机电一体化概念篇1
关键词：机电一体化;产品创新;概念设计
机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。
1机电一体化产品概念设计的概述
1.1机电一体化产品概念设计的内容
机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、ai技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。
1.2机电一体化产品创新概念设计的意义
机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、tRiZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。
2机电一体化产品创新概念设计理论
2.1机电一体化产品应用到的系统原理
机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。
2.2机电一体化产品创新的概念设计方法
对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。
2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望
机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。
3结束语
机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。
作者:王中元单位:内蒙古机电职业技术学院
参考文献:
机电一体化概念篇2
物理概念准确地反映了物理现象及过程的本质属性，它是在大量的观察、实验基础上，获得感性认识，通过分析比较、归纳综合，区别个别与一般、现象与本质，然后把这些物理现象的共同特征集中起来加以概括而建立的，是物理事实本质在人脑中的反映。任何一个物理概念的学习又会与其他概念相联系，概念之间的这种关联着的逻辑关系，是构成物理规律和公式的理论基础。物理概念不仅是物理基础理论知识的一个重要组成部分，也是学生通过逻辑推理方法，构建知识体系的基本元素，学生学习物理知识的过程，就是要不断地建立物理概念，弄清物理规律。如果概念不清，就不可能真正掌握物理基础知识，不可能有效构建物理模型，不可能形成清晰的思维过程。在解决物理问题时，常常表现出选择题选不全，计算题审题时，由于对某些概念理解不到位，导致挖掘不出有效信息、不能快速建立未知量与已知量之间的联系，解题效率低下。因此，在中学物理教学中，概念教学是一个重点，也是一个难点，搞好物理概念的教学，使学生的认识能力在形成概念的过程中得到充分发展，是物理教学的重要任务。
二、影响高中物理概念学习的主要因素
1、教材因素
初中物理教材与高中教材相比较，对知识和思维能力的要求都有一个较大的跨越，存在一个较大的台阶。高中物理教材所讲述的知识不仅要求采用观察、实验，更多的要求具备分析归纳和综合等抽象思维能力，要求能熟练的应用数学知识解决物理问题。对于多个研究对象、多个状态、多个过程的复杂的问题，从物理现象到构建物理模型，从物理模型到数学化的描述，建立一系列的方程，学生接受难度大。初中、高中物理教材对知识的表述也有很大差别。初中物理教材文字叙述比较浅显通俗，学生容易看懂和理解，而高中物理教材对物理概念和规律的表述严谨简捷。对物理问题的分析、推理、论述科学严密，学生不易读懂、阅读难度大。另外，高中教材与所需数学知识的衔接不当，也对学生的物理学习造成了困难。如学生尚未学到极限的概念，在学习瞬时速度时就难以理解；高一新生没有三角函数知识，就不能灵活处理力的合成与分解；没有函数图像的知识，用图像法研究各种问题就会比较困难。由于学科之间的横向联系的失调，也加大了高一物理学习难度，使高一学生成绩分化。
2、学生因素
高中物理概念有些是从直观的实验直接得出的，有些概念则需要学生从已有的物理概念出发，或从建立的理想模型出发，通过观察、分析、归纳和推理建立起来。虽然高中学生具有一定的认知能力及逻辑思维能力，但由于他们物理基础知识有限，物理思维方法不足，个别高中学生由于在以往的学习过程中形成了被动接受知识的习惯，积极主动思考问题的能力较差，不善于将陌生、复杂、困难的问题转化为熟悉、简单、容易的问题，不善于将实际问题转化为物理问题，不善于根据具体问题灵活选择方法，学习物理概念时习惯于机械记忆，盲目练习，往往被个别表面现象所迷惑，形成一些片面的、肤浅的概念。主要表现在解决物理问题时对于隐含条件的分析，临界状的把握，多过程的衔接等分析不完整，顾此失彼，答案不全面，条理不清楚。如个别学生不理解加速度及电阻率的概念，造成“加速度大速度就大；电阻率大电阻一定大”的错误认识。
3、教师因素
教师在教学过程中，往往将大量的时间用于备课做题，缺乏分析研究学生的现有知识状况、接受知识的能力，对于学生的知识能力有时估计过高，自己常常觉得有些物理概念很简单，学生自己一看就懂，没有必要花费时间去探讨、挖掘物理概念的内涵和外延，造成学生在最初就没有真正理解有些概念，致使学生不易建立各个物理概念之间的联系。为了更有效的搞好概念教学，需关注以下几个环节。
三、引入物理概念的常用方法
（1）实验法
物理学是一门实验学科，大多数物理概念是通过实验演示，让学生透过现象剖析揭示其本质而引入的，学生通过直观观察形成深刻印象，强化了对概念的理解和记忆。例如在引入弹力的概念时，通过演示实验：小车受拉伸或压缩弹簧的作用而运动；再演示：弯曲的弹性钢片能将粉笔头推出去。引导学生观察在这些实验过程中，弹簧及弹性钢片发生了什么形变，弹簧在恢复原状时要对与它接触的物体产生力的作用，让学生自己总结弹力产生的条件及弹力的概念。
（2）类比法
类比法是在科学研究中常用的方法，在物理学中不少的概念是用类比推理方法得出的，让学生借类比事物为“桥”，从形象思维顺利过渡到抽象思维，有助于接受理解新概念。例如：与重力势能类比，引入电势能的概念；与电场强度概念的建立类比，建立磁感应强度；将电流类比水流，建立电流概念；将电压类比水压，建立电压概念；把电磁振荡类比于弹簧振子或单摆，把电谐振类比于机械振动中的共振，建立电磁振荡概念。
（3）逻辑推理法
物理概念大多数是在已有认知结构的基础上建立起来的，新概念的建立主要依赖于认知结构中相关的概念，要充分发挥已有的旧知识的作用，通过新旧概念之间的逻辑关系引入新概念。例如引导学生复习初中学过的功的概念，指出物体能够对外做功，则物体具有能量。在此基础上，讨论运动物体能够对外做功，则运动物体就具有能量，这种能量叫动能，进一步用做功的多少来确定动能与那些量有关系，使学生真正理解动能的表达式。
总之，物理概念引入的方法很多，无论采用什么方法一定要注意：使学生明确一个概念的物理意义，知道这个概念到底有什么作用；根据学生认知结构中相应知识状况和新概念的不同特点，选择的感性材料要典型全面，要突出与概念有关的本质特征，尽量减少非本质特征的干扰，避免先入为主和消极的思维定势的影响；能起承前启后，建立知识联系的作用，选择的旧知识一定要与新知识有实质性联系，否则容易形成模糊或错误的概念，或在认知结构中形成不正确的联系，有碍于培养学生抽象与概括能力；引入概念时，要尽量能激发学生学习的兴趣，使其积极活动，充分体现学生的主体作用。
四、引导学生理解、深化物理概念的方法
1、细化物理概念对应的知识点
一般情况下，可以从以下几点细化一个概念(1)名称:记住物理量的名称是了解一个物理量的第一步，就像了解一个人就要先记住这个人的名字一样，教材上物理概念的名称，是用黑体字印刷的，这正是要引起同学们注意和重视。(2)定义及物理意义物理概念的定义是用科学严谨的叙述给出的，教材中常用加点字来表示，定义要熟练准确记忆，不能有半点差错。物理量所表示的物理意义不同于定义，如速度的物理意义是表示物体运动的快慢，其定义是位移跟发生这段位移所用时间的比值。(3)符号物理量的符号大多采用英语的第一个字母，一般情况，每个物理量都有特定的字母，要求学生记准物理量的符号，这样，有利于规范运算过程。(4)表达式一个物理概念的定义用数学语言来描述，就写出了对应的定义式，因为任何一个物理量往往会和其他量建立联系，它们之间的关系又会写出不同的表达式，这时就要弄清哪个是决定式，哪个是定义式。(5)单位物理量的定义式，既给出了物理量之间的数量关系，又决定了它们之间的单位关系，要分清国际单位和常用单位，并记准其单位符号及不同单位制之间的换算关系。在做题时要求同学们统一单位。(6)矢量和标量每讲一个物理概念，要求弄清它是失量还是标量。只有明确其特性，才能按相关规则进行运算。(7)状态量和过程量每讲一个物理概念，要求弄清它是状态量还是过程量，如何通过状态量的变化把状态量和过程量建立起联系。(8)最后还要提醒学生弄清物理表达式的适用范围。
2、突破难点
课本中的物理概念，文字叙述严谨、简洁，多数同学能够读懂字面意义，但不能把握准确深刻的含义，运用概念解决问题时就容易出现错误。如讲述超重与失重时，个别学生认为超重时物体重力增大，失重时物体重力减少，完全失重时物体重力为零。如果在学习这一概念时指导学生做下列实验：在弹簧秤下挂上钩码，静止时记下示数，然后提着弹簧加速上升，观察指针位置，记下示数，此时发现弹簧秤示数增大了，最后观察物体加速下降时弹簧秤指针位置，记下示数减小，此时发现弹簧秤示数减小了，分析实验结果，引导学生总结出超重和失重概念，这样既留下深刻的印象，又可以轻松地突破难点。再如，惯性这一概念，部分同学难以理解，老师必须通过举例说清，惯性与速度无关，与力无关。我是这样处理的……又如，磁通量这一概念，教材中的定义是这样叙述的：设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁感应强度为B，平面的面积为S，我们定义磁感应强度B与面积S的乘积叫穿过这个面积的磁通量，简称磁通。粗看这段话就是磁通量等于磁感应强度与面积的乘积，即Φ=BS，深入分析概念，应强调计算磁通量的两个重要条件:一是B与S垂直,不垂直要用投影面积；二是面积S必须是在磁场中的有效面积；三是若平面内有两个或多个磁场且方向不同，则必须用合磁感应强度；四是磁通量的物理意义直观形象地说是指穿过某面积的磁感线条数,故对于穿过线圈截面的磁通量，B越大,截面积S越大,穿过这个线圈截面的磁感线条数就越多,磁通量就越大,与缠绕线圈的匝数无关；五是磁通量是标量，但磁感线穿入同一面积时，却有不同的穿入方向，尤其在讨论磁场不变，平面反转时磁通量变化这一问题，必须弄清磁感线的穿入的方向，有的学生容易把磁通量当成矢量，这时，可以用水流、电流的概念去类比。
