自动化概述十篇

发布时间:2024-04-26 03:35:49

自动化概述篇1

关键词:自动化控制原理应用特点

中图分类号:tL372文献标识码:a

引言

自动控制学科是近几十年来了发展起来的一门很重要的学科。它的发展很迅速,特别是计算机的快速发展,更加快了它的发展,尤其是工业自动化技术近年来的发展。自动化学科研究的范围也是很广泛的,对实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化、对迅速提升我国综合国力具有重要和积极作用。

自动控制(automaticcontrol)是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置,使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下,利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响,以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看,它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。基础的结论是由诺伯特・维纳,鲁道夫・卡尔曼提出的.

自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下,利用附加装置使生产过程或生产机械(被控对象)自动地按照某种规律(控制目标)运行,使被控对象的一个或几个物理量(如温度、压力、流量、位移和转速等)或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能,以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识;自动控制系统的分析与综合;控制用计算机(能作数字运算和逻辑运算的控制机)的构造原理和实现方法。自动控制技术是当展迅速,应用广泛,最引人瞩目的高技术之一;是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术;是自动化领域的重要组成部分。

自动控制技术有很强的应用背景,无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上,或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上;无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上,或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的,对于研究原子能的应用,研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。

一、自动化控制原理

自动化控制有半自动与全自动化

例如:机器、设备可以按照生产的要求和目的,进行自动化生产;全自动人只需要作为操作员,确定控制的要求和程序,不用直接参与生产过程的控制技术;半自动化控制要人通过设施、设备、机械、仪器或手工等劳动力的参与。

自动化控制技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化控制不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来,而且能扩展人的器官功能,极大地提高劳动生产率,增强人类认识世界和改造世界的能力。因此,自动化控制是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

自动化控制理论是自动化专业的重要学习课程。

二、自动化控制的应用

2.1过程自动化

石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理的自动化控制。一般采用由检测仪表、调节器和计算机等组成的过程控制系统,对加热炉、精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制。采用的主要控制方式有反馈控制、前馈控制和最优控制等。

2.2机械制造自动化

这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果,处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后,由于电子计算机的应用,出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统(FmS)。以柔性制造系统为基础的自动化车间,加上信息管理、生产管理自动化,出现了采用计算机集成制造系统(CimS)的工厂自动化控制系统。

2.3管理自动化

工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理的自动化控制,是以信息处理为核心的综合性技术,涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统(DSS),为高层管理人员决策提供备选的方案。

三、自动化控制系统

自动化控制系统是指能够实现自动控制任务的系统,由控制器与控制对象所组成。

自动化控制系统的概念

自动化控制是一种现代工业、农业、制造业等生产领域中机械电气一体自动化集成控制技术和理论。

自动控制(automaticcontrol)是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置,使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

四、自动控制系统特点

自动控制能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表,按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。

自动控制系统理论

自动控制是相对人工控制概念而言的,指的是在没人参与的情况下,利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。

自动控制是工程科学的一个分支,它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响,以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看,它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。

自动化概述篇2

关键词:电力自动化;电力企业;现状;分析方法

中图分类号:F407.6文献标识码:a

电力自动化作为现代信息技术中一项综合性的科学技术,其在应用过程中的重点就是对信息技术、电子力学、互联网技术、控制技术等各个学科进行有效的融合,电力水平发展的高低直接受到自动化水平高低的影响,电力自动化已经成为当前及以后电力企业发展的基础性技术,是保证电力资源与能源问题进行有效解决的关键所在。

1.电力自动化概述

1.1电力自动化内容

第一,馈线自动化。在电力企业对馈电线路进行控制、检测、故障、隔离、网络重构及故障诊断时所应用的技术就是馈线自动化技术,馈电自动化能够具有自身独特的优点,例如馈电线路自动化可以进行就地自主控制和远方控制、恢复供电和负荷转载、调压和无功补偿、故障区隔离和检测运行等。

第二,变电站自动化系统。变电站自动化系统最主要的功能就是对变电站的传输处理、故障率波、继电保护等功能进行有效的融合,保证上述功能能够在变电站自动化系统中有效的得到发挥,是保证其功能共享的系统。变电站自动化系统还有一个功能就是能够进行各种数据及信息等的采集工作,其最大的特点就是以计算机有关技术作为基础,同时将所采集的信息及数据通讯作为手段,进而实现对信息的共享,实现电力自动化的控制和管理。

第三,配电管理系统。在电力自动化系统中,配电管理系统是作为自动化系统的重要组成部分存在的,其主要的作用就是运用现代计算机、信息处理、通信等技术对配电网的运行工作进行管理和控制。配电管理系统作为电力自动化系统的核心管理和控制系统,同时也能够有效的对用电管理、发电管理和负荷管理进行管理。

1.2电力自动化技术的工作原理

电力自动化技术在正常工作中具有一定的工作原理,而具体的工作原理如下所示:

第一,电力自动化系统的运行基础是信息技术,电力自动化技术的运行也是以信息技术为基础进行的,具体的说就是将计算机调控系统在电力系统中心进行布置,计算机调控系统的的布置可以有效的对相关地区的信息进行覆盖,同时,因为周围有电力场和发电站的分布,就可以通过这些信息对反馈装置和远程监控进行信息的相互流通,使其能够成为一个立体的网络覆盖局域,进而促进系统协调性和信息流通性的实现。

第二,在电力自动化系统的运行过程中,其中心计算机运行的主要工作就是对整个系统进行整体调控,而其他与中心计算机相关的监控设备在运行过程中主要的工作就是进行异常事故的记录、各项事物处理结果的记录、常规自动化设备运行操作控制及异常现象分析等。并在此基础上保证中心计算机与其他相关设备实现信息的流通,使计算机自动化控制管理能够更加严密。

第三,电力自动化控制的控制基础就是进行分层控制,并通过对发电站、发电厂和调度控制室等的分配工作,来确立各自的职责,进而保证电力系统能够得到稳定协调的运行,进而实现对电力系统目标的有效控制。

2.电力自动化现状

电力自动化系统又称配电自动化或电网自动化,主要包括变电站自动化、馈线自动化、配电通信系统及配电管理自动化几个方面。在运行过程中,通过利用先进的计算机技术将用户数据、配电网在线数据、配电网离线数据、配电网数据、电网结构、电网位置等信息进行有效收集,从而实现电网与电力设备的自动运行及电力系统运行状态的自动监控和保护。应用电力自动化技术对电力系统进行现代化的配电管理,不仅可以提高供电质量,还能有效满足用户对用电价格和用电质量的多样化要求。

我国电力系统的结构十分复杂,而且具备电量储存受到限制、暂态过滤的过程迅速等特点。电力产业的生产和发展关乎国计民生,在切实保障电力系统安全可靠运行的同时,还要保证电力产业的经济效益和电能供应的质量。在我国电网规模持续扩大、电力管理方式逐渐转变、电力客户对用电质量的要求日渐严格多种因素的作用之下,电力自动化系统已经得到了广泛的应用和发展。

我国常用的电力自动化系统普遍具有以下基本特性:多种计算机硬件平台操作、多种综合操作系统、多种数据库平台、多种构件技术、系统操作模式模块化、多种开发语言。为良好实现各电力连接点之间数据信息共享机远程监控,现阶段我国电力自动化系统通常采用多个连接点的数据收集模式或根据区域需要自行开发系统接口。

现阶段我国的电力自动化系统在实际应用中存在多种运行方式,10KV辐射线路或树状线路通常采用无需配置主站系统和通道的重合器及分段器的运行方式,主要通过重合器和分段器自身具备的功能进行电压调节、恢复供电及故障隔离,这种运行模式具有实施简单、投资少的特点。10KV环形电缆通常采用重合器配合环形网柜加装FiU的运行模式实现电力自动化,环形网柜分为户内和户外两种方式,电力部门可根据实际需求进行环形网柜的选择。

3.电力自动化故障分析方法探析

3.1进行电力自动化功能分层分布

电力自动化技术与通信技术之间具有非常紧密的联系,想要保证电力自动化能够发挥出自身的作用,就需要对配电网自动化系统进行分层,具体的分层可以分为三层,即主站、馈线和子站等。在配电网实际的运行过程中,配电网的节点较多,而现阶段点与点之间的通信方式已经不能对配电网自动化系统有效的满足其需求,所以,在现代的配电网载波中对阻波器的应用已经在逐渐的减少。在以前载波技术上发展起来的第二代载波器技术的工作原理主要就是在较低的信噪比条件下进行工作,并其具有非常强的通信能力。因此,这种载波技术是目前较为理想的通信方式,具有很强的可行性和较好的发展前途。

3.2进行电力系统保护

在电力系统中,电力系统对于配电网的保护一般都作用在馈线保护上,随着我国社会主义经济建设脚步的不断加快,人们对于电力企业的要求越来越高,相应的配电网的稳定性问题等在其中起到了决定性的作用,对于现在配电网的工作来说,其重点就是保证供电电能的质量和供电电能可靠性有一定的保障,而配电网管理系统和馈线的自动化都属于电力配电网自动化系统的范畴。其中,通信也是作为馈线自动化的核心而存在的,因此,在通信的基础上,可以对配电网全局性的相关数据进行一定的采集和控制,并以采集的数据来实现对配电网高级应用的配电,同时还可以有效的对配电网进行管理。

