仅是中学化学教学的重点也是难点。

一、单元课程理念分析

本单元主题为“化学反应速率与化学平衡”，从化学反应速率入手，延伸到影响化学反应速率的影响因素，最后过渡到化学平衡。化学反应速率与化学平衡不仅是高中化学学习的重点与难点，同时它也遍布在我们的日常生活中、工业生产中，在这一单元的学习中，教师应该注重引导学生进行实验探究，并进行归纳总结。从课程基本理念来看，通过本单元的学习，教师应该引导学生进一步学习化学的基本原理与基本方法，形成科学的世界观；要从学生的已有经验和将要经历的社会生活实际出发，包括生活经验以及前面已经学习过的化学知识，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的化学相关的社会问题，培养学生的责任感、参与意识和决策能力。贯彻落实以化学实验为主的课程理念，使学生体验科学究过程，激发学生学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。同时，教师应该用更加多元化的评价方式对学生进行评价，学生也应该主动的进行自我评价。

二、内容标准分析

在义务教育的化学学习过程中，已经学习过饱和溶液以及溶解度的概念，这对于学生理解蔗糖的溶解、结晶平衡很有帮助。在必修二“化学反应与能量”的学习过程中，学生学习了化学反应速率的概念以及浅显的化学反应限度问题，并学习了催化剂温度对化学反应速率的影响，以及炼铁高炉尾气中存在的化学反应的限度问题。但是前面学习的这些内容仅是学习化学平衡章节的铺垫内容，虽然有部分交叉，但却是螺旋式上升的知识结构，在内容标准的要求上也有很大不同，但是也有着紧密的联系。

内容标准对比：

教材章节

内容标准

活动与探究建议

九年级下册第九单元第二节：溶解度

1.认识溶解现象，知道水是最重要的溶剂，酒精、汽油等也是常见的溶剂。

2.了解饱和溶液和溶解度的涵义。

3.了解结晶现象。

4.了解溶液在生产、生活中的重要意义。

①利用溶解性表或溶解度曲线，查阅有关物质的溶解性或溶解度；依据给定的数据绘制溶解度曲线。

②

探究氯化钠、硝酸铵、氢氧化钠三种物质在水中溶解时的温度变化。

必修二第二章第三节：化学反应的速率和限度

1.认识提高燃料燃烧效率的重要性。

2.通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。

①实验探究：温度、催化剂对过氧化氢分解速率的影响。

②设计实验：证明某些化学反应的可逆性。

选修四第二章第三节：化学平衡

1.描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。

2.通过实验探究温度、浓度、压强对化学平衡的影响，并能用理论加以解释。

3.认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

①实验：温度、浓度对溴离子与铜离子配位平衡的影响。

②讨论：化学反应的趋势和速率。

③讨论：合成氨反应条件选择的依据。

从内容标准的动词上来看，从初中时期的知道、认识阶段，到必修二认识、了解阶段，再到本章节的探究、解释阶段，可见对于化学平衡的学习是一个不断进阶的过程，也是一个螺旋上升的过程。初中时期学过的溶解度概念是我们研究溶解、结晶平衡的基础；必修二中的化学反应的速率和限度引入了化学反应速率的概念，并通过实验初步探究了可逆反应的限度问题，并认识到控制反应条件在生产生活中的重要应用。而在本章节的学习中，学生要进一步深入了解可逆反应、可逆过程，掌握可逆反应到达平衡时的特征，描述平衡的建立过程，并能够将可逆过程的平衡状态迁移到化学平衡状态，能够判断反应是否达到平衡。进一步认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用，培养对化学学习的兴趣以及对社会的责任感。

从活动与探究建议来看，实验探究贯穿三个板块，可见教师在讲授化学平衡这一章节时，一定要注重运用探究性教学，引导学生进行合作学习，提高学生探究能力、合作意识以及归纳总结的能力。

三、单元知识类型分析

从化学知识的分类上来看，本单元主要涉及化学用语、概念原理、化学计算以及化学实验四种知识类型。

化学用语

元素符号、化学式、化学方程式

概念原理

可逆过程、可逆反应、化学平衡

化学计算

浓度的计算、化学反应速率的计算，

化学平衡状态时一些简单的逻辑推理运算

化学实验

蔗糖溶解、结晶平衡，二氧化氮与四氧化二氮的可逆平衡

四、单元概念图的概念编排顺序及特点

从这一单元的概念图来看，化学平衡是与化学反应速率以及反应进行的方向同一层级的概念，不同的是，化学反应速率是化学动力学问题，而化学平衡与反应进行的方向是化学热力学问题。化学平衡下面是发散出的更加细化的相关的概念，化学平衡是基于可逆反应的平衡，因此可逆反应是下层概念，可逆反应又有自己的下层概念，即它自身具有可逆性和限度。化学平衡的改变带来的就是平衡的移动，因此平衡移动是与可逆反应平行的下层概念，而影响平衡移动的因素以及解释平衡移动的勒夏特列原理又是平衡移动的下层概念。化学平衡常数作为衡量可逆反应是否到达平衡的有效手段，也是化学平衡的下层概念。影响化学平衡的三大因素作为影响化学平衡因素这一概念下的三个平行概念。不难看出，化学反应作为本节的中心概念向外辐射，概念与概念之间层层递进也层层细化。

五、教材分析

化学平衡这一节位于选修四第二章第二节，承接必修二第二章第三节的化学反应速率与限度，同时也是选修四第三章水溶液中的离子平衡的理论基础，地位十分重要，同时也是教学的和学生学习的重难点。

栏目分析：

先行组织者分析——P25页第一段作为本节内容的先行组织者，通过例举了几个学生之前就已经接触过的化学反应，提出我们从前没有考虑反应的限度问题。然后通过物质的溶解引入溶解平衡这一物理平衡，引导学生在可逆过程平衡的基础上，构建可逆反应的化学平衡。从学生已有的经验入手，利于学生理解，进行知识建构；从哪可逆过程到可逆反应，从简到易，符合学生的认知顺序。

P25资料卡片——详细讲解了固体溶质的溶解、结晶过程作为可逆过程的特点，便于学生理解可逆过程以及可逆过程的平衡，同时有助于学生深入了解溶液理论。

P26资料卡片——对可逆反应进行了明确定义，并将反应限度为100%以及为0%的反应作为特殊情况处理，那么所有的化学反应就实现了统一。有利于学生加深对于可逆反应的理解，在可逆反应的基础上建构化学平衡。

六、学情分析（三维目标起点状态）

知识与技能：

1、了解溶解度的概念，明确蔗糖在水中不能无限溶解，在过饱和溶液中会有结晶析出。

2、了解温度能够影响固体物质在水中的溶解度。

3、了解化学反应速率的概念并能够进行简单计算。

4、知道催化剂与温度能够影响化学反应速率。

5、对可逆反应有一定的了解。

过程与方法：

1、有一定实验探究与合作学习的能力。

2、有一定的知识迁移能力但是不强。

3、抽象思维能力不强。

情感态度价值观：

1、认识到控制化学反应速率在生产生活中有重要的意义。

2、知道在工业生产（高炉炼铁）中存在化学反应的限度问题，改变化学反应的限度可以提高转化率。

七、三维目标设计

知识与技能：

1、通过对溶解平衡这一可逆过程的理解和迁移，使学生建立起化学平衡的概念，并理解可逆反应，明确可逆反应的表达方式。

2、通过实验探究以及小组合作学习，提高实验探究能力、科学素养以及团队协作能力。

2、通过对化学平衡概念的理解，归纳出一个可逆反应达到平衡状态时的特征。3、能用平衡状态的特征来判断可逆反应是否达到平衡。

过程与方法：

1、从学生已有关于溶解的知识——溶解平衡，导入化学平衡，通过对溶解平衡的理解和迁移，使学生建立起化学平衡是个动态平衡的概念。

2、通过实验探究以及小组合作学习的形式探究可逆过程、可逆反应以及化学平衡的特点。

3、引导学生理解化学平衡的概念，讨论并归纳出反应达到平衡时所具有的特征。

4、通过适当的练习让学生用已归纳的平衡特征来判断在一定条件下，一个可逆反应进行到某种程度时是否达到平衡。

5、通过课下查阅资料，提高搜集信息、筛选信息以及提取信息的能力。

情感态度价值观：

1、认识到化学平衡普遍存在于在我们的日常生活中与工业生产中，改变化学平衡在人类的生产生活中具有重要的意义。

2、化学平衡的核心内容——动态平衡，日常生活中的溶解平衡、环保等平衡问题与化学理论密切联系在一起——化学与生活息息相关。

八、教学重难点分析

教学重点：

1、对可逆过程以及可逆反应的认识和理解。

2、化学平衡状态的建立过程以及概念理解。

3、化学平衡状态的特征。

4、化学平衡状态的判断。

教学难点：

1、化学平衡状态的建立过程。

2、化学平衡状态的特征以及判断。

重难点确定理论依据：

对于本节内容而言，一切教学活动都是围绕化学平衡展开，化学平衡这一节是下一章“水溶液中的离子平衡”的理论基础，同时也是选修二“化学反应速率与限度”的延伸，无论在教材中还是在化学学科的知识体系中，都有着十分重要的地位，因此是对于可逆过程以及可逆反应的认识和理解、化学平衡状态的建立过程以及概念理解、化学平衡状态的特征以及化学平衡状态的判断都是教师教学的重点。

对于学生而言，他们对可逆过程以及可逆反应的认识都比较浅显，而在此基础上建立起来的化学平衡又十分抽象，不利于他们的理解，因此化学平衡状态的建立过程、化学平衡状态的特征以及判断是教学难点。

九、教学方法

多媒体演示法、提问法、谈话法、实验探究法、讲解法

十、教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

环节一

可逆过程及平衡

【提问】：大家结合我们的日常生活并回顾以前学过的知识，思考一下，蔗糖能够在水中无限的溶解吗？

【讲解】我们以前就已经学习过蔗糖、食盐等固体是不能在水溶液中无限溶解的，因为他们都有一定的溶解度。

【PPT展示】展示一杯饱和蔗糖溶液，杯内仍有没有溶解的蔗糖固体。

【提问】大家思考一下，当蔗糖溶液达到饱和的时候，溶解现象还存在吗，如果存在，如何通过实验验证呢？

【教师引导】向饱和蔗糖溶液中加入继续加入蔗糖晶体，蔗糖晶体的总质量不会再减少，但是如果蔗糖晶体能够在别的地方析出，就能证明蔗糖在析出的同时也在不断的溶解，因为在一定温度下，蔗糖的溶解度是一定的。大家思考一下，我们可以通过什么样的手段让蔗糖在别的地方析出呢？

【PPT展示】播放向蔗糖溶液中插入棉线并有蔗糖晶体在棉线析出的视频，验证先前提出的假设。

【板书】蔗糖溶液

可逆过程

在溶液达到饱和时，v溶解=v结晶

【总结】蔗糖溶解是一个可逆过程，溶液达到饱和时，并非是一个静止的过程，而是蔗糖晶体的溶解速度与析出速度相同。

【提问】既然溶液中一直存在着溶解和结晶的过程，那在溶液还未达到饱和前，这两种过程间的关系是怎样的呢？在过饱和的情况下，这两种过程之间的关系又是怎样的呢？引导学生阅读P25资料卡片。

【总结并板书】

未饱和时：v溶解>v结晶

过饱和时：v溶解

【思考并回答】

蔗糖在水中有一定的溶解度，因此不会无限度的溶解。

【仔细观察】通过观察图片确定自己回答的正确性。

【思考并进行交流】溶解现象可能仍然存在，只不过溶解过程与结晶过程速度一样。

【实验设计】通过回顾初中知识，想到向饱和蔗糖溶液中插入棉线，观察是否有蔗糖晶体析出。

【仔细观察实验现象】得出饱和蔗糖溶液中同时存在溶解与结晶两个过程，且v溶解=v结晶的结论。

【思考并回答】在没有达到饱和前，v溶解>v结晶；在过饱和的情况下v溶解

回顾溶解度概念，让学生明确蔗糖在水溶液中的溶解是有一定

“限度”的。

温故知新，在溶解度、饱和溶液的基础上进一步通过实验探究蔗糖的溶解是一个可逆过程，在饱和溶液状态下溶解与结晶达到平衡。

实验设计过程如果学生没有想到插入棉线，其他可行的方案也可以，教师可以进行适当干预

明确蔗糖溶解过程是一个可逆过程，在达到平衡时正过程与逆过程的进行速度一样。在没有达到饱和前，v溶解>v结晶；在过饱和的情况下v溶解

环节二

可逆反应

【导入】我们刚刚研究了蔗糖溶解这一可逆过程，但是我们不仅接触过像蔗糖溶解这样的可逆过程，还接触过可逆反应，比如说在高炉炼铁中存在的焦炭和氧气生成一氧化碳的反应，以及我们工业上的合成氨反应。

