[关键词]岩土工程；概念设计；必要性
中图分类号：E951 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0380-01
引言
一项设计的优劣成败，设计思想最为重要，概念设计就是一种设计思想。岩土工程设计受诸多不确定因素的影响，单纯的计算一般是不可靠的。因此，虽然岩土力学理论取得了长足进展，计算方法和设计软件不断创新，但概念设计仍不可忽视。概念是一种思维方式，将认识过程中感受到事物的共同特征抽象出来，加以概括，就是概念。
1 岩土工程概念的形成与发展
概念是反映对象的本质属性的思维形式。科学认识的成果，都是通过各种概念来加以总结和概括的。概念不是永恒不变的，而是随着社会历史和人类认识的发展而变化的。岩土工程概念，是随着人们对岩土体性状的认识，以及工程地质学、水文学、岩土力学、支护形式与支护作用原理，工程设计理论与方法等新成就逐步形成与发展的。由于法规总是滞后于科学新成就，因而新旧概念，往往是长期交错、并存使用的。
2 概念设计
（一）概念设计的必要性
对岩土工程的概念设计，目前尚无统一的认识。狭义的概念设计可理解为框架设计；广义的概念设计，是指设计思想，设计主导理念。
一项设计的优劣成败，设计思想最为重要。岩土工程设计受诸多不确定因素的影响，单纯的计算一般是不可靠的。所以概念反映的不是事物的表面，不是事物的片面，而是事物的本质。
概念设计要从总体上，从本质上把握，对症下药，而不是单纯某一经验的应用，不是单纯的截面设计，承载力计算，变形计算之类，更不是简单的直观判断。概念设计时；必须对原理有深刻的理解，有丰富经验的总结，有灵活动作的能力，从主导理念上总揽全局，牢牢掌握影响工程成败的关键，关于实施效果有基本准确的估计，不犯概念性错误。概念创新设计则一定有总体上、本质上的创新。
（二）安全和功能要求
岩土工程设计必须保证工程在使用期间的安全和满足预定功能要求，一般包括下列方面：
（1）.在正常施工和正常使用条件下，能承受可能出现的各种作用。包括传至基础底面的结构荷载，边坡、基坑、地下工程的岩土压力，地下水的静水压力和动力压力，必要时还要考虑地震作用，风荷载、波浪作用等等。必须保证在各种作用发生时，工程具有足够的安全度。
（2）.在正常使用条件下具有良好的工作性能。例如：对于建筑物地基，变形（沉降、差异沉降、倾斜、局部倾斜）不得超过限值；对于基坑，变形不得危及邻近建筑物及市政设施的安全；对于基坑地下水的控制，应保证坑内适宜正常施工作业，确保相邻工程和周边环境不被破坏等等。
（3）.在正常维护条件下具有足够的耐久性。例如：对于长期缓慢沉降的地基，应考虑工程在整个使用年限内均能满足变形限制的要求；对于地下室的防水抗浮设计，应按使用期间可能出现的最高水位设计；对于垃圾填埋场，其防渗衬层的材料和结构，应保证使用年限内有效，不致老化、开裂、渗漏；对于基坑，如需渡过雨季、冬季，应保证雨季、冬季的安全；对于邻近有重要工程的永久性边坡，设计使用年限不应低于受影响的相邻工程的使用年限等等。
（4）.在偶然事件发生时或发生后，仍能保证必需的整体稳定性。例如：某些高边坡、围堰、垃圾填埋场等，在发生罕遇地震时，可能发生破坏，但不致因整体失稳而造成十分严重的后果（人的生命，重大经济损失和社会影响）。
（5）.在正常施工、使用和维护条件下，对环境的影响不超过限值；例如：施工噪音，强夯振动，挤土效应等对环境和邻近工程的影响；降低地下水位造成区域降落漏斗的影响；在已有建筑物侧旁开挖，使既有建筑物产生附加变形，甚至威胁其安全；垃圾填埋场污染物泄漏和运移造成环境污染等等。
（三）设计条件的概化
概化是将复杂的具体事物，通过科学方法，取其本质，形成模型。模型不是实物，是实物的典型化，是分析和设计的基础。以地基设计为例，传至基础底面的压力不应大于地基的承载能力（包括强度和变形限值）。如果荷载和地基性能指标都是确定性的，岩土是均匀的，问题就很简单。但实际工程往往很复杂，首先是荷载，有永久荷载、可变荷载和偶然荷载，各种不同的荷载组合―基本组合、标准组合、准永久组合等，设计时选取其中最合理的组合，就是对荷载的概化。其次是地基，严格地说，地基都是不均匀的，岩土性质具有时空变异性，需用数理统计方法求出它们的代表值，将地基条件概化为地质模型。再次是如何考虑安全度，有容许应力法和极限状态法，有定值
法和概率法，有安全系数和分项系数表达。此外，必要时为了便于分析，又需要对基础和上部结构的刚度进行概化处理。将复杂的客观地质条件准确地概化为便于分析的地质模型，是岩土工程概念设计的重要步骤。最简单的地质模型，是一张带有各层岩土特性指标和地下水位的综合柱状图或综合地质剖面图。如果条件差别较大，则应充分建立地质模型。岩体内存在极为复杂多变的破裂面，想要具体描述这些破裂面的分析和性状是不可能的。于是有了结构面的产状和分类，结构体的分类，岩体完整性的分类，岩体基本质量的分级，各种围岩分级等等，都是某种概化的地质模型。
正确的概化应注意两方面：一是系统地占有原始数据，原始数据越丰富、越准确、越有代表性，概化效果越好，但付出的成本也越高。二是概化方法的科学性和实用性，要抓住事物的本质特性，针对影响工程安全和使用功能最关键的因素。
（四）设计原理的科学性
设计原理、计算方法、控制数据，是岩土工程设计的三大要素。其中，设计原理最为重要，也是概念设计的核心，必须牢牢掌握。掌握设计原理就是掌握科学概念。概念不是直观的感性认识，不是分散的具体经验，而是对事物属性的理性认识，是从分散的具体经验中抽象出来的科学真理。我们学习科学知识，最重要的就是学会掌握这些概念。解决工程问题时，概念不清，往往只见现象，不见本质，凭直观的局部经验处理问题。概念错了，可能犯原则性的错误。概念清楚的人，能透过现象，看到本质，举一反三，能自觉地运用理论和经验。对于岩土工程设计，力学原理、地质演化的科学规律，岩土性质的基本概念，地下水的渗流和运动规律，岩土与结构的共同作用等等，都是我们常用的科学原理，设计时必须牢记。
3 结语
通过本文的分析研究，我们对岩土工程概念设计有了更深层次的认识和了解，明确在设计过程中概念的重要性，利用概念设计的相关理论，以指导工程实践。所以，我们要树立概念设计目标，走概念设计综合技术路线，促进岩土工程向着更科学、更全面、更实际的方向发展。
参考文献
[1] 梁炯望：如何对待新奥法.隧道及地下工程，1985（2）.
[2] 中国金属学会召开喷锚支护学术会议.治金建筑，1982（2）.