4.结束语

综上所述,随着社会经济的发展,电力自动化是电力系统未来发展的必然趋势,电力自动化不仅可以有效地缩短停电的时间,同时还能减少系统的运行成本,有效改善供电的质量,从而提高企业的经济效益。

参考文献:

[1]陈纲,曹斌勇,刘宏伟.电力自动化专业各研究领域发展趋势与现状调查[J].华中科技大学(自然科学版),2009(05):102-105

[2]牟连佳,牟连泳.电力自动化的通信网络研究[J].电力自动化的通信网络研究,中国科技信息,2010(09):234-236

[3]王钢.面向对象的变电站微机综合自动化系统的研究[J].电网技术,2009(02):364-365

自动化概述篇3

关键词:电力系统;配电系统自动化;实施

伴随着经济的快速发展以及科学技术的发展,配电系统中应用了比较先进的电子以及通信技术,逐渐实现了配电管理工作中的自动化以及智能化,对提高电力系统的工作效率有很大的作用,配电自动化的实现对供电和用电之间存在的矛盾能够进行很好的解决,对缓解供电企业和用户之间的关系非常有利,配电系统自动化以及智能化发展对供电企业的利益能够进行保证,同时,对供电用电双方之间的利益能够进行平衡,对电力行业的发展有限大的帮助。

1配电自动化实施的目的

配电自动化在我国的兴起主要是缘于城网改造工作,长期以来配电网建设不受重视,结构薄弱,供配电能力低,国家出台的城网改造政策,提出要积极稳步推进配电自动化,配电自动化实现的目标总结为:提高电网供电可靠性,切实提高电能质量,确保向用户不间断优质供电,提高城乡电力网整体供电能力,实现配电管理自动化,对多项管理过程提供信息支持,发送服务,提高管理水平和劳动生产率,减少运行维护费用和各种耗电,实现配电网的经济运行,提高劳动生产率及服务质量。

2配电自动化系统方案的设计

2.1通信方案设计。(1)通信内容,包括远程控制开关的动作(遥控)如合闸,分闸等,远程查询开关的工作状态(遥信)如合闸,分闸等,远程查询开关的工作状态(遥信),如正向有电/无电,左供电/右供电等,查询当前时刻的运行参数(遥测),如开关的整定值,报警,统计值等。(2)通信方式。实时模式可以根据用户的庙宇做到实时上传,最小间隔为1S,实时性强,但通信流量大,运行成本高。(3)主站系统设计。(4)子站终端的设计。

2.2配电自动化的内容。(1)用电管理。包括用户对电能的管理要求,管理意见等,都要及时反应到配电中心,由配电管理中心对此作出反应和处理。(2)判断系统的运行状况进行实时监控,对配电网所需的信息进行处理,对各种信息的上发下传,及时反应运行状况和事故的处理分析能力。(3)安全可靠边的供电网络。包括电源点应保证电力输送线路的经济运行,开关变压器等设施的可靠性。(4)对故障的自动判断和隔离。在人工或自动条件下恢复非故障线路的供电,对故障点进行自我隔离和诊断。

3配电自动化的应用基本原则

3.1配电自动化具有安全性。人们生活日渐高科技化,缺失电力基础无法想像,不仅影响经济和政治的发展,更会破坏社会秩序和经济政治安全,配电自动化主要应用在人们的日常生活和工作中,随着人们生活水平的不断提高,对安全性的需求也日益增高,因此用电安全性最基本原则之一,这既可以提高配电的安全性,也是对人民负责的体现,维护社会秩序和保证人们安全,因此用电的安全性保证是配电自动化的基本原则之一,这不仅是增加配电的可靠性,更是增加对人民的一种社会责任感。

3.2配电自动化具有可靠性。自动化管理的另一个特点是可靠性强。在急速发展的今天,人类没有电子设备根本无法生活,不仅对用电的需求量增加,更需要供电的稳定性,如果供电的稳定性或者无法可控,不如是人们对电的领带程度降低,更影响人们身体安全,在配电管理中,因此需要提高配电可靠性,减少其失误及故障,并提供可靠的管理。

3.3配电自动化具有实际原则。配电自动化是一种社会实验,所以具有实际原则,不仅要选择质量高可靠性的设备,更要符合国情,实事求是,从实际出发,在诸多的配电系统中,也有国外的领先成熟的技术可以引用,但是不能照搬照抄,比如电压不一致等问题。

3.4不断提升配电自动化,赶超发达国家。配电自动化是一项庞大而又复杂的工程。在配电管理当中配电自动化需要严格的管理制度以及技术支持,所以在发展配电自动化的同时更应与时代的发展同步,在实践中总结经验并不断完善,通过对配电自动化应用的建设,更是对国内不成熟的配网进行巨大的改革,而改革的脚步不是一蹴而就的,需要按部就班的来,所以实现配电自动化需要根据实际市场需求进行向相适应的调整,这样才可以与时俱进甚至达到超越的水平。

4发展中的配电系统自动化

配电系统综合自动化中,各有关系统如何实现信息共享,功能互补和通道公用带来的影响。

4.1SCaDa/Lm/DmS平台,SCaDa/Lm/DmS平台是配电系统综合自动化的核心和基础,它除了完成SCaDa/Lm/DmS功能外,还承担整个系统的纵向和横向的集成任务。

4.2变电站综合自动化。传统的变电站自动化,系统由本地监控的自动装置和与调度联系点的RtU远动所组成,当代的变电站自动化,随着计算机,通信和数字信号处理技术的发展,已进入到自动远动,测量控制保护功能集成并随一次设备分散布置,实现无人值班的综合自动化阶段,显示出系统集成的高效益。

4.3环网故障定位。隔离和恢复供电系统和许多配电自动化装置类似,环风故障定位,隔离和恢复供电系统也经历了从免通信的单项自动化向带通信的综合自动化发展的过程。

4.4多功能数字分时电度表系统。随着计算机,通信和数字信号处理技术应用的普及,导致了当代多功能数字分时电度表的问世,这种可以远方通信的多功能数字分时电度表,除了具有分时电度表的功能外,还能和配电控制中心配合,收集带时标的用户电工信息,传送电量计费信息,具有窃电报警,液晶显示,长期存储等功能,在电量计费系统中,表计本身还可兼作数据集中器使用,大大简化电量计费系统的构成。

4.5管理信息系统。基于自协绘图和设备管理,含变电,配电,用电,检索,决策,以及办公自动化等在内的管理信息系统,早期是作为离线管理系统而独立运行的,现在am/Fm已发展成为一个独立的地理信息系统,软件产业,支持包括电力系统特别是配电系统在内的具有空间数据的行为开发各种应用,随着信息产业的发展,电力行业进入了由实时信息提供管理服务,管理信息支持实时应用的新阶段,甚至发展了SCaDa/GiS系统。

5配电自动化发展的方向

5.1配电网自动化功能框架奠定,且得到充实和完善,按照以下原则,把电网功能和用户功能区别开来,在线功能和计划功能区别开来,把运行工作和维修工作区别开来,将配电自动化功能划分为4组,电网运行,运行计划及其优化,维修管理,用户联系和控制。在上述功能组的基础上,再分成若干功能,奠定了配电自动化系统的主功能框架。

5.2配电网优化运行。配电网的优化运行主要包括:无功补偿,提高供电质量,降低线损,设备运行和维护,供电质量包括安全性,电压合格率,频率合格率,供电可靠性和用户对停电,收费及服务的意见,提高供电可靠性的主要技术有:缩短故障停电时间故障自动报警,快速故障定位,自动/人工遥控隔离故障,非故障区段恢复供电。

结束语

随着市场观念的转变和电力发展的需求,配电网的自动化已经作为供电企业十分紧迫的任务,配电网自动化是电力系统现代化发展的必然趋势,因此加快配电网自动化建设与应用,是提高配电网供电可靠性的一个关键环节。

参考文献

自动化概述篇4

[关键词]概念格领域本体本体描述本体推理

[分类号]G350

领域本体描述是一切基于领域本体的知识工程活动的前提,提高领域本体描述的形式化与规范化程度、语义表达能力和本体知识推理能力就成为领域本体描述所一直追求的目标。形式概念分析(FCa)是应用数学的一个分支,它是建立在概念和概念层次的数学化基础之上的一种新的知识描述手段和数据分析工具,运用形式概念分析的方法,可以发现、构造和展示由属性和对象构成的概念及其之间的关系。

FCa和领域本体是两种形式化的知识表示方法,文献指出两者的差异主要体现在:本体的目的是对人能感觉到的现实世界建立共享的概念模型,提供一种共识以支持知识密集型应用。FCa不是为现实建模,而是为人工世界建模,目的是支持用户在给定数据的基础上进行领域分析和建模。FCa中概念的外延和内涵是同样重要的两方面,而本体则强调概念的内涵部分。

FCa已被尝试用于领域本体的描述,代表性的文献有[4-6]等,这为基于FCa的领域本体描述理论的产生提供新的契机。利用FCa可以完善领域概念的属性集和对象集,提高领域本体的语义完备性和形式化程度,自动分析领域的隐藏概念,并对领域概念进行聚类,从而为本体分类关系提供参考,帮助建立领域本体原型。另外,概念格可以帮助完善用描述逻辑进行本体推理的实际情境,为本体推理的公理和规则的编写提供便利。