【板书】可逆反应

高炉炼铁：

2C+O2=2CO

工业及合成氨：

2N2+3H2=2NH3

【讨论】我们现在已经举出了几个可逆反应的例子，让我们来归纳一下，到底什么样的反应叫做可逆反应，可逆反应应该用什么特殊的表示符号呢？

这个反应叫做可逆反应吗？

【总结】在相同的条件下能够同时从正向和逆向两个方向进行化学的化学反应称为可逆反应，可逆反应要用可逆符号来表示。

【回顾】回顾从前学过的可逆反应，以及他们在工业生产的体现。

【交流讨论】可逆反应是正向和逆向均能进行的反应，但是要在同样的条件下，氧气与氢气生成水的过程与水电解生成氢气和氧气的过程反应条件不一样，所以不是可逆反应；可逆反应要用可逆号而不是等号来表示。

从可逆过程过渡到可逆反应，是知识进阶，也是知识迁移的一个过程，符合学生的认知顺序，能够让学生更好的把握可逆过程与可逆反应之间的关系。

通过交流讨论以及教师引导明确可逆反应的定义以及基本特征，能够判断可逆反应。

环节三

化学平衡

【类比探究】我们已经研究过，对于可逆过程，当它达到平衡时，存在v溶解=v结晶的动态平衡，那么可逆反应作为可逆过程的一种，是不是也存在这样的平衡呢？

【追问】那在达到平衡之前，这个可逆反应是怎样进行的呢？

【PPT展示】二氧化氮在容器里的反应过程，并引导学生仔细观察气体颜色。预测达到平衡时的现象。

【继续PPT展示】将刚刚的实验装置进行热水浴操作，气体颜色改变，引导学生思考原因。

【讲解】气体颜色的改变意味着v正≠v逆了，说明平衡发生了移动，这意味化学平衡是可以改变的。

【回顾总结】在到达平衡时，这个体系有什么特点呢？

【总结归纳并板书】化学平衡

定义：

研究对象：可逆反应

标志：各组分浓度都不再改变

实质：v正=v逆

特征：

①逆：只有可逆反应才有化学平衡

②等：v正=v逆

③动：反应并没有停止，而是达到了动态平衡。

④定：各组分的物质的量浓度都不在改变。

⑤变：化学平衡是可以改变的。

【思考交流并回答】可逆反应同样存在这样的平衡，在达到平衡时v正=v逆，反应物不再减少，生成物也不再增加。

【回答】在到达平衡之前v正>v逆，,

反应物不断减少，生成物不断增加。

【观察并思考】

反应达到平衡时，v正=v逆，反应物与生成物的浓度不再改变，装置里的气体颜色不再改变。

【思考并回答】NO2变少了N2O2变多了，反应进行的程度加深了一些。

【归纳思考并回答】到达平衡时v正=v逆，反应物与生成物的浓度不再改变，化学平衡会因为环境的影响而发生改变。

通过类比推理、知识迁移，以及小组间的合作交流，发掘出可逆反应的平衡特征。

教师引导，通过类比和迁移，自我构建化学平衡的建立过程。

通过实验探究，归纳思考、讨论交流等方式发现化学平衡的特征

通过归纳总结以及教师讲解，在化学平衡建立的基础上掌握化学平衡的特征。

环节四

巩固提升

【习题巩固】

【例1】

在一定温度下,可逆反应达到平衡的标志是　（AC

）

A.

C的生成速率与C分解的速率相等

B.单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolB

C.

A、B、C的浓度不再变化

D.

A、B、C的分子数比为1:3:2

【例2】

下列说法中可以充分说明反应:

在恒温下已达平衡状态的是（

B

）

A.反应容器内压强不随时间变化

B.P和S的生成速率相等

C.反应容器内P、Q、R、S四者共存

D.反应容器内总物质的量不随时间而变化

【例3】

下列说法可以证明反应已达平衡状态的是(

AC

)

A.1个NN键断裂的同时,有3个H－H键形成

B.1个NN键断裂的同时,有3个H－H键断裂

C.1个NN键断裂的同时,有6个N－H键断裂

D.1个NN键断裂的同时,有6个N－H键形成

【教师讲解】

【思考作答】

回顾刚刚讲到的化学平衡的相关知识，并通过逻辑推理，简单运算等方式来确定答案。

【聆听讲解】仔细听教师讲解，审查自己的错误以及思维漏洞。

这是三道均是判断可逆是否达到平衡的题目，但是切入点却不一样，即从不同的方面来判断各组分是否还在变化，可逆反应是否达到平衡。有利于学生对化学平衡更加深层次的理解，同时也增强他们逻辑推理能力。

环节五

情感升华

【PPT展示】合成氨工业在人类历史上起着至关重要的作用，如果没有合成氨工业，就不会有今天迅猛发展的农业，也就不能养活地球上的七十多亿人口，尽管合成氨工业给人类带来了极大的收益，但事实上反应：

2N2+3H2=2NH3

它的转化率并不高，而提高合成氨的转化率，仍然是科学家们一直在研究的问题，如何让反应朝我们希望的方向进行？请大家思考这个问题并查阅相关资料，我们下一节课会讲解影响化学平衡移动的因素。

【倾听、思考】感受化学给人类文明带来的巨大贡献，并结合合成氨工业中的可逆反应，加深对本节课知识的印象，同时积极思考老师留下的问题并进行资料的查找。

通过讲述化学在工业生产中的重要应用以及贡献，让学生感受化学的魅力，提高学习化学的兴趣，同时增强对社会发展的责任感。

十一：板书设计

主板书

三、化学平衡

研究对象：可逆反应

定义：在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的百分含量（浓度、质量、质量分数、体积分数）保持不变的状态。

标志：各组分浓度都不再改变

实质：v正=v逆

化学平衡特征：

逆、等、动、定、变

主板书

一、可逆过程

在溶液达到饱和时，v溶解=v结晶

未饱和时：v溶解>v结晶

过饱和时：v溶解

二、可逆反应

特点：在相同的条件下能够同时从正向和逆向两个方向进行化学的化学反应。

表示：可逆符号

到达平衡：v正=v逆

未达平衡：v正>v逆

副板书

练习题目的一些讲解

十二：教学设计反思

困难：

1.

不能准确判断一课时教学具体能够进行到什么地方，因为没有进行过具体授课，因此无法确定每一部分的教学过程具体需要多长时间。

2.

评价方式比较单一，只有习题和口头提问。

3.

教学设计过程中，不能准确判断哪一种教学活动更有助于学生理解。

解决策略：

1.

上网查找一些精品课程，同时学习老师发的一些案例，将一课时教学内容确定在影响化学平衡的因素之前。

2.

应该设计导学案对学生进行评价。

生态平衡的主要特征第4篇

论文关键词：高职院校;专业建设;教育生态学;生态因子

目前，高职院校面临的关键问题是如何完成从规模建设到内涵发展的转型，实现可持续发展。因此，必须研究推动高职院校发展的核心问题，即专业建设问题。这是因为专业建设是高职院校内涵建设的核心，也是提高教育教学与人才培养质量的关键。抓好专业建设，既能为高职院校发展确定方向，又能为高职院校提高人才培养质量提供保障，还能为高职学生顺利就业奠定基础。

事实上，近些年专业建设研究一直是高职教育研究中的重点，教育理论界对高职院校专业建设的内涵、特征及实现路径等诸多问题进行了相当多的探讨，并提出了许多颇有见地的见解。但是，我们注意到，这些研究大多集中在高职院校的专业设置与规划、专业培养目标定位、课程体系建设与改革、专业教学团队建设、校内外实训条件建设、校企合作实践项目建设等方面，也就是说，基本上是从静态、局部的角度出发。因此，为了适应时代与教育的发展要求，有必要从教育生态学的视角对高职院校专业建设进行动态分析与全面审视，并对高职院校优化专业建设生态环境，提升专业内涵，实现可持续发展提出有益的策略建议。

教育生态学的基本原理

生态学是研究生命系统与环境系统之间相互作用的规律和机理的科学。自20世纪30年代以来，许多教育理论与实践研究者把生态学原理和方法运用到教育研究中，对人类生存的宏观环境和教育之间的交互关系进行了卓有成效的探讨，逐步形成了比较完备的教育生态学的理论框架。

教育生态学依据生态学原理，特别是生态系统、生态平衡、协同进化等原理与机制，研究各种教育现象及其成因，并进而掌握教育发展规律，揭示教育的发展趋势和方向。总体而言，这门学科的研究主要集中在三方面：第一，注重分析教育生态环境及其各种生态因子对教育的作用和影响，进一步明确教育的生态结构，从而阐述教育的宏观生态和微观生态；第二，在分析教育生态结构的基础上，力求全面阐述教育的生态功能，并揭示教育生态的基本规律，如教育生态的平衡与失调、教育生态的良性循环、竞争机制与协同进化以及迁移和潜移规律等；第三，努力揭示教育发展的规律和生态机制，探索优化教育生态环境的途径和方法。

教育生态平衡是教育生态理论的核心问题，是教育生态的一条基本规律，把握这一规律，就能从根本上全面揭示教育领域存在问题的实质，推动教育更好地协调发展。何谓教育生态平衡？理论界认为，教育生态大体上可以看作是教育系统内部诸要素之间的交互作用及其外部环境之间的物质、能量和信息交换的关系，而教育生态平衡则主要是指教育系统的综合平衡、运行高效、功能优异及其与社会环境的良好协调。

专业建设生态性及各影响生态因子

“生态”主要指生物与环境因素的相互关系。当研究高职院校专业建设时，我认为，专业建设与一定时空范围内的学校生态环境密不可分。也就是说，在教育生态学视野中，学校本身是一个完整的生态系统，专业、教师、学生以及学校内外环境等都是这个生态系统中的子系统或因子，因子之间始终存在物质、信息和能量的交流转换，并力求达到彼此之间的平衡。

对平衡的追求要求生态系统的各子系统以及各生态因子的运动变化发展都遵循物质运动的一般规律。但需要注意的是，若单从某个时段分析，不平衡现象是常态，而平衡现象则是非常态；若是从生命进化和生态系统进化的长远观点分析，平衡是相对的、暂时的、动态的，所有的生态系统实际上都处于貌似不平衡的“动态平衡”之中，是运动与平衡的统一。具体到高职院校专业建设这一生态系统而言，它是由许多生态因子共同构成的，诸多生态因子对整个系统发生综合影响，它们始终处于貌似不平衡的“动态平衡”之中。

仔细分析影响高职院校专业建设的诸多生态因子，我们可以将它们分成三类，即专业个体特征因子、学校外部特征因子、学校内部特征因子。这三方面生态因子构成了高职院校专业建设的三个层次环状生态圈，对高职院校专业建设都起着不可或缺的促进或制约作用。

专业个体特征因子，主要包括专业培养目标、专业教学计划、课程体系、师资队伍、校内外实训条件等。这方面的生态因子，在高职院校专业建设中起着核心因子的作用，是我们研究与实践中常常所说的“硬件”和“软件”，是专业办学水平与实力的具体体现，是人才培养工作的主要载体。