只有搞清物理概念的定义，才能有效建立不同量之间的联系。如热学中理解了温度是物体分子平均动能的量度，内能是物体内所有分子动能和势能的总和这两个概念及理想气体模型，知道做功和热传递是改变内能的两种方式，就能掌握一定量的理想气体内能只与温度有关，内能是温度的单值函数，与体积及压强无关，温度升高，内能增加，若体积也增大，则这个过程气体对外做功，必然吸收热量，但气体压强不一定改变；若温度不变，内能一定不变，此时体积增大，仍然是气体对外做功，必然吸收热量，气体压强减小；可见只要把体积与功、温度与内能联系起来，就能顺利解决热力学第一定律的有关问题。
3、矫正错误点
物理概念理解不清，在做题时很容易出现错误，只有深入挖掘其内涵，通过各种题型的反复强化，搞清楚一个物理量的特征，才能避免错误，提高做题准确率。例如,研究电源的电动势及内电阻实验中，对实验数据的处理常采用图像法，用纵轴表示外电压，横轴表示闭合电路的电流，画出了一条倾斜的直线，直线的斜率等于电源的内电阻，有的同学认为斜率是图线与横轴夹角的正切值，造成这种错误的原因是把数学中求直线斜率的方法照搬过来，没有考虑物理问题中纵横坐标的标度不同，纵横坐标交点也不一定是（0、0)等因素。再如，原子核物理中质能方程e=mc2,在计算核反应中释放的能量时，有的学生错误地认为质量亏损是质量消失了，消失的质量变成了能量，这时，要通过练习使学生明确核反应过程中不仅质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒、而且质量也守恒。又如用功的表达式w=FS计算功时，有的同学把力的作用点的位移与物体的位移混到一块儿，出现如：人走路时摩擦力做了正功，上楼梯时楼梯做了正功等错误结论。
另外，洛仑兹力是带电粒子在磁场中受到的作用力，它的表达式是通过安培力的公式推导出来的,洛仑兹力是安培力的微观反映,安培力是洛仑兹力的宏观表现。带电粒子在磁场中运动时洛仑兹力对运动电荷始终不做功，有些学生就不清楚既然安培力是洛仑兹力的宏观表现，为什么通电导体在磁场中运动时，安培力做功？出现这个问题的原因是学生不明白，只有通电导体静止时，安培力才是导体内所有粒子所受洛仑兹力的合力；当通电导体在磁场中运动时，洛仑兹力分力的合力才与安培力等效。洛仑兹力不做功，但洛仑兹力的分力都做功，所以安培力做功。
4、辨析易混点
物理上有许多相近的概念，它们既相互联系又有区别，学生学习时容易理不清其关系，混到一块。因此在进行物理概念教学时，要从不同的角度进行比较、辨析，突出概念的差异，明确概念的内涵和外延，加深理解，避免混淆。如物理量的变化量与变化率，一字之差，含义不同，要讲清变化率和时间建立了联系，是变化量与时间的比值，体现了这个物理量的变化快慢，这个比值常常定义了一个新的物理量。位置的变化率是速度；速度的变化率是加速度；动量的变化率是物体所受的合外力；磁通量的变化率反应了电动势。再如电阻和电阻率、自感和自感系数、冲量与动量、动能与动量及热学中热量与温度、分子力随分子间距离变化的图像与分子势能随距离变化的图象等都容易分不清。电学中表征交流电的几个物理量电流、电压、电动势，它们的最大值、瞬时值、有效值、平均值，只有弄清其定义、决定因素及表达式，才能理解为什么计算电热、热功率、电功、电功率及电表示数时用有效值，计算某段时间内流过导体的电量时用平均值。学习时要深入比较这些相近物理量的异同点及联系，避免死记硬背公式，做题时乱套公式，不能快速有效选择公式，解题效率低下。另外不清楚物理量正负号的含义，易造成矢量和标量的混淆。实际上研究同一直线上矢量问题时，在规定正方向之后，正值表示该量方向与正方向相同，负号表示其方向与正方向相反，若多个矢量不在同一条直线上，取正负号就没有意义；对于势能这种标量正负号不仅可以表示大小，也反应了这个位置比零势能面的势能高还是低。
五、设计思考题是应用概念建立知识网络的有效途径
学习物理概念是为了能运用概念进行思维，运用概念解决问题。通过练习巩固概念，形成良好的思维品质，提高学生分析问题、解决问题的能力。如何在课堂教学中，指导学生快速准确地把概念、定律用于解答具体的物理习题，教师的分析示范和归纳总结很重要，选择典型习题，引导学生对问题的分析主要集中于“已知信息是什么？”“要达到的目的是什么？即求什么物理量？”在解决问题的过程中，概念和原理就是建立未知量与已知量联系的桥梁。教师先带着学生分析问题，深入挖掘题目的隐含条件、临界条件、多过程结合点等，再引导学生分析、领会、思维过程，然后和学生一起分析问题，最后让学生独立分析问题，并且自己独立总结出解决这一类问题的思路和方法，提高解决问题的能力，避免陷入题海，浪费时间精力。
如讲摩擦力概念时，为了使学生对摩擦力有正确的理解，能对各种情况下物体所受的摩擦力作出准确的分析，在课堂上提出了十个问题让学生讨论判断：
①静止的物体只能受静摩擦力，运动的物体只能受滑动摩擦力，对吗？
②摩擦力的方向是否总是与物体运动的方向相反，对吗？
③在粗糙水平面上滑动的物体一定受摩擦力作用，对吗？
④摩擦力的方向总是与物体运动的方向在同一直线上，对吗？
⑤摩擦力总是阻力或者总是阻碍物体运动的吗？
⑥压力越大，摩擦力一定越大吗？
⑦计算滑动摩擦力公式F=μ中的等于物体重力，对吗？能否与重力无关？
⑧物体间接触面积越大，滑动摩擦力也越大？
⑨滑动摩擦力与物体运动的速度大小有关吗？
⑩最大静摩擦力与滑动摩擦力有什么关系呢？
每个概念讲完以后，引导学生仿照上面列出问题的模式，提出与这个概念相联系的各种问题，讨论解答的过程中进一步巩固概念，加深理解。
在复习课上，为了使各个概念建立联系，形成知识“网络”，把相关的知识编成一个知识集成块，以题目的形式展现出来（用多媒体展示），让学生在解题时，大脑高度集中反复回忆、搜索头脑中储存的知识、概念，通过发散思维与聚合思维，达到重温概念，重组知识，形成更科学有用的知识模块。
如矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动的交流发电机模型，可以把力、热、电磁、光学和原子物理学方面的知识贯穿其中，编织成知识“网络”。如图所示：在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，匝数为n的矩形线圈，ab、ad边长为L1、L2，线圈绕垂直于磁场的中心轴匀速转动，角速度为ω，线圈通过滑环与阻值为R的外电路相连，若线圈电阻忽略不计，则：
1、ad边、bc边匀速圆周运动的线速度为多少？
2、线圈转动过程中，磁通量最大，磁通量变化率最大的位置分别在哪里？
3、线圈转动过程中，ad边、bc边产生的感应电动势的瞬间表达式怎样？
4、线圈转动时，为什么会产生按正弦规律变化的交变电流？线圈在如图所示的位置开始计时，试写出其感应电动势的瞬时表达式？画出感应电动势的瞬时值随时间变化的图象。
5、写出流过电阻R的交变电流的瞬时值的表达式。
6、线圈转动过程中，通过电阻R的交变电流的周期、频率、最大值和有效值各是多少？
7、电阻R在t秒钟内放出了多少热量？
8、线圈从图中位置转过角的过程中，流过电阻的电量有多少？流过电阻R的电流每秒钟变化几次？
9、从线圈位于图中位置开始计时，t=时刻，线圈所受的磁力矩为多大？
10、线圈匀速转动过程中，发电机的输出功率是多少？
11、线圈匀速转动过程中，跟电阻R并联的伏特表的示数是多少？
12、线圈匀速转动一周的过程中，外力对发电机做功消耗的能量为多少？
13、若该发电机用柴油机来带动，已知柴油的燃烧值为q,柴油机及发电机的效率为η1和η2,则t秒内柴油机消耗了多少柴油?
14若该交流发电机用核动力来驱动,使用的核燃料为铀U235,其核反应式为+6+10,设中子（）质量为mn,原子质量为mu，原子质量为mx，原子质量为ms，设核发电机析效率为η，求t秒内消耗的核燃料的质量是多少？
15、若用水轮机带动该发电机，设水轮机的效率为η1发电机的效率为η2，则水轮机的输入功率为多少？
16、若上题中的水轮靠从h高处由静止流下的水来驱动，则水轮机的输入功率为多少？
17、在保持发电机转速不变的条件下，用该交流发电机对某学校直接供电，已知该发电机的输出电压大于u0,要使电灯正常发光,应选用横截面积为多大的铜导线（铜的电阻率为ρ0）输电？这时发电机的输出功率是多少？
18、若学校与发电机间的距离L较大，需要采用高压输电，现设计的升压变压器和降压变压器的匝数分别为1：nB和nB:1，则要使学校的n0盏白炽灯全部发光，应选用面积为多大的铜导线输电？这时发电机的输出功率是多少？
19、若上面的白炽灯正常发光时，发出波长为λ的光，电灯的发光效率为η，则每盏灯在t秒钟内辐射出多少个光子？
20、发电机从发电到输电至用户的整个过程中，能量是怎样转化的？
机电一体化概念篇3
一、从感性认识出发，讲清概念的本质
学生学习知识是学习前人在实践中总结出来的经验，没有必要（也不可能）完全重复他们所经历的认识过程，但能具备一些感性认识，无疑是十分有利的.曾记得伟大的物理学家牛顿说过：“我的成功是站在巨人的肩膀上”，这句话就是最好的写照.例如；讲力的概念时，可以先举一些很平常的实例：人推车、手提箱子、摩擦阻碍了木块运动、地球吸引苹果等，这是一些很平常的现象，学生不会注意；若要对它们进行分析对比，就会发现它们有共同之处，即每个现象最少有两个物体：人和车、手和箱子、压路机与路面、木块与地面、地球与苹果.而且两个物体都在相互作用着，推、提、压、拉、吸引的效果才能显示出来，我们把产生这些效果的作用分别称为推力、提力、压力、拉力、吸引力.所以“力是物体间的相互作用”，且“不能离开物体而独立存在”的，即有施力物体就有受力物体.这样，力的性质和就被揭示出来了，学生头脑中不仅形成了较为深刻的力的概念，而且为今后学习打下了基础.