本文旨在深入研究运用概念格协助完成领域本体描述的基本原理,并提出基于FCa的领域本体描述模型,为后续相关研究奠定基础和提供启发。

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基于FCa的领域本体描述原理

基于FCa的领域本体描述基本原理可简述如下:领域本体的描述,必须自始至终贯彻工程化的指导思想、标准化的表达方式和规范化的工作步骤。在需求分析的基础之上,通过预处理过程,将领域的结构化、半结构化及非结构化数据转换为领域核心术语集(即核心词汇集),进而将领域核心词汇集依据“对象一属性”的二元关系转换为形式背景,用形式背景来表达领域背景知识。形式背景形成后,在对其优化处理的基础上,通过造格过程,将形式背景转换成概念格,并用相关工具将概念格显化,接着根据实际需求对概念格进行规范化的编辑操作,得出满足领域本体使用需求的合理概念格,此时,可视化的概念格可以良好地展现出概念层次模型,概念层次清晰地体现了概念间的分类关系。在上述过程的基础上,将概念格通过相关操作转换成领域本体原模型,并在领域专家的参与下对领域本体原模型进行属性、实例、关系和公理规则等多方面的充实,最终通过领域本体的形式化过程,用本体描述语言将领域本体表达出来。最后用领域本体推理过程,对领域本体进行检测,并推理出相关隐性知识。

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基于FCa的领域本体描述模型

根据基于FCa的领域本体描述原理,本文将运用FCa描述领域本体的过程分为四个阶段:准备阶段、分析阶段、描述阶段和推理阶段。从实际操作的层面上来看,上述四个阶段每阶段都包涵着许多错综复杂、相互作用的要素和内容,这给理解和掌握基于FCa对领域本体进行描述这一过程的本质造成了一定的困难。因此,本文采用模型化的思路,抓住这四个阶段中的主要要素并摒弃次要要素,进而深入研究各主要要素间的关系,对基于FCa的领域本体描述过程进行抽象,构建了基于FCa的领域本体描述模型,如图1所示:

各模块的主要任务概述如下:

2.1 准备模块

该模块主要解决领域本体描述的前期准备问题。在知识工程专家、领域专家和领域本体用户三方面对所要建设的领域本体进行深入需求分析的基础上,搜集领域数据,并将其分为三类:结构化数据、半结构化数据、非结构化数据。随后使用相关技术(映射技术、nLp技术等)从各类数据中抽取出领域核心术语集,并将术语集的格式统一为“对象一属性”集,文献[7]阐述了具体的方法:①对结构化数据(一般为关系数据库表),利用逆向工程或映射技术将关系模型转换为e―R图,用数据库表的元组作为对象,而数据库表的属性作为属性,e―R模型的关系表述概念间的关系;②对非结构化数据(一般是领域纯文本)的处理比较复杂,一般是通过自然语言的解析器,将领域文本中的每一个句子转换成一棵语法树,由语法树来分析,将词汇关系分为动宾关系、并列关系、偏正关系、主谓关系等,进而将这些关系转换成“对象一属性”关系;③半结构化数据一般是大量的XmL格式的网页以及它们遵循的文档类型定义(XmLSchema或DtD)等具有隐含结构的数据。半结构化数据具有结构化数据和非结构化数据的特征,从半结构化数据中抽取需要运用映射技术和自然语言分析技术相结合的办法来获取领域中的“对象一属性”关系。

2.2 分析模块

该模块是整个过程的核心,主要完成四项任务:

・将准备模块得出的结果(即领域核心术语的“对象一属性”二元关系)纳入统一的形式背景下,并判断所形成的形式背景是否为标准形式背景,若不是,则分析原因(如多值背景、非净化背景等),并采取对应措施(如多值形式背景单值化,背景净化),将形式背景标准化。

・通过造格算法,将标准形式背景转换成概念格,并将所得概念格通过Hasse图的形式显化出来,由领域专家和知识工程专家在可视化基础上判断概念格是否合理,对不合理的概念格通过一定的规则进行对象、属性编辑,循环操作,直至出现较为满意完备的概念格为止。对概念格的编辑处理的基本操作包括:添加或移除对象;添加或移除属性;当两个对象有相同的属性时,要么合并成一个对象,要么给对象添加属性,以区别对象。概念格可以产生新的对象,它们不在概念表中,可以增加这些对象;整个过程不断循环重复,直到合理完善为止。

・将编辑后的完备概念格进行转换,主要包括节点转换(命名顶端节点,标示中间节点,删除底端节点)和节点关系转换(转换为概念及概念间的关系)两部分,转换的结果是得出领域本体原模型。

・在领域专家的参与下,将领域本体原模型进行属性扩充、实例扩充、公理扩充及关系扩充,对领域本体原型进行完善,最终形成扩充后的领域本体原型。其中,属性扩充和实例扩充分别用于完善本体概念的内涵和外延的两个方面,关系扩充的目的在于完善领域本体概念除分类关系外的其余关系,而对公理和推理规则的扩充可以帮助实现本体推理。

2.3 描述模块

该模块的主要任务是选择合适的本体描述工具和本体描述语言,对扩充后的领域本体模型进行形式化描述,即完成本体的编码过程,最终得到领域本体。本

体描述包括对领域概念、概念间关系、属性、实例、公理和推理规则等各个方面的描述。

本体描述的过程相当复杂,为方便和简化领域本体描述的具体过程,相关研究机构开发了一些有代表性的本体描述工具:Joe、oiLed、ontoedit、prot6g6、webonto等。这些工具在描述领域本体的能力上各有特点和优势,因此要结合具体的情况来选择使用。

本体描述语言近年来也呈现出多样化(如owL、DamL、RDF等)的趋势,在此背景下,本体描述语言的选择就成为一个需要关注的问题。本文的观点是,本体描述语言的选择并非是唯一的,而是需要与具体的项目结合起来,与选择的本体描述工具结合起来,综合考虑各方面的因素,然后做出选择。一般情况下,选择owL描述语言对本体进行描述。

2.4 推理模块

该模块的主要任务是根据本体描述语言,选择相应的本体推理机来实现本体推理。描述逻辑是本体推理的基础,本模型将本体知识推理建立在具有数学理论支撑的概念格之上,利用概念格有效帮助知识工程师完成对领域知识的逻辑描述。本文将在后文3,5节中结合实例阐明如何运用概念格协助确立领域本体概念的逻辑关系。

本模型中,本体推理的内容有两方面:一是检测冲突,优化表达,本体建立者要想建立正确、一致的本体就需要借助推理;二是由给定的知识(即显性知识)推理获得隐含知识,也就是把隐含在显式定义和声明中的知识通过一种处理机制提取出来。本体推理一般由推理机来完成,文献[12]对当前主要本体推理工具进行了比较分析与研究,总结了三个典型的推理机系统(pellet,Racer,FaCt++)的优劣,为如何选择推理机提供了参考。

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一个实例:基于FCa的脊椎动物领域本体描述

3.1 脊椎动物领域简述

实例的目的旨在验证本文提出的基于FCa的领域本体描述理论的实际效果,因此,在应用领域的选择问题上,不必过于复杂化,以能阐明理论的正确性、可用性和易用性为准。基于此,本文拟选择一个简单且领域知识争议小的领域来阐述问题,在领域本体描述的具体应用中,也只取一个领域片段,进行领域本体描述。综合考虑后,本文选择百度百科中的“脊椎动物”这一词条作为领域非结构化数据,在此基础上进行脊椎动物领域本体描述。如图2所示:

3.2 步骤一:准备阶段

将“脊椎动物”词条中的文本进行整理,为避免形式背景过大不宜进行文字表示的弊端,对上述文本做适当简化,得到领域非结构化数据(文本)如下:

鱼类:用腮呼吸,生活在水中,卵生;

两栖类:能生活在陆地或水中,主要用肺呼吸,在水中水中用皮肤呼吸。卵生。常见动物:蛙等;

爬行类:皮肤表面有角质鳞片或甲,用肺呼吸,卵生,陆地生活。常见动物:陆龟等;

鸟类:体表有羽毛,卵生动物,用肺呼吸,有翼能飞翔。常见动物:鸽等;

哺乳动物类:胎生,哺乳,用肺呼吸。

从上述文本中析出领域核心术语集,包括属性集和对象集,原则上这一过程是由自然语言处理技术来完成的,但限于本文的实验条件有限,故采用人工析出的方式。脊椎动物领域的属性集为:{B.用腮呼吸;c.用肺呼吸;D.生活在水中;e.生活在陆上;F.卵生;G.胎生;H.甲或角质鳞片;i.有羽毛;J.有翼能飞翔;K.哺乳;L.水中用皮肤呼吸;m.有脊椎的}.脊椎动物领域的对象集为:{蛙,陆龟,鸽子}。

3.3 步骤二:分析阶段

在领域专家的指导下,由知识工程师将上述属性集和对象集纳入到形式背景中,确立背景中所有存在的“属性一对象”对应关系,最终形成如图3所示的初始形式背景。

由于此时形式背景不完善,属性B与属性K没有对象与之对应,且整个形式背景不是净化背景,因此,在领域专家的指导下对形式背景进行完善,添加对象老虎、草鱼,得出一个完善的形式背景,如图4所示:

利用造格工具conceptexplorer,将上述形式背景转换成概念格,如图5所示:

在概念格中,每一个节点代表一个自动聚类产生的领域概念,此时,若领域专家认为该概念格不能完整准确地表述领域知识,则需要在知识工程师的协助下对概念格按照相关规则进行编辑,本例略过此步。图5中的概念格总共产生了11个节点。