【关键词】课程教学;领域本体;构建方法;C++程序设计
【中图分类号】G420【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2010)04―0033―05
引言
现代教育技术的发展推动着教育教学诸多方面的变革,同样也面临着一些问题。各教学系统因不同开发者使用不同系统工具和开发软件,相同系统间资源表示方式不同,不便于知识继承和共享,造成教学资源的重复建设,成为人们关注的焦点之一。
领域本体及语义网技术逐渐被应用于教育教学领域,促进了知识的共享和重用。本体是实现语义网的基础,因此,很多教育技术研究人员开始使用和开发各种教学本体,以实现教学资源在语义层面上的共享和重用。然而,目前的学科领域本体数量很少,能够实现共享和重用的学科本体库更是捉襟见肘,远远达不到当前教学资源实现语义共享的需求。快速而高质量地构建各学科领域本体急待解决,以促进教学资源实现更大程度的共享,早日实现语义功能。
一 领域本体
本体,在信息科学领域,指的是概念化的明确的规范说明,能够以一种明确的、形式化的方式来表示领域知识,促进知识共享。本体用来表示特定领域内部不同主体之间进行交流的一种语义基础,领域本体就是本体中的一种。
领域本体是在特定领域中可重用的本体,提供了该特定领域的概念定义和概念之间的关系,是领域知识规范的抽象和描述。
教学领域本体是对学科概念的一种描述,任一门课程中的概念及其关系都能构成本体。在通常情况下,教学资源领域本体是以某学科知识章节的纵向联系和知识间的横向联系两维度为主线进行构建的。将课程中的知识点看作一个概念,知识点之间的关系表现为概念之间的关系,每个概念还与网络中的学习资源相关联。教学领域本体最终目的是捕获领域知识,提供人机对知识的共同理解。
本体构建和构建方法息息相关。好的方法是本体构建的保证。遗憾的是,目前国内外还没有专门的学科本体构建方法,故学科本体的构建速度和质量不高。
二 基于ISD的领域本体构建方法
教学领域本体的构建,某种程度上是教学系统化设计(Instructional Systematic Design,ISD)的过程。教学系统化设计是运用系统方法对学习过程和学习资源进行统筹安排,对教学目标、知识内容、教育者和学习者进行分析,编制教学资源,并对教学过程进行评价。本文对目前已有的本体构建方法进行了分析和比较,并将教学系统化设计理念融合到教学领域本体中去,结合教学的实际需要,确立了构建教学领域本体的设计原则,提出了一种适用于教学领域的方法,即基于ISD的本体构建方法。
1 构建原则
为保证本体的科学性和规范化,任何本体的构建都要按照知识概念的标准化表达和构建步骤的规范化过程这两个基本原则进行。同时,为体现具体学科特点,本体构建要遵循明确性、一致性、可进化性,以及对知识进行合适的粒度划分等原则。其中,明确性是指概念应尽可能的完整并能有效表达课程特性,保证其唯一性和确定性;一致性是指要始终保证概念在逻辑上的一致性,以确保最后推理结果的正确性;可进化性是指概念可根据特定的要求进行扩展和进化,以与知识更新同步;合适的知识粒度是指知识粒度的划分要与教学步骤相对应,在保持知识的局部完整性的前提下,将学科知识点表示到对应的教学步骤中。
2 构建方法
目前,人们常使用复用已有本体和利用本体工具等方法来构建本体,具体各不相同。常见的本体构建方法有“骨架法”、“评价法”等。但是,这些方法或多或少地存在着需求不充分、建设过程缺少规范性、缺乏评价标准等不足。同时,这些方法各自适合不同领域,不能满足学科本体的具体要求。本文结合教学普遍规律,从教学系统设计的具体过程出发,依据本体建模的基本的建模元语类(或概念)、关系、实例等,提出了一种新方法(图1)。该方法可以从抽象到具体、自顶向下地建构学科领域本体,通过各种知识获取方法获得学科领域的主要概念和关系,用精确的语言加以描述,能够生成学科本体的核心语义内容。
(1) 教学领域本体需求分析
充分理解构建学科本体的需求,是本体构建的必要条件。
第一,在教学领域构建学科本体的目的。开发课程本体是为了形成对具体某课程知识组织结构的共同理解与认识,以满足异构系统间的信息交互和集成,提供基于语义的信息服务,为进一步建立个性化的课程资源管理系统服务。
第二,教学领域本体所涉及的具体学科。学科知识的范围和边界是模糊而交叉的,应把所有涉及到的学科或交叉学科都考虑在内,避免知识的缺漏。
第三,教学领域本体的使用对象是学生、教师,还是其他人。
第四,构建过程的时间分配。要考虑到课程知识的复杂性,不要求大求全,要以实用为基本原则,按工作量大小和难易程度合理分配时间。本体的进化需要更长的时间。
第五,本体描述语言的选择。本体描述语言的选择直接影响本体模型的表达能力和可扩展能力。目前的形式化本体描述语言主要有RDF、RDFS、OIL、DAML、OWL等,推荐使用W3C最新的描述标准。
(2) 建立核心本体库
首先,获取概念并定义类。通过收集学科领域的知识信息,充分了解知识的组织结构,从学科领域专家、专业权威书刊、网络以及已有的相关本体中获取学科的重点概念,并对这些概念进行分析抽象和归纳,依据概念唯一性、同级概念间互不相交、并集覆盖整个父类概念范围的要求,并形成以继承关系为主要关系的层级模型。这些模型化的概念被抽象为本体中最基本的类。类是本体的核心。定义本体的类,应能表示出类的最突出的属性,一个概念只能创建一个类,创建一个类应能增加其父类不具备的新属性。
其次,确定类的属性。概念层次结构是本体的骨架,类的属性和概念间的关系才是本体的血肉。类的属性用来描述概念的内部结构关系,是区别类的重要标志,包括类的固有性质和与其它个体的基本关系等。不同的类有不同的属性,一个类可以有多个属性。一般,属性的表现形式有属性名和属性取值。类的属性和类一样,也具有很强的继承性,这样就减少了属性冗余,增强了概念的表达能力。确定了类的属性以后,对概念进行归纳和分类,逐步建立起类的层级化的分类模型。
根据教学知识点与教学资源之间的映射关系,学科领域本体中知识点类的属性可以定义为知识点同义词(Synonym)、教学目标(TeachingGoals)、知识点大小(KnowledgeScale)、重要程度(SignificanceLevel)、知识点之间关系、与章节的关系、与资源的关系(hasResource)等基本属性。
再次,建立类之间的逻辑关系。一个概念的定义和描述往往会涉及到多个其他概念。概念之间具有关联性,这一关联就是概念间的关系。概念的关系可以是多个,一个关系包括关系名和关系取值等。学科概念模型中的类除了具有父子关系(SubClassOf)外,还要构建符合教学步骤和教学规律的其他关系,据此,本文定义了学科知识点之间的六种基本关系(表1)。所有关系形成了一个复杂的网状结构。网状结构与树状结构相结合,使得整个教学领域知识本体库成为一个语义复杂、完整但又清晰的、便于理解的语义网结构模型。在具体应用中也可以根据需要选一个或多个,或建立其他关系。
最后,创建类的实例。明确了本体的概念及概念间的关系,类的层级模型和类之间的关系建立之后,添加实例并建立一个实例集。实例反映了具体概念的知识表示,每个实例是由实例名和实例url地址组成。
(3) 进行形式化编码
确立了建模元语与概念之间的关系以后,接下来就要对本体进行编码了。本体最终是为了让机器理解教学中的概念及关系,也就是用计算机可识别的语言将本体描述出来,并将编码的过程和结果存储。本体编码就是将教学实际资源和本体进行关联,使类之间形成一个复杂的网状关系。在具体应用中,本体有非形式化语言、半形式化语言、形式化语言等形式,学科本体可以用自然语言、框架、逻辑语言等形式来描述本体。
OWL(Web Ontology Language,网络本体语言)是一种形式化本体描述语言,是W3C最新的一种语义网本体语言,它提供了丰富的类公理,功能上超越了XML、XML Schema、RDF等,能准确描述知识的类、属性和实例及其复杂的逻辑关系,支持良好的知识推理,弥补了RDF与XML。因此,本文推荐使用OWL来描述本体。
(4) 调试和集成
本体的构建和描述离不开本体构建工具的支持。Protégé体系软件是斯坦福大学为知识获取而开发的一个工具,是开放的模块化的,支持RDF Schema、带DTD的XML文件、XML Schema文件等格式的存储和导入。表2是Protégé与其他工具的比较。
从Protégé与其它工具的比较来看,Protégé具有很多独特的优点,因其开放性、不断更新性、可扩展性、良好的互操作性、界面友好性及对中文的良好支持等多方面的优点,成为人们构建本体的首选工具。