二、应用生动的比喻，帮助学生理解概念
物理概念是从实践中抽象出来的理性认识，如果教师不讲究教学方法而平铺直叙、照本宣科，往往会事倍功半，反而给学生一个模糊的概念，如果选择通俗易懂，具有生动的比喻则可迎刃而解，同时也可收到激发学生兴趣和活跃课堂气氛的效果.
例如，在讲“电流”时，课本是用“物理学中用每秒通过某一横截面的电荷量多少”来表示电流，学生感到难以接受，因为“电荷量”是一个新名词，这时可采用如下比喻，把导体比喻为“水管”，那么“水流”就是“电荷量”了.这是学生容易接受的，通过这个比喻，使“电流”更加形象化.学生获得的概念也更加具体和生动.
又如，在讲“电阻”时，是自由电子在金属导体中的定向移动，跟水在塞满石头的水管在流动类似，会受到阻力.这个“水管――石头模型”够形象、生动了.
三、挖掘概念内部的联系，深刻理解物理意义
例如，在讲“焦耳定律”时，其数学表达式：Q=i2Rt和电功w=Uit两个公式，有的学生只死记公式，硬背条文，不去弄清各符号所代表的物理量及它们间的关系.在解题时，学生往往会闹出张冠李戴的笑话，这不能全怪学生，也与教师讲课时分析问题不深不细有关.为了避免和澄清学生在这方面的模糊认识，在讲解公式时，教师不能用纯数学观点或走过场，将电流所做的电功与电热混为一谈，此时应该认识清楚只有纯电阻电路中电流所做的电功等于电阻产生的电热，即电热是电能转化为内能的那部分.如，电动汽车成为未来汽车发展的方向.若汽车所用电动机两端的电压为380V，电动机线圈的电阻为2Ω，通过电动机的电流为10a，则电动机工作10min消耗的电能为多少焦？产生的热量是多少焦？解：（1）电动机工作10min消耗的电能：w=Uit=380V×10a×10×60s=2.28×105J.（2）产生的热量错解：Q=w=Uit=380V×10a×10×60s=2.28×105J.正确的解：Q=i2Rt=102×2×10×60=1.2×103J.这道题就是考查学生是否对电功和电热两个概念有深刻理解.所以，学生要挖掘概念内部的联系，才能深刻理解其物理意义.
四、分析身边的自然现象，理解重要物理规律
由于自然界的各种现象纷繁复杂，它反映出其中物理现象、物理概念也很抽象的.
机电一体化概念篇4
信息消费概念股是继房地产、汽车之后的又一消费领域、新的经济增长点，4G、三网融合、金融iC卡等项目有望成为今后政策扶持重点领域。笔者上周重点推荐的信息消费概念股表现最为靓丽，初灵信息周最大涨幅30%，成为信息消费概念股的龙头品种；超图软件、周内最大涨幅也达到了20%；御银股份、数字政通等信息消费概念股也有10%以上的涨幅。智能自动化概念股整体表现中性偏好，御银股份等相关品种表现为冲高后的震荡格局。
新兴产业概念股百花齐放。环保概念股异军突起，香梨股份25亿收购水务公司，复牌后连续3涨停；传统环保概念股中电环保、龙净环保、首创股份三剑客涨升一片。智能自动化主题投资中，以安居宝、捷顺科技、鹏博士为三剑客的智慧安防概念股；以智云股份、瑞凌股份、蓝英装备为代表的机器人概念股；以中航电测、汉威电子为代表的传感器概念股等热点板块纷纷涨停。
文化娱乐板块继续高歌猛进。大传媒概念股以华录百纳、华谊兄弟为代表的影视概念股涨幅居前。手机游戏概念股出现分化现象，市场开始挖掘低价未涨的潜力股，以鸿博股份、高乐股份、华润锦华为代表的三低游戏概念股连续涨停；而对高位股票持观望态度，中青宝等龙头股出现滞涨现象，佐证了上半年红极一时的手机游戏概念股炒作或已经进入尾声。
机电一体化概念篇5
关键词:数字化产品;数字产品;内涵
中图分类号:F49文献标识码:a
随着计算机及网络技术的迅速普及,电子商务走进人们的生产生活中。在电子商务时代,新的产品形式层出不穷。“数字化产品”和“数字产品”,这两个概念被广泛地使用。什么是数字化产品,什么是数字产品,它们是指同一产品还是不同产品?厘清这两个概念,能为数字化产品和数字产品的进一步研究打下基础,也能为实践中正确使用这两个概念提供依据。
一、概念的使用情况
在中国知网中国学术文献总库中搜索,截至2010年4月16日,使用了“数字产品”这一概念的文献共有17,338篇,方宗义教授于1979年在《国外气象卫星资料分析使用情况》中第一次使用这一概念;使用“数字化产品”这一概念的文献共有12,400篇,薛顺贵先生于1982年在《近年来国际摄影测量自动化的发展概况》中第一次使用此概念。方宗义教授所说的“数字产品”,是指气象卫星拍摄的图片等资料,经过计算机加工处理后,以数码形式呈现的气象信息。薛顺贵先生所说的“数字化产品”,是指摄影测绘自动化过程中,利用计算机对测绘资料进行编辑处理,形成的以计算机数据表达的测绘信息。两位先生分别用数字产品和数字化产品表达了同一个概念,即利用计算机加工处理的,以数字编码的信息产品。也就是说,数字产品和数字化产品两个概念在中国诞生的时候具有相同的内涵。
二、概念的内涵表达
随着研究的深入发展,许多学者和机构根据各自的理解定义数字化产品和数字产品。联合国贸易发展会议(2001)研究报告认为,数字化产品是既可以通过载体以物理方式运送,也可以通过internet以电子方式运送的产品。宁振波(2003)认为,数字化产品是指采用计算机软、硬件技术,以网络为基础,以数据库为平台,在产品采办―研制―设计―制造―交付―培训―维护―报废的全寿命周期中,以三维CaD设计为核心,全面应用Cae/Cat/Capp/Cam/CaLS/pDm等技术所形成的用户需要的产品。王晓晶(2008)认为,数字化产品是指信息、计算机软件、视听娱乐产品等可数字化表示,并可用计算机网络转输的产品或劳务。
郭玉军、张函(2007)认为,数字产品指数字编码的计算机软件、文本、录像、镜像及声音和其他产品,无论它们是附着于固定介质还是电子传输。包含了计算机软件、电影、音乐、有声读物和游戏等,既可以基于诸如光盘、磁带或是书本等有形介质来进行贸易,也能通过国际互联网的电子传输进行贸易。
解梅娟(2009)认为,狭义的数字产品是指生产、销售和使用均表现为“比特”流的产品即直接在网上传送的产品,如网上软件、电子期刊、各种网上音频视频产品。广义的数字产品是指可以被数字化并可以通过网络来传播的产品。它所指的是任何能够被数字化的产品,并不要求实际上已经被数字化,如以磁盘形式销售的软件、书籍、电影、录音等。
芮廷先(2002)定义数字产品的范围广一些,认为凡是internet上收发的东西都可成为数字产品,同时一些没有相应实物形式的产品或服务以知识和过程的形式存在也可成为数字产品,数字化产品可能是数字产品,也可能不是数字产品,如软件和CD既是数字化产品也是数字产品,而数字化武器或数字化家电是数字化产品但不是数字产品。
杜江萍、薛智韵(2005)认为,数字产品是电子商务中的核心产品概念。数字产品可以分为有形数字产品和无形数字产品。有形数字产品是指基于数字技术的电子产品,如数码相机、数字电视机、数码摄像机等。无形数字产品,又称数字化产品,是指可以经过数字化并能够通过如因特网这样的数字网络传输的产品。凡计算机能够数字化、处理和存储的信息都可以归类为数字产品。
袁红、陈伟哲(2007)认为,数字产品又称数字化产品,可以分为有形数字产品和无形数字产品。有形数字产品是指基于数字化技术的电子产品,如mp3播放器、数码相机、数字化电视机、数码摄像机等。无形数字产品指的是能够被数字化的一切事物,并能够通过如因特网这样的数字化网络传输的产品,比如网络游戏、计算机软件、音乐等。
以上资料显示,学者们对两个概论的认识,分歧较大,在概念的使用上比较混乱。在这些定义中描述了这样三种产品:一是内容基于数字格式、比特流,通过因特网运送的产品;二是可以经过数字化并能够通过如因特网等数字网络传输的产品,无论这种产品是否已经数字化;三是基于数字技术的电子产品。
对概念认识的模糊混乱表现在三个方面:一是对概念的内涵认识不一。同为数字产品,有的认为仅指第一种产品,有的认为既指第一种产品,也指第二种产品,还有的认为既包括第二种产品,也包括第三种产品。二是对概念使用混乱。同指“可以经过数字化并能够通过如因特网这样的数字网络传输的产品”,有的称其为“数字产品”,如王晓晶;有的称其为“数字化产品”,如曹庆华。三是对概念的关系认识不一。有的认为数字化产品即数字产品,如袁红;有的认为数字化产品不同于数字产品,如芮廷先;有的认为数字化产品是数字产品的一部分,如杜江萍;有的认为数字产品是数字化产品的一部分。
三、概念内涵辨析
电子商务时代,两个概念的使用越来越多,不及早厘清两个概念的内涵和相互关系,会让人们越来越迷糊,相关研究也不具备科学基础。概念是反映事物本质属性的思维产物。概念表达的是客观事物的一般的、本质的特征。概念的正确与否是指概念能否反映客观事物的本质特征。现有文献中使用的数字产品和数字化产品概念对应的三种客观事物。正确使用两个概念,需要在分析三种事物本质属性的基础上,判定哪个概念表达更为合适。
1、数字产品。这是一个由两个名词构成的偏正词组。“数字”是修饰“产品”的,反映产品的本质特征,即这个产品是数字的、数字形式的、Digital。数字是计算机存储、加工信息的方式。称一个产品是数字产品,意味着这个产品必然是利用计算机生产加工的。在现有技术条件下,利用计算机生产加工的、以数字方式存在的产品,既可以通过计算机网络传输,也可以贮存在光盘等存储介质中传输。
计算机以数字方式生产加工展现出来的产品,没有实物形式,是无形产品。从功能来看,它是以传递信息为目的的,是信息产品。也就是说,数字产品既是无形产品,又是信息产品。互联网上的各种产品,均符合以上特征,是数字产品。虽然不通过互联网传输,但以数字编码形式存在于光盘等存储介质中的软件也是数字产品。