得到完备的概念格后,就需要对概念格进行节点和节点关系两方面的转换,以得到领域本体原模型。节点转换的要点是进行节点标示,一是在领域专家的帮助下对节点命名,即取概念名;二是标示节点的所有属性(包括从上层节点继承的属性)和实例,即明确概念的内涵和外延。随后,节点关系可自动转换成相应概念间的关系。以下是3个有代表性的节点:

节点1:脊椎动物({草鱼,蛙,陆龟,鸽子,老虎},{有脊椎的})),该节点包含领域中所有的实例和所有实例共有的属性。

节点7:两栖动物({蛙},{有脊椎的,用肺呼吸,生活在水中,生活在陆上,卵生,水中用皮肤呼吸})。

节点il:({},{用腮呼吸,用肺呼吸,生活在水中,生活在陆上,卵生,胎生,甲或角质鳞片,有羽毛,有翼能飞翔,哺乳,水中用皮肤呼吸,有脊椎的}),该节点是空概念,不存在,需删除。

完成概念格的转换后,可以得出如图6所示的领域本体原模型:

领域本体原模型中所表达的属性、实例、公理等内容可能出现不完善的情况,因此,需要在领域专家和知识工程师的合作下对领域本体原模型进行属性扩充、实例扩充及公理扩充等。

以概念7两栖动物为例进行领域本体原模型扩充:两栖动物({蛙},{有脊椎的,用肺呼吸,生活在水中,生活在陆上,卵生,水中用皮肤呼吸}),添加公理{两栖类(水中用皮肤呼吸,卵生动物)V(用肺呼吸,卵生动物)V(生活在陆地,卵生动物)V(生活在水中,卵生动物)}。

3.4 步骤三:描述阶段

选择protege为本体描述工具,owL领域本体描述语言,对扩充后的领域本体模型进行形式化描述。用protege3.1.1描述后的脊椎动物领域本体概念及概念关系如图7所示:

本文构建的领域本体共包含领域概念15个,概念的属性17个,基本阐明了脊椎动物领域的概念和概念关系、概念的属性及实例。用protege工具可自动将领域本体用owL本体描述语言描述,得出脊椎动物领域本体的代码。

3.5 步骤四:推理阶段

本体推理是领域本体描述的最后一个阶段。本文是在protege工具的基础上结合Racerpro推理机实现本体推理过程的。描述逻辑是本体推理的基础,因此,如何从领域本体原模型(或概念格)准确得出领域本体概念间的逻辑关系就显得尤为重要。结合图6,本文总结了运用概念格完善描述逻辑的实际情境,如表1所示:

自动化概述篇5

关键词:物理概念;速度;建构

学习一个新的物理概念,教师首先要从大量的物理现象、事

实或者实验开始引入。这个过程就是让学生感知物理现象的过程,观察现象、体验过程和总结特征,从而获得必要的感性认识。第二,在感性认识的基础上,学生进行归纳和概括,逐渐形成物理概念的轮廓和表象。第三,经过去粗取精、去伪存真、由表及里地分析、比较,学生初步建立科学的物理概念。最后,经过演绎练习和实际应用,学生进一步加深对物理概念的认识和理解,从而准确地建构物理概念。下面以速度的概念为例,说明如何建构物理概念。

对于速度这个概念,学生在学习物理之前并不陌生,生活中也经常用到。但是那不过是速度的日常概念,还称不上科学的物理概念,二者之间有一些差异。所以,学习速度概念的时候要让学生学会从生活中寻找和发现这样的一些事实和现象:人们是怎样表示和描述事物发展变化快慢的呢?比如汽车的运动快慢、植物的生长快慢、经济的增长快慢、人口的增长快慢等等。通过分析这些生活现象和事实,让学生感觉到有必要用一个概念来描述一切事物发展变化的快慢,即速度。这个概念表达和描述的基本含义也就比较清楚了,但是要让学生意识到,在物理中速度的概念还需要进一步界定和准确定义,它毕竟与生物学、经济学、人口学中的速度概念有一定的区别。物理中的速度描述的对象是机械运动,所以,速度也就是用来描述物体运动变化快慢的物理量。

速度这个概念又是怎样具体描述物体运动变化快慢的呢?要让学生知道,物体运动变化包括哪些方面?然后思考如何用速度来描述和表示这些方面的物理含义?清楚了上述问题,速度的物理概念也就可以进行准确的定义了。学生根据机械运动的知识知道,描述物体的运动变化包括两个方面:运动位置变化快慢的大小和运动的方向变化。一切事物的发展变化都是相对于时间来言的,所以相对于时间来说,如何描述出速度所表达的完整含义?让学生认识到有必要引入一个新的物理概念表达和描述机械运动的位置和方向,即物理学中的位移。但是在初中阶段,研究的机械运动只限于匀速直线运动,教师可以直接告诉学生可以用“路程”这个概念描述物体运动位置变化,方向的变化可以进行定性描述。因此,初中阶段的速度概念可以定义为:“在匀速直线运动中,运

动物体在单位时间内通过的路程”。如果用v表示速度,s表示路程,t表示时间,让学生自己试着写出速度的数学公式,即v=■,并让学生根据路程和时间的国际单位分别是“米(m)”和“秒(s)”,推导出速度的国际单位应该为“米/秒(m/s)”。至此,学生将速度的概念基本上建构起来了,为了让学生更准确地理解速度的概念,教师需要针对速度概念设置一些针对性的问题和练习,以发现学生存在的疑问和困惑。像“v=■是用单位时间内通过的路程来表示运动快慢的,能不能用通过单位路程所用的时间■来表示运动的快慢呢?”和“飞机、汽车和蜗牛谁的速度大?”等开放性问题对于深刻、准确地理解速度的概念也是非常有帮助的。

通过对速度概念的建构教学过程分析,我们可以知道物理概念建构的基本过程与方法。物理中很多概念的建构都是一个循序渐进的过程,不能机械地死记硬背一些物理概念,要注重概念建构的过程,以求深刻理解。对于一个物理概念,学生要明确它是描述什么的物理量?是矢量还是标量?如果是矢量,方向和大小如何定义?如果是标量,它的数值是如何定义的?单位是什么?还要明确概念的运用条件和适用范围以及与相关概念的区别和联系等,只有这样才能建构起科学的物理概念。

参考文献:

自动化概述篇6

1.概念的引入

物理概念是对生活中客观现象的共同物理属性和本质特征经过长时间的反复修改、抽象、概括而得出描述,描述的语言简洁、准确、浓缩,中学生限于生活经历、生理和心理条件,理解物理概念常常是心有余而力不足,更谈不上应用物理概念去解决问题。教师在概念教学时,要尽可能地把前人思维活动的历程还原、稀释,也就是再现概念的形成过程,适时地在概念教学过程中去创设恰当的“境”,激发学生的“情”。这样不仅能帮助学生认识概念,而且能充分地调动学生对物理概念学习的积极性,使学生由好奇转变为兴趣爱好,由兴趣爱好转变为对物理概念知识的渴求,让学生在轻松、愉快、新奇、积极的心态中,积极主动地参与到教学活动中来,很快就能灵活掌握物理概念,达到良好的教学效果。让学生沿着前人思维活动进程,重温物理概念的产生与发展过程,了解物理知识发展的过程,并掌握物理问题研究的方法。在概念教学中,要针对概念的不同特点引入,或从熟悉的生活实例,或从简单直观的实验,或从新旧知识的衔接,生动灵活地引入概念。例如:对弹力这一概念教学时,可用多媒体播放拉弓射箭、蹦极、跳水等情景创设弹力产生的情境,鼓励学生猜想以上动作有什么共同特点。学生的猜想往往是不同的,适时引起学生的讨论:是什么共同特点?学生比较容易得出结论:都离不开物体的弹性作用。这时可再问:在我们周围还有没有类似的作用,请举出一些例子,学生的兴趣被调动了起来,会想到很多相关的事例。这时再引导学生利用身边的塑料尺进行研究,这种作用的特点是什么?这样一来,学生对弹力概念中的弹性形变这一抽象概念的认识就比较深入了。

2.概念的形成

在学生形成概念、掌握规律的过程中,引导学生进行正确的科学抽象,由感性认识上升到理性认识,这是形成概念、掌握规律的关键。观察同一个物理现象,不同的学生会得出不同的结论,因为在每一个物理现象中,存在着多种因素的影响,如果把握不住抽象思维的正确方向,就会得出错误的结论。例如,对于自由落体运动的概念教学,首先我让学生用大小纸片、纸板、大小粉笔头得出相互矛盾的三种现象:“质量大小不同的物体下落快慢相同、质量大的物体下落的快、质量大的物体下落的慢。”由这三种相互矛盾的现象,学生自然想知道是什么原因产生这种矛盾,引出了“空气阻力”这一影响物体下落的因素,使学生对概念中的“自由”有了较深刻的认识,进一步可抽象出“自由”是指“只受重力作用”,对于自由落体运动的定义:“物体只受重力作用由静止开始下落的运动。”就有了比较深刻的理解。揭示概念的本质,不但要求学生能够了解定义、熟记定义,而且应以定义为基础,全面地理解概念的内涵和外延,并且认清概念与其他知识之间的联系。还以自由落体运动为例,概念中“只受重力作用”,我们生活的环境中没有绝对真空,因此物体不可能只受重力作用,自由落体运动只是一种理想化的模型,但物理学中研究问题时,常用的方法是抓住问题的主要因素,忽略其次要因素。因此,如果物体所受的其他力与重力相比可忽略时,可把物体由静止开始下落的运动看成是自由落体运动,自由落体运动在现实生活中就有了应用的实际意义;概念中的“由静止下落”,让学生分析可得到“其初速度为0”,再通过实验可探究出该运动的性质,是初速度为0的匀变速直线运动。学生自然会联系到前面所学的匀变速直线运动的规律,从而推导出自由落体运动的规律:v=gt,h=gt,v=2gh,以及匀变速运动的一些推论都适用。这样一来,不仅对概念有了深入的理解,而且巩固了前面的所学的知识,知识面也得到了拓展。