(5) 本体评价
构建完成的本体需要评价。但是目前没有标准化的本体评价方法。本文综合现有的本体评价方法,结合教学课程本体构建实践,认为教学领域本体构建应该从正确性、清晰性、一致性、可扩展性和有效性等方面进行评价。
(6) 本体进化
学科知识是无边界和不断扩展的。因此,进化是领域本体建设的重要环节。教学领域本体的构建是个不断进化和衍生的过程,在核心本体建好的基础上,不断修改和完善来扩展和进化本体,才能逐步建成一个较为完整和实用的教学领域本体来。
三 基于ISD的领域本体构建方法应用实例
“C++程序设计”课程随着教学内容的发展变化,教学资源不断更新。采用本体标准化的描述方式,建立通用的规范的教学资源库,实现资源的广泛共享和重用,是该课程资源库建设与发展的重要方向。本文以“C++程序设计”双语课程为例,采用ISD本体构建方法,以课程知识的纵向和横向关系相结合的方式,构建了该课程本体。
1 需求分析
理清本体的实际需求,是成功构建的必要条件。第一,开发“C++程序设计”双语课程资源本体的目的是为了形成对该课程知识组织结构的共同理解与认识,满足异构网中双语教学资源信息的交互和集成,并能提供基于语义的信息服务,为进一步建立个性化的“C++程序设计”双语课程资源管理系统奠定基础。第二,所建本体主要为双语教学资源的共享服务,所涉及学科领域是“C++程序设计”课程领域。第三,该课程资源领域本体面向对象是C++程序设计课程的学习者、本学科教师、其他学习者。第四,选用OWL语义描述语言。
2 建立核心本体库
(1) 获取概念
“C++程序设计”双语课程知识丰富。本文以Nell Dale等编著、高等教育出版社出版的《C++程序设计(第三版 影印版)》教材为基础,参照国内C++程序设计课程的知识结构,按照教学规律和步骤,将知识进行了三层粒度划分(详见图2),分别是根节点、顶层核心概念集、第一级子概念集,并归纳出五个顶层概念,分别是程序基础、面向对象、数据结构、程序举例、学习资源,一级子概念20个,二级子概念100多个,基本覆盖整个“C++程序设计”双语课程的全部知识内容,可作为该课程资源本体未来进化的种子。
按照教学系统设计理论,对这些核心概念进行扩展,建立整个本体概念模型:把“C++程序设计”作为根结点,向下扩展为五个顶级概念,顶级概念继续向下扩展,以此建立的层次结构以树型结构呈现。图3是使用Protégé4.0对顶级概念“学习资源”的下级概念(包括案例、课件、文档、指导、材料、测试等六个子概念)建成的类层级图。
(2) 确定类的属性和关系
根据课程需求,将知识间的关系定义为知识点之间、知识点与教学资源之间等的映射关系,定义了同义词(hasSynonym)、资源(hasResource)、程序举例(hasCaseStudies)、重要程度(SignificanceLevel)、等基本属性(图4)。定义了该课程本体的类之间的同位知识(ParaConcept)、上位知识(SuperConcept)、下位知识(SubConcept)三种最基本的关系。其他属性和关系可具体定义,如知识点名称、教学目标、知识点大小规模、重要程度、交互类型、知识点之间关系、与章节的关系等,以使本学科的知识点在横向上紧密联系起来。
(3) 创建类的实例
属性和关系建立后,接下来添加实例。本文为Classes类建立了三个实例,分别是classLoan、classTime、classString,如图5。
3 “C++程序设计”双语课程教学资源领域本体的OWL实现
本文通过使用Protégé4.0进行建模,按照教学具体要求和学科知识组织结构,形成能覆盖整个学科领域的概念结构。由于篇幅限制,这里只给出图4的OWL描述代码。图4基本实现了本体概念、属性及其关系的复杂关系,是整个本体的缩影,可以用来说明所建本体的科学性和可用性。
xmlns=qrnu.省略/bilingual-teaching/C++.owl#
xml:base="qrnu.省略/bilingual-teaching/C++.owl"
xmlns:rdfs="省略/2000/01/rdf-schema#"
xmlns:owl2="qrnu.省略/bilingual-teaching/C++.owl#">
四 总结
本文开发完成了“C++程序设计”双语课程教学资源领域本体,共包括概念82个、上下位关系102个、属性50个,包括了该课程领域的几乎全部重要概念之间的关系,描述了知识点之间的语义关系。该本体概念层级多样化,具有良好的完整性,概念间的关系在逻辑上比较严密和一致,且可扩展性较强,支持语义逻辑上的推理,方便以后的进化,为下一步实现资源管理的语义检索功能奠定了基础。
构建教学领域本体最终是为了在实际教学资源管理中予以应用,以实现共享,促进资源的语义管理。教学本体在实际应用中的问题,是进一步的研究工作。
参考文献
[1] 杨建学.领域本体构建在学习资源管理中的应用[D].长沙:湖南大学,2006.5.
[2] 王梅. OWL领域本体构建方法研究[J].图书情报工作, 2006,(12):30-33.
[3] 马文峰,杜小勇.领域本体评价研究[J].圈书情报工作, 2006,(10):68-71.
[4] 王秀芳,徐峰,魏莉.浅谈网络教学资源本体的构建[J].山东电大学报,2007,(1):11-13.
【关键词】基本概念；教学方法
长期以来，由于技工学校生源的特定性，以及学生在中学所形成的学习习惯，使学生对数学学习感到非常困难，甚至到了放弃的程度，究其原因，不外乎学生的“双基”差，所为“双基”即“基本概念”与“基本运算”，通过我多年的技工学校的数学教学，发现在“双基”中，基本概念差是学生学习困难的主要原因，由于学生对基本概念理解模糊，对概念理解不透彻，以致与学生在基本运算中错误百出，导致一部分学生对数学学习兴趣越来越低落，越来越困难，越来越没动力。
数学概念是什么？数学概念是数学研究对象的高度抽象和概括，它反映了数学对象的本质属性，是最重要的数学知识之一。概念教学是数学教学的重要组成部分，正确理解概念是学好数学的基础，概念教学的基本要求是对概念阐述的科学性和学生对概念的可接受性的统一。目前，对数学概念教学，有两种不同的观点：一种观点是要“淡化概念，注重实质”，另一种观点是要保持概念阐述的科学性和严谨性。高中数学课程的建设也面临着同样的问题。笔者认为，对这一问题的处理应该“轻其所轻，重其所重”，不能一概而论。提出“淡化概念，注重实质”是有针对性的，它指出了教材和教学中的一些弊端。一些次要和学生一时难以深刻理解但又必须引入的概念，在教学中必须对其定义作淡化（或者说浅化）的处理。但一些重要概念的定义还是应以比较严格的形式给出为妥，否则，虽然老师容易判定这些概念的定义是被淡化的，但是学生容易对概念产生误解和歧义，关键在于教师在教学中把握好度，突出教学的重点。还有一些概念，在数学学科体系中有重要的地位和作用，对这类概念，不但不能作淡化处理，反之，还要花大力处理好，让学生对概念能较好地理解和掌握。例如，初中几何的点概念、高中数学的集合等概念，是人们从现实世界广泛对象中抽象而得，在教材处理中要让学生认识到概念所涉及的对象的广泛性，从而认识到概念应用的广泛性，另外学生也在这里学到了数学的抽象方法。对于数学概念，应该注意到不同数学概念的重要性具有层次性。总之，对于数学概念的处理，要取慎重的态度，继承和改革都不能偏废。
数学概念有什么特点呢？我认为有以下三点：一是抽象地反映某一类事物内在的本质的属性；二是表现形式准确、简明、清晰；三是具体性与抽象性统一；四是具有较强的系统性。
明确了数学概念的特点，在教学中就要根据不同概念所呈现出的不同特点，采取不同的教学方法，从思维的基本单位＿＿概念开始，逐步开拓学生的思维发展领域。
一、抓住概念的本质属性，突破抽象关
数学概念的抽象性反映了数学的基本特点，而概念有内涵和外延两大部分。内涵揭示了概念的本质属性，外延则指概念所包含的对象范围，就是指具有这种本质属性的那些对象的集合。在高中数学第一册中第一部就是集合的概念。运用集合的定义来描述概念的内涵与外延如下：数学如果用p（x）表示某一共同本质属性，用集合A表示某一概念的外延，则可以表示成：A＝｛x｜p（x）｝。例如方程这一概念的外延用文字写成集合的形式则有：
方程＝｛含有未知数的等式｜P（含有未知数的等式）｝
抓住了方程概念的本质属性，对方程的概念的理解就比较容易了，例如给出5＋4＝9是不是方程呢？根据上述方程的概念学生就能准确地给出答案。