存储于光盘等介质中的软件,属于数字产品的范畴。光盘具有实物形式,存在于光盘中的软件,从表象来看是有形的,是软硬件的结合体。学者们一致认为存储于光盘中的软件是数字产品,是因为从功能角度看,光盘中软件是主体,光盘仅作为软件的载体,满足客户需求的是软件,而非光盘;从价值角度看,光盘中的软件价值才是软件光盘价值的主体,空白光盘价值相对软件而言,可以忽略不计。
随着信息技术的发展,许多产品中都应用了软件,形成一种软硬件结合体。但大多数软硬件结合体,都不能称为数字产品,如数码相机。数码相机中影像信息的转换、存储和传输等部件,具有数字化存取模式,具有数字产品的部分特征,但不能因此称数码相机为数字产品。因为从本质来看,数码相机是用于摄影的光学器械,“数字”不是它的本质特征,只是它与一般相机的区别。硬件与软件结合构成的数码相机,其中的软件是数字形式存在的,硬件是以实物形式存在的,只有其中的软件才是数字产品。但数码相机中的软件,只有与硬件结合在一起,才能发挥作用,不能独立存在,不是主体。因为部件中有软件,就将其称为数字产品,是以偏概全,是不科学的。
与数字产品相对的是非数字产品,即不以数字形式存在,而以有形实物、模拟的音频视频等形式存在的产品,如书籍、服装等。以产品是否具有信息传递功能分类,非数字产品可分为信息产品和非信息产品。信息产品是指在信息化社会中产生的以传播信息为目的的服务性产品,如书籍、报纸、电视节目等;非信息产品则是指满足人们信息需求以外的其他需求的产品,如服装、交通工具、机器设备等。
2、数字化产品。“化”作为后缀,加在名词或形容词之后构成动词,表示转成某种性质或状态。数字化是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据,再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型,把它们转变为一系列二进制代码,引入计算机内部,进行统一处理。从词性上看,数字化是动词,对应的是Digitize。数字化产品是动宾词组,表示将产品转化为数字状态。数字化产品的过程就是利用计算机技术,以数据编码的形式建立产品模型的过程,它是一个虚拟生产的过程,它的结果是得到一个数字产品,即以数字形式存在于计算机系统中的无形产品。
在现代信息技术条件下,任何非数字产品均可数字化。非数字产品经过数字化后形成的数字产品,首先在形式上发生了变化,其次功能也可能发生变化。一般信息产品如书籍报刊等,数字化后形成的数字书籍、数字报刊等数字产品,其形式变化了但功能没有变化,在满足消费者的需求上没有发生根本变化。从本质上说,这种数字产品与原产品是同一种产品。
非信息产品,经过数字化后形成的数字产品在形式和功能上都发生了变化,不再与原产品是同一种产品。如飞机,经过数字化后形成的数字飞机,不再具备运输功能,而仅是飞机的一个数字模型。这个模型从根本上改变了飞机传统的设计与制造方式,大幅度地提高了飞机设计制造技术水平。这种数字产品,从本质上讲是实物产品设计制造过程中采用的一种技术,是一个与原产品形式功能完全不同的新产品。
四、结论
数字产品和数字化产品都是计算机技术高度发展的产物。数字产品是以计算机加工生产的,以数字形式存在的无形信息产品。数字化产品是利用计算机技术将产品转化为数字形态的生产过程。数字化产品与数字产品是过程与结果的关系,而不是包含与被包含关系。
在现代技术条件下,任何产品均可数字化,因此将可数字化并经过因特网传输的产品定义为数字产品,没有任何科学意义。即使如报刊书籍等信息产品,数字化后功能没有发生变化,产品本质没有变化,也不能将其称为数字产品,只能说其具有可数字化的特征。
(作者单位:黄冈职业技术学院)
主要参考文献:
[1]袁红,陈伟哲.数字产品成本结构的特殊性及其应用.情报杂志,2007.10.
[2]俞明南,鲍琳琳.数字产品的经济特征分析.情报研究,2008.7.
[3]万福才,王伟.数字产品动态定价方法.系统工程,2006.1o.
机电一体化概念篇6
关键词：概念图策略；氧化还原反应；教学分析；认知诊断
文章编号：1008-0546（2013）04-037-02中图分类号：G633.8文献标识码：B
“概念图”是一种知识以及知识之间的关系的网络图形化表征，能实现思维可视化，理想地展示概念及概念之间的关系。在氧化还原反应教学中，概念多，很难记，十分容易混淆，很多学生无法建立正确的概念联系。运用概念图策略，用结构网络形式呈现氧化还原反应概念之间的联系，帮助教师进行有效教学分析，促进学生对概念本质及子概念联系的理解。
一、制作概念图，帮助老师进行教学分析，确定教学逻辑
氧化还原反应中概念多而且抽象、关系复杂，这是导致很多教师教学设计难以处理，学生机械记忆口诀，不理解氧化还原反应中概念其中很重要的一条原因。
笔者以为除了认真思考如何使得抽象的概念形象化的策略，如使用锌铜原电池产生电流的演示实验，让学生看到真实的电子转移之外，更重要的是由教师通过教学分析确定的教学逻辑顺序，即综合考虑知识逻辑和学生的认知逻辑的基础上，确定的教学逻辑顺序，表现为各组概念的教学顺序及其联系的展开。不合学生认知逻辑的教学，再精彩，也只能给学生的思维带来堵塞，最终导致学生不理解，只能机械学习，死记硬背，达不到概念迁移的要求。
在进行教学分析时，可按照以下步骤操作：
（1）认真分析课程标准、教材等目标要求，制作一张完整的氧化还原反应学习的知识结构体系如图1，正确表示各概念之间的联系及概念的层级水平，离核心概念越远，表示其层级水平越高。
（2）对学生经过初中及高中前面的学习，已形成的氧化还原观，进行调研，并在知识结构图中做出标识。由于篇幅关系，不再另作图标识，下面改用文字说明。
①在初中形成了从得失氧的角度分析氧化反应和还原反应的视角，且对于很多学生而言，氧化与还原是分裂的，没有联系的。
②化学1（苏教版）将氧化还原反应分成两部分编写，在专题1第一单元中物质的分类里，从化合价的变化定义了氧化还原反应，鉴于此部分内容的学习，学生对氧化还原反应形成了“两层皮”，一张是初中的得失氧的氧化反应与还原反应，另一张就是化合价变化，两者互不相干，有很多同学对此产生了疑问，“两者有没有联系呢？”
（3）整合氧化还原的知识结构体系与学生的学情，构建核心概念的教学逻辑。
二、借助概念图，引导学生经历知识形成，体会概念内涵
许多教师认为氧化还原反应是高中知识的重中之重，而学生又难以独立自学，一味地认为只要自己讲得清楚，学生就会掌握好，从得氧失氧的原始特征到化合价升降的表面现象，到电子转移的本质原因，并以讨论初中学过的四类基本类型反应与氧化还原反应的关系、氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物等为辅线来充实相关概念，最后再加以一定量的练习、应用来巩固概念。殊不知，这种零碎的概念依靠教师传授，对氧化还原的理解并不是通过自己思考后得知的，学生在课堂上只是一个被动的学习者，这背离了新课程的理念，在实际的教学中也是行不通的。
教学中，笔者指导学生在化学方程式下方采取直观的化合价升降与“氧化”“还原”概念关联法（图2），直观形象，通俗易懂。
特别是对于一些较复杂的氧化还原反应，如反应4FeS2+11o2=2Fe2o3+8So2，将反应前后化合价有变化的元素逐一标注后，区分出化合价的高低，采用一般氧化还原反应的剖析方法，可以清晰地分析出氧化产物（Fe2o3、So2）和还原产物（Fe2o3、So2），而不会遗漏。巧合的是，用单线桥表示电子得失时，只需将箭头移至对应元素上方，且箭头方向与方程式下方的箭头方向是一致的，这也为学生自我检查提供了辅助工具。
三、利用概念图，评价学生习得概念的掌握水平，诊断存在问题
概念图能直观地体现概念之间的联系，通过布置学生画概念图来梳理概念之间的联系的任务，可帮助教师评估学生概念掌握水平及学生自己分析概念形成中是否存在问题。
比如，在氧化还原反应新授课快结束时，布置学生通过画图来展示“氧化还原反应中几组概念之间的联系”。下面是学生所画的概念图中典型作品。
作品1-4中，四位同学分别用不同的形式来表达氧化还原反应中几组概念间的关系，从中我们可以发现：
（1）作品4与作品1-3比较，可见这位学生正确地表述了氧化与还原相互依存的关系，而其他三位只看到了氧化反应与还原反应的并列关系。
（2）作品1正确描述了氧化反应（或还原反应）中反应物转化为产物的过程中电子、化合价发生的变化，说明该学生已形成了正确的概念关系，作品2中少了产物的描述。
（3）作品3、4在描述氧化反应（或还原反应）中各组概念的联系时，存在认识错误。比如作品3，“降得还为还原剂”未建立反应物（还原剂）、产物（氧化产物）与反应类型（氧化反应）间的正确关系；比如作品4，“化合价升高，得电子”化合价的变化与电子的得失未建立正确的联系。
教师在下一课时可以采取特定的措施或教学策略对以上问题及时加以纠正或补救。
又如在学生普遍感到无从着手的电化学反应中，用概念图的程序化的分析来判断可充电电池放电时的正负极和充电时的阴阳极，就可以轻松地解决问题，如两极的判断，电极方程式的书写以及反应中的各个量的关系等。
以苏教版《化学反应原理》课后习题中的镍镉可充电池为例，见图3：
利用上图标注反应前后元素的化合价变化情况，与氧化还原反应概念关联，标出反应和两极，失电子的一极发生氧化反应，得电子的一极发生还原反应；放电时失电子的一极为负极，得电子的一极为正极。充电时失电子的一极为阳极，得电子的一极为阴极（再以阳氧氧负的谐音“养羊养富”回顾检查）。在元素上方将其连接，还可找出放电时的电子转移数目和方向，充电时外加电源正负极的连接情况。电极方程式的书写先找出反应前后的物质，写上电子得失数目，根据介质和电荷守恒规律配平电极方程式。