学校外部特征因子，主要包括高职教育发展的社会文化观念、法律和政策体系、经费保障等，实质上是政府和社会为高职教育发展构建的宏观环境或保障体系。对于完善高职院校专业建设而言，这一宏观环境或保障体系至关重要，这一点我们可以从近些年的高职教育发展中看到。目前，无论是招生规模还是在校生规模，高职教育在高等教育中都占据了“半壁江山”，实现了历史性的跨越式发展。高职教育当今的勃勃生机源于哪里？无非是经济社会发展对高职教育提出的前所未有的需求，教育事业发展为高职教育发展提供的良好基础，社会对高职教育的认可氛围，中央政府对高职教育发展的重视程度和中央财政对高职教育的经费投入强度等等。对此我们均归为政府和社会为高职教育发展构建的宏观环境或保障体系。

学校内部特征因子，主要包括由学校的办学理念、价值观、规章制度、组织结构、运行机制、校容校貌、教风学风等构成的学校文化。高职院校加强专业建设，提升专业内涵，目的是更加注重人才培养，更加注重知识创新，更加注重办学质量和特色，更加注重服务社会、引领社会，而这一切的背后，都需要一个无形而又无处不在的灵魂支配，这个灵魂就是学校文化。学校文化广泛渗透在高职院校专业建设中的各个环节，影响和支配着专业的发展方向、发展模式、发展特色和建设成果。在专业建设中，学校文化具有多方面的功能，主要包括主流价值观的导向功能，凝聚师生力量的激励功能，基于普遍文化认同而自觉遵守规章制度的规范功能，对师生思维、行为习惯和专业素养的熏陶功能。

促进高职院校专业建设的建议

高职院校专业建设作为一种生态现象，必须着眼学校的持续发展和专业的持续发展，努力遵循教育协调发展的规律与要求，解决好专业发展与校内、校外环境的矛盾，保持专业建设与发展的生态平衡，避免在专业建设与发展过程中出现内部生态链危机和系统整体效力减退等问题。依据教育生态学原理，对高职院校专业建设提出以下策略建议。

（一）全盘考虑，创设促进高职院校专业建设的稳定、平衡、有序的生态环境

1840年，J·李比希通过对比谷类作物的产量，发现农作物通常不受它所需要的大量的营养元素的限制，反而受那些只是微量需要的原料的限制。只要稍微加入所缺的微量元素，产量马上就会明显地提高，他由此说明这些微量元素是作物增产的“限制因子”，并以此为基础提出了生态学中著名的“限制因子”定律。

今天，“限制因子”定律已经从自然因素扩充到社会因素和精神因素。对高职院校专业建设生态系统而言，也同样存在着“限制因子”，而且是所有的生态因子都可能成为“限制因子”，起到限制性的作用，这些因素共同构成了高职院校专业建设的生态困限，制约着专业健康发展。因此，“应然”状态的专业建设，需要摆脱其生态环境中各“限制因子”的束缚，通过各生态因子的和谐共生来维持其生态环境平衡，最终实现专业内涵提升。摆脱“限制因子”束缚，促进高职院校专业建设，这是一个生态进化过程，是高职教育发展史的必然，也是高职院校专业发展的内在要求。

对高职院校而言，需要从教育生态平衡理论出发，统筹兼顾、整合优化影响专业建设的各生态因子，杜绝偏废其一，努力构建一个稳定、平衡的有效促进专业发展的模式，使高职院校专业建设回归“应然”状态与本质。

（二）加强生态调控，形成促进高职院校专业建设良性持续健康发展的生态循环

在教育生态理论中，任何一个生态组都有输入输出，而且存在着简单的或复杂的控制与反馈，在生态内外和各要素之间都会有信息的传递和转换。在生态构筑中，一方面要注意各要素的层次结构，另一方面更要注意信息的反馈和控制，使各种活动与管理工作形成一个环路和可控、不断向前发展的系统，使信息能够自动地反馈并进行不断调整，最终保证整个生态系统良性循环。

循此思路，在建立专业建设管理模式时，学校不仅要结合专业的内外部实际制定专业发展规划或方案与促进专业建设的制度或措施，而且要定期检查专业发展规划或方案与促进专业建设的制度或措施在执行过程中存在的问题，并针对存在的问题及时适当处理。

（三）激发促进高职院校专业建设的各生态因子，诱发专业办学水平由量变到质变

专业个体特征因子教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》指出：“高等职业教育作为高等教育发展中的一个类型，肩负着培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高技能人才的使命，在我国加快推进社会主义现代化建设进程中具有不可替代的作用。”高职教育“要全面贯彻党的教育方针，以服务为宗旨，以就业为导向，走产学结合发展道路，为社会主义现代化建设培养千百万高素质技能型专门人才”。这些对高职教育的定位性表述，需要我们在专业建设中全面准确地理解，并一以贯之。具体而言，在专业建设中，我们需要准确定位专业培养目标，培养高素质高技能应用型人才；改革课程结构，建设与行业和专业发展接轨的专业课程体系；提升师资队伍水平，逐渐形成专兼职结合、结构合理的“双师型”专业教学团队；建设校内实训场所和校企合作实践教学基地，形成专业依托机制；重视专业建设研究，形成专业拓展机制等等。

学校外部特征因子如前所述，政府和社会构建的保障体系为高职教育发展提供了关键的战略机遇，有力推动了高职教育的新一轮发展。但我们也应看到，在社会环境中依然存在着诸多制约高职教育发展的因素，甚至力量还相当强大。例如，在社会文化观念中，“万般皆下品，唯有读书高”的传统观念依然是人们推崇的目标，并进而导致重理论、轻实践，重知识、轻技能，鄙视劳动生产，鄙薄职业技术等社会习惯；在法律制度方面，我国的《职业教育法》作为一个国家职业教育的基本法还远未完善，特别是行业企业承担职业教育的法律责任不明晰，利益驱动机制不健全，政府相关部门政策不配套，造成职业教育的校企合作办学缺乏必要的法律制度保障；在经济投入方面，目前我国高职教育依然存在“高成本”与“低投入”的矛盾，导致高职院校学费高、办学条件和教学资源相对短缺等问题。因此，在我们研究高职院校专业建设的过程中，不能忽视保障体系的完善。这就要求我们必须强化国家对高职教育发展的主导作用，不能一味认同市场机制的调节作用。作为政府，需要从国家战略高度出发建立完善的促进高职教育发展的法律、经费保障体系，努力增强高职院校的办学水平，进而增强高职教育对广大民众的吸引力，形成有利于高职教育发展的社会文化观念。

学校内部特征因子学校文化作为专业内涵提升背后的一个无形而又无处不在的灵魂，是研究专业建设必须思考的。高职院校在专业建设过程中必须将文化建设作为办学的一个战略基点。首先，将文化建设作为学校战略规划的重要部分，与专业建设相融相通。通过学校文化建设，从社会价值和发展战略的层面形成高度的文化自觉，深入思考专业的办学定位和文化使命，在服务大局的过程中主动对接区域经济产业的需求。其次，将文化建设体现在人才培养上。教风学风是学校文化的集中体现，又是决定人才培养质量的关键所在。因此，在专业建设过程中，必须牢固树立“以人为本”的理念，全心全意依靠教师共同建设与发展专业，全面反思学校课程教学、教师激励与考核、学生评价以及相应的奖学金评定等教学和学籍管理制度，努力营造适应具有社会适应能力、创新竞争能力的人才培养的教风学风。最后，将文化建设体现在学校制度设计上。制度文化在学校文化建设中处于中介的位置，通过制度设计与执行能够把理念转化为行动、精神转化为物质。制度设计的出发点不是约束人、惩罚人，而是具有激励导向功能，因此，需要建立尊重人才、凝聚人才、激励人才的规章制度，特别是人事分配制度、科研管理制度、财务管理制度、教学成果奖励制度、学术评奖制度等等，以制度建设带动学校文化的升华，并进而提升专业内涵。

生态平衡的主要特征第5篇

【关键词】斜拉桥，稳定理论，失稳判别准则，评价指标

中图分类号：S773.4 文献标识码：A 文章编号：

结构失稳是指在外力作用下结构的平衡状态开始丧失稳定性，稍有扰动，也会引起很大的位移和变形，甚至发生破坏。此时虽然截面的内力并未超过它的最大抵抗能力，但结构的平衡状态发生了分支，或者是随着变形的发展内外力的平衡己不可能得到，于是结构在外荷载基本不变的情况下可能发生很大的位移最后导致结构的破坏。

一、稳定理论的发展概况

与桥梁结构相关的稳定理论已有悠久的历史，同时桥梁失稳事故的发生促进了桥梁稳定理论的发展。早在1744年欧拉（L.Euler）就进行了弹性压杆屈曲的理论计算。在国内对于斜拉桥的稳定性问题，李国豪等提出了采用空间杆系屈曲有限元方法进行计算的思路，并给出了计算斜拉桥平面屈曲临界荷载的近似方法。

根据结构经受任意微小外界干扰后，能否恢复初始平衡状态，可把平衡状态分为稳定、不稳定和随遇三种。研究结构稳定的主要目的就在于防止不稳定平衡状态的发生。由失稳前后平衡和变形性质，可以把稳定问题分为两大类：第一类稳定，即分支点失稳问题。见图1；第二类稳定，即极值点失稳问题，见图2。

图1 分支点失稳

图2极值点失稳

二、斜拉桥的第一类稳定问题

在斜拉桥建设的初期，跨径一般较小，再加上计算手段的不成熟，通常只考虑第一类稳定问题，而且常把塔和梁分离开来单独考虑其稳定性。对斜拉桥稳定性较精确的分析方法是有限元法，这种方法可求得斜拉桥整体的屈曲安全度。

在有限元分析中，斜拉桥被离散为许多单元。如果知道各个单元的力和位移的关系，则不难推出整体结构的力和位移的关系。值得注意的是，在压杆刚度矩阵中，需要考虑轴向力对刚度的影响。对于第一类稳定问题而言，结构失稳时是处于小变形范围，大位移矩阵[KL]较小，通常忽略不计。

空间梁单元在小变形下的单元刚度矩阵： （1）

—单元的刚度矩阵；

—单元的弹性刚度矩阵；

—单元几何刚度矩阵。还与初始轴力N有关，所以也称为初始应力刚度矩阵。几何刚度矩阵使单元刚度发生了变化，主要是由于轴力在杆弯曲时所产生的效应所致。当轴力是拉力时，杆的刚度变大，即强化(增加)了单元刚度矩阵；当轴力是压力时，杆的刚度变小，即软化(减小)了单元刚度矩阵。

然后，将各个单元的刚度矩阵，集合成整个结构的整体刚度矩阵，将作用于各单元的等效结点力列阵，集合成总的载荷列阵。于是得到以整体刚度矩阵[K]、载荷列阵{F}以及整个结构的结点位移列阵{δ}表示的整个结构的平衡方程

[K]{δ}={F}(2)

即 (3)

一般来讲，式(3)的系数矩阵是非奇异的，它只有零解{δ}=0。表示原来的非挠曲的平衡是稳定平衡。设外力按比例增加λ倍，单元轴力成为λP，由于

[Kσ]与荷载大小有关，整体的几何刚度矩阵变为λ[Kσ]。整体平衡方程则成为：

(4)

如果λ足够大，使得结构达到随遇平衡状态，即当{δ}变为({δ}+{Δδ})时，平衡方程式(4)也能满足，即有：

(5)

同时满足式(4)和式(5)的条件是

(6)

由此可见，结构的稳定性分析最终归结为广义特征值问题。{Δδ}=0是式(6)的一组解，表示结构未发生失稳变形的情况，这组解并不是我们需要的。为了使式(6)取得非零解，则要求：

(7)

这就是计算稳定安全系数的特征方程，若为n阶，在理论上可得到n个特征值，相应地可由式(6)求出n个特征向量，它们分别表示各阶稳定安全系数的大小及相应的屈曲模式。对于稳定问题，有实际意义的只是最小正特征值所对应的临界荷载端λminP。如果特征方程式(7)没有正特征值，说明在这种荷载下结构没有失稳问题，例如杆在轴向拉力下就不会发生失稳问题。

λ称为特征值，也叫比例因子或载荷因子，作用荷载P乘以它就等于临界屈曲荷载Pcr。作用荷载可以是任意的，如果给定荷载P是单位荷载，特征值即是屈曲荷载，如果给定荷载P是实际荷载，特征值即为该结构的屈曲安全系数，总之，它们的乘积Pcr保持不变。