二、从运动变化的观点掌握概念
数学概念由于数学知识的逐渐复杂与深化，原有的数学概念就引起了其含意的变化发展。例如整除的概念在数的范围内与代数式的范围内就有所变化；又如角的概念，在初中只接触正角而范围有限，到高中之后，对角又重新定义；不仅扩大了范围，而且又有负角，同时将锐角扩充到任意角，锐角三角函数扩充到任意角三角函数。因式分解的概念随着代数的内容逐渐深化而变化；关于一元二次方程的根的概念，按着数的概念的扩充而发生变化。而幂的运算法则，其定义则开始在正整数范围内，随着负整数、指数和根式的引入，幂指数便扩大到任意实数，其运算法则灵活自如。这样，在运算当中，掌握好概念，便增强了解题的灵活性。
三、明确概念间的对立统一关系
正数与负数，正角与负角，旋转的逆时针与顺时针，平面几何中定义的角与三角函数中的任意角等概念，都具有相互矛盾对立统一的性质。如：ax2+bx+c=0（a≠0），在b2-4ac≥0时才有意义；随着知识的完备性和科学发展的需要，不得不将实数集扩大到复数集。这就是实数与虚数的对立双方转化统一于复数集。又如函数和反函数、指数函数与对数函数、微分与积分等概念，都体现了对立统一和相互转化的关系。
四、具体性与抽象性相统一
在概念教学中，首先应使学生明确感性认识与理性认识的依赖关系，不能认为由感性认识得出的观念就认为是概念。心理学认为，直观是反映于人脑中的映象，这种映象可以物化的形式再现出来，并被人们所感知。作为数学概念，一般不同于其他概念，由具体直观的形象通过抽象的思维活动总结出来的概念，应尽可以通过直观教学，使整个思维变得容易掌握。例如棱柱概念的掌握，先让学生观察实物，在具体直观认识的基础上，观察其主要特征，抽象概括出：“有两个面互相平行，其余各面都是四边形，并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行。这些面所围成的几何体叫做棱柱。”这就是在具体性基础上抽象出来的概念。把抽象的概念具体化，学生感到直观形象，记忆牢固，掌握准确，应用起来也比较方便。从认识过程上看，学生头脑中形成感性认识的过程，就是思维的起点，是具体性上升到抽象性的开端。如果没有这个开端，学生的学习往往会停留在空洞的概念上，而无法形成数学的真正技能和带有创造性的思维能力。
由于概念是思维的基本单位，要促进学生思维的发展，必须首先强化概念教学。特别是数学学科逻辑思维很强，更要根据数学概念的特点，让学生牢固掌握概念的本质属性，激发其解决问题的积极性，增强灵活性，提高学生学习能力，不断提高学生学习积极性，全面提高学生素质。
在物理教材中，有一部分概念学生是不知道它们是怎样得来的，也不知道为什么要引入某一概念。比如讲到“杠杆”这一节时，如果在引入杠杆概念前提问学生什么叫杠杆？很多学生会被问得哑口无言，直到学生照书本上读出原句才能解围。但以这们的方式引入和讲解概念是不符合学生认识规律的。其实，任何物理概念都是有事实基础的，教师应精心选择最好的事例，最好的演示，最好的实验，向学生提供直观材料，让学生进行观察、分析、比较，透过形形的现象全力抓住事物的本质特征，并能启发学生用自己的语言概括出本质特征来。
一、教师应当创造条件，使学生在有关物理事物、现象中“漫游”
列举大量的事实，唤起学生已有的感性知识，或进行实验，或组织有关实践活动，使学生从实验观察中获得一些感性知识。其目的是使学生对有待研究的事物有一个明晰的印象。在这个过程中，教师要着重引导学生善于观察，达到了解现象、取得资料、发掘问题和勤于思考的目的。
比如，在教学能量概念的教学中，如果只是简单地告诉学生“一个物体能够做功，这个物体就具有能”，是不符合概念教学程序的，从而也不可能给学生留下深刻的印象。
英国汤姆·邓肯所著的“探索物理知识”一书中，对能量这一重要概念，是从“人做工，需要不断地补充足够的食物”这一生活常识谈起的，提出是不是所有做工都需要“进餐”，机器做工是否也需要“加餐”等一系列有趣的问题。例如，他令学生观察、思考下列问题是否需要“进餐”：
吹胀一个气球；两手拉着一个橡皮带，将它一拉一松；爬山；学习历史；自动手表看上去上发条；真空除尘器吸取尘土；在游泳池里水将人浮起；直升飞机在空中盘旋；……
实际上，提出上述一系列的有趣问题，就相当于引导学生在有关事物、现象中“漫游”！最后得出结论：食物和燃料是能量的仓库，正是这些能量使人或机器做工。如果按照上述内容和形式进行“能量”课题教学，也将很容易得出我们现行课本中关于能量的定义，即一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。而且，课堂教学气氛也将会生动活泼的。
二、引导学生进行比较、分析、综合、概括，排除次要因素，抓住主要因素
例如，教学“功”的概念。
首先，我们可以列举大量的机械工作的实例引入教学。由于学生对此有丰富的感性知识，所以，教师利用生动的板画便可以唤起学生已有的感性知识。如，用一根直杆（杠杆）撬动石头，起重机吊起重物；人推着汽车前进等，使学生对机械工作有一个初步印象。进而引导学生分析机械工作的特点：直杆给石头一个力的作用，且使重物升高；起重机给重物一个力的作用，重物升高距离，人给汽车一个力的作用，且使汽车前进。
不难得出：尽管各种机械（包括人）的构造不同，工作对象也不同，但它们工作时具有的共性是：第一，机械（或人）必须给工作对象施加力的作用；第二，工作对象沿着这个力的方向移动一段距离。可见，力和沿力的方向的距离移动，是机械工作所不可缺少的两个因素。从而总结概括出：当物体在外力的作用下，沿着力的方向移动一段距离时，我们就说力对物体做了机械功。简称功，并定义为：功等于物体所受的力和物体在力的方向上移动的距离的乘积。如果用符号W表示功，用符号F表示力，用符号S表示物体沿力的方向移动的距离，则得W=FS，功的单位是焦耳。功有大小，没有方向，因而是标量。
三、通过与有关、相近概念的对比，以及进行适当的练习运用，来巩固、深化概念的理解
培养学生善于从现象中抽象概括出事物的本质特征的同时，还可以让学生学会将新旧物理概念进行类比的方法。当然被类比的两物理概念必须有某些属性的相似。这样既加深了对旧概念的理解，又为引新概念铺平道路，一举两得。
例如：密度概念，压强概念，速度概念，功率概念等就可进行类比。这四个概念中最早接触的是速度概念。让学生理解作匀速直线运动的物体快慢程度可用相同时间通过的路程来表示。而这个相同的时间一般取单位时间，因此匀速直线运动快慢就用单位时间内通过的路程来表示速度。这样在讲密度时当学生知道相同体积不同物质的质量不同，让学生思考如何表示物质的这个特性呢？让他们可用类比方法，类比出单位体积的质量来表示物质的特性，这样就能顺利地引入密度概念。
关键词：桥梁；概念设计；教与学
中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0147-05
一、引言
土木工程从17世纪中叶诞生开始，经历了最初近300年的“奠基时期”和一战前后的“成熟时期”，并以计算机和信息技术为标志，进入了现代桥梁工程发展阶段。这一时期，中国桥梁经历了“80年代的崛起”和“90年代的腾飞”两个阶段，取得了举世瞩目的成就，但在设计创新、桥梁美学和经济性方面存在一些问题，这三个问题与设计人员的素质直接相关。桥梁设计人员的素质与其所接受的工程教育密切相关。传统桥梁工程的教学是按照不同材料讲授结构原理，按照不同规范教授设计方法。这种传统的教学方法使得学生容易形成思维定式，限制了学生的创意思维。同时，在教学当中缺少桥梁美学、桥梁经济性能比选这两方面的教育。学生在学习完《结构力学》、《材料力学》和《理论力学》等基础课程，《桥涵水文》、《桥梁施工》、《桥梁工程》等专业课程之后，所学知识是一堆分散的、凌乱的知识点，在毕业设计阶段，学生常常感觉到毕业设计难以着手展开。为了加强学生对桥梁设计的整体理解，整合学生本科学习的知识，培养学生的在桥梁设计时在创新理念、工程质量和美学考虑三方面的能力，同济大学桥梁系在本科生中增加了《桥梁概念设计基础》的课程。本文着重介绍了本科《桥梁概念设计》课程的教学目的和课程设置，并就教学特色谈谈作者的体会。
二、课程设置
桥梁的概念设计就是选择满足桥梁功能、结构、施工、耐久、环保、经济与美观要求和设计原则的最佳设计的过程。学生学完结构力学、材料力学、土力学等力学知识以及桥梁工程、桥涵水文、基础工程、桥梁施工等专业知识后，如何让他们学到《桥梁概念设计》所必须的基础知识是课程设置中必须考虑的问题。概念设计首先要分析设计环境，即分析该桥建设的自然条件、人文条件，社会条件和技术条件；然后生成一系列概念方案，针对不同桥型确定桥梁的各个层次的基本参数；最后根据《桥梁概念设计》的六个基本原则——“安全、适用、经济、美观、耐久、环保”，从这六个角度对概念方案逐一对比分析，比选出最优的案。图1较为直观地介绍了《桥梁概念设计》的设计流程。