总之概念图作为一种教与学的认知工具，帮助教师从整体上把握知识的体系，以层状结构形式呈现各种概念及其关系，同时也能帮助学习者整合新旧知识，在头脑里形成不断系统化的认知结构，促进概念的理解。
参考文献
机电一体化概念篇7
（烟台大学法学院，山东烟台264005）
[摘要]基于证据在程序中的重要地位以及证据与社会发展息息相关的紧密关联，要促进程序法在数字时代的发展，首先要研究的便是数字技术对包括民事、行政、刑事证据在内的程序证据制度的影响。使用“计算机证据”、“电子证据”概念并不能科学的归纳出这种证据的内涵，而“数字证据”概念则更符合其之本质特征。在证据类型上，数字证据与书证、视听资料等已有证据类型颇不相同，是一种新的独立的证据类型，并且，在证据规则上，数字证据具有与其数字技术特性相应的新规则。
[关键词]数字化；数字证据；视听资料；书证；数字证据规则
StUDYontHeDiGitaLeViDenCe
YUHai-fang，JianGFeng-ge
(LawschoolofYantaiuniversity,YantaiShandon,264005)
abstract：inordertoacceleratethedevelopmentoftheprocedurallaw,weshouldstudytheeffectsofdigitaltechnologyonthesystemofevidence.asfortheconcept,digitalevidenceshouldbeadopted,insteadofcomputerevidenceorelectronicevidence;asforthesortofevidence,digitalevidenceshouldbeanewsortofevidencethroughthecomparisonwithdocumentaryevidenceandaudio-visualreferencematerial.asfortherules,theremustbesomespecialrulesfordigitalevidence.whendosomeresearchonthenewproblemsasaresultofhi-technology,weshouldconnectthetechnologicalcharactersofitandthefeatureofit.
Keywords：digitalization;digitalevidence;documentaryevidence;audio-visualreferencematerial;rulesofevidence
[中图分类号]D925.1[文献标识码]a
具有相辅相承关系的自然科学与人文社会科学是人类文明不可分割的整体，自然科学成就以及其所积累起来的大量实证科学知识，为社会科学提供新的思维方式与研究方法，而社会科学不仅要思考具体社会关系中人与人的关系问题，还要回答自然科学发展中出现的一系列制度层面和道德层面的问题。包括法律在内的社会科学往往随着自然科学的发展，在对自然科学所引导的社会关系进行调整的同时获得了自身的进一步发展与完善。从法律纵向发展历史来看，每次重大技术进步都会在刺激生产力飞跃提升的同时促进法律进步，工业革命时代如此，当前以数字技术为主导技术的信息革命时代也是如此。数字技术推促环境迅速发展、改变，使法律不得不正面回答其所提出的问题。在这个过程中，首先进行的一般是实体法的扩展与新创，随之而来的则是程序法的映射修正。但是由于目前研究正处于伊使状态，许多问题并没有得到有效解决。
面对数字技术对法律提出的不同以往的挑战，体现于合同法、知识产权法、行政法的一些程序流程中，我国在一些实体法中已开始逐渐进行解决，但在程序法上却仍未开始这方面的尝试。在当前已经出现的大量技术含量极高的案例中，作为程序的核心——证据制度，①不论是民事，还是刑事、行政证据制度在面对新问题时都处于一种尚付阙如的尴尬境地，这种尴尬在目前沸沸扬扬的新浪与搜狐的诉讼之争中又一次被重演。不仅当前制定证据法的学者们所提出数稿中有的根本就没有此方面的规定，即使作为对以往司法实践的总结与最新的证据规则的《最高人民法院关于民事诉讼证据的若干规定》，对数字技术引发出现的愈来愈多的问题也依然未给予应有的注意。数字技术引发的种种问题现下可谓已渐有燎原之势，却仍不进行解决，可谓欠缺，因此为避免这种脱节，理应在数字技术环境下对括民事、刑事、行政证据制度进行新的研究。
一、数字证据的可采性与可行性分析
数字技术推动出现的社会经济关系提出新的要求，体现于法律之上，在实体法上表现为，要求重新确认这种新技术指示的新类型社会关系当事人间的权利义务关系；在程序法上表现为，当这种社会关系的当事人因权利义务关系发生纠纷时，应当存在与之相适应的相关程序，或者对已有程序进行完善，能够满足这种纠纷不同以往而与其技术特征相适应的要求。而在程序法证据制度上的一个基本表现就是，要求数字化过程中所产生的一些数据资料等能够纳入到证据体系中，得到证据规则的认可，能够被法庭接受成为证明案件事实的证据。
自20世纪90年代起，eDi数据交换方式以其便捷、高效、准确而备受青睐。一些重要的国际组织针对电子商务等进行大量的立法工作，欧美各国在实体上早已承认以数据电文方式订立合同、申报纳税与以信件、电报、传真等传统方式具有相同效力，在程序法上也作了相应的规定。美国《联邦证据规则》通过重申现行判例和成文法的形式肯定了数据电文无论是人工做成的还是计算机自动录入的，都可作为诉讼证据。英国1968年《民事证据法》规定，在任何民事诉讼程序中，文书内容只要符合法庭规则就可被接受成为证明任何事实的证据，而不论文书的形式如何。[8]在1988年修正《治安与刑事证据法》（thepoliceandCriminalevidenceact）也作出了类似的规定。加拿大通过R.v.mcmullen(ont.C.a.,1979)一案确立了新证据在普通法上的相关规则。联合国贸法会在《电子商务示范法》中规定，“不得仅仅以某项信息采用数据电文形式为理由而否定其法律效力、有效性和可执行性。”又承认了以数据电文方式订立的合同的有效性，并且认为，在一定情况下数据电文满足了对原件的要求，在诉讼中不得否认其为原件而拒绝接受为证据。这些规定运用功能等同法（functional-equivalent），认为只要与传统方式具有相同的功能，即可认定为具有同等效力。我国也与这一国际立法趋势相靠拢，例如我国新修订的海关法中规定了电子数据报关方式。更为重要的是，我国在合同法中已承认以电子数据交换方式订立的合同的有效性，承认其符合法律对合同书面形式的要求。要使实体法的修改有实际意义，就必须设定相应的程序规则，使在以实体规定为依据在诉讼中寻求救济时具有程序法基础，否则实体法上的修改不啻一纸空文。
虽然数字证据并不单纯只是在电子商务关系中产生，其还可在其他社会关系中产生，①但数字证据问题主要是由于电子商务的飞速发展而提出。由于电子商务交易追求交易的快速便捷、无纸化（paperlesstrading）流程，在很多交易过程中很少有甚至根本就没有任何纸质文件出现，电子商务交易中所存在的与交易相关的资料可能完全是以数字化形式存在于计算机等存储设备中。一旦产生纠纷，如果在程序法上不承认数字证据的证据力，当事人将没有任何证据来支持自己的权利主张，无法得到法律救济，商人对电子交易就难以产生依赖感，不利于电子商务的发展。
纵观证据法的发展历程，各种证据类型是在随着经济社会的发展中逐渐得到法律承认的，目前作为主要证据形态的纸质文件经历了很长的时间方得到法律认可，视听资料也经历了类似的过程。电子技术在20世纪大行其道，导致证据法上接受了电子资料的证据效力，而数字技术在20世纪末便开始获得了极大进步，对经济与社会有着深远影响，在新世纪之初所取得的发展与对社会发展的促进作用有目共睹。虽然法院尚未正式使用数字技术形成的数字证据，但法院却早已开始使用数字技术方便案件的处理，虽然不能肯定数字技术会否在某一天取代电子技术，但却能肯定数字技术必将抢占电子技术所占据的社会份额，其对社会的影响必将超越电子技术。任何一种技术新出现时都会有其欠缺之处，但正如电子资料最终成为证据法上的证据类型一样，不能因为数字证据在目前所具有的脆弱性等消极因素而拒绝直面技术的发展、社会的进步，对于其之消极方面可以通过立法技术来加以调整，保障其在诉讼中的可采性，从而扬长避短，在程序法上充分发挥数字技术的作用。
并且，承认数字证据在我国法律上也是可行的。在法律上承认数字证据的可行性就在于法律能否将数字证据容纳进去，而与法律的价值理念不相冲突，并可与原有的法律规定相协调，重新建立的规则与原有的体系也并不矛盾。各国在证据立法上有三种模式：一是自由式，原则上不限制所有出示的有关证据；二是开列清单式，明确列举可作为证据的种类，此为我国所采；三是英美判例法证据模式。承认数字证据，在我国诉讼法中并不存在不可逾越的障碍，我国并不存在英美判例法国家由判例中长期以来形成的例如“最佳证据规则”与“传闻规则”的束缚，以至于由于与根本性原则不相符合而使程序法容纳数字证据大费周折。①我国诉讼法对证据采取列举式的规定，只要立法将新的证据类型予以确认，即可使之成为合法的证据，可以在诉讼中有效使用。将原有的一些规则进行重新阐释或者进行规则的另行制定，即可建立起数字证据制度。法律是个不断进化、发展的而不是僵化的封闭体系，在有完善的必要时，或者修改立法，或者在未修改前对这种新证据以司法解释的形式进行扩大解释，予以诉讼上的许可也是合理的，既符合立法者意图，也不违反我国程序法的相关规定，所以在我国法律上是可行的。