三、斜拉桥的第二类稳定问题

第二类稳定问题可以理解为求结构极限荷载的问题。从设计的角度讲，现行的承载能力极限状态设计法是从“极限设计”的思想中引出的概念。传统的“强度设计”以构件最大工作应力乘以安全系数等于材料的屈服应力为依据。但是，在一般的情况下，构件某截面开始屈服并不能代表结构完全破坏，结构所能承受的荷载通常较构件开始屈服时的荷载要大。为了利用这一结构强度储备量，“极限设计”提出了极限荷载的概念。即引起结构完全崩溃的荷载，并将结构的工作荷载取为极限荷载的一个固定的部分。显然这种考虑方式更为合理。

斜拉桥稳定性分析中，对于第一类稳定问题的分析一般采用弹性有限元方法，通过特征值求解得出一阶特征值作为稳定安全系数，其计算原则为：

(1)假设失稳前结构处于小变形状态，不考虑斜拉桥的各种非线性特征；

(2)计入施工过程中位移和应力的叠加效应。

对于第二类稳定问题的分析一般采用荷载增量求解的非线性有限元方法，通过非线性方程的求解得出结构的极限承载力，从而得出结构的稳定安全系数，其计算原则为：

(1)考虑梁—柱效应、大位移效应及斜拉索垂度效应；

(2)计入施工过程中位移和应力的叠加效应；

(3)考虑主梁和混凝土桥塔的材料非线性；

(4)考虑单根构件极限承载能力的影响；

(5)考虑施工过程中临时支架支点的单向受力(仅受压)特性。

考虑单根构件极限承载能力的影响及支架支点的单向受力特性属于边界非线性问题。因而第二类稳定问题包含了几何非线性、材料非线性及边界非线性，属于多重非线性问题。

综合第一类稳定和第二类稳定的计算原则，研究稳定问题时，可对下列情形进行计算分析：

(1)第一类稳定性分析；

(2)仅考虑几何非线性的稳定性分析；

(3)同时考虑几何非线性和支架支点单向受力特性的稳定性分析；

(4)同时考虑几何非线性和材料非线性的稳定性分析；

(5)根据第二类稳定性计算原则，进行极限承载能力分析。

上述计算情形的依次计算分析，既可以得出斜拉桥各种非线性因素对稳定性安全系数的影响及一般规律，又是编制、调试斜拉桥稳定计算程序和检查模型正确性的必要步骤。

四、斜拉桥稳定性判别标准及评价方法

（一）结构稳定性的判别准则

判断结构的稳定性一般可采用能量准则、静力准则及动力准则。前面介绍的方法均属于静力准则。以下介绍能量准则对结构稳定性进行判断。

由能量原理可知，如果结构处于平衡状态，则它的总势能泛函∏的变分为零，即：

δΠ=0 (8)

如果Π*表示平衡状态发生微小改变的总势能泛函，则将Π*按Tayler级数展开可得：

Π*=Π+δΠ+1/2δ2Π (9)

因为在平衡状态由式(14)，得总势能泛函的增量为：

ΔΠ*=Π*-Π=1/2δ2Π (10)

如果只取二阶微小量，则由此可得判断结构稳定性的能量准则：

如果δ2Π>0，则Π为极小值，结构处于稳定平衡状态；

如果δ2Π

如果δ2Π=0，则Π为驻值，结构处于临界平衡状态。

利用变分原理可得：

δ2Π=Δ{δ}T[K]Δ{δ}(11)

因此判断稳定性的能量准则可变为

如果Δ{δ}T[K]Δ{δ}>0，则稳定平衡；

如果Δ{δ}T[K]Δ{δ}

如果Δ{δ}T[K]Δ{δ}=0，则临界平衡。

式中[K]为刚度矩阵，如果[K]正定，则平衡是稳定的；如果[K]负定，则平衡是不稳定的；如果[K]奇异，即det[K]=0，则平衡处于临界状态，它对应的荷载就是临界荷载。

（二）结构稳定性的评价指标

对于稳定性评价指标，最直观的即为稳定安全系数。对斜拉桥的整体稳定性能，规范并没有明确规定斜拉桥的整体稳定安全系数。一般来说，结构的稳定安全系数是相对于某种特定荷载而言的。在非线性稳定分析方面，对加载方式目前还没有统一的根据，它的选择大多取决于设计者的意图，目前对于稳定安全系数的计算主要有两种方法。

1、第一种方法

对于斜拉桥施工过程中各状态以及成桥状态的整体非线性失稳安全系数，现定义为结构在丧失承载能力前所能承受的荷载量与设计荷载量的比值。即：

{Pcr}=λ{Psj} （12)

式中：λ—稳定承载能力安全系数；

{Pcr}—某工况下结构在失稳时的总荷载(包括恒载、活载)：

{Psj}—某工况下结构的设计荷载(包括恒载、活载)。

结构稳定安全系数λ为：

λ={Pcr}/{Psj}（13)

2、第二种方法

结构失稳时的总荷载可表示为：

{Pcr}={Pd}+λ1{P1}（14)

式中：{Pcr}为结构总的失稳荷载；

{Pd}为此阶段开始施工前的恒载；

{P1}为施工阶段新增恒载或成桥阶段的活载；

λ1为结构失稳时相对于{P1}的加载倍数。

结构稳定安全系数λ为：

(15)

这两类稳定安全系数的定义都能反映出斜拉桥的稳定安全储备。第一种定义反映了结构对所有荷载的安全储备能力：第二种定义将结构现有恒载看作不变量，仅考虑结构新增恒载或活载的安全储备能力。

虽然工程结构的失稳大多属于第二类稳定问题，但作为第二类稳定问题的上限，第一类稳定问题的特征值求解还是具有一定的应用价值，在一个粗略的范围内它能够评价结构的稳定性。斜拉桥第一类稳定性的安全评价标准一般参照斜拉桥试用规范，要求第一类稳定安全系数大于4。

根据国内已建桥梁的设计经验，在结构的空间分析模型中，考虑几何非线性及单根构件极限承载力的影响后，只要稳定安全系数在2.0以上，结构稳定性可以得到保证。因此，斜拉桥第二类稳定性的安全评价标准为其稳定安全系数应大于2.0。

五、结论

（1）介绍了稳定理论及其发展概况；

（2）详细地论述了两类稳定问题；

（3）简要叙述了稳定问题失稳判别准则，探讨了斜拉桥稳定性的两种评价指标。

【参考文献】

[1]李国豪.桥梁与结构理论研究.上海:上海科学技术出版社,1983.

[2]曾庆元.斜拉桥稳定问题简介及塔柱与主梁自由长度计算.长沙铁道学院学报,1991,22(3):22-26.

[3]葛耀君.斜张桥平面内的稳定分析.东北公路,1990,39(1):59-66.

[4]颜海.大跨度斜拉桥扁平钢箱梁整体—局部相关稳定问题研究.博士学位论文,上海:同济大学,2003.

[5]李存权.结构稳定和稳定内力.北京:人民交通出版社，2000.

[6]交通部重庆公路科学科研所主编.公路斜拉桥设计规范(试行).北京:人民交通出版社,1996.

生态平衡的主要特征第6篇

关键词：竹子；生态化学计量学；内稳性假说；生长速率假说；适配与错配；养分诊断；平衡施肥；生态系统优化管理；竹林培育；

作者简介：杨光耀

竹子(竹亚科植物的总称)生长快速、材质优良，被广泛用于建材与家居；竹笋味道鲜美、营养丰富，备受人们青睐(江泽慧，2007；Chongthametal.，2011)。仅2001年全球竹材消费就高达3000万t、竹笋消费200万t(Kleinhenzetal.，2000；Kleinhenz&Midmore，2001)，年贸易额高达45亿美元(Kleinhenz&Midmore，2001)。我国竹林面积近600万hm2，产值1600亿元，并呈逐年上升的趋势(董杰和张燕，2015)。竹产品需求持续增长，大大促进了竹林发展，但不合理经营导致了部分竹林衰退(楼一平等，1997)、产量下降(孟赐福等，2009)、地力退化(楼一平，2001；Guoetal.，2014)、环境污染(吴家森等，2009)等生产和生态问题。这些问题既与竹子自身的生长发育、开花结实等生物习性有关，也与人类采收笋材、垦复施肥等经营活动相关。然而，前人仅从竹子生物学、生态学和培育学等方面进行了零散的研究，不利于以上问题的综合解决。因此，竹子领域研究亟需一个统一化理论做指导。

生态化学计量学是从元素计量的角度来探讨生命运动的内在规律的理论(曾德慧和陈广生，2005；贺金生和韩兴国，2010)。它通过有机体内元素含量及比率关系，将生物的生长发育、健康状况、行为方式、生态系统动态、生态环境保护等多层次、多学科问题联系起来，现已成为生态学、环境科学和生物学领域最流行的理论框架(Sterner&Elser，2002；Hillebrandetal.，2014)。在竹子经营与研究过程中，虽然人们早已发现竹子开花(何奇江等，2005；丁兴萃，2006)、发笋大小年(费世民，2011)、竹笋品质形成(林海萍等，2004)与体内养分含量及比例有关，竹林土壤污染主要是因为养分搭配不当和总量盈余(孟赐福等，2009)，也提出了平衡施肥与养分管理技术(郭晓敏等，2013)，但尚未形成一个从竹子基础生物学到生产经营的有关养分元素的统一化理论，极大地影响了竹林生产和生态环境建设。

本文试从生态化学计量学角度，总结近年竹子生物学、生理学、生态学、营养学、培育学等方面的研究成果，重点分析竹子生命元素的组成及内稳性特征、元素化学计量与竹子生理生态学过程的关系、竹子化学计量平衡的主要内外影响因子、生态化学计量学在竹林养分诊断与平衡施肥领域的应用等竹子生理、生态与生产问题，以期进一步丰富生态化学计量学内容、扩大生态化学计量学在生产实践中的应用，也为竹林这一特殊森林的生产经营及环境保护提供理论指导，实现我国“少投入、多产出、保环境”的战略构想。

1生态化学计量学的概念与理论基础

生态化学计量学主要是从元素组成及比率的角度来研究生物与环境关系，是近年生态学中飞速发展的领域。自1840年德国农业化学家JustusvonLiebig发现植物生长与元素含量的关系并提出了“最小因子定律”以来，经过生态位理论(Grubb，1977)、最佳取食理论(Belovsky，1978)、资源比理论(Tilman，1982)、养分利用理论(Vitousek，1982)、Redfield比值(Redfield，1958)等理论的发展，Reiners(1986)提出“ChemicalStoichiometryoftheBiota”，将化学计量学理论用于研究生态系统结构与功能，到2002年，Sterner和Elser出版专著《EcologicalStoichiometry：TheBiologyofElementsfromMoleculestotheBiosphere》，系统地阐述了生态化学计量学的定义、基本理论及其应用范畴，标志着生态化学计量学体系的逐渐成熟，也为生物学统一化理论构建提供了新思路(Sterner&Elser，2002；曾德慧和陈广生，2005；贺金生和韩兴国，2010)。当前，生态化学计量学已发展成从生物大分子到生态系统，从微生物、动物到植物，从营养学、生态学到环境科学多层次、多学科都相互关联的综合性理论，并逐渐被应用于预测或解决区域乃至全球的生态环境问题(曾德慧和陈广生，2005)。其理论逻辑如下：

(1)生命是物质运动的最高级形式，一切有机体都是由元素构成；

(2)生物有机体都有其特定的元素组成及其比率关系，即元素计量内稳定性(stoichiometrichomeostasis)；

(3)有机体内元素平衡是相对的，它易受外界环境(食物)影响而发生变化(甚至偏离)；

(4)体内元素平衡变化或偏离会影响有机体的新陈代谢、生长发育、健康状况和行为方式(Schatz&McCauley，2007；Rivas-Ubachetal.，2012)；

(5)有机体具有维持元素内平衡的机制(homeostaticmechanism)，它可通过生理或行为等适应性调节，在变化的环境(食物)中可以维持或恢复自身化学计量的相对平衡；