根据桥梁概念设计基本流程和本科阶段的特点，《桥梁概念设计基础》课程主要设置以下内容。
1.概念设计概论。概论当中，首先整合了桥梁工程的知识体系，介绍了桥梁的基本组成和分类；然后介绍国内外桥梁的最新发展动态。并从中国桥梁建设当中出现的问题的角度，说明概念设计的目的、意义和重要性。最后介绍了《桥梁概念设计》中安全、适用、经济、美观、耐久、环保的原则及其含义，并详细阐述了如何建立创新理念。
2.桥梁美学设计。美学是人们对于美和丑的认识，虽然不同人拥有不同的看法，但是美学还是有其一般性的规律。在桥梁美学设计当中，首先介绍了东西方美学的哲学基础，提出了桥梁美学的五个基本原则——“多样与统一”、“比例与匀称”、“平衡和和谐”以及“韵律与协调”。并针对桥梁，提出了概念设计中的美学考虑和处理方法。最后，介绍了桥梁美学设计的实例。
3.设计构思和总体布置。设计构思和总体布置是《桥梁概念设计》中最为关键的环节，是生成概念方案所必须有的过程。设计构思主要是分析桥位处的自然条件、技术条件、人文条件、社会条件，进而对桥梁总体设计进行设计。①自然条件。自然条件主要包括河势、水文、气象气候、地形地貌、地质水质和地震这七个方面。在概念设计阶段，这些资料的应用一般有两个方面：一方面，在理解消化这些资料的基础上，抓住核心要素和控制条件，形成构思和布局的雏形；另一方面，用于总体和关键构件的宏观、控制性的计算和分析，来验证和调整先前的构思和布置。②技术条件。经过近200年的发展，桥梁的上部结构和下部结构已发展形成了一些较为成熟的形式，在当今技术条件下，这些不同类型的上部结构和下部基础都有着各自的适用范围，在桥梁概念设计的初始阶段，我们应当尽可能地根据桥梁所处的自然条件，选择最为合适的上部结构和下部基础。③人文条件。人文条件主要是指桥梁所处地区的历史文化背景和该区域的桥梁使用者对于美的诉求。桥梁作为一种永久建筑物，除了跨越功能之外，其景观功能也是其功能的一个重要方面，在某些情况下，尤其是城市桥梁当中，桥梁的景观功能可能是其最为重要的一个方面。只有在这些准备工作做好之后，才能够根据“变化与统一”、“比例与匀称”、“平衡与和谐”，“韵律与协调”这些基本的美学基本原则，设计出满足人们人文诉求和美学要求的美的桥梁。④社会条件。社会条件主要是指桥梁的使用功能、桥梁的经济性。使用功能包括交通功能、航运功能。交通功能方面，对于公路桥梁、铁路桥梁和城市桥梁，其荷载标准和建筑界限不同；不同的航道等级和通航标准对应的通航净空也不相同。经济性方面，不同的桥型、总体布置、基础方案和施工方案对于桥梁的经济性能均有影响。
4.结构安全验证。在结构安全验证中，介绍了桥梁的荷载，讲解了结构分析的一般方法和结构的强度、刚度、稳定性、动力特性的验算，然后介绍了桥梁耐久性设计的一般原则和耐久性验算的方法。
5.工程案例分析。通过分析《桥梁概念设计》的工程实例，来完整的介绍桥梁概念设计的流程，以及各个步骤当中应当注意的问题，使学生在掌握全局的同时不忽略细节。
三、概念设计教学特色
同济大学桥梁系在国内土木工程专业首先开展了概念设计的课程，作为桥梁工程教学改革的一部分，这门课程尝试了一些新的教学方法。具有以下几个方面的特点。
1.强调桥梁创新和美学设计。通过概论，首先强调《桥梁概念设计》中创新的重要性，从总体布局、结构体系和局部构造三个层次引入创新理念。并分别配以工程实例，深入浅出，强化了创新和美学设计在桥梁设计中的重要性，引导学生在创新和美学方面进行思考。如在讲解从总体布局的角度创新桥梁设计时，列举了某高新区中央岛的桥梁概念设计。
由于该区域是交通道路上的重要视觉节点，连岛的两座桥梁需要表现出磅礴的气势和很好的视觉冲击力，常规桥梁无法表现这一特征。虽然可以通过大跨度悬索桥、斜拉桥凸显气势，但是桥位处没有大跨度斜拉桥的要求，同时，大跨度桥梁经济上也不合理。通过总体布局的创新，采用建筑学上借势造景的技法，将一座常规大跨度桥梁一分为二，分别放在南北两个河道处，中间道路形成虚拟的桥梁中跨，远处观看，如同一座十分宏伟的大跨度悬索桥，既凸显了气势，又满足了经济合理的要求。
2.注重讲解概念性的原理。传统的桥梁工程注重从力学计算方面推导出一些公式，通过公式里的参数分析来讲解桥梁工程中的基本力学原理。在《桥梁概念设计》的教学当中，复杂的力学计算不是重点，因为其与概念设计注重概念的理念背道而驰。相反，概念性的原理才是重中之重，一方面，概念性的原理便于理解性记忆；另一方面，如果概念设计不合理，将直接导致后续力学计算结果出现问题，进而需要返工或者通过额外措施解决出现的问题。例如，在讲解桥梁结构体系对于桥梁受力性能的影响时，列举了作者设计的昆山玉峰大桥的外部约束、内部链接和刚度分配处理方法的例子。
？摇？摇昆山某区域需建立一座城市桥梁，通过概念分析，拟建立一座斜靠拱桥。由于该区域为软土地基，无法承担水平推力。因此，主拱圈采用无水平推力的系杆拱（外部连接），主拱圈承担主要的恒载，主拱圈斜靠拱共同承担活载（刚度分配），进而解决了软土地基的问题。在讲解主拱圈和主梁之间的内部连接方式时，同样也采用了重视概念、简化计算的教学思路。由于主梁为双边箱钢箱梁主梁，在纵横梁上搭设混凝土预制桥面板，桥面板之间通过现浇段和横纵梁上的剪力钉连接，因此在拱梁交接处存在着负弯矩区段，会导致桥面板开裂。为了解决这个问题，主拱圈和主梁之间采用铰接的连接方式，释放了负弯矩；同时，等主梁支架拆除后再浇筑现浇段，通过让混凝土桥面板和钢主梁在不同的阶段参与受力，也减小了拱梁连接处的桥面板拉应力，防止了桥面板开裂。由于一般的系杆拱桥主梁为混凝土箱梁，可以张拉预应力，因此拱梁交接处主梁拉应力不是设计的关键因素，但是在玉峰桥中，在混凝土桥面板中张拉预应力较为困难，因此采用了释放拱梁之间弯矩的铰接的连接方式。
3.教学结合工程实际。以上两个例子，只是《桥梁概念设计》课程教学当中所举的众多例子的一个缩影。为了改变传统桥梁工程教学时，学生只知其然，不知其所以然的状况，在《桥梁概念设计》教学中加入了众多的工程实例，讲解出原因，让学生加深理解，加深印象。例如，在介绍悬索桥抗风问题时，列举了著名的“塔科马大桥风毁”事故，并从悬索桥的计算理论发展的角度，解释了塔科马大桥发生风毁的背景。在线弹性理论当中，不考虑结构变形对于平衡的影响，因此主梁高度很大；随着挠度理论的诞生，人们发现主梁的刚度对于悬索桥的整体刚度贡献不大，最终，从曼哈顿桥到金门大桥，悬索桥主梁高度越来越小。到塔科马大桥时，主梁高跨比只有1/350，主梁形式为抗扭性能差的双边主梁开口断面，最终导致主梁发生风致颤振破坏。这种结合工程事故发生的理论发展背景的讲解思路，让学生的理解更为深入。
4.整合知识体系。通过一个完整的桥梁概念设计流程，学生明白了本科所学课程在桥梁概念设计中的作用以及各个课程之间的关系，进而达到了整合学生的知识体系的目的；同时，概念设计当中历史文化、美学诉求方面的人文内涵需要学生提高综合素质，耐久性、环保以及全寿命设计思想要求学生进一步学习相关知识，从这个角度来说，概念设计也起到了引导学生学习方向的目的。