二、数字证据概念的比较研究
使用精确的概念，进行内涵的准确界定与外延的清晰延展，对于一个科学体系的建立极具方法论意义，并且也符合社会学方法的规则，因此，建立一个体系首先进行的便应是概念的归纳。同时，一个精确的概念必须能够抽象归纳出所有客体的本质共性所在，必须能够把表现相同性质的所有现象全部容纳进去。对数字证据进行概念归纳，基于其之鲜明的技术特征，在归纳时要回归到数字技术层面，在其所使用的数字技术与存在的社会经济基础的结合中寻找恰当的突破点。
对于所采用的概念，在国际上至今未有定论，如computerevidence（计算机证据）、electronicevidence（电子证据）、digitalevidence（数字证据）都有其之使用者。我国采取数字证据概念大多数是it业界，法律学者采用的概念主要是：计算机证据与电子证据，进而在这些概念基础上分析证据的性质、效力、类型等。②这些概念以及在此基础上的分析存在一些问题，之所以如此，或者是因为单纯注重对社会经济层面的考查却忽略对技术层面的透彻分析，或者是因为虽进行了技术的分析，但却未深入到进行法律归纳所需要的足够程度。因而有必要从与这些概念、定义的多维比较中分析数字证据概念的内涵与外延。
（一）与计算机证据、电子证据概念相比较
首先必须明确的是，虽各概念所使用的语词虽不同，但在内涵上，计算机证据、电子证据都是针对不同于传统的数字化运算过程中产生的证据，在外延上一般都试图囊括数字化运算中产生的全部信息资料。不过，计算机证据与电子证据这两种概念并不妥贴，不能充分表现该种证据的本质内涵，由此而容易导致概念在外延上不能涵盖该种证据的全部表现。
1、“计算机证据”概念有人认为，“计算机证据，是指在计算机或计算机系统运行过程中产生的以其记录的内容来证明案件事实的电磁记录物。”[1]采取“计算机证据”概念来表述数字化过程中形成的证据具有一定合理性，因为计算机及以计算机为主导的网络是数字化运算的主要设备，并且目前数字化信息也大多存储于电磁性介质之中。从数字化所倚靠的设备的角度来归纳此类证据的共性，在外延上能够涵盖绝大多数此类证据。然而，虽然计算机设备是当前数字化处理的主要设备，计算机中存储的资料也是当前此类证据中的主要部分，但是进行数字化运算处理的计算机这一技术设备并不是数字化的唯一设备，例如扫描仪、数码摄像机这些设备均是数字化运算不可或缺的设备，但并不能认为这些也属.于计算机之列。从国外立法来看，没有国家采取computerevidence，采用这种概念的学者在论述中也往往又兼用了其他的概念。
迪尔凯姆认为，研究事物之初，要从事物的外形去观察事物，这样更容易接触事物的本质，但却不可以在研究结束后，仍然用外形观察的结果来解释事物的实质。所以，“计算机证据”概念从事物外形上进行定义具有一定合理性，但是“计算机证据”概念未能归纳出数字化过程中形成的可以作为证明案件事实情况的证据共性，其不仅仅只是能够涵盖当前数字化过程中产生的大多数却不是全部的信息资料，而且在法律上也不能对将来出现的证据类型预留出弹性空间。
2、“电子证据”概念目前，采用“电子证据”者甚众，其存在各种各样的定义。有人认为：“电子证据，又称为计算机证据，是指在计算机或计算机系统运行过程中产生的以其记录的内容来证明案件事实的电磁记录物。”[2]有人认为：“电子证据，是指以数字的形式保存在计算机存储器或外部存储介质中，能够证明案件真实情况的数据或信息。”[3]“电子证据是指以储存的电子化信息资料来证明案件真实情况的电子物品或电子记录，它包括视听资料和电子证据。”[4]加拿大明确采取了电子证据概念，在《统一电子证据法》（Uniformelectronicevidenceact）的定义条款中规定，“电子证据，指任何记录于或产生于计算机或类似设备中的媒介中的资料，其可以为人或计算机或相关设备所读取或接收。”[5]
综合起来，各种电子证据的定义主要有这样两种：第一，狭义上的电子证据，等同于计算机证据概念，即自计算机或计算机外部系统中所得到的电磁记录物，此种内涵过于狭小，不能涵盖数字化过程中生成的全部证据，不如第二种定义合理。第二，广义上的电子证据，包括视听资料与计算机证据两种证据，在内容上包含了第一种定义，并且还包括我国诉讼法中原有的视听资料。但我们认为，这些定义中不仅所使用的“电子”一词不妥，而且所下定义亦为不妥，理由如下：
第一，将电子证据或者计算机证据定性为电磁记录物未免过于狭隘。虽然数字设备的整个运作过程一般由电子技术操控，各个构件以及构件相互之间以电子运动来进行信息传输，但是仍然不可以认为该种证据即为自电子运动过程中得到的资料。美国《统一电子交易法》2（5）中规定：“电子(electronic)，是指含有电子的、数据的、磁性的、光学的、电磁的或类似性能的相关技术。”扩大解释了电子的语词内涵，使用各种不同的技术载体来表达扩大的电子语义，已经失去了“电子”一词的原义，原本意义上的电子只是其使用的“电子”概念中的一种技术而已，从而能够涵盖大多数此类证据。不过，既然如此，还不如直接使用能够涵盖这些技术特性的“数字”概念，在工具价值方面更有可取之处。加拿大《统一电子证据法》解释中解释之所以采取“电子”，“因为信息为计算机或类似设备所记录或存储”，但这个理由并不充分。并且接下来又承认有些数字信息（digitalform）未涵盖于本法，因为有其他的法律进行调整。第二，电子证据概念不能揭示此类证据的本质特征。电子运动只是数字化运算的手段，而非本质，并且也并不是所有数字设备的运算全都采取电子运动手段。进行数字化运算的计算机设备及其他数字设备的共同之处在于这些设备的运算均采取数字化方式，而非在于均采取电子运动手段。第三，不论是将视听资料这种已存的证据类型纳于电子证据中，还是将电子证据纳入视听资料中，会致使“电子证据”与我国诉讼法中的“视听资料”相混淆，而此类证据与视听资料证据的本质共性并不相同。视听资料中主要为录音、录像资料，其信息的存储以及传输等也都采取电子运动手段。录音、录像采取模拟信号方式，其波形连续；而在计算机等数字设备中，以不同的二进制数字组合代表不同的脉冲，表达不同信号，信息的存储、传输采取数字信号，其波形离散、不连续。二者的实现、表现、存储、转化都不相同。传统的电话、电视、录音、录像等都采取模拟信号进行通讯，这是视听资料的共性，而计算机与网络信息技术则采取数字化方式通信，这是数字化运算中生成的证据的共性，两者不同，不应混淆。
可见，狭义上的电子证据在外延上只能容纳数字化过程中产生的部分证据，失之过狭；广义上的电子证据确实能够在外延上容纳数字化过程中产生的全部证据，但却失之过宽，如将视听资料与计算机证据这两种差别极大的证据容于同一种证据类型中，将不得不针对两种证据进行规则的制定，从而导致同种证据类型的证据规则不相统一，很难建立起一个和谐有致的体系。
（二）数字证据①概念的内涵与外延
我们认为，数字证据就是信息数字化过程中形成的以数字形式读写的能够证明案件事实情况的资料。
这里使用的“数字”(digital,digitspl.)与日常用语中的“数字”语义并不相同，虽并不如“电子”更为人们熟悉和容易理解，但重要的是根据科学的需要和借助于专门术语的表达，使用科学的概念来清晰的定义相关事物，况且“数字”概念在现今信息时代也并不是一个新概念，早已为人们广泛接受和使用。现代计算机与数字化理论认为，数是对世界真实和完全的反映，是一种客观实在。人类基因组的破译说明，甚至代表人类文明最高成就的人自身也可以数字化。[6]来势汹涌的全球信息化潮流实际上就是对事物的数字化（digitalization）处理过程，区别于纸质信件、电话、传真等传统信息交流方式，这种采用新的信息处理、存储、传输的数字方式在现代社会包括日常交往与商业贸易中逐步建立了其不可替代的地位。毋庸置疑的是，数字技术还会不断的发展，因此在进行法律调整之时就更不能限定所使用的技术与存储的介质，从而在法律上为技术的发展留存一个宽松的空间。
1、数字证据有其数字技术性。信息数字化处理过程中，数字技术设备以“0”与“1”二进制代码进行数值运算与逻辑运算，所有的输入都转换为机器可直接读写而人并不能直接读写的“0”、“1”代码在数字技术设备中进行运算，然后再将运算结果转换为人可读的输出。数字证据以数字化为基础，以数字化作为区别于其他证据类型的根本特征。数字证据具有依赖性，其生成、存储、输出等都需借助于数字化硬件与软件设备；具有精确性，数字证据能准确的再现事实；具有易篡改性，数字化技术特性决定了数字资料可以方便的进行修正、补充，但这优点在数字资料作为证据使用时成为缺点，使其极易被篡改或被销毁，从而降低了数字证据的可靠性，这个特点也决定了在对数字证据进行规则的制定时应当切实保障其之真实性。SwGDe(ScientificworkingGrouponDigitalevidence)与ioCe(internationalorganizationonDigitalevidence)在1999年在伦敦举办的旨在为各国提供数字证据交换规则的会议iHCFC(internationalHi-techCrimeandForensicsConference)上提交了一份名为《数字证据：标准与原则》的报告也对数字证据从技术方面进行了定义，“数字证据是指以数字形式存储或传输的信息或资料。”[7]在接下来的规则中则重点阐述了如何对数字证据的真实性进行保障。