(6)不同有机体的化学计量内平衡能力有所差异，能保持平衡者正常生长发育，反之则异常，甚至死亡；

(7)群体中有机体的此消彼长会影响到种群动态、群落演替和生态系统的发展及其生产、生态功能的发挥(Sterner&Elser，2002；Güsewell，2004；Yanetal.，2015)。

通过生命元素这一线索，生态化学计量学将不同层次的生命活动统一起来，也将不同生命学科统一起来，并形成两个被人们广泛接受的基础理论(或假说)(Sterner&Elser，2002；Andersonetal.，2004)，即化学计量内稳性假说和生长速率假说。

化学计量内稳性假说(stoichiometrichomeostasishypothesis)是指在环境(食物)化学元素组成发生变化的情况下，生物有机体可通过一系列生理或行为调节以保持其元素组成的相对稳定(Sterner&Elser，2002；Elseretal.，2010)。Sterner和Elser(2002)提出有机体-环境化学计量关系公式：y=cx1/H。公式中，y、x分别表示有机体、环境元素浓度(或比率)，c是常数，H是化学计量内稳性指数，反映有机体化学计量内稳性维持能力的大小。当H=1时，该有机体没有任何的化学计量内稳性；H>1时，有机体具有维持自身元素平衡的能力，H越大有机体内稳性越高(Sterner&Elser，2002)。

生长速率假说(growthratehypothesis)是解析有机体维持内平衡的机制性假说。该假说认为有机体生长速率与其体内元素化学计量比率紧密联系。高生长速率往往对应高N：C、P：C以及较低的N：P。因为有机体快速生长需要大量富含P的核糖体(蛋白质的合成场所)和RNA、DNA、ATP等物质(Elseretal.，2003；Reefetal.，2010)。生长速率假说是解析细胞生物学、生物新陈代谢、种群动态和生态系统功能的理论框架(Niklasetal.，2005；Ågren，2008)。

另外，生态化学计量学特别重视生物与环境的矛盾统一，认为生物元素内平衡需求与环境供应间的适配(match)与错配(mismatch)关系是推动生命发展的根本动力(Sterner&Elser，2002)，也是环境变化的重要原因之一。一方面环境元素会影响生物的内平衡和生长速率(Méndez&Karlsson，2005；Rivas-Ubachetal.，2012)；另一方面生物会通过吸收和释放体内元素而改变环境，进而对生物产生影响(Sterner&Elser，2002)。因此，生物与环境间连续而复杂的元素化学计量适配或错配反馈关系推动着生物与环境的协同进化(Abbasetal.，2013)。

2生态化学计量学在竹子基础研究中的应用

2.1竹子养分元素需求与化学计量内平衡

竹子体内含有30–40种大量元素和微量元素，它们都与竹子生长发育、竹材(笋)品质等生物学特性密切相关(蒋式洪等，2000；费世民，2011)。C、N、P、K是竹子的基本组成元素，C是生命的骨架元素与能量元素，毛竹(Phyllostachysedulis)叶片C含量((512.13±11.13)mg·g–1)高于世界陆生植物的平均水平((464.32±32.10)mg·g–1)。N、P、K不仅影响竹子发笋数量，也会影响竹笋品质(郑郁善等，1998；蒋式洪等，2000)；Ca、Mg分别与竹子根系生长和叶绿素形成有密切关系。另外，Si尽管不是生命必需元素，但竹子体内Si含量特别高，近年备受关注(潘月等，2013；戎洁庆等，2013；Umemura&Takenaka，2014)。

竹子具有较强的维持体内元素相对平衡的能力。郭子武等(2011)发现施肥对红哺鸡竹(Phyllostachysiridescens)叶片C、N、P含量及比值影响不大。其叶片C：N、C：P可保持在18.71–35.02、304.41–458.52，N：P变幅更小，仅为15.28–17.12。郭宝华等(2014)野外调查发现，尽管土壤N：P差异明显(4.50–13.69)，但毛竹叶片N：P变化不大(12.60–13.69)。顾大形等(2011)通过盆栽实验发现，土壤N或P增加2–3倍，四季竹(Oligostachyumlubricum)仍可保持叶片N：P基本不变，其内稳性指数H(N：P)=2.85>1。庄明浩等(2013b)发现当CO2浓度由360μmol·mol–1增至500μmol·mol–1时，毛竹和四季竹叶片养分C、N、P含量及其比例都没有明显变化，说明竹子在变化的土壤或大气环境中，都能保持体内元素的相对平衡，符合生态化学计量学的“内稳性假说”。综合多种竹子的研究结果(周国模和姜培坤，2004；费世民，2011；庄明浩等，2013b)，发现竹子叶片平均化学计量比值为C：N：P=380：16：1，其中N：P高于自然界陆生植物平均值(10：1)(Knecht&Göransson，2004)，也高于国内一般草本植物(13.5：1)(Hanetal.，2005)，而与阔叶植物(15.1：1.0)和常绿木本植物的平均值(15.2：1.0)相近(Hanetal.，2005)，说明竹子与常绿阔叶木本植物具有相似的“植物-环境”化学计量学响应特征。

2.2竹子化学计量内平衡的影响因子

生物有机体生态化学计量内平衡易受到许多内因和外因的影响，不同物种、器官、年龄、发育阶段化学计量特征有所不同，而且土壤养分、气候、水分、人类活动等环境因子都会直接或间接地影响化学计量内平衡(Aerts&Chapin，2000；Ågren&Weih，2012)(图1)。

首先，不同竹种的化学计量学特征有所差异。毛竹叶片N、P、K含量分别为21.44g·kg–1、1.33g·kg–1、13.15g·kg–1(费世民，2011)，雷竹(Phyllostachyspraecox‘Prevernalis’)叶片N、P、K含量分别为8.86g·kg–1、1.07g·kg–1、6.55g·kg–1(吴家森等，2005a)。毛竹叶片N：P大于雷竹，而P：K小于雷竹。麻竹(Dendrocalamuslatiflorus)叶片N、P、K含量分别为56.9g·kg–1、4.4g·kg–1、8.1g·kg–1(邱尔发等，2004)，苦竹(Pleioblastusamarus)叶片N、P、K含量分别为24.26g·kg–1、1.51g·kg–1、11.56g·kg–1(蒋俊明等，2007)，麻竹叶片N、P、K含量都明显高于苦竹。不同竹种对环境养分变化的化学计量学响应的程度也有差异(Piouceauetal.，2014)。

其次，不同器官的元素组成及比率存在较大差异。毛竹叶、枝、秆、蔸、根中N含量变异系数高达85.5%，叶N含量(21.44g·kg–1)是秆(2.86g·kg–1)的6.0倍。Si含量变化更大，根Si含量为70.78g·kg–1，秆Si含量仅1.89g·kg–1，相差近37倍(费世民，2011)。毛竹的N：P、P：Ca表现为叶>枝>秆>根，P：K则为叶>根>枝>秆(刘广路等，2010)。苦竹的N含量及N：P均呈现出叶>鞭>蔸>秆；K：P和Si：P则表现出鞭>蔸>叶>秆(刘力等，2004)。雷竹、麻竹等竹种的K、P、Ca、Mg等多重元素的含量及比例也都存在器官差异规律(邱尔发等，2004；吴家森等，2005a)。以上说明竹子元素分布规律遵循植物元素“功能性不均衡分布”原理(Yuetal.，2011；Minden&Kleyer，2014)。

再次，年龄也是影响竹子化学计量特征的因子。1–6年内，毛竹秆C含量随秆龄增长呈上升趋势，N、P含量呈下降趋势(吴家森等，2005b；刘广路等，2010)，故C：N、C：P随年龄增长而明显增加。不同竹叶(叶龄)差异也较大，一年生新叶N：P、N：K为13.35、4.78，2年老叶为21.45、5.23，老叶N：P比值明显大于幼叶(刘广路等，2010)。杨清培发现毛竹幼龄鞭N：P(7.0)明显低于老龄鞭(15.0)(未发表)。糙花少穗竹(Oligostachyumscabriflorum)也表现出同样的规律，1–2年竹秆N：P为13.68–13.86，而3、4年竹秆分别为20.18和27.88(陈世品等，2007)。另外，不同季节竹子也表现出不同的化学计量特征，生长季N：P明显偏低(黄伯惠，1983)。说明竹子化学计量特征遵循“生长速率假说”。

除遗传因素外，土壤、气候、人类活动等环境因素也会直接或间接影响竹子化学计量特征。顾大形等(2011)发现，土壤N、P养分供应水平及土壤N：P会影响四季竹叶片N：P值，但土壤对竹子养分计量特征的影响较复杂(陈志阳等，2009)。除养分含量外，土壤有机质含量、pH值、土壤微生物等都会影响竹子体内养分含量与比率(郑郁善等，1998)，所以竹林的地下-地上化学计量关系有待深入研究。

庄明浩等(2013b)发现CO2升高至700μmol·mol–1时，竹叶主要养分元素含量及其化学计量比会发生明显的适应性变化，毛竹叶C：N：P由406：15：1变为565：24：1，四季竹C：N：P由468：17：1变为614：19：1，表现出明显的P素限制作用。刘玉芳等(2015)发现长期水淹会显著降低河竹(Phyllostachysrivalis)鞭根的N、P、K含量，从而增加C：N、C：P、C：K比值。周先容等(2012)通过氮沉降模拟实验发现，氮沉降会显著降低青川箭竹(Fargesiarufa)叶片中C的含量，并增加N的含量，但没有改变P的含量，从而C：N减小，而N：P增加。

另外，竹子采伐、竹笋采收等人类活动也会影响竹林化学计量特征(Raghubanshi，1994)。然而，目前对竹子化学计量内平衡的影响因子及作用规律研究仍停留在少数单因素实验，养分、水分与光照等多种因子耦合交互作用有待深入研究。

2.3化学计量内平衡的变化对竹子生物学过程的影响

化学计量内平衡变化会影响到竹子开花结实、发笋成竹等生物学过程，也会影响光合作用、养分吸收、克隆觅食行为、群落稳定性维持等生理生态过程。

2.3.1竹子开花与死亡

竹子很少开花，但一旦开花就造成竹子大面积的突发性死亡，因此竹子开花一直是一个有趣而神秘的话题(Janzen，1976；Takahashietal.，2007)。近100年来，有关竹子开花分别从气候、管理、环境等方面提出了不同的假说(郑郁善和洪伟，1998)，其中营养计量学说是目前比较普遍认可的一个重要机制性假说。

研究表明，体内元素含量状况会影响竹子花芽分化与成花过程。如P、Ca、Mg等元素含量增加会诱导花芽分化；N、K等元素含量增加会促进营养生长，而延迟竹子开花(何奇江等，2005；詹爱军和李兆华，2007)。

同时，元素比例变化也是竹子开花的另一个重要原因(何奇江等，2005；丁兴萃，2006)。丁兴萃(2006)发现，早竹(Phyllostachysviolascens)开花体内C：N明显上升，符合C：N花芽分化机理(Corbesieretal.，2002)；何奇江等(2005)也发现，开花雷竹叶、秆和鞭的P：K分别是未开花竹的1.97倍、2.80倍和2.24倍。另外，开花往往导致养分流失、比率失衡，促使竹子死亡(何奇江等，2005；丁兴萃，2006；詹爱军和李兆华，2007)。

2.3.2发笋成竹与退笋

发笋数量、成竹质量都直接影响到竹林生态功能与生产价值，然而有些竹子(如毛竹、毛环竹(Phyllostachysmeyeri))存在明显的发笋成竹大小年现象，即一年大量发笋长竹，一年行鞭换叶，产笋较少，每两年为一周期(南京林产工业学院竹类研究室，1974)。大小年现象虽有遗传原因，但与体内N、P、K等主要矿质营养元素的化学计量特征密切相关，如吴家森(2005b)发现小年毛竹叶中N、P、K含量均显著高于大年。Li等(1998a)发现：竹叶被竹蝗取食后，光合产物减少；改变竹子体内养分状况，可使大年变小年，小年变大年。在实际生产实践中，通过施肥、小年留笋养竹、大年疏笋等措施，可将大小年竹林改造成“花年”竹林(黄伯惠，1983)。