5.注重学习与实践相结合。让学生更深入地理解《桥梁概念设计》，最好的方式是让学生参与到真实的桥梁概念设计当中。在教师指导下，学生参加桥梁方案竞赛是一个很好的方式。从同济大学桥梁系开设《桥梁概念设计》课程以来，历届学生分别参加了广东省虎门二桥、北京长安街西延永定河桥、北京通州运河区北运河桥和通惠河桥的国际方案竞赛。在参与竞赛的过程中，学生对桥梁概念设计的流程有了更深入地理解，同时也增强了实践能力。下面介绍了长安街西延永定河桥梁的概念设计。桥位位于首钢工业改造区，该区域规划功能定位为北京西部综合服务中心和后工业文化创业产业区。桥位北部为被誉为“燕都第一仙山”的石景山，西岸为门头沟滨水商务区，功能以商业服务，文化娱乐为主。大桥跨越永定河莲石湖，该湖注水后，形成湖滨绿色生态走廊。概念设计当中，石景山、永定河和首钢是不可或缺的三个元素，桥梁应当与这三个元素相互融合，构建出“一山、一水、一桥，一部钢铁史”的和谐篇章。①跨径布置。桥位处控制桥梁跨径的主要因素有：路线与河道及两侧道路斜交53度；东侧跨越丰沙铁路和东滨河路（红线宽度40米）；西侧跨越河堤路（红线宽度30米）；河堤处不能设置桥墩。因此，采用东侧一跨跨越丰沙铁路、东滨河路和东河堤，西侧采用一跨跨越西河堤及西河堤路，最小跨径均为120米。河道中桥墩设置不受通航影响，但需要考虑排洪的作用，桥位处上下游桥梁跨径均为40米左右。②桥型选择。桥型选择考虑结构的外形与周边环境相符，控制结构的高度，是的结构与石景山和山下的首钢厂区高度协调，不遮挡永定河自南向北的视觉走廊。根据跨径布置，梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥都是可行的。③横断面布置。桥位处道路规划红线宽度为80米，若采用单层桥面布置，桥面宽度约为60米；若采用双幅桥面布置，桥型选择限制较多，如采用横向四片拱肋的拱桥，景观效果不佳；如采用双层桥边，可以使桥宽变为30米左右，同时具有许多优点。非机动车道、人行道和车行道分离，为互通立交的实现提供了很好的条件；双层桥面的下层人行道、非机动车道可以与东滨河路实现平交，方便了行人。④概念生成与选择。梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥都是可选桥型，根据上述分析，概念生成了十四个比选方案。从安全适用、结构布置的合理性与经济性、与环境的协调和美观、可设计性和可施工性、耐久环保五个方面进行综合比选打分，最终概念选择了五跨连续桁架拱桥方案、斜拉桥和梁桥组合方案、斜拉桥和拱桥组合方案，进行下一步的设计。以下为三个方案——锦绣河山（五跨连续桁架拱桥方案）、日月同辉（斜拉桥和梁桥组合方案）、龙凤呈祥（斜拉桥和拱桥组合方案）的效果图。
⑤概念设计。下面简略介绍锦绣河山方案极其概念设计。
美学处理方面，五跨连续桁架拱桥方案主梁和拱肋均采用钢桁架形式，厚实的金属质感让人们感受到首钢改造区曾经辉煌的钢铁文化。桥面以上主拱圈的高度近似按照黄金分割比设计，犹如连绵起伏的山峦，突出了锦绣河山的主题。桥头堡外形也同样进行了美学优化，参照石景山上宝塔的形象进行了处理。主桥为采用双层桥面的梁拱组合体系，各跨拱脚均采用固定铰支座约束。主梁宽度为32.6m，高度为6.5m。上下桥面每隔6m设置一道横梁，梁高1.5m。采用正交异性钢桥面板，主梁上吊杆间距为6m。除拱肋的风撑与弦杆，腹杆与弦杆采用高强螺栓连接外，其他钢构件采用焊接连接。基础采用钻孔灌注桩。永定河大桥概念设计是国际方案竞赛，有六家国际知名设计单位的十八个方案参加竞争，最终有六个方案入围。作者指导学生所完成的三个方案均得以入选。部分竞争者的方案因采用大跨、奇异的造型来标新立异而被淘汰，而学生们所完成的方案思路清晰、考虑的因素较为全面，创新性、经济性均较好，设计方案外形也比较优美，因此得以入围。在前面提到的另外两个国际比赛中，学生们的方案也获得了第二和第一名。参加比赛既提高了学生的学习积极性，也达到了《桥梁概念设计》的教学目的。
四、学生反应
本文第二作者作为《桥梁概念设计基础》课程的学生，也切身体会到了《桥梁概念设计》不同于传统的灌输式教学。传统的桥梁教学思路只重视结构计算，而《桥梁概念设计》重概念、重视原理、重视讲解思路，重视用实例说明抽象的问题。这些教学思路对于学生的理解十分有益。同时，提高了创新和美学考虑在桥梁设计中地位，让听课的学生认识到，新的桥梁设计理念需要工程师从传统的桥梁计算工程师转变到桥梁创新设计工程师甚至是桥梁建筑师，让其更为重视自身的人文修养和综合素质发展。《桥梁概念设计》的学习就是一个桥梁概念设计训练的过程，本科学习的知识经过梳理后成为了一个体系。在进行本科毕业设计，学生拿到一个桥梁基本信息后，处理更为得心应手。最后，参与方案竞赛的实践帮助学生从理论性的知识当中走出来，进行实际的概念设计操作，加深了学生对概念设计本身的理解，对概念设计流程也更加熟悉。
我们国家的桥梁在过去的三十年当中实现了跨越式的发展，但是，这种高速发展的背后也隐藏着很多问题，创新理念不足、桥梁不够优美以及经济性能不好是众多问题中比较突出的几个方面。
高校学生是未来青年工程师中的骨干力量，是未来桥梁设计的中坚。同济大学桥梁系率先开展《桥梁概念设计》这一课程，希望能够通过这门课程，加强学生对桥梁概念构思的重视，将创新思维和美学优化的理念贯穿桥梁设计始终。希望通过这种形式，在桥梁界中倡导一个重视概念设计、重视创新、重视美学优化的氛围，为中国桥梁的进步贡献出一份力量。
参考文献：
[1]项海帆，肖汝诚，徐利平，等.桥梁概念设计[M].北京：人民交通出版社，2011：39-41.
【关键词】《机械基础》 基本概念 理解 掌握
【中图分类号】：G712
【文献标识码】：B 【文章编号】：1673-4041(2007)10-0176-01
《机械基础》是职业学校机械类专业的一门重要基础理论课，它的学习不仅关乎着相邻专业基础课的认知，也直接影响到学生对生产实习课题的理解和技术技能的掌握，从这个意义上讲，学好《机械基础》显得尤为重要。
《机械基础》这门课程具有内容广、概念多、易懂难记的特点，这使得学生在记忆方面存在诸多障碍，教师教学过程中也常常出现深浅程度难以把握的情况。概念教学在很大程度上影响到学生对本学科知识的掌握，因此，我们在教学中应注意采用多种方法，加强基本概念的教学，尽量与实践结合起来，加深学生对概念认识和理解，努力提高教学效果。
《机械基础》的内容包括机械传动，常用机械以及液压传动的工作原理、结构特点和应用特点等，其中有大量的概念需要以直观的认知做基础才能做到真正掌握，因此，我在教学过程中，就概念的讲解采取了以下措施：
1通过教具演示，帮助学生认识概念
对于以具体形象思维为主要思维方式的初中生来说，机械知识领会的起点，就在于观察，充分利用直观性原则，才能帮助学生了解，认识它们的特征。因大多机械都是运动的，属于动态概念，因而介绍各类机械结构特点的概念，如果通过教具或机械实物的演示、讲解，就能使学生在演示中能够更好地理解和掌握，在实物面前展示概念的内涵，将动态的全过程演示出来，增加学生的感性认识，给学生便于记忆的直观映象，变理性为感性，变抽象为具体，通过具体的感性认识变成抽象的理性概念，加深学生的认识和理解，从而提高教学效果。例如，在讲解四杆机构中的“曲柄”、“摇杆”；轮系中“定轴轮系”、“周转轮系”等概念时，我都是通过演示教具先让学生看明白而留下深刻的感性印象，然后再引伸出新的概念。
2借助现象看本质，帮助学生理解概念
现象是指人们对事物的大量的例证观察中，通过他人的肯定与否定所获得的表面印象。概念是指通过对现象的总结、定义而概括出来的内涵。这类概念高度精确地概括了事物的本质，是从内涵上认识事物的本质，只有在一定的表象积累的基础上，才能正确地认识事物的本质。学生思维发展的阶段性决定了其思维的经验的积累。比如“死点”这个概念，我们在教学中从“缝纫机的卡死”和“死点夹具的夹紧”等日常生活及生产实习中的现象入手，帮助学生积累充分的表象，在此基础上学习“死点”的概念，取得了较好的效果。
3在实践中学习，帮助学生掌握概念
《机械基础》是一门与生产关践紧密结合的学科，其内容是从生产实践中来的，其中的概念都是生产实践中各类机械设备的发展过程中总结概括而来的，技校学生的学习也需要与生产实际结合起来，学生对生产中直接运用的知识往往具有强烈的学习兴趣，在教学过程中选择生产实践中经常运有的具体结构来验证有关概念，往往能够激发学生更加浓厚的学习激情，形成强大的学习内在力，进一步增加学生对于基本概念的认识和理解。我们在讲解螺纹传动时，把学生带到车间里，参观车床丝杠传动以及台虎钳，让学生具体观察丝杠传动的具体结构和工作情况，然后再在课堂上讲解有关的内容，学生看到这些机构是自己在工作中经常见到和使用的，学习兴趣很浓，积极性很高，这样对概念的掌握就容易多了。
4通过比较分析，帮助学生消化概念
各类机械的发展都有其内在的共性，对一个概念的理解可以帮助学生引申理解出几个相关的概念，各类机械既有许多相同的地方，也有许多不同的地方，相对各类机械的概念总结出其内在的共性，达到举一反三、逐类旁通的教学效果。机械基础中的许多概念就是这种关系，在教学中必须抓住它们的这种特点，在对比中扩大各自特征上的差异，帮助学生认识和理解。如在讲解《带轮传动原理》时，结合前面学过的摩擦轮传动，两者都是利用摩擦力传递运动和动力，在传动原理上有很多共同之处，但由于带传动是通过中间挠性件-带来传递运动和(或)动力的，所以，它们又有许多不同之处，这样通过两个概念的比较，既强化了以前所学的知识，又帮助了后面的概念的掌握，加深了学生对概念的理解，提高了学生的认识。