机电一体化概念篇8
[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(skeletalmethodology)、企业建模法(又称toVe)、meZHontoLoGY方法、循环获取法(Cyclicacquisitionprocess)、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indianaFamiiyandSocialServicesadminislra-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。
01mentalRetardationDisabilityontology精神不健全人一一参03
01aResidentialsuppoa住房支持
01BVocationalrehabilitation再就业
01CSupportedemployment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
02aFoodstamps食物券(粮票)――同04F
02Bmedicatedsystem医疗补助系统
02Cwoman，infants，andchildren妇女、婴儿、儿童
03LocalHealthandHumanServicesonlogy地区健康与公共事业――参06
03aindianaClienteligibilitySystems印第安纳居民身份识别体系
03BindianaSuppoenforcementtradingSystems强制执行贸易体系
03CnationalDirectoryofnewHires国立出租名录
03DtemporaryassistanceforneedyFamilies贫困家庭临时协助(人员)
04Lowincomeontology低收入――参03、02、0l
04aenergy能力
04BJobtraining／placement职业培训／安置
04CwomaninfantsandChildren妇女、婴儿与儿童
04DChildCare儿童保育
04eChildSupport儿童抚养
04FFoodStamps食物券(粮票)――同02a
05at-RiskChildrenontology濒危儿童――参02、04
05aadoption收养
05BFostercare看护
05Cearlyinterventionfordisabled残疾早期干涉
05DFamilyreservation／support家庭抚养
06mentalillnessandaddictionontology精神病与吸毒一一参02、03
06amentalillnesstreatmentforadults成人精神病治疗
06Baddictiontreatment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prot6g63.1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prot6g63.1软件中编辑，见图2。
图2prot696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prot6g63.1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，isfunction_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》(LandLaw)与土地管理法规(LandRegulations)，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。
机电一体化概念篇9
关键词：概念教学；前认知；问题链；对比；建构
文章编号：1008-0546（2015）07-0042-03中图分类号：G633.8文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.07.014
一、背景分析
化学概念是将化学现象、化学事实经过比较、综合、分析、归纳、类比等方法抽象出来的理性知识，反映着化学现象及事实的本质属性。化学概念教学的效果如何，直接关系到学生对化学知识的认知程度。受知识本位的影响，实践中存在压缩概念形成过程教学的“重结果、轻过程”倾向。有人把化学概念比作一把锁，而教师的教学方式就是一把钥匙，契合的钥匙能把锁打开，如果钥匙错了，又断在锁里，就很难再打开这把锁了[1]。建构主义主张，学习是学习者运用自己的已有经验去主动而积极地建构对自己富有意义的内部心理表征的过程[2]。可见，学习者总是在已有知识基础上进行感知和加工活动，化学概念的形成需要已有知识的参与，这些已有的前认知能够帮助学生建构化学键的有关概念。在学习化学键有关概念之前，经过初中化学学习，学生知道物质是由分子、原子、离子构成的，也知道na+和Cl-相互作用形成氯化钠；经过必修1学习，学生已了解电解质的概念，在氧化还原反应学习中已初步认识钠与氯气反应、氢气与氯气反应的微观过程。
二、案例描述
片段一：感知化学键的存在
学生活动：观看实验视频――用一套简易装置检测氯化钠固体的导电性，发现灯泡不亮，当把氯化钠加热到熔化时灯泡变亮。
教师：为什么氯化钠固体不能导电而经高温熔融的氯化钠能导电？
学生：氯化钠固体中钠离子和氯离子之间存在一种作用，使钠离子和氯离子不能自由移动，因此氯化钠固体不能导电。这种作用在高温熔融时被破坏，钠离子和氯离子能够自由移动，因此液态氯化钠能导电。
学生活动：用球棍模型搭建氯化氢分子、氢分子、水分子
教师：2个原子模型是怎样结合在一起的？对于真实的氯化氢分子，氢原子和氯原子又是怎样结合在一起的？
学生：通过小棍将模型结合在一起，真实的分子中也应该存在一种作用。
片段二：利用问题链引发思考，构建离子键、共价键概念
问题1：为什么液态（熔融）氯化钠能导电，而液态氯化氢不能呢？
学生：氯化钠由离子构成，氯化氢由分子构成。液态氯化钠中存在自由移动离子，而液态氯化氢中没有离子。
问题2：为什么由钠元素和氯元素化合成的氯化钠是由离子构成的，而由氢元素和氯元素化合成的氯化氢不是由离子构成的？
学生：因为原子结构不同。
问题3：钠原子、氯原子、氢原子怎样才能达到稳定结构？
学生：钠原子易失1个电子，氯原子和氢原子易得1个电子。
问题4：当钠原子和氯原子相遇时会怎样？用原子（离子）结构示意图表示出来。
学生：钠原子将最外层的1个电子转移给氯原子，分别形成钠离子和氯离子。
问题5：在氯化钠中，钠离子和氯离子之间通过什么作用结合？
学生：带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子之间有吸引作用，原子核之间、电子和电子之间有排斥作用。
问题6：在钠原子和氯原子形成氯化钠的过程中，什么电子发生变化？
学生：最外层电子。
学生活动：在小白板上用彩色小磁铁代表最外层电子，通过小磁铁的移动表示出钠原子将电子“给”氯原子然后二者形成离子的过程（图1）。
问题7：在氯化氢中，氢原子和氯原子怎样结合成氯化氢分子？
学生：氢原子、氯原子都不易失电子，二者通过共用电子对结合。
学生活动：在小白板上用彩色小磁铁代表最外层电子，通过氢原子、氯原子之间2个小磁铁的“组对”表示氯化氢分子的形成过程（图2）。
问题8：在氢气中，氢原子怎样结合成氢分子？
学生活动：在小白板上用彩色小磁铁代表最外层电子，通过氢原子之间2个小磁铁的“组对”表示氢分子的形成过程（图3）。
问题9：氯化氢分子和氢分子中两个原子间的一对“小磁铁”是否在正中间？
学生：氢分子内的共用电子对应该在正中间，而氯化氢分子内不是。
问题10：氯化镁中含什么键？水中呢？为什么氯化镁和氯化钠中离子个数比不同、水分子和氯化氢分子中原子个数比不同？
学生活动：用小磁铁表示最外层电子模拟氯化镁和水分子的形成过程
片段三：拓展提升，构建整体概念框架
教师：对比水分子分解和水蒸发过程中微粒的变化情况，结合两个变化条件的不同进行分析，能得出什么结论？
学生：水分子分成氢原子和氧原子时共价键被破坏需要吸收能量，水蒸发时水分子没变，分子间距离变大，也需要吸收能量，说明分子之间也存在某种作用，但通过数据对比发现这种作用较化学键要弱。
三、案例反思
1.利用前认知建构新概念
奥苏贝尔在《教育心理学：一种认知观》的扉页写道：“如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话，我会说，影响学习的最重要内容是学生已知的内容。”而概念的形成，一般总是从感知具体的物质和现象开始，从运用已经获得的知识开始，在教师的引导下，经过从已知到未知、由表及里、由感性认识到理性认识的过程，去把握有关的理论知识概括，形成概念[3]。鉴于学生在必修1学习过电解质的概念，同时基于学生的思维习惯――从宏观感性角度看问题，案例中从感知具体的现象“液态氯化钠能导电而液态氯化氢不导电”开始，利用液态（熔融）氯化钠能导电而液态氯化氢不导电的实验，制造认知冲突，拓展学生微观角度的认识，引导学生建立宏观与微观的联系。然后利用已经获得的知识“氧化还原反应中钠与氯气反应、氢气与氯气反应微观过程”，在教师的引导下，通过对具体现象“液态氯化钠能导电而液态氯化氢不导电”的微观分析，由表及里，认识两种物质结构上的不同，然后进行概括得出离子键和共价键的概念，建构新的知识结构。