另外，并不是所有的竹笋都能长成竹子，许多竹笋出土前就会死亡，或虽能出土却死在成竹之前，这叫退笋。大量研究认为退笋率高低与养分供应水平紧密相关，增加养分供给可以降低退笋率、提高成竹率(傅懋毅等，1988；Lietal.，1998b；郑郁善等，1998；Lietal.，2000)。

2.3.3养分吸收与分配

生态化学计量特征变化会影响竹子对矿质养分的选择吸收、运输与分配。庄明浩等(2013a)发现毛竹叶片C：N下降、C：P、N：P升高，可以促进竹叶对Mg、Ca的分配，增强竹根Na积累，提高Fe、Ca、Mg向上选择性运输的能力。顾大形等(2011)认为四季竹在土壤N供应充足时，叶片也会对N进行奢侈性吸收。同时，化学计量特征还会影响竹子的养分克隆生理整合过程，一般“富养”分株(或部位)供应“贫养”分株(或部位)，老龄竹将N、P等元素转移到低龄竹及幼嫩部位，但不同元素的整合强度与体内化学计量状态有关(Lietal.，1998b；Saitohetal.，2006)。

2.3.4光合作用与代谢

化学计量特征变化会直接影响到竹子光合作用。当施N量为250kg·hm–2时，与对照相比，1年、3年、5年生毛竹叶片的光饱和点均达最大，分别增加了5.2%、9.1%和7.0%，同时光补偿点降至最低，分别降低了49.5%、20.4%和31.8%(高培军等，2014)，土壤养分会影响叶片N、P含量与比例，从而对光合作用产生直接或间接影响(宋艳冬等，2010；顾大形等，2011)。顾大形等(2011)发现一定范围内增加土壤N含量，四季竹叶片的N含量增加，N：P上升，提高了叶绿素含量，促进其光合作用。而当施肥量不足或过量时会降低毛竹叶片光合色素含量，结果其光合能力受到影响。苏文会(2012)发现当毛竹叶片N：P从20.70下降至15.29时，其光合产物淀粉含量从35.47g·kg–1降至16.21g·kg–1，降幅达54.3%。说明竹子叶片N、P化学计量特征对其光合作用影响较大。

2.3.5觅食行为与扩张

土壤养分不足时，竹子可调整鞭根形态、分布格局而表现出明显的觅食行为(Lietal.，2000；刘骏等，2013)，以获取养分资源，维持体内养分平衡。施肥试验表明，毛竹竹鞭穿越养分异质环境时，它会避开贫养斑块，将大量竹笋有选择地放置在富养斑块(Lietal.，2000)。随着土壤N含量的增加，雷竹地上竹子数量增多、生物量增大，而且地下竹鞭长度和鞭节长度显著降低(Yueetal.，2005)，表现出明显的觅食特征。毛竹扩鞭试验表明，林缘施肥不仅可以增加新竹数量、降低退笋率，而且可扩大新竹扩展范围，施肥组每年平均扩张5m以上(董晨玲，2003)。这些可间接说明，竹林向邻近森林扩张可能是为了维持体内养分平衡而表现出来的一种觅食行为。

2.3.6竹林(竹阔混交林)健康与稳定

竹子作为典型的克隆植物，单株间个体大小和发育阶段不同，其元素化学计量调节能力存在差异。当林地养分(或光照)资源不足或失衡时，老竹个体C：N、C：P明显增加而逐渐死亡，新竹数量减少，竹林衰老退化。如果能及时地进行养分补充或疏伐，会大大改善林分健康状况(郑郁善和洪伟，1998)。

竹子扩张会降低邻近森林植物多样性，影响生态系统的稳定性(白尚斌等，2013)。初步研究认为毛竹扩张间接影响化学计量内平衡是植物多样性下降的重要机制。毛竹扩张改变了邻近森林土壤的养分状况(宋庆妮等，2013)，而不同植物对土壤养分变化的响应差异较大，其中栲(Castanopsisfargesii)、红楠(Machilusthunbergii)、交让木(Daphniphyllummacropodum)、赤杨叶(Alniphyllumfortunei)、金钱松(Pseudolarixamabilis)等内平衡调节能力较弱的植物最终退出竹木混交林，而南方红豆杉(Taxuschinensisvar.mairei)、钩锥(Castanopsistibetana)、黄牛奶树(Symplocoslaurina)等内平衡调节和可塑性能力较强的植物生长良好(杨清培，未发表)。然而，这方面的研究才刚刚起步，今后应借鉴入侵植物化学计量学的研究成果(Gonzálezetal.，2010)深入开展竹阔混交林组成与稳定性的生态化学计量学机制研究。

3竹子生态化学计量学的初步实践

生态化学计量学不仅是探讨生物新陈代谢、生长发育、种群变化、群落演替的重要理论，而且还是林业生产的直接指南(曾德慧和陈广生，2005)。前期的竹林养分诊断、平衡施肥、优质高产竹林培育等都不自觉地运用了生态化学计量学的相关原理。

3.1指导养分诊断

营养不足容易引起植物组织老化，而过剩又引起植物毒害，造成资源浪费与环境污染(Güsewell，2004)。因此，养分诊断是保证林农业产品优质高产的重要措施，并将体内营养元素的含量及比例作为衡量植物营养状况的重要指标(Sinclairetal.，1997；Güsewelletal.，2003；Tessier&Raynal，2003)。

洪顺山等(1989)和张献义等(1995)发现竹子叶片养分状况与新竹产量密切相关，并将之作为竹林养分诊断的重要指标。此后，陈卫文等(2004)采用“临界值”法，制定了毛竹不同养分诊断的化学计量标准。

Li等(1998b)认为，除竹叶外，竹秆、竹鞭、竹根等组织的养分化学计量比也都可用于养分诊断，并初步提出毛竹叶、秆、鞭、根中N：P：K浓度含量比分别为19：1：6、15：1：26、23：1：11和44：1：54。郭宝华(2014)建议采用N：P作为竹林养分诊断的生态指标，认为土壤N：P<14时，毛竹林主要受到N素的限制。因此，今后竹林养分诊断应由单一的元素含量向多重元素比例转变，由单一叶片向多个器官转变，由单一的植物体测定向植物-土壤联合诊断转变。

3.2高产优质培育

合理计量施肥不但可以增加竹材(笋)产量，而且可以提高品质。傅懋毅等(1991)发现每年沟施复合肥3945kg·hm–2(N：P：K=4：3：1)，则每度(两年)可增产春笋20000kg·hm–2，并认为这是毛竹笋用林最佳培育方式；在澳大利亚每年折合施N250、375、500kg·hm–2的复合肥(N：P：K=5：1：2.8)，毛竹笋产量分别为8300、10200、14200kg·hm–2(Kleinhenzetal.，2003)。陈孝丑等(2012)发现施肥可以显著提高毛竹林的胸径。林海萍等(2004)筛选了优质雷竹笋用林最佳配方，当施肥量为尿素975kg·hm–2、复合肥1500kg·hm–2、厩肥112500kg·hm–2(N：P：K=10：2：1)时，最有利于雷竹笋总糖、脂肪及淀粉的积累，而减少灰分、蛋白质及游离氨基酸的含量，品质提高效果最好。另外，孟勇等(2014)发现添加一些非必需元素(如硒Se)对竹笋品质具有明显的改善作用。但也有实验发现仅施化肥会使竹壁变薄，竹材品质下降(洪顺山等，1992)。有机肥对竹材(笋)品质形成化学计量学机制值得关注。

3.3平衡施肥试验

为了达到竹林优质高产的目标，近年许多学者在养分诊断的基础上，开展了竹林平衡施肥试验与推广。洪顺山(1987)认为毛竹林N：P：K最适施肥比率为10：6：4.7；野中重之在1989年提出了N：P：K：Si配比为10：5：6：8(郭晓敏等，2013)；胡冬南等(2004)认为经营目标不同，竹林需求养分的数量和比例有所差异，认为毛竹笋用林N：P：K最佳配比为10：3：2.2，材用林为10：6.8：9.8。2006年，我国编制了“毛竹林丰产技术国家标准GB/T20391-2006”，建议对I立地级的材用林施N肥100–120kg·hm–2、P肥20–25kg·hm–2、K肥40–45kg·hm–2，N：P：K为10：2.0：4.0。对II、III立地级的材用林施肥量翻倍，笋材两用林施N肥150kg·hm–2、P肥40–50kg·hm–2、K肥80–100kg·hm–2，N：P：K为10：3.0：6.0。但这些研究都还停留在经验上，缺乏真正的计量学机制研究，如洪顺山(1992)认为毛竹笋竹两用林最佳配方为：N肥310kg·hm–2、P肥83kg·hm–2、K肥118kg·hm–2，但如按苏文会(2012)竹材(笋)的养分含量与采收输出方法计算，林分N、P、K利用率仅分别为28.9%、20.3%、62.5%，养分供需并不平衡，因此平衡施肥需要引入化学计量学机制研究。

4竹子化学计量学研究展望

生态化学计量学理论初步解释了竹子开花、发笋成竹等生物学问题，也解释了竹林退化、群落动态等生态学问题，但这些研究还很不完善，仍停留在定性、理论和表观层面。如何使竹子生态化学计量学走向定量、应用和机制研究，对每一位从事竹子理论或应用的研究者来说，无疑是机遇和挑战并存。为满足社会对竹材(笋)优质高产、安全高效和环境保护的需求，我们认为今后的竹子生态化学计量学应重点加强以下研究：(1)竹子生态化学计量内平衡维持机制与影响因子；(2)竹材(笋)品质形成的化学计量学机制；(3)竹子-土壤化学计量学互作过程的定量化；(4)养分诊断与生态化学计量平衡施肥；(5)竹林生态系统的生态化学计量优化管理。

4.1加强竹子生态化学计量学内平衡维持机制与影响因子研究

生态化学计量学认为元素组成相对稳定是一切生物的基本特征。本文发现竹子叶片多重元素比率平均为C：N：P=380：16：1。然而，竹种、器官、年龄和发育阶段等遗传因素，土壤、气候、人类活动等环境因素都会直接或间接地影响竹子的生态化学计量内平衡(Reich&Oleksyn，2004；Sardansetal.，2012)，进而影响其新陈代谢、生长发育等生命过程。同时，植物也会通过组织老化、凋落、转移与储藏等形式，调整养分吸收与释放，实现整体对多重元素(如C：N：P)比率的调节，但竹子化学计量平衡的影响因子及作用机制尚不清楚。以后应加强多竹种(尤其是经济竹种和珍稀竹种)化学计量内平衡特征研究；加强开花、发笋、大小年等基础生物学过程与元素化学计量的关系研究；结合分子、同位素等先进技术，深入开展竹子化学计量内稳性与其光合作用、养分分配、克隆整合等生理生态学研究；开展多因子(养分与水分)对元素内平衡的交互影响及竹子的响应机制；开展竹子化学计量特征与新陈代谢活性物质的关系研究(Rivas-Ubachetal.，2012)，以提高生态化学计量学对竹子生物学现象、过程和机制的解释能力。

4.2加强竹材(笋)品质形成的化学计量学基础研究

竹材(笋)品质是市场竞争力的核心。大径级、节间长、壁厚、枝下高长的竹材价格明显要高；外观漂亮、营养丰富的竹笋更受市场欢迎。尽管目前已开展了部分养分元素(N、P、K、Se、Si)对竹材(笋)品质形成的影响实验(孟勇等，2014)，但相关的基础研究仍很滞后，高产优质的形成规律还未被充分地揭示与认识，可推广的高产优质培育技术尚未确立，制约了竹林产量提高和品质的改善。因此建议开展以下研究：1)竹笋品质形成规律及化学计量学机制研究，尤其是Se、Zn等非必需元素、有机肥与竹笋品质形成的生理机制；2)节长、壁厚等优质材用林定向培育的化学计量学原理与技术研究；3)基于光、温、肥、水等多种环境因子的竹材(笋)高产、优质和资源高效利用的化学计量调控机制研究。