摘要：人力资源管理是组织管理的关键。但是，至今还没有明确的、得到普遍认可的人力资源管理的核心概念。分析人力资源管理在组织管理中的作用，分析人力资源管理的概念和目的，得出人力资源管理的核心概念是“支持”。在此基础上，用国外两种支持理论进行了证明，并探讨了“支持”的内涵，进而分析了支持理论的基本元素和基础框架，设计了基于支持理论的人力资源支持管理模型。
关键词：人力资源管理 核心概念 支持 支持理论
一、引言
世界著名的市场营销学权威菲利普·科特勒认为，一门学科应该有一个核心概念（Core Concept）。如经济学的核心概念是“稀缺”，政治学的核心概念是“权力”，人类学的核心概念是“文化”，社会学的核心概念是“群体”，市场营销学的核心概念是“交换”。论语的核心概念是“仁”。人力资源管理的核心概念是什么？
二、学科概念体系与核心概念的标准
概念是构造理论的基本要素。不同学科有不同的概念体系。概念体系由多层次的概念组成。概念分为核心概念和普通概念。核心概念处于知识领域的中心位置，而普通概念是附着于核心概念而存在的、为核心概念服务的。
核心概念是位于学科中心的概念性知识，包括了重要概念、原理、理论等的基本理解和解释，这些内容能够展现学科图景，是学科结构的主干部分。美国著名教育学家赫德列出选择核心概念的标准如下：⑴展现了当代科学的主要观点和思维结构；⑵足以能够组织和解释大量的现象和数据；⑶包含了大量的逻辑内容，有足够的空间用于解释、概括、推论等；⑷在教学中可以用上各类情境下的例子，并可使用于日常生活中常见的情况和环境；⑸可以提供许多机会，用以发展与本学科特色相关的认知技能和逻辑思维过程；⑹可以用于组建更高阶的概念，而且可望与其他学科的概念结构建立联系；⑺表达了科学在人类智力成果中所占有的地位。
三、人力资源管理核心概念的确定
1.基于人力资源管理常用的概念分析其核心概念
目前人力资源管理有三种模块之分：六大模块、八大模块、十大模块。十大模块包括八大模块的内容，八大模块包括六大模块的内容。每个模块包含的主要概念见表1。基于核心概念的标准进行分析，表1中没有人力资源管理的核心概念。
2.基于人力资源管理在组织中的作用分析其核心概念
（1）从迈克尔·波特的价值链理论看人力资源管理的作用
哈佛大学商学院教授迈克尔·波特于1985年提出价值链理论。波特认为，每一个企业都是设计、生产、销售、发送和支持其产品的过程中进行种种活动的集合体。所有这些活动可以用一个价值链来表明（图1）。企业的活动可分为增值活动和支持活动两类，增值活动包括来料储运、生产作业、成品储运、市场营销、售后服务等；而支持活动则包括采购、技术开发、人力资源管理和企业基础设施等。这些互不相同但又相互关联的生产经营活动，构成了一个创造价值的动态过程，即价值链。
迈克尔·波特认为，人力资源管理在企业价值创造过程中所起的作用是“支持”。
（2） 从卓越绩效管理模式中看人力资源管理的作用
卓越绩效管理模式是 80 年代后期美国创建的一种世界级企业成功的管理模式，其核心是强化组织的顾客满意意识和创新活动，追求卓越的经营绩效。该模式已被世界各国广泛接受。2004年8月30日，中国国家质监总局和国家标准化管理委员会了GB/T 19580《卓越绩效评价准则》国家标准和GB/Z 19579《卓越绩效评价准则实施指南》标准化指导技术文件，并于2005年1月1日起在全国实施。
在卓越绩效管理模式中，将“组织的过程分为价值创造过程和支持过程。”（图2）人力资源管理在卓越绩效管理模式中所起的作用依然是“支持”。
从人力资源管理在企业中的作用看，人力资源的核心概念应该是“支持”。
3.基于人力资源管理的常用概念分析其核心概念
人力资源管理有三个常用的概念。
常用概念一：“人力资源管理是根据企业发展战略的要求，有计划地对人力资源进行合理配置，通过对企业中员工的招聘、培训、使用、考核、激励、调整等一系列过程，调动员工的积极性，发挥员工的潜能，为企业创造价值，确保企业战略目标的实现。”其直观框架见图3。
常用概念二：“人力资源管理，就是运用现代化的科学方法，对与一定物力相结合的人力进行合理的培训、组织和调配，使人力、物力经常保持最佳比例，同时对人的思想、心理和行为进行恰当的诱导、控制和协调，充分发挥人的主观能动性，使人尽其才，事得其人，人事相宜，以实现组织目标。”其直观框架见图4。
图3、图4虽有差异，但基本含义是一致的，即人力资源管理是通过“支持”员工的发展“支持”组织目标的实现。
常用概念三：“人力资源管理，是指运用科学方法，协调人与事的关系，处理人与人的矛盾，充分发挥人的潜能，使人尽其才，事得其人，人事相宜，以实现组织目标的过程。”该概念可以简化为：“通过协调人与人的关系，充分发挥人的潜能，以实现组织的而目标。”简化概念中的关键是“协调人与人的关系”，使组织协调运行的人与人的关系是“支持”。
4.基于人力资源管理的目的分析其核心概念
人力资源管理的目的：一是帮助组织实现目标，即“支持”组织目标的实现；二是有效利用劳动者的技能，即“支持”员工充分发挥技能；三是为组织提供训练有素和动机良好的员工，即提升员工素质，“支持”组织发展；四是使员工的工作满意度和自我实现最大化，即“支持”员工的职业发展；五是与所有的员工交流人力资源管理的政策，即让员工了解相关政策，“支持”员工开展工作；六是提倡符合伦理规范和社会责任的行为，即“支持”员工的职业发展；七是管理对个人、团队、企业及公众都有利的变革，即消除障碍，“支持”个人和组织更好地发展。
上述七个方面都隐含着“支持”。综合上述的分析，人力资源管理的核心概念是“支持”。
四、人力资源管理核心概念的证明
组织与员工的关系是人力资源管理的重要内容，“相互支持”关系是组织持续发展的基础与保证。
1.支持关系理论的证明
伦西斯·利克特（Rensis Likert，1903-1981），美国心理学家、行为科学家，支持关系理论的创始人。所谓支持关系理论是指领导者要考虑下属员工的处境、想法和希望，支持员工努力实现其目标，让职工认识到自己的价值和重要性。领导者对职工的这种支持能激发起职工对领导者采取合作和信任的态度，支持领导者的工作（图5）。
关键词： 高校知识本体； 知识匹配； 知识复用； 知识共享
中图分类号： TN911?34； TP312 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）16?0058?04
Construction of university knowledge ontology and its application research
YUAN Xiao?yan， TANG Qing?song， HE Jian?ying
（College of computer， Sichuan University of Arts and Science， Dazhou 635002， China）
Abstract： In order to realize the knowledge reuse and sharing in universities， the university knowledge ontology was developed. According to the demand of domain ontology of university knowledge， the modeling development method of university knowledge ontology is put forward. The basic relations and characteristics of universities knowledge ontology are described. The concept classification and partial justice of the university knowledge ontology were determined. The ontology was realized by means of ontology development tool Protege4.0. The intelligent personal knowledge matching of the teachers was achieved by the ontology. The feasibility and scientificity of this method is verified with examples.