2.采用问题链驱动深思考
问题是思维的动力，是保证学生深层次认知参与的核心。问题链是实现教学目标的程序，也是教师引导学生思维的策略。化学概念的形成过程，实际上是问题解决的过程。在问题解决过程中，学习者需要主动调用已有知识经验，并将相关信息和原有的知识图式有机结合以寻求最佳的问题解决方法，在问题解决的同时，学习者的认知图式也进行了重构[4]。本节课将核心概念离子键和共价键的理解转化为问题链，以问题为主线引领学生主动思考。低起点、小台阶，利用层层递进的问题帮助学生经历知识的形成过程，给学生打开思维的钥匙，引导学生在分析和解决问题的过程中去逐步认识、体验、感悟氯化钠和氯化氢分子形成过程的不同，再通过分析概括构建离子键和共价键的概念。然后通过对氯化氢分子和氢分子内共用电子对位置的比较，形成极性键和非极性键概念。
3.借助小模型获得微体验
化学键概念内容抽象，根据高一学生的心理特点，他们虽具有一定的理性思维能力，但抽象思维能力较弱，还是易于接受感性认识。教学中，将微观问题宏观化、将抽象问题形象化尤为重要。本节课教学中，通过搭建分子模型利于学生形象感知“原子间是通过某种作用结合成分子”；用彩色小磁铁代表电子形象直观，通过对小磁铁的移动和组合，学生能体验到离子键和共价键的不同形成过程，体验到极性键和非极性键中共用电子对是否偏移，还能体验到在不同物质中离子或原子个数比不同的原因，通过体验促进概念的建构。另外，虽然整节课看似没有出现化学键的符号表征即电子式的概念，但在用小磁铁模拟电子的活动中学生其实已理解其实质，只差捅破一层窗户纸，下节课电子式的学习将是水到渠成的事。
4.通过对比法形成真认知
化学概念教学过程的实质就是一种知识结构的形成。如果把教学比作电影拍摄，教材只是演出的脚本，成功的演出往往要在脚本的基础上进行“再创作”。调整、改造、扩充教材的过程，也就是教师“再创作”的过程。对于化学键这节内容，一般习惯于先学习离子键及其表示方法，第2课时再学习共价键。实践发现，这种课时划分经常出现这样的现象：在第1课时学生看似基本掌握了离子键概念及有关电子式的书写，但在第2课时学完共价键之后，却常常把两种化学键混淆，尤其在电子式书写中表现较为突出，常常辨不清究竟该怎样写。出现这个现象的原因在于前一课时只孤立地学习了离子键，部分学生只是机械模仿氯化钠电子式的书写，并没有深入分析思考对概念形成真正认知。本节课大胆突破传统的课时划分，将离子键和共价键概念教学放在一节课，而将电子式的书写放到下一课时，一方面将难点分散，更重要的是对比学习利于学生对化学键概念的整体建构，防止因孤立学习出现伪认知现象。从感知化学键的存在，到对“为什么液态氯化钠能导电而液态氯化氢不能导电”的微观辨析，在概念形成与发展过程中一直采用对比的方式，这种对比方式能够激发学生深层次的思维，避免简单机械的模仿。将既有联系又有区别的两个概念进行对比，可以帮助学生弄清离子键、共价键两个概念的异同，有助于突出概念的本质特性。在构建极性键和非极性键概念时，也采用对比的方法，通过比较氯化氢分子和氢分子内共用电子对的位置是否相同，达到概念建构的目的。然后通过氯化镁和氯化钠形成的微观过程、水分子和氯化氢分子形成的微观过程的对比探究活动，帮助学生理解不同元素的原子之间按照不同个数比结合的原因。最后通过对水分子分解及水蒸发变化中的粒子变化情况和吸收能量的数据对比，认识化学键和分子间作用力的联系和不同。
化学概念能深刻反映化学过程的最本质的特征，重视与加强基本概念的教学，是提高化学教学质量的关键[5]。让我们努力寻找合适的“钥匙”，开启每一把概念学习之“锁”！
参考文献
[1]倪娟.论基于学科观念的化学概念教学[J].化学教育，2014，（1）
[2]汪凤炎.教育心理学新编[m].广州：暨南大学出版社，2006
[3]刘知新.中学化学教材教法[m].北京：北京师范大学出版社，1983
机电一体化概念篇10
关键字中学物理；教学新课
【中图分类号】G633.7文献标识码：B文章编号：1673-8500（2013）01-0132-01
概念作为物理知识体系的基本构成单位，在新课教学中，其引入方法是否恰当，不仅会影响学生对物理概念本身的理解和掌握，而且还会影响到能否激发学生对学习物理的兴趣，调动积极性而参与教学活动。本人结合自己的教学实践，谈谈引入物理概念教学的几种方法，以供参考。
1实验法
大多数物理概念的教学方法是通过实验演示，让学生透过现象，剖析揭示其本质而引入新概念的，学生易于进入教学情境，形成鲜明的印象，从而强化了学生对概念的理解和记忆。
2类比法
类比是从事科学研究最普遍的方法之一，对科学的发展具有重要的作用。在物理学中，有不少的概念是用类比推理方法得出的。因此，针对这类物理概念的教学，其最佳方法就是用类比法进行引入教学。只有这样，可以使学生借类比事物为“桥”，从形象思维顺利过渡到抽象思维，从而深刻理解和牢固掌握新概念。例如，与重力势能类比，引入电势能的概念；与电场强度概念的建立方法类比，引入建立磁感应强度的概念；将电流类比于水流，建立电流概念；将电压类比于水压，建立电压概念；把交流电相与相差的概念同简谐振动做适当的类比，建立交流电的相与相差的概念；把电磁振荡类比于弹簧振子或单摆，把电谐振类比于机械振动中的共振现象，建立电磁振荡概念等等。
3设疑法
设疑如同悬念能引起学生积极的思维活动，经过学生积极思维之后得到的概念能经久不忘。在概念教学中设置疑难能更好地为概念引入创设思维情境，这是引入物理概念的一种好方法。例如，引入全反射概念时，将一束光线从光密媒质（水或玻璃）中斜射到光疏媒质（空气），然后慢慢地增大入射角，当入射角增大到一定程度时，为什么折射光线不存在了呢？反射光的强度为什么加强了呢？学生都希望自己能找到一句准确的语言来表达这一现象。在学生分析疑问的基础上，引号学生抓住本质给出全反射的定义，能使学生牢固地掌握了全反射的概念。
4联结法
物理概念大多数是在已有认知结构的基础上建立起来的，而新概念的建立主要依赖于认知结构中原有的相关概念。通过新旧概念之间的关系发生联结，有意义的研究才能实现。因此，在进行概念教学中，要充分发挥已有旧知识的作用而引入新概念，这是物理教学中通常采用的方法。
5激趣法
心理学家认为：一旦学生对学习产生了浓厚的兴趣，那便会自觉地集中注意力，全神贯注地去探索新知识。物理学是一门以实验为基础的科学，其研究对象是丰富多彩的自然界中物体运动与变化现象。因此，在物理教学中引入概念时应注意结合有趣的物理现象进行讲述去吸引学生，有助于学生对概念的了解，并激发出浓厚的学习兴趣，这是值得注意采纳的方法。例如，在引入光的干涉概念时，首先介绍托马斯.扬在历史上第一次解决相干光源的问题，成功地做出光的干涉实验的史料，它能激发学生对新概念学习而产生浓厚的求知兴趣。又如，在引入电磁感应概念教学时，简要介绍法拉第其人及其在物理学上的杰出贡献等事迹，以激发学生学习该概念的兴趣。除了利用物理史料激趣外，在概念引入前，如设计一些趣味实验，提出一些相关的奇妙的自然现象，设置悬念等，也容易激起学生的学习兴趣，有利于新概念的引入，有利于学生接受并掌握概念。
6外延法
物理学中，有些物理概念是在抽象的基础上建立起来的，概念的定义方式是用来揭示概念内涵的方式给出的，而越是抽象的概念，学生越难理解，不易接受。因此，对于这样的概念在教学时最好要从其外延开始引入。只有这样，才可把抽象的概念具体化，学生才能容易理解与掌握，同时还可逐步训练和提高学生的归纲概括和抽象思维能力。例如，对于力的概念的引入，首先从人对物体到物体对物体的推、拉、提、压等作用的这些外延开始，去总结归纳建立力的概念，学生易于接受这一抽象的概念。又如，在磁感应强度概念的引入时，先揭示其外延：把一小段通电导体放入磁场中某处，当导线方向跟该处磁场方向一致时，通电导体受力为零；当导线方向与磁场方向垂直时，所受力最大；当导线方向与磁场方向斜交时，受力介于零与最大值之间，然后，取导线与磁场方向垂直的情况下定义了磁感应强度，从而使学生对其有了深刻的印象与记忆。
7实例法
在物理学中，有许多的物理概念是通过剖析实际生产与生活中常见的事例、分析现象、抓住其本质而归纳得出的，因此，在对这类概念引入教学时，我们不妨也模仿这概念的建立过程模式对其进行“重复式”的讲解，再结合学生已有的认知基础，帮助学生形成、理解并掌握该概念涵义。例如，在引入冲量与动量概念教学时，以开动的汽车为例，说明汽车获得一定速度不仅同它受到的牵引力有关，而且还同力的作用时间有关，然后由牛顿运动定律和运动学知识，揭示出速度的变化跟力作用时间的本质联系：，由此而引入了冲量与动量的概念。这样的引入，除了其物理意义比较明显、学生易于接受外，还可以帮助学生认识两个概念间的密切联系，从而进一步明确冲量的效果是使物体获得动量。又如，在进行机械振动概念的引入教学时，从日常生活实例出发，选取弹簧振子、单摆、水中的浮沉子，不倒翁等为振动物体，启发学生抓住这些物体的振动的共同特点，建立振动的概念，不但能使学生把握住振动这种运动形式的特点，为引入产生机械振动的两个条件奠定基础，而且还可培养学生科学的观察能力和分析能力。
8直接法
在物理教学中，有些物理概念是直接引入被采用的，用揭示概念外延的方法给出的这样的概念比较具体直观，学生易于理解和掌握。如：重力、机械运动、平抛运动、动能和势能、温度、热量、磁通量、电磁振荡的周期和频率等等，都是直接引入的概念。为此，对于这类概念的教学，我们不必做太多的分析与讲解而直接引入，其教学效果才是立竿见影的。