4.3强化竹子-土壤化学计量学互作过程的定量化研究

植物养分主要来源于土壤，土壤养分也受到植物的反作用。因此，加强竹子与土壤养分元素的化学计量适配与错配互作研究，对竹林生产、环境保护至关重要。首先，土壤环境决定着养分形态、数量及其有效性，从而影响到竹子的生长发育(Fanetal.，2015；Zechmeister-Boltensternetal.，2015)。建议开展土壤环境因子与土壤、竹子养分元素化学计量特征动态关系的长期监测与研究。其次，凋落物分解和根际效应是影响土壤养分的一个重要过程，尤其是根际过程更应受到关注(Belletal.，2014，2015；Carrilloetal.，2014)，所以应采用稳定同位素技术、分子生态技术，聚焦于竹子根际过程及养分活化机制(如根系吸收与分泌、根际酸碱度变化、根际微生物活动)，实现“竹子-根际-土壤”三者元素关系的量化分析。

4.4加强养分诊断与生态化学计量平衡施肥研究

养分诊断与平衡施肥是提高林业生产、维护系统稳定、选择合适管理策略的重要手段(Parketal.，2014)，但当前竹林养分诊断仍停留在单一的养分测定(陈卫文等，2004；郭晓敏等，2013)，很少考虑多养分、多组织的耦合效应，失衡超量施肥强烈影响到竹林土壤理化性质，并引起竹笋食用安全、水土环境恶化等问题。今后应以生态化学计量平衡理论为基础，改进养分诊断方法，根据不同竹种、不同林分、不同时期养分限制性的差异特征，筛选养分丰缺指标，建立多元素、多组分的养分诊断技术，提高监测精度与预测能力；形成生态化学计量平衡施肥技术，根据竹子和土壤的营养特点，筛选肥料种类、确定肥料用量与配比，实施时空精准施肥，提高肥料利用效率，实现多重元素间的平衡，竹子养分需求与环境养分供给间的平衡，肥料投入与经济产出间的平衡，产品生产与环境保护间的平衡。

4.5强化竹林生态系统生态化学计量优化管理

生命元素通过物质循环、能量流动等形式将生态系统的各组分、多层次紧密联系起来(Carniceretal.，2015)。竹林是一个人工或半人工的开放生态系统，几乎每年都有竹材(或竹笋)等产品输出和外源养分的输入。产品输出和养分输入的失衡会改变竹子、土壤、微生物等不同组分的化学计量特征(Raghubanshi，1994；Venkateshetal.，2005；Zhangetal.，2013)。因此，今后应充分考虑生物与环境间的相互渗透性，根据物质守恒与能量守恒定律，综合考虑土壤、气候、经营活动等因素，加强竹林生态系统的生态化学计量模型与理论研究，构建“竹子-土壤-微生物”多组分的“生态化学计量匹配模型”，竹子化学计量特征与群落组成结构、生态系统生产力多层次的多重养分优化计量模型，并通过长期野外监测与微宇宙模拟实验，找到具有竹子特色的“特征参数”，最后形成可视化的竹林养分预测和管理系统，指导竹林健康经营和环境综合效应评估，实现因地制宜、以产定肥的竹林生态系统生态化学计量优化管理模式。

生态平衡的主要特征第7篇

国内外对远程教育自组织学习的研究还处于比较初级的阶段。21世纪90年代后，国内学者逐渐注意到网络学习的自组织现象，从而对远程教育学习者自身系统的自组织特征进行分析。

李自强的《论现代远程教育中学习者的自组织》是国内相对系统的论述远程教育自组织特性的文章。李自强认为,现代远距离教育的学习者自身就是一个复杂的系统，具有自组织的功能。和他持有相同意见的冷波进一步认为，学习者系统由多个子系统组成，每个子系统都是包含自组织机制的系统，这些自组织机制根据不同的外界输入协同有序、发生跃迁。在学习的过程中，知识的获取不是靠教师的简单传授，而是学习者自组织的结果。当然这不是学习者独立能形成的，而是在与外部环境交互的过程中完成的。王洪录、赵丽萍提出了同样的观点，认为学习者是教育系统中的核心要素，学习者的学习过程就是学习者系统与教学环境进行相互作用并进行自组织的过程，学习者的自组织行为涉及自同构、自复制、自催化。也就是说，学习者要把他从外部环境获得的知识与他自身所拥有的知识进行整合，纳入原有的知识体系，与既有经验和知识进行相互验证，在他熟悉的领域进行应用，从而达到扩展学习者知识，提升学习者能力的目的。当然这个过程就是一个学习者平衡——失衡——再平衡的自组织过程。外来刺激进入学习者系统后,打破了系统原有的平衡,系统演化为无序状态,学习者系统自发进行自组织、自协同、自有序,最终表现为学习者系统的新的平衡状态。

一个始终平衡的状态是不利于学习有效进行的，平衡状态就是一块吸满水的海绵，饱和溶液，已经无力从外部吸收任何知识。教学的第一个功能就是要打破这种平衡状态。李卫东对教学系统的自组织特征进行了分析，提出教学系统必须是远离平衡态的，只有具备充分开放性的教学系统才能保持系统的发展。非平衡态是教学有效的必要条件，那么相应地要使教学有效进行，提高教学效果、效益和效率，所采取的各种方法和手段实质上也就是促使学习者不断远离平衡态的方法和手段。学习者始终是学习的主体，学习者的自组织特性亦是教学设计应充分考虑的，教学设计的功能就是为学习者的自组织提供充分的外部条件（物质、能量和信息），以促进其发展。因此也可以说，好的教学设计也是为有助于建立一个具备自组织特征的学习系统服务的。

二、自组织理论在教学设计研究中的应用

教学设计本身就是将系统科学引入教育领域的一大成果体现。把教学过程视为一个系统包括学习者、教师、教学材料以及学习环境在内的各成分之间有效互动，才能产生理想的学习效果。W•迪克等提出运用系统论，分析学习需求，确定教学目标，制定解决教学问题的系列策略与方案，组合运用学习资源与学习媒体，评价教学试行结果，不断对方案与策略进行修改优化，这样的进程，才是运用系统方法系统化教学设计的学习进程。早在上世纪90年代初，当代激进建构主义的代表人物美国学者乔纳森（Jonassen,D•H）就试图把自组织理论引入教学设计领域，认为教学设计过程充满混沌性，主张用混沌理论改造或重构新一代教学设计（即所谓“混沌教学设计”）。后现代课程研究崛起以后，自组织理论得到越来越多研究者的认可与重视。例如后现代课程大师多尔（W•E•Doll）就明确指出最能把后现代范式与现代范式区分开来的特征是自组织。

在多尔的重要著作《后现代课程观》一书中，自组织理论的思想方法被作为后现代课程研究的主要线索，贯穿全书的始终。他甚至认为，“20世纪是一个充满湍流的世纪，那么它也是一个使我们意识到自组织的世纪。”当然他不仅意识到了，他和另一位现代课程大师派纳（William•F•Pinar）还着手将耗散结构理论运用于课程研究。耗散结构理论为我们揭示了一个实现自组织特征的学习课堂应该具有的外部条件，那就是开放、非平衡态、非线性互动、有涨落，以此可以作为课堂对话分析工具。论述耗散结构理论对于课程研究重大意义的巨著《理解课程》被奉为课程研究领域的圣经，大有超越泰勒1949年出版的《课程与教学的基本原理》这部经典著作且有取而代之之势。

国内的相关研究也正在起步，何克抗先生注意到了自组织理论系统科学的新近发展，倡导教育技术领域的研究者们运用系统论的研究成果分析探讨教育教学问题。之后，国内学者朱云东、钟玉琢、冷波等开始用自组织理论来分析和指导教学设计，提出了一些教学设计原则、方法及值得注意的问题。例如沈懿卓、李婧依据自组织理论特征提出网络教学设计应遵循教与学并重原则，依据学习者特征分析制定多层次教学目标，为学习者营造平等开放的学习环境，通过参与式活动设计促进协作学习等想法。贾旭霞分析自组织与他组织特征，提出由接受式学习转变为探究式学习的教学设计方法。自组织理论被运用于教学设计中,也是从一些具体的局部设计应用开始。

三、自组织理论在学习环境研究中的应用展望

自组织理论运用系统科学方法研究复杂系统。自诞生以来广泛应用于自然科学、社会科学、人文科学等各个领域，并取得了丰厚的研究成果。不可否认，教育是一个复杂系统，应用自组织理论系统观点进行研究是发展趋势，但目前的研究还处于起步阶段。控制论创始人维纳指出：“人种之所以是强有力的，只是因为他利用了天赋的适应环境的学习能力。”张伟远认为，人们的行为受制于个人特征和所处环境之间的相互作用，因此，学习环境一直是教育领域中广泛受关注的研究课题。黄荣怀也指出，学习环境的建设是实现学与教方式变革的基础，为学习者提供更加便利、舒适、有效的学习环境将会是未来教育信息化发展的重要方向。本文认为，在对学习者系统和教学系统进行分析的基础上，通过教学设计为学习者构建自组织学习环境将是远程教育研究方向。

自组织学习环境的构建将使学生的学习由混沌无序状态向开放有序状态转化；由被动学习向主动学习状态转化；由学生间断的主动学习向持久、稳定的良好学习习惯转化。这既是学生自组织由低级向高级递进的过程，也是培养学生高级思维能力、实践能力和探究精神的过程。

生态平衡的主要特征第8篇

1.自然与结构

自然孕育了人类，也给予了人类无限的启迪。在设计与艺术创作活动中，我们总是自觉或不自觉地受到自然的影响，自然界中形形的现象都在激发着人们的创造力。设计正是依托于自然形态而表现并伴随着人类物质生活与精神生活的提高而不断升华，如果说早期人类的某些本能活动也够得上是设计或者艺术创作行为的话，那种行为便是源自于对自然现象的认知和理解。这种认知和理解越深，受之于自然力的影响就越大，在设计和艺术创作活动中，自然情结总是挥之不去。

丰富的自然形态激发了人们在建筑结构、空间形态等方面的灵感，但在设计中直接借用自然的情况几乎没有，建筑师往往仿造自然的形态和运行原理，创造出丰富的新形态。早期人类的居所，是与动物巢穴相似的，依势自然的条件，进入山洞或就地取材建巢穴。在历史的进程中，人类出于对大自然的崇尚，潜移默化地影响了人们的创造性，任何时候都在关注自然形态，一直在追求自然舒适的居住环境，吸取自然中美的形式转化成审美元素，再利用到设计之中。例如穴居建筑设计就是一种自然的回归，洞穴有着天然的平衡机能，冬暖夏凉。天然的构造和原理早已为人所知，只是当今人们无法企及时，就转化成符号，以致人们对自然的引用形式大于内容，天然的构造和原理也都转化成亲近自然象征符号。自然形态涵盖的范围很广，大到宇宙，小到生活中的一粒粮食，都有其自身的形态，我们可以充分利用它们的特征，加入我们的思想和审美观念，创造设计出不同形态、不同风格的艺术品。

自然形态又可分为有机形态与无机形态。有机形态是指可以再生的，有生长机能的形态，它给人舒畅、和谐、自然、古朴的感觉，但需要考虑形本身和外在力的相互关系才能合理存在；无机形态是指相对静止，不具备生长机能的形态。自然形成、非人的意志可以控制结果的形称“偶然形”，偶然形给人特殊、抒情的感觉，但有难以得到和流于轻率的缺点。非秩序性，且故意寻求表现某种情感特征的形称为“不规则形”，不规则形给人活泼多样、轻快而富有变化的感觉，但处理不当会导致杂乱无章、七零八落的后果。

机能形态往往属于有机形态的特征，但人为创造的未必都是机能性的。作为形态的一种类型，有机形态就是源于自然的形态，是生物体在生长过程中诞生的形态，其具有生命的形式特征与生命力的情态特征，如贝壳、花朵等。但符合有机形体特征的除生命体之外，水波与火焰山石之类也如生命体一般，不断地运动与变化，使自身的形态充满勃勃生机，也都是有机形态。