3.概念的巩固

要使学生牢固、清晰地掌握物理概念,必须经过概念的巩固、深化阶段。如对易混淆的概念进行辨析,进一步理解它们之间的区别与联系。为了深入理解概念,除了要理解其物理意义外,还应找出概念和与它相近的另一些概念的异同点及联系,教师要注意对一些类似的概念进行同中求异、异中见同的讲解。如学习加速度这一概念时,学生经常搞不清楚速度、速度的变化量、速度的变化率这三个概念之间的关系,此时我们可以给出一张表格,由表中的数据,学生可得到速度大的速度的变化量不一定大;速度变化量大的,速度的变化率不一定大,从而得出三者之间无必然联系,速度是描述物体运动快慢的物理量,或者说是描述位置变化快慢的物理量,速度越大,表示物体运动的越快,或者说位置变化得越快。加速度是描述速度变化快慢的物理量,加速度越大,表示速度变化的越快。速度等于位移和时间的比值,而加速度等于速度的变化量和时间的比值。速度的大小决定于位移和发生变化所用的时间,位移大速度不一定大。而加速度决定于速度的变化的大小和发生变化所用的时间,而不决定于速度的大小和速度变化的大小。通过上述比较,就可以使学生对“速度”和“加速度”这两个概念有比较深刻理解。学生往往以为自己能复述定义就算理解物理概念了。因此,应在建立概念后及时进行有针对性的练习,让学生在运用概念的过程中发现对概念理解的偏差。应通过练习形成运用概念的技能,练习的目的在于巩固和深化概念,形成技能,培养分析问题、解决问题的能力。因此,选题要典型、灵活多样,对题目的挖掘、探讨要力求深入。

参考文献:

[1]阎金铎.物理教学论.广西教育出版社.

自动化概述篇7

关键词:实境;化学概念;教学

文章编号:1008-0546(2013)04-010-03中图分类号:G632.41文献标识码:B

《义务教育化学课程标准》指出:化学概念是课程内容的重要组成部分,是化学知识的“骨架”。在初中化学教学实践中,我们注意到:初中化学概念繁多,难理解,又相互关联,这样就造成了学生学习上的困难。同时由于化学学科的特点,宏观、微观、符号三重表征造成学生认知的障碍,往往使学生感觉到难以接受。因此化学概念掌握的好坏直接影响着学生的化学学习水平。

化学概念教学的一个主要目标就是要帮助学生建立起关于化学概念恰当的心理表征。但在实际的化学教学中,我们却看了到种种不能尽如人意的现象:课堂上把化学概念硬“塞”给学生,不重视化学概念的形成过程;过分重视化学概念中定义的文字表述,死记硬背,不求甚解;用大量的练习来代替对相似化学概念的辨析,不理解化学概念间的本质区别。

情境教学的倡导者Brown、Collin、Duguid认为:“知识只有在它们产生及应用的情境中才能产生意义。知识绝不可能从它本身所处的环境中孤立出来,学习知识的最好方法就是在情境中进行。”学生的生活经验,既可以作为学生学习化学知识的感性知识基础,提供化学知识建构的情境,又可以作为化学概念表征的原型,更重要的是学生的生活经验可以作为化学问题解决的对象。为此,我们提出了“用‘实境’优化初中化学概念教学的实践研究”这一课题。

“实境”一词,语出晚唐司空图《二十四诗品·实境》,原是古典诗歌理论术语,指真切实在的境界。“实境”的要义在于自然天成,它是相对于非真实性的情境而言的,“实境”是指在真实情境中寻找贴近学生生活实际和思维规律的相应的教学序,并利用文本、动画、视频图像、声音、图片、语言等把学生生活中的真实情境迁移到化学课堂中来。

一、用“实境”优化化学概念教学的策略

下面以义务教育人教版九年级教材中一些概念教学为例,来说明用“实境”优化化学概念教学的策略。

1.在“实境”中建立概念

化学概念属于理性认识,它的形成依赖于学生的感性认识。教学过程中,各种形式的直观教学是提供丰富、正确的感性认识的主要途径。所以在讲述新概念时,从引导学生观察和分析有关具体的“实境”入手,就容易找到揭示概念的突破口。

例如,在组织学生学习“过滤”时,如果教师简单地把“过滤就是把固液混合物分离的过程,滤纸就是从悬浮物中有选择地滞留颗粒的纸”这一概念以及相关知识硬塞给学生,学生往往会感到突兀、茫然。为此,在进行“过滤”教学之前,教师可以设计这样一个问题引导学生:“在日常生活中,你是如何把固体和液体分离的?”在热烈的讨论之后,学生纷纷发表自己的观点:

学生1:家里卫生间的地漏,就是一个把固体和液体分离的装置。

学生2:不单是卫生间有地漏,厨房里更多,例如洗碗池里也有。另外,淘米用的不锈钢篮子,也是一个把固体和液体分离的装置。

学生3:我补充一下,厨房里的漏勺中间有很多小孔,用来捞锅里面的水饺、汤团等东西的,原理和你们两人说的一样。

学生4:我上一次在宾馆看到一次性小纸袋包装茶叶,小纸袋就起到了把固体和液体分离的作用。

在学生一一描述了“固体、液体分离”的“实境”之后,大家意识到:“固体、液体分离”对于我们并不陌生,“固体、液体分离即过滤”,它在生活中千姿百态地被运用着,而且生活中是根据固体颗粒直径的大小来选择合适的过滤器的。

这里,采用学生熟悉的“实境”启发学生回忆“固体、液体分离”,找到学生感兴趣的教学突破口,在学生的生活世界和学习世界之间找到结合点,引起学生高度的关注,学生因熟悉的情境而生趣,从而自然而然地引出了“过滤”的概念,符合认识规律,学生容易理解,给学生留下的印象也比较深刻。

2.在“实境”中理解概念

建构主义认为,学习在本质上是学习者主动建构心理表征的过程,是主体以已有的经验为基础,通过与外部世界的相互作用而主动建构新的理解、新的心理表征的过程。为此,教师在教学过程中就必须激活和调动相关生活经验来促进学生对新知的理解与建构。

例如,在组织学生学习“溶液”概念时,如果教师简单把溶液的概念抛给学生,分析溶液概念中的关键词,然后让学生背溶液的概念,这样的教学只能让学生感到枯燥乏味。为此,在“溶液”概念教学前,教师设计了这样一个生活情境:“衣服沾了食盐、高锰酸钾、蔗糖、油污、泥沙等物质,根据生活经验,你准备采用什么样的方法把衣服洗干净?”

就此问题,学生展开激烈的讨论,有的说可以用水洗去食盐,有的说可以用洗衣粉洗去油污……在学生争论不休之时,教师追问学生:“水在洗衣服过程中起什么作用?”“水能够溶解上述哪些物质?”当学生意见不一致时,教师让学生分组实验:取少量的食盐、高锰酸钾、蔗糖、植物油、泥沙分别加入到试管中,然后向上述五支试管中加入水,振荡,观察现象,并比较上述五支试管所得液体的异同。

学生1:上述所得液体都是混合物。

学生2:食盐、高锰酸钾、蔗糖能够溶解在水中,我们肉眼观察不到食盐、高锰酸钾、蔗糖的存在,它们在水中消失得无影无踪。

学生3:植物油、泥沙不能溶解在水中,放置一段时间后,植物油浮在水面上,而泥沙沉入水底。

通过上面的讨论,学生很容易把上面的混合物初步分为两大类:“清澈的液体混合物”和“浑浊的液体混合物”,并引入相应的概念“溶液”和“浊液”。

至此,教师依然没有把“溶液”的概念告诉学生,而是继续实验,把“植物油”放到“汽油”中,根据实验结果,判断所得的液体是“溶液”还是“浊液”?进而让学生由“食盐、高锰酸钾、蔗糖能够溶解在水中所得溶液”以及“植物油溶解在汽油中形成的溶液”概括出溶液的共同特点:“均一性”、“稳定性”、“混合物”,并由学生尝试给“溶液”、“溶质”、“溶剂”下定义。

显然,上述过程中,教师没有孤立地来教授“溶液”概念,而是将“溶液”概念放到“生活中洗衣服”这样一个“实境”中去考察,通过“水在洗衣服过程中起什么作用?”“水能够溶解上述哪些物质?”的讨论、探究,让学生理解“溶液”、“浊液”在生活中的运用,并通过比较,形成“溶液”的概念,又为后续的“溶质”、“溶剂”概念作了恰当的铺垫。这样的设计,不但丰富了学生的感性认识,也有利于理解概念的实际内容,从而抓住了“溶液”概念的“均一性”、“稳定性”、“混合物”本质特征。

3.在“实境”中运用概念

学生掌握化学概念,不能停留在对化学概念的理解和给概念下定义、作注释的水平上,更重要的是广泛应用化学概念,解决一些生活实际问题。加强概念教学与实际生产、生活的联系,有意识地指导学生用学过的科学概念来解决和解释实际问题,不仅能增强学生学习兴趣,而且能及时巩固和深化概念。

在学习“乳化”时,教师如果让学生死记硬背“乳化”概念,学生依然不能对所学的概念融会贯通。为此,教师可以把“乳化”与日常生活中的“实境”联系起来,让学生解决实际问题。如让学生讨论,“衣服沾了油渍,你有哪些方法可以把它除去?”