Keywords： university knowledge ontology； knowledge matching； knowledge reuse； knowledge sharing
当前是知识经济时代，知识是国家的命脉，高校是国家知识储备的一支中坚力量，其知识资源的建设与发展，是国家知识的重要组成部分，高校知识资源的好坏决定着高校教育发展的优劣。由于高校知识的类型多元化、各种交叉信息使得各种知识分散混乱，让高校知识的管理成为一项巨大的任务。本体是一种描述知识系统的概念模型建模工具，它赋予了信息、知识以语义，具有良好的概念层次和对逻辑推理的支持，将本体引入高校知识管理中，对知识进行有效管理，对提高高校知识的共享和重用有重要意义。
1 本体理论
近年来，本体论已经被广泛用于知识工程、人工智能和信息技术等方面，它是对共享概念模型的明确、形式化的规范说明。对知识工程领域本体的研究主要是研究知识的获取、规范和重用、可靠性等。高校知识本体是高校知识领域内的公共词汇，是广大用户共同认可的词汇，它提供了语义互操作基础，能使概念层次化、隐含概念清晰化，利用本体能够有效地、系统地对高校知识概念进行描述。
本体是一个六元组：O={N，Re，Ch，T，A，E}。其中：N和Re是两个不相交的集合，N中的元素称为概念，Re中的元素称为关系；Ch表示概念层次，即概念间的分类关系；T表示概念间的非分类关系；A表示本体公理；E表示本体实例。由此可知，本体应该具有概念类、关系类、函数、公理和实例，其中概念可以形成一个分类层次，并通过关系、函数、公理来表达概念之间的关联和约束。
2 高校知识本体的分析和建模
根据高校知识本体的特点和构建本体的方法，提出了一种适合高校知识本体的建模开发方法，该方法有以下三个阶段：
2.1 确定本体的应用领域、目的与范围
列举能力问题是确定本体范围的一个有效方法，并且，还可以作为最终本体的评价标准，本体的需求、层次都可以通过这些问题反映出来，例如一个部门是否有一些多余的课程需要讲授，该课程隶属于高校知识领域的哪个层次，谁有时间、有能力进行该课程的教学。
2.2 建立高校知识本体间的基本特征与联系
高校知识本体的基本特征有对称性（SYMM）、传递性（TRANS）、逆转性（REVERS），基本联系有概念间的继承联系（is?a）、整体与部分的联系（kind?of）、相似联系（resemble?of）和属性联系（attribute?of），概念与实例间的联系（instance?of）。这些联系有如下几个基本公理：
公理1： is?a联系具有传递性，不具有对称性。
公理2： kind?of联系具有传递性，不具有对称性。
公理3： resemble?of联系不具有传递性，但其具有对称性。
2.3 创建高校知识本体的概念类别
创建高校知识本体概念类别主要是为了确定高校知识本体的主要相关概念，对其按类别汇总并建立相应的层次结构。
建立高校知识本体的领域术语词典是该阶段的第一步，定义高校知识本体领域的术语，并确定其语义和形式是该步骤的目的，术语定义所需的知识来源可以是多样的，如书本、手册、表格、网络和专家等[1]。把领域词典中的术语归纳成几个主要类别，而且确定其层次结构是该阶段的第二步。本文将高校知识本体总结为6个类别： 个人知识、人员、教学、科研、过程和档案，其类别如图1所示。
图1 高校知识本体类别图
（1） 个人知识本体。个人知识本体用来描述学生和教师个人的知识。学生的个人知识包括专业知识、兴趣知识、哲学知识、私密知识、社交礼仪、人际关系、学习团队和自我管理知识，教师个人知识和学生个人知识的分类差不多，少了学习团队知识，多了培训知识，专业知识包括教学、科研和竞赛等知识，教学又包括课程、教学法和学科教学，学科教学主要是指心理学、教育学和各种教学经验。个人知识本体概念类结构如图2所示。
（2） 人员本体。人员本体主要描述高校人员的基本类别和特点。人员可以分为学生、教师，人员本体概念类结构如图3所示。
图3 人员本体概念类结构
（3） 教学知识本体。教学知识本体主要描述教学中涉及到的概念和特点，它包括教学计划、教学大纲、教学管理、教学资源、教学改革、教学评价和教学团队知识，教学知识本体概念结构如图4所示。
（4） 科研知识本体。科研知识本体主要描述科研所涉及的各种概念和特点，它包括科研项目、科研管理、科研团队、科研成果、学术机构和科研学者，科研知识本体概念类结构如图5所示。
（5） 档案本体。档案本体描述高校中的各种档案及其属性，它包括党群档案、行政档案、教学类档案、各系部档案和其他档案，档案本体概念类结构见图6。
图4 教学知识本体概念类结构
图5 科研知识本体概念类结构
图6 档案本体概念类结构
（6） 过程本体。过程本体主要描述高校管理知识的各种过程，它包括教学过程、学习过程、项目管理过程、培训过程、绩效管理过程、论文指导过程、招生就业过程和招聘过程，过程本体概念类结构如图7所示。
2.4 创建高校知识本体的公理
高校知识本体的公理在各种概念及其类别、概念基本联系和特征建立之后就可以定义。除了前面介绍的一些公理外，高校知识本体的公理还包含顶层类之间和各个类的公理。
（1） 顶层类公理。例如，只要是学生（Stu）就不可能是教师（Teacher），只要是教师就不可能是学生，如下：
[Stu?Teacher=?]
（2） 各个类的公理。例如，如果一个教师t参加过一个培训T，而这个培训又用到过知识K，则该人员拥有知识K，如下：
（?T∈Train）（?K∈Knowledge）required for（K，T） ∧（?t∈Teacher）works for（t，T）?has（K，t）
3 高校知识本体实现
Protege4.0是基于Java的本体开发工具，具有OWL本体语言和可视化插件，本体结构在其中以树形的层次结构显示，用户增加或编辑类、子类、属性和实例等可以通过点击相应的项目来实现[1]，而不需要了解具体的本体表示语言。本文构建的高校知识本体模型见图8。
图7 过程本体概念类结构
图8 高校知识本体模型
4 本体在高校知识管理中的匹配应用
人员知识匹配问题在高校知识管理中处处可见，例如，人员的协作、专家的查询或是人员的调度等。高校中的知识分为显性知识和隐性知识，明显客观、能够用语言及文字来表达的知识是显性知识，而主观的、难以用语言及文字来表达知识是隐性知识。鉴于本体具有语义关联性与易于推理性，为了提高知识的匹配效率，本文将本体应用于人员管理对知识需求的匹配。
定义1：人员知识向量Ps为：Ps=（b1，b2，…，bK），其中bk是人员具有的第k项知识，k=1，2，…，K。
定义2：课程知识需求向量为：Pr=（h1，h2，…，hK），其中hk是人员具有的第k项知识，k=1，2，…，K。
各项知识在同一门课程的重要性不同，同样，同一项知识在不同课程中的要求也不同，因此知识对课程的权重矩阵A为：
[A=a1 0 … 00 a2 … 0? ? ? ?0 0 … ak]
式中ak是第k项知识对课程的权重系数。
匹配度计算函数如下：
[Mc（Ps，Pr）=PsA（Pd）TPrA（Pd）T]
本文采用的匹配规则有如下两条：
（1） 显性知识匹配规则：如果课程某项知识的要求高于教师所具有的该项知识的等级，计算时取教师的实际知识等级，相反，则取课程所要求的值。
（2） 隐性知识推理规则：如果课程所要求的知识在教师知识本体里找不到，则查找教师的授课历史记录。如果教师的授课记录里找不到该项知识，则该项知识的属性值为无；如果有一项，则该项知识的等级是初级；如果有两项及其以上，则将其设为中级。
匹配示例如下所述：假设要分配一位合适的教师给某课程，表1中显示了该课程对教师的各项知识属性及其属性值和权重的要求。假设教师的检索结果中存在教师Rose，其知识信息如表2所示。
表1 课程知识需求参数
本文里每个知识等级被赋予了以下分值：4是高级，3是中高级，2是中级，1是初级。
该项课程的知识需求向量Pr可以由此得到：
[Pr=2，1，2，2，2]
知识对课程的权重矩阵A也可以得到：
[A=2000001000002000002000002]
Rose的知识里缺少一项知识：项目经验，项目经验在权重矩阵里显示是一项比较重要的知识，因此相关的知识信息将会在Rose的教学历史记录里进行查找。Rose曾经参加过北大青鸟的JSP教师培训课程，培训中曾经做过某企业管理系统。应用本体的隐性知识等级推理规则，Rose参加过北大青鸟的JSP教师培训课程，培训中曾经做过某企业管理系统，做这个系统需要掌握项目经验，而且Rose是教师。由此可以得出结论：Rose有一定的项目经验，因此根据隐性知识推理规则，其在“项目经验”项的等级由“无”改为“初级”。
表2 Rose的知识信息
在“前驱知识2”项中，课程知识需求参数的知识等级低于Rose的知识等级，根据显性知识匹配规则，“前驱知识2”项的等级由“中级”改为“初级”，这样就得到了Rose的知识向量Ps为：
[Ps=2，1，2，2，2]
根据匹配度计算函数[Mc（Ps，Pr）]为： [Mc（Ps，Pr）=2933=0.879]
而没有本体推导机制时，Ps′为：
[Ps′=2，2，2，2，0]
则[Mc′（Ps′，Pr）]为：
[Mc′（Ps′，Pr）=Ps′A（Pd）TPrA（Pd）T=2633=0.788]
可见，人员知识有推理时的匹配结果比没有推理时更好，人员知识的维护与完善得到了本体推理机制的智能支持。
5 结 语
高校知识多而杂，而且多种知识混合在一起，必须要进行管理。高校知识的管理需要用到本体，本文研究了高校知识本体的建模问题，提出高校知识本体的建模方法，并建立了高校知识的本体模型，进一步研究了本体在高校知识管理中人员知识的应用，提出了人员知识匹配的方法，并通过实例验证了该方法的可行性和有效性。
参考文献
[1] 郭彩芬，董志，万长东.汽车MRO知识本体构建与应用研究[J].现代制造工程，2013（7）：33?37.
[2] 王立政.基于本体的知识检索模型优化研究[D].长春：吉林大学，2011.
[3] 覃晓，孔提英，龙珑，等.高校基建档案知识的本体构建研究[J].广西大学学报：自然科学版，2012，37（6）：1238?1243.
[4] 杨悦时.面向语义Web的高校专业课程资源库检索系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2011.
[5] 孙颖，倪天权，刘亮亮.本体在高校信息资源管理系统中的应用[J].科学技术与工程，2008（8）：2075?2080.
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