结构与形态代表着技术与艺术，并且两者是一个统一体。后来逐步地两者越来越分化，结构归属了工程师，而形态则成为艺术家的装饰工作；但是两者是不可分割的，是互为依存的关系。结构与形态是一个事物的两个方面。形态必然要以某种结构形式存在，而结构则必须以一定的形式表达。无论是自然形态还是人工形态，结构都是其基本因素。自古以来，不乏以经验和直觉解决各种结构问题的生动事例。例如史前的神庙建筑，其结构是一块横石架在两个石柱上，这也许是最早的结构造型。这个最简的结构在以后所有的建筑等文化实践中，以更加优美的形式反复出现。随着文化脉络的延续，各种材料和方法在基本形式上不断发生新的变化。而形式的主要特点总是保持不变，当然，这必须是在结构原理受到尊重的前提下。

2.对称与平衡

自然界的对称现象也无处不在，生活中的对称之美更是无穷无尽。随着人类社会的发展，对称作为一种形式被抽象出来，广泛应用于艺术创造。人们很喜欢稳定的建筑形式。这样的特性反映在建筑美感的因素上，就是视觉上的平衡。追求平衡的形式，一直出现在建筑历史之中，就形态而言，左右对称形态是指在垂直轴线两边完全相对应的形态；上下对称形态是指在水平轴线上下完全相对应的形态，不论是古代埃及、希腊、罗马的建筑，还是中国传统建筑，这些建筑形式大都遵循对称的平衡，对称美是一种常见的居住建筑形态元素。

我们视觉上的平衡，大部分是以对称的形式构成的，但有时也可以因距支点距离的不同而达到平衡关系。我们可称这种关系为不对称的平衡。例如柯布西耶在巴黎郊区的萨瓦耶别墅，惊鸿一瞥，具有左右对称的平衡，然而左上方几个圆柱体却破坏了这样的对称关系，但经过仔细地打量后，这个建筑物仍然是平衡的，虚体和实体之间维持了一种不对称性的平衡美。无论是对称还是平衡，都是一个整体的各个要素在按照一定的秩序关系组合而成的。无论多么和谐统一的整体，都会存在各种差异。正是这些差异构成了对比，也正是各种对比形式的存在，使得事物能相互烘托，在丰富的变化中，凸显出特点。

居住建筑属于一种均衡形体的建筑类型，这种形体给人以稳定感，包括对称的和不对称的均衡。传统多层和高层住宅多为严格的对称关系，形象较严肃庄重，但随着经济水平的提高和技术发展，也开始突破呆板的造型，通过体形的变化实现丰富的视觉效果。

生态平衡的主要特征第9篇

关键词：Felder-Silverman学习风格；策略性特征；群体差异；适应性学习

【中图分类号】G40-057【文献标识码】A【论文编号】1009-8097（ 2015） 06-0102-06【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.06.016

引言

近年来，学习科学与认知科学领域的一系列研究表明适应性学习是网络环境下教与学研究的必然趋势，学习者模型（Leamer Model）是构建网络环境下适应性学习系统的核心要素。与传统学习相比，尽管网络学习有着不可比拟的优势，然而差异普遍存在的客观事实意味着真正意义上的个性化、适应性学习是难以实现的。鉴于此，越来越多的专家、学者以学习风格为突破口，对完善学习者模型，实现网络环境下适应性学习进行了尝试性的探索，并取得了丰硕的成果。

在对已有研究进行归纳分析的基础上，本研究发现有关网络学习风格与学习者策略性特征之间关系的研究较为罕见。策略性特征是学习者模型的重要组成部分，对学习者在学习活动中有效获取信息、将其内化为知识、进而在实践中应用知识解决实际问题具有关键作用，且具有可教性。这就意味着构建网络环境下动态的策略性特征数据库，对完善学习者模型、实现网络环境下适应性学习具有重要的现实意义。鉴于此，本研究以学习风格为基础，从群体差异分析的视角对学习风格与策略性特征之间的关系进行了较为深入的剖析，以期为学习者模型的完善及基于学习风格的适应性教与学提供可参考的依据。

一 研究参数界定

1 学习风格

学习风格是学习者完成学习活动的一种特殊方式，是学习者感知、理解、加工信息的个体技巧与特殊偏好的集合。通过对已有学习风格模型及其应用的比较分析，本研究认为Felder-Silverman学习风格模型（FSLM）对学习风格的描述最为详细，且内部结构设计的独特性与完整性有利于对学习群体进行聚类，进而实现群体意义上适应性学习系统的构建。此外，该模型在适应性网络学习的研究领域中应用最为广泛，也就是说开展基于FSLM的研究能够增强研究结论的应用与参考价值。鉴于此，本研究选取FSLSM作为学习群体划分的依据。

2 策略性特征

本研究以建构主义学习理论为指导，结合梅耶的学习过程模型，对网络学习策略的内涵进行了重新界定：网络学习策略是学习者为实现网络学习系统的平衡，依据相关学习环境，结合自身特征，在对网络学习系统进行不断调节的过程中所采用的一切可行的程序、规则、方法和技巧。其中，网络学习系统的平衡包括主客体间平衡和主体内部平衡一一主客体间平衡是指学习者与学习环境间相互作用的过程，主体内部平衡是指学习者根据自身已有的知识、经验对新知识进行意义建构的过程。所谓策略性特征是学习者在学习活动中为完成学习任务、达到学习目标而使用各种学习策略的意识水平，是衡量学习者网络学习能力、影响网络学习效果的重要特征之一。目前，有关学习策略类型的划分存在诸多不同的见解。本研究以王迎等对远程学习者学习策略的研究和温斯坦对网络学习策略的研究为理论基础，结合网络学习的新特点，将策略性特征划分为信息素养策略、反思总结策略、资源管理策略、合作交流策略与自我调节策略。

二 研究方法

l 研究对象

本研究以陕西师范大学“现代教育技术”网络课程为依托，选取2013年上学期参与该课程学习的2936学习者为研究对象，涵盖16个学院、19个专业，涉及文科、理工科以及艺术类三大学科类别，具有一定的代表性。研究采取电子问卷的形式通过网络课程对所有学习者予以发放，最终回收问卷2762份，回收率94.05%；经筛选，共保留有效问卷2639份，有效率95.55%。其中，从学历层面来看，该研究对象以在校本科生为主（93.5%），在职硕士和4+2+1硕士所占比例分别为5.6%、0.9%；从性别层面来看，该研究对象以女生为主（71%）；从学科类别来看，该研究对象以理工类学习群体为主（52.4%），文科类与艺术类学习群体所占比例分别为34.5%、13.1%。

2 研究工具

本研究以网络学习风格量表、网络学习策略性特征量表为获取研究数据的主要工具。网络学习风格量表是在FSLM的基础上根据研究实际进行改编，包括信息感知风格、信息输入风格、信息理解风格与信息加工风格四个维度；网络学习策略量表主要以王迎等构建的远程学习者特征模型为理论基础，结合大学生网络学习的新特征，对温斯坦网络学习策略量表和王迎等编写的远程学习者学习策略量表进行改编和自编，最终该量表整体及各维度其内部一致性系数分别为0.946、0775、0.814、0.828、0.787、0.791，且内部一致性能够满足研究要求。

网络学习策略量表结构效度的检验结果如表1所示。根据吴明隆的研究结果：当样本观察数足够大时，整体模型适配度的判断不应仅以卡方值或卡方与自由度的比值作为判断准则，其他适配度指标的作用将愈显重要。因此，网络学习策略量表的结构效度亦能满足研究要求。

三 群体差异分析

网络学习风格聚类分析的结果显示：信息感知维度，直觉型、均衡型、感悟型学习群体所占比例分别为27.4%、57. 1%、l5.5%；信息输入维度，言语型、均衡型、视觉型学习群体所占比例分别是12.7%、19.2%、68.1%；信息理解维度，综合型、均衡型、序列型学习群体所占比例分别是36.4%、47.g%、15.7%；信息加工维度，沉思型、均衡型、活跃型学习群体所占比例分别是3l.9%、38.6%、29.5%。各维度中的“均衡型”为计算值处于其他两种学习风格之间灰色过渡区域的学习群体，在一定程度上未形成明确的学习风格或兼具另外两种学习风格的特点。

1 信息感知维度

方差齐性检验的结果显示该部分研究数据方差齐性检验假设不成立，单因素方差分析之后宜采用Dunnett's T3（3）法进行事后多重比较分析。在此基础上，单因素方差分析结果如表2所示。

从表2可知：信息感知维度，资源管理策略、反思总结策略、信息素养策略以及自我调节策略在直觉型、均衡型、感悟型学习群体间不存在显著性差异；合作交流策略在直觉型、均衡型、感悟型学习群体间存在显著性差异。事后多重比较分析的结果显示：感悟型学习群体合作交流策略水平均显著高于直觉型与均衡型学习群体。

2 信息输入维度

方差齐性检验的结果显示该部分研究数据资源管理策略、反思总结策略、信息素养策略单因素方差分析之后宜采用Scheffe（C）方法进行事后多重比较分析；合作交流策略、自我调节策略的方差齐性假设不成立，单因素方差分析后宜采用Dunnett's T3（3）方法进行事后多重比较。在此基础上，单因素方差分析结果如表3所示。

从表3可知：各项策略性特征在言语型、均衡型、视觉型学习群体间存在显著性差异。事后多重比较分析的结果显示：均衡型、视觉型学习群体的资源管理策略、反思总结策略、信息素养策略、自我调节策略水平均显著高于言语型学习群体；均衡型学习群体合作交流策略的水平显著高于言语型学习群体。

3 信息理解维度

方差齐性检验的结果显示资源管理策略、反思总结策略、信息素养策略、合作交流策略、自我调节策略的方差齐性假设不成立，单因素方差分析之后宜采用Dunnett's T3（3）法进行事后多重比较。在此基础上，单因素方差分析的结果如表4所示。

从表4可知：信息理解维度，除信息素养策略以外，其他策略性特征在综合型、均衡型、序列型学习群体间存在显著的群体差异。事后多重比较分析的结果显示：序列型学习群体在资源管理策略、反思总结策略、合作交流策略、自我调节策略显著强于均衡型学习群体，序列型学习群体在合作交流策略、自我调节策略方面均显著高于综合型学习群体。

4 信息加工维度

方差齐性检验的结果显示所有策略性特征方差齐性的假设成立，单因素方差分析之后宜采用Scheffe（C）进行事后多重比较分析。在此基础上，单因素方差分析的结果如表5所示。

从表5可知：所有策略性特征在活跃型、均衡型、沉思型学习群体间均存在显著性差异。事后多重比较分析的结果显示：活跃型学习群体的所有策略性特征均值均显著高于沉思型、均衡型学习群体，均衡型学习群体均值显著高于沉思型学习群体。

四 研究结论

在对各部分研究数据进行配对样本T检验的基础上，结合上述数据分析的结果，本研究从群体差异性特征与群体相似性特征两方面着手对上述数据分析的结果进行了归纳总结，归纳结果分别如表6和图1所示。注：n.s表示不存在显著性差异

从表6可知：信息感知维度，感悟型学习群体合作交流策略水平显著高于直觉型与均衡型学习群体，其他各项策略性特征间未发现显著性差异，均值近似相等；信息输入维度，言语型学习群体策略性特征的各方面均值普遍较低，其资源管理策略、反思总结策略、信息素养策略以及自我调节策略的水平均显著低于均衡型与视觉型学习群体，而该学习群体合作交流策略的水平也显著低于均衡型学习群体；信息理解维度，序列型学习群各项策略性特征均值普遍较高，其资源管理策略、反思总结策略、合作交流策略、自我调节策略的水平均显著高于均衡型学习群体，而合作交流策略、自我调节策略的水平也显著高于综合型学习群体；信息加工维度，各项策略性特征水平由高到低依序为活跃型学习群体、均衡型学习群体、沉思型学习群体，且彼此间存在显著性差异。

从图1可知，不同学习风格的学习群体间策略性特征的相似特征主要集中表现为各项策略性特征的水平强弱次序一致，即学习风格各维度的学习群体策略性特征均值由高到低依次为信息素养策略、资源管理策略、反思总结策略、自我调节策略和合作交流策略。