学生1:用混有洗洁精的热水洗。

学生2:用洗衣粉洗。

学生3:用洗发液也可以洗。

学生4:用汽油也可以。

……

在学生就“洗衣服油渍的方法”热烈讨论之后,教师追问学生:上述方法的原理一样吗?

学生5:汽油能洗去衣服上的油污是因为油污易溶于汽油,利用的是溶解原理。

学生6:洗洁精中含有乳化剂,有乳化作用,能将大的油滴分散成细小的油滴,而能够随水流走。

学生7:洗发液、洗衣液和洗洁精洗衣服的原理是一样的。

上述“乳化”概念教学,教师没有在“乳化”概念的定义上人为给学生设置学习障碍,而是把重点放在“乳化”概念的应用上。事实上,根据课程标准的要求,目前的中考已经不再用考概念的定义方式考查概念,而是考查学生在实际情境中理解运用概念的能力。教材中引出概念,不仅是为了知识表述的简约性,重要的是通过概念启迪学生的思维,拓展知识的视野,建立相关知识之间的联系,运用已经学的概念去理解新的事物,对化学概念做出合理的解释。为此,教师应鼓励学生广泛运用概念,这样才能使化学概念来自于生活,应用于生活。

二、选择“实境”应注意的问题

“实境”,既可以作为学生学习化学概念的感性知识基础,提供化学概念建构的情境,又可以作为化学概念表征的原型,降低新学内容的难度,促进概念的同化,更重要的是“实境”可以作为化学问题解决的对象。教师要有效选择“实境”,努力让学生“卷入”化学概念教学之中。为此,教师选择“实境”应注意下列问题:

1.共鸣。在化学教学中,所选择的“实境”应该是大多数学生确有体验的、易接受的案例,这样的案例要能引起学生共鸣、能唤醒学生的生活经验。如学习“催化剂”概念时,我们可以选择“双氧水清洗外伤伤口”这一能够焕启学生回忆的“实境”,让学生知道:血液中存在着一种叫过氧化氢酶的物质,它是过氧化氢分解反应的催化剂,它能大大加快过氧化氢的分解速度。外科医生正是利用病人创口血液中的过氧化氢酶,加快双氧水的分解,从而使分解出来的新生态氧起到消毒杀菌的作用。所以,没有血的地方,一般不用双氧水作消毒剂。由此,让学生进一步理解催化剂的内涵。

2.简约。不少时候,我们往往为了突出“新、奇、趣”而去挖空心思去寻找迷人的“实境”,结果却造成化学实验探究的失落,课堂教学的低效。因此,“实境”创设应适可而止,切不可在包装上盲目地花力气,相反,要追求“实境”的化学味,利用化学自身的魅力去打动学生、提升学生,提高化学课堂效率。如学习“水的净化”方法之一“吸附沉淀”时,有的教师播放“山区农村过春节用水保存年糕时加明矾”的视频,看上去与生活联系比较密切,实质上远离学生的生活,并且这一“实境”不及“让学生向浑浊的水中加入明矾并搅拌”来得简约明了。

3.多样。课堂上,“实境”的表现形式也应该多种多样,可以是故事实境、图片实境,也可以是操作实境、活动实境、信息实境和问题实境等等;“实境”创设的主体可以是教师也可以是学生,而且只有当学生主动地寻求化学概念的实际背景,才能为化学概念的应用找到生长点,也才有可能进一步探索其应用价值,体会它的应用价值。如学习“中和反应”时,除了课本上提到一些“中和反应”的应用“实境”外,教师可以让学生寻找生活中应用“中和反应”的例子。当学生能够想到“松花蛋中含有碱性物质,人们在食用它时常加一些醋,以中和其碱性,使松花蛋味美可口”并当众表达时,其效果可能比教师讲述要好得多。

当然在化学概念教学中,各类“实境”不是彼此割裂而是相互联系,此类“实境”与彼类“实境”有交叉与重叠。在现实的化学教学中,应根据教与学的实际需求选择创设利用各种“实境”,对其进行优化组合以取得教与学的最优效果。

总之,化学概念学习是学生自己建构的过程,而不是被动地告知、机械地记忆的过程。因此在化学概念教学中要充分利用“实境”,让学生在分析、探索生活问题情境中意识到引入新概念的必要性,从而引发学生进一步思考如何定义新概念。

参考资料

[1]孙俊三:从经验的积累到生命的体验——论教学过程审美模式的构建[J].教育研究,2001,(2):34~38

自动化概述篇8

物理概念教学中可从以下几个角度创设情境,具体策略和实践如下。

(1)从为什么要引入某个物理概念的角度创设情境。例如:在圆周运动章节中学习角速度概念时,学生提出:既然用线速度可以描述圆周运动快慢,为什么还要引入角速度描述圆周运动快慢呢?上海二期课改新教材高一第二学期第5页创设了“月球和地球谁跑得快?”的情境。

地球说:“月球绕地球作圆周运动每秒钟走过的弧长为0.99千米(即线速度为0.99千米/秒),而我地球绕太阳作圆周运动每秒钟走过的弧长为29.78千米(即线速度为29.78千米/秒),所以我跑得快!”月球说:“我绕地球转一圈只需要28天,而地球绕太阳转一圈需要一年365天,所以我跑得快!”地球与月球说得都有道理,由此可见,仅仅用线速度来描述圆周运动的快慢是不够的,还需要从另一个侧面描述圆周运动快慢。因此,要引入角速度这个物理量来描述圆周运动的快慢。

(2)创设生活化情境或实验情境,帮助学生理解抽象概念。例如:现行高中物理教材中设计了一些让学生自由动手的“做一做”。其中有这样一个实验即让学生做一个显示玻璃瓶微小形变的课后小实验:找一个大玻璃瓶装满水,滴入几滴红墨水,瓶口用中间插有细管的瓶塞塞上,用手按压玻璃瓶,细管中的水面就上升;松开手,水面又降回原处,这说明玻璃瓶受到按压时发生形变。我在演示这个实验时,使用了大号椭圆柱形墨水瓶来替代课本中所示的圆柱形玻璃瓶,当用手按压墨水瓶长半径两侧时,细管中的水面不是上升,反而下降,这种与教材中的实验结果相反的现象出乎学生意料,感到格外新鲜,无形中更加吸引住了学生的注意力。通过实验不但使学生对“弹性形变”现象深信不疑(课本中的水面上升可能有少数学生产生是由于人手的温度引起水热胀的误解1,同时也使他们形象地看到了圆形物的容积最大的实例。接着,再作一次按压短半径两侧的实验,结果是水面上升,这就从正、反不同的角度加深了“弹性形变”的理解,实验现象的说服力更强了。

自动化概述篇9

课堂教学活动是教师、学生、教材这三个因素相互制约、相互作用的动态过程。在此动态过程中,包含了学生的思维活动过程、教师的思维活动过程和教材的潜在思维特征,其中学生探究教材的思维活动是课堂教学的主要活动,而教师的思维活动,则表现在:一是如何处理教材,揭示出教材的思维特征;二是如何对学生的思维活动进行调控、指导,从而使学生的思维活动流畅、卓有成效,三者的关系为:

注意把握三者在教学中的关系,最大限度地发挥好每一种要素在教学中的作用,并根据学生的实际情况,利用恰当的教学方法、手段,使三种思维活动有机地结合起来,使学路、教路和教材思维特征水乳相融,混为一体,学生的思维就似“行云流水”,从而顺利理解知识,形成能力。

一、加强教材研究,揭示教材思维特征,培养学生思维能力

物理学的概念、规律是前人通过对大量的物理现象与事实的观察,然后进行理性的分析、抽象、归纳、总结而成的,它是前人思维活动的结果。物理教材中概念、规律的教学,有时不仅再现了前人的这种思维活动,同时又根据学生的认识规律,并按一定的逻辑顺序逐步展开。因此,课堂教学中,教师应努力揭示教材的这种思维特征,并结合学生的实际情况,通过创设合理的教学情境,引导学生参与概念、规律形成过程的分析、探究,

一步一步地品味概念、规律的产生、发展和形成过程中的艰辛与成功的喜悦,从而理解概念、规律,掌握思维方法。

如在讲授自感概念时,在引出课题之后,可紧接着向学生出示实验电路图和实验装置,并让学生猜想电路通、断电时可能出现的现象,接着让学生自己动手进行实验,观察实验现象。然后组织学生分组讨论,引导他们利用刚学过的电磁感应知识分析产生这一现象的原因,进而自己归纳结论。最后又让学生自己设计实验验证自己的结论是否正确,这样的教学过程既充分揭示了教材的思维特征,又突出了学生的主体性,学生通过参与构建自感概念过程的分析、探索,顺利掌握自感概念。

再如在讲述洛伦磁力概念时,可通过以下步骤揭示教材的思维特征,引导学生自我探索,掌握洛伦磁力概念。第一,让学生回忆:(1)磁场对电流的作用力;(2)电流产生的条件和实质;第二,引导学生将两者结合起来思考,提出安培力是由大量运动电荷所受磁场力的合力的宏观表现假设;第三,利用电子射线管进行验证,并用左手定则来判别偏转方向;第四,帮助学生建立起金属导电的微观模型,让学生从F=BiL出发,利用数学方法导出f=Bqv;第五,组织学生对洛伦磁力和安培力进行比较,找出两者的内在联系,从而确定洛伦磁力方向与电荷运动方向、电荷的电性、磁感应强度方向间的联系,结果学生顺利地建立起了洛伦磁力概念。

揭示教材的思维特征,让学生通过参与理性过程的分析、探究来理解掌握概念、规律,并在探究的过程中学到科学思维方法。

由此可见,揭示教材思维特征,引导学生自主参与概念规律的分析、探究,有利于学生理解知识,掌握方法,真正做到了知识与能力并重。

二、展示教师的思维过程,努力让学生掌握思维方法

教学活动中,学生的活动应是教学活动的中心,我们的“教”应完全服务于学生的“学”。学生在学习活动中,由于思维方式的不适应,思维方法没有掌握,都会导致学生的思维出现障碍,教师应及时把握学生的思维疑点,为学生的思维“搭梯”、“架桥”。具体来讲,就是教师应结合学生的实际,利用类比、示范等方法来展示教师的思维过程,将自己在多年的教学过程中形成的“快速”、“高度浓缩”了的思维过程按学生的认识规律稚化后展示给学生,重点是向学生讲述:我是怎样思考的,怎样处理的,通过展示教师的思维过程,给学生的思维起到指导和示范作用,从而帮助学生克服思维上障碍,促使学生的思维流畅起来。

如在讲述电场强度时,学生常对用电荷在电场中受到的电场力与电荷电量的比来描述电场的强弱感到迷惑不解,教师可以展示自己的思维过程:(1)电荷在电场中会受到电场力作用,能否可以用电场力来描述电场的

强弱?让学生利用实验演示电场力是否会随着电量的变化而变化;(2)联想如何描述物体运动的快慢(不是用位移的大小,而是用位移和时间的比值来描述);(3)进行迁移、类比。教师如此展示自己的思维过程,学生就很容易理解为什么要用F/q来描述电场的强弱,并加深了用比值法定义物理量这一科学思维方法的认识。

再如,在分析恒定电流动态电路时,如图1所示,当R3的滑动触头向b点滑动时,电流表、电压表的示数和R2上消耗的功率将如何变化?

教师可以展示自己的思维过程。首先由电阻R3的变化,结合串、并联电路电阻的计

算规律推出外电路中总电阻的变化,然后利用全路

姆定律推算出总电流的变化,接着推出内电压U内

和端电压U的变化,最后利用串、并联电路的性质

推出电流表、电压表和R2上消耗的功率的变化。其思维流程如下:R3R总iU内Ui1,p2。

三、加强信息反馈,暴露学生的思维过程,提高学生的思维品质

物理教学理论研究和实践表明,学生是具有独特个性、富有进取精神和创造潜能的知识探索者,学生完全有能力通过自己的思维活动来发现问题、解决问题,但是这种能力不会自发产生,需要教师不断启发、诱导和培养。因此,教学过程中,教师应千方百计为学生创设问题情境,提供研究问题的感性材料,利用各种方式最大限度地促使学生积极思考,并展示他们的思维过程。教师及时从学生的思维过程中捕捉错误信息,剖析原因,及时调整教学思路,通过加强对学生进行思维方法指导、示范,求得学生思路和教师思路的共振。具体来说,一是教师通过察言观色,把握学生不自觉暴露出来的思维障碍;二是利用课堂提问、练习(判断、选择、改错、纠错)等方式来有意识的诱错,暴露学生的思维障碍。对学生

自动化概述篇10

   图书情报界组织文献资源的历史已有两千多年,对信息资源的组织也有20多载,面对知识资源的数字化,我们所面临的前所未有的挑战是对知识的组织。什么是知识组织?对知识组织的诠释需与信息组织加以比较才能准确界定。简单地说,信息组织是对无序的信息进行系统化和有序化的过程,对信息的描述、揭示以及序化是信息组织的中心内容。知识组织则是对知识的本质以及知识间的关联进行揭示和控制的过程及方法,对信息的优化和重组,对知识的结构、关系和语义的描述与揭示,对知识的提取、挖掘和智能化表示是知识组织的中心内容。

   当前,数字图书馆的资源组织正由信息组织向知识组织迈进,在对数字资源的知识组织中,知识本体无疑是最本质、最重要的技术和方法。知识本体可以看作是对知识规范的抽象和描述,是共享、重用知识的方法,目前已经成为一种提取、理解和处理领域知识的工具。如果把某一学科领域知识抽象成一套概念体系并使其“明确”、“形式化”和“共享”,就构成了这一学科的领域本体。领域本体的特征是针对特定的学科领域,描述了某一学科中的概念、概念的属性、概念间的关系以及属性和关系的约束。通过某领域的知识本体可将该领域的知识组织起来,使数字图书馆对知识的表示从信息的集合到知识网络和知识地图。

   构建领域本体的方法已经成为一个新的研究热点,在实践中也产生了一些面向不同应用需求的本体方法,如iDeF-5法、骨架法、企业建模法、metHontoLoGY法、循环获取法、七步法等。虽然领域本体的开发与建设面向不同的、特定的学科领域,但其过程则具有一定的规律性,需要以一定的科学方法为指导,需要遵循一些通用的技术路线。作者曾在另文中提出本体构建的原型进化方法,本文以此为基础,聚焦于一个本体进化的周期过程,对其中的基本流程和方法作一概要的梳理和分析。

   一个学科领域知识本体原型的建设,一般包括本体需求分析、本体构建规划、获取本体信息、确定本体概念及关系、本体形式化编码、本体的评价、本体的进化、本体的表示等过程。

   

2 本体需求分析

   领域知识本体建设一定要根据具体的应用需求进行建设。如同软件工程注重需求分析一样,知识本体的开发与建设必须将本体需求分析置于首要位置。

   需求分析阶段是本体开发的开端,也是本体建设的基石。它是从实际应用的规划、目标及特点出发,对本体系统进行的一种规范化描述。一般来讲,本体需求可分为功能需求和非功能需求。功能需求主要描述本体的目标实现;非功能需求主要描述本体要达到的性能指标。

   作为数字图书馆领域的本体建设的需求分析,其要旨是确定领域本体建设的目的、范围、用途和使用者。基本内容应包括:

   所构建的知识本体覆盖的学科领域,该学科领域资源的基本状况。

   知识本体的建设目的、任务要求,实现的社会效益与经济效益。

   利用知识本体的基本用户与核心用户,用户需求的基本特点。

   较之其他资源系统,知识本体将提供什么样的服务。

   知识本体和其他资源系统的关系,包括资源的进一步映射和整合。

   知识本体在建设时间、进度上的要求。

   对本体需求分析时要注意以下问题:

   需求分析的过程性。本体需求分析应包括需求调研、分析需求、需求描述、需求认可、需求演进等逐次递进的过程。需求分析不仅应是本体实施的前提,而且应贯穿于本体开发的整个生命周期。故此,要进行科学的安排。

   需求分析的动态性。因为本体需求贯穿于整个本体建设过程,用户需求在很多情况下是隐性的。不明确的,所以本体需求分析只能建立在不完全的需求基础上。为此,本体需求分析既要维持需求的稳定性和精确性,也要在实施过程中不断地进行动态调整。

   需求分析的文档化。为了指导领域本体建设的后续工作,应该编写一份基本需求描述完整、具有可操作性的“需求分析报告”,以文档的形式明确需求分析的结果,作为该阶段的成果。

   

3 本体构建规划

   “凡事预则立,不预则废”。本体建设应有明确的计划,其目的是用一套程序和标准来规范开发过程,让研究者和建设者了解其目标和所要做的工作,将偏离目标的损失减至最小;同时合理有效地开发计划便于对建设过程进行检查和控制,预防可能出现的问题,及时采取有效的应对措施,使本体建设置于一种规范化、可视化、可控制的管理之中,提高本体研究与建设的效率。

   本体建设计划应以“需求分析报告”为依据,主要解决三个基本问题:确定目标,确定完成目标的程序,确定工作所需要的资源配置。内容大致包括:

   明确计划中要达到的工作目标,论证工作的重要性和必要性。

   明确工作的具体任务和要求以及每一阶段的中心任务和工作重点;对任务进行层层分解,列出工作责任矩阵,确定完成工作的优先次序。

   明确计划中各项工作开始和完成的时间,在任务分解的基础上进行统筹规划,以便有效地控制和协调。

   说明完成计划的方式方法、具体措施,对资源进行合理分配和集中使用,并进行综合平衡。

   规定控制标准和工作指标,也就是说必须做到什么程度,达到什么标准才算完成了计划。

   制定计划是本体建设过程中必不可少的重要步骤,但在研究项目中往往被忽略,致使其开发过程难以受控,从而导致实施过程中的重新计划。本体建设计划的关键是计划的合理编制和有效执行。

   

4 本体信息获取

   获取领域信息是领域知识本体建设的关键。这一阶段的主要目标是确定领域知识本体的信息源,获取领域本体信息,通过收集领域信息,充分了解领域知识的现状,为本体建设奠定基础。获取领域信息大体有两条路径:

   复用现有本体。获得领域信息的最根本的方法应该是考虑复用已有本体的可能性,通常的方法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(也称叙词表)和分类表。

   主题词表中的主题是表达文献主题的词和词组,是经过规范化处理的,具有专指性、准确性、明确性和唯一性。其具有完备的参照系统,通过主题词下设置用、代、属、分、参等多种参照项,以表示概念之间的等同关系、等级关系和相关关系,在主题语言系统之间建立起语义联系。

   与主题法不同,分类法中的类目(概念)是表达文献内容学科知识领域的概念,是遵循逻辑分类规则建立的科学语言,具有知识的系统性和整体性。分类法具有完备的类目组织系统,通过等级结构、逻辑关系显示文献主题概念(类目)之间的从属、并列、交替、相关等各种关系,在分类语言系统之间建立起语义联系。

 本体是概念和概念关系的集合,而主题词表/分类法也是主题词(概念)和关系的集合,其基本功能和本体具有一致性。目前,作为主要检索语言,各种主题词表和分类法已经覆盖各学科领域。复用现有领域本体可以使本体的建立事半功倍。但是,由于传统的主题词表与分类法中的术语是规范的(不能用自然语言来表达)、知识点是线性的(不能反映概念网络)、内容结构滞后(难以经常修订)、语义简单、缺乏对所应用资源的针对性等等,因此将其应用于数字图书馆的领域本体建设,需要对其进一步修改、完善。

   利用相关方法与途径获取。如果所建本体领域没有可用的主题词表和分类表,可以采用以下两种方式获取本体信息:一种是组织领域专家承建,领域专家通晓本领域学科体系和知识,能够较为准确地描述与提供领域本体的基本信息;一种是利用知识获取工具从数据库中提取,学科领域现有的不同类型的数据库可以看作是领域的知识源,通过一些知识获取技术(如关系数据库中数据字典、e-R图手段以及人机交互技术、机器学习技术等),从现有的数据库中提取专业术语,挖掘、发现学科的基本知识。

   如果将上述两种方式结合起来使用,可以获得更为完整和精确的领域本体信息。

   

5 确定本体概念及关系

   这一阶段的主要目标是确定领域知识本体的主要概念,揭示概念间的各种关系,构筑起领域本体的概念模型。

   确定领域知识本体的核心概念集。如果是复用现有的本体,即可直接应用领域主题词表和分类表中的主题词与分类名称作为领域本体的核心概念。它们都是经过受控处理的,语义及等级关系清晰、严格,可以根据应用的需要直接复用。

   如果是通过其他渠道获得领域知识,那么确定重点概念及关系的过程,可以参考骨架法中提出的middle-out方法。这种方法不要求概念的选择是自底向上或自顶向下。因为在领域知识中要确定哪些是顶部概念、哪些是底部概念是非常困难的。可尽量选取最基本、最常见的概念及关系,并用精确无二义性的术语加以表达。同时对应编制一份“术语集”,把选择术语的过程加以描述,罗列出最终选定的术语,并对每个术语赋予相应的自然语言描述。

   构建领域知识本体概念关系。即将所获得的领域概念组织成概念网络。

   如果是复用现有的本体,首先应考虑主题词表和分类表的对应关系,即主题词表概念间的等级关系与分类法概念间的学科相属关系。分类表可以看作是领域本体概念网络的主体结构,主题词表可以看作是概念网络的各级概念节点。

   目前各学科领域现有的主题词表和分类法都有其相应的电子版,也出版了一些类表和词表完全结合在一起的分类主题一体化词表,这种一体化词表中每一类目都对应着一个概念,类目间的学科等级就是概念间的等级关系。如果领域的主题词表和分类法是分别的或是分类主题对照词表,分类表与主题词之间没有完全的等值对应关系,则需要另外创建类目概念节点。可先利用主题词表中的各参照项关系形成概念网络(具有等同关系的所有主题词可形成一个概念),然后将分类法的学科体系结构嵌入其中,作为概念网络的主干结构,再建立具有等级关系的类目节点和概念间的对应关系。

   如果是自己创建的本体,其概念关系的建立也应该遵循上述方法。所建立的本体概念间的基本关系应该包括等同关系、等级关系和相关关系。

   将本体概念及关系模型化。明确了本体的概念以及概念间的关系,接下来就可以采用一定的方法(如图示法)来揭示概念间的各种关系。  

6 本体形式化编码

   本体的形式化编码阶段就是用选定的本体语言来描述知识本体。

   对于知识本体的描述,可以采用自然语言或逻辑语言描述,若要实现较强的推理能力,一般要用形式化描述语言进行表述。描述本体的语言应该具备4个基本条件:①基于某种形式的逻辑;②机器可读的;③具备编码语言的表达性\编码的精确性和语言的语义性;④支持语法和语义的互操作。

   本体的描述一般都是基于某种逻辑语言的,>目前RDF(S)已成为一个能对本体进行初步描述的标准语言。而描述逻辑(DL)是一个相当重要的知识表示语言,目前正被积极应用于本体描述,或者作为其他本体描述语言的基础。描述逻辑吸取了KL-one的主要思想,是一阶谓词逻辑的一个可判定子集。与一阶谓词逻辑不同的是,描述逻辑具有强大的推理能力,能够提供完备高效的知识推理机制,满足本体知识表达的需要。而且,描述逻辑的语法容易转换成XmL/RDF形式,因此基于描述逻辑的本体模型更适合web环境下概念建模与知识共享。

   目前几个主要的知识本体语言——CKmL、oiL、DamL+oiL和owL就是建立在描述逻辑的基础之上的。其中DamL+oiL是结合了oiL和DamL优点的一种本体描述语言,采用面向对象的方法用类和属性来描述领域概念的结构,具有清晰的语义,但不能表示规则。以DamL+oiL为基础的owL是一种网络本体描述语言,通过类和属性来描述对象,并通过公理来描述类和属性的特征和关系,可以构造很丰富的关系类并支持自动推理。

   上述本体语言的表述能力不断增强,其技术也日臻成熟,已成为w3C国际标准的owL是一种发展势头很强的本体语言,应作为本体编码的首选语言。为了提高本体编码效率,可以使用一些辅助工具来完成。编码过程结束之后,应该把编码过程和编码结果以文档的形式保存下来,为本体共享提供规范的文档。

   

7 本体的评价

   经过上述阶段,已经形成了一个初步的领域知识本体。本体能否实际应用,需要对其进行评估与测试。由于领域本体建设得不成熟,目前尚无通用的本体确认和评价的标准方法,更谈不上标准测试集。格汝伯(Gruber)[9]于1995年提出了本体构建的5条标准,即清楚(Clarity)、一致(Coherence)、可扩展性(extensibility)、最小本体的承诺(minimalontologicalcommitment)、最小的编码偏差(minimalencodingbias)。不过在其设计标准中并没有给出具体的评价内容。笔者类比于软件工程的软件测试,提出本体评价的标准。

   对应于软件开发过程的测试阶段,一般需要对领域本体的正确性和有效性进行评价,评价指标应包括:

   本体的完整性。即本体是否包括了该领域重要概念,概念及关系是否完整,概念的等级、层次是否多样化。

   本体的清晰性。即本体中的术语是否被清晰无歧义地定义。除了规范的主题、分类术语外,对本体进化产生的概念是否给出明确、严格的语义定义。

   本体的一致性。即概念间的关系在逻辑上是否严密、一致,能否支持本体在语义逻辑上的推理。

   本体的可扩展性。即本体可否顺利实施进化,本体能否在层次结构上可扩充,在语义上可丰富与完善,能否加入新的术语概念。

   本体的兼容性。即本体的开放性和互操作性,本体能否和其他领域本体及相关资源系统进行映射,包括系统层、逻辑层、语义层、表现层等的兼容和互操作。

   此外,对本体的评价还应包括本体建设过程中其文档的完备性、准确性、可操作性等的评价。

   

8 本体的进化

任何系统都会经过从简单到复杂,由低级到高级的进化发展过程,领域知识本体建设也不例外。随着领域知识的增加和应用需求的发展,本体需要不断进化。特别是对于一个应用性很强的领域本体来说,本体的进化可以看作是本体生命的延续。所谓本体进化,即是在现有领域本体的基础上,根据应用的需要,在本体结构、概念和关系上不断进行丰富、完善、改进的过程和方法。

   领域知识本体进化主要包括两方面内容:一是本体的自身进化,即是对已建本体进行更新,增加新的本体概念,扩展本体语义结构,完善本体概念间的语义关系。如何建立本体的自丰富机制,是本体自身进化需要重点研究的。二是本体的对外进化,即不同领域本体之间的互操作。因为不仅本体自身存在关联,不同的领域本体之间也存在多种关联,人类知识本是一个大的宏观的知识网络。目前每个领域都在建设本体,如果各个本体独立发展便将成为一个个本体“孤岛”。本体的对外进化主要通过映射机制,与相关领域本体的概念、关系及资源实体建立对应和关联,实现不同领域本体资源的共知和共享。

   领域知识本体进化的方式:

   本体的自动进化。即由研究专家采取一定的方法与技术,实现本体的自丰富。如通过机器学习、抽词算法、知识发现等方法发现新的概念和关系,然后定位到本体中去。

   本体的手工进化。即由通过了解领域本体建设情况的专业人员,以手工或半自动的方式获取新的概念和关系,将其补充到本体中去。这种进化过程比专家定义容易操作,比机器学习准确规范。但是它需要有合适的工具支持。