人工环境的概念篇1
论文摘要：文章在介绍虚拟现实技术等相关概念的基础上，探讨虚拟技术的在产品概念设计中的应用，这项技术的使用让设计思路和设计表达更上一个全新的台阶，在产品的开发过程中，保证产品开发的一次性成功。
目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，虚拟现实技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。让人多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。
一、虚拟现实与虚拟现实技术
（一）虚拟现实（virtualreality，vr）及虚拟设计（virtualdesign，vd）
虚拟现实（virtualreality，vr）是利用计算机省城一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进自然交互的技术。这里所谓模拟环境就是计算机生成的具有色彩的立体图形，它可以是某特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔、数据手套、数据衣服等穿戴于用户身上的装置和设置现实环境中的传感装置。自然交互是指用日常使用的方式对环境内的武体进行操作并得到实时立体反馈。虚拟现实是一种全新的人机交互系统，它能对介入者产生各种感官刺激，如听觉、视觉、嗅觉、触觉，给人身临其境的感觉，人能以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作。
虚拟设计是以“虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段”，借助这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互，实现从定性和定量综合集成环境得到感性和理性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。
（二）虚拟现实技术
虚拟现实技术是人的想象力和电子学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然的交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受。
二、概念设计的定义及内涵
pahl和beitz在《engineeringdesign》一书中提出“概念设计”这一名词以来，人们对概念设计进行了十几年的研究。他们将其定义为：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理极其组合等，确定出基本求解途径，得到求解方案，这部分设计工作叫做概念设计。
国内的学者也对概念设计进行了大量的研究，其中邓家?在《产品概念设计》一书中将“产品概念设计”定义为“由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的，可组织的，有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。”
在几十年的时间里，人们对概念设计的研究日益增加、不断深入，使概念设计的内涵更加广泛和深刻。主要体现在:根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能分析、功能的工作原理、动作行为的构思、行为载体的选择和方案的组成的等。可见，确定方案是概念设计的最终结果，产品生命周期全过程的满足才是概念设计的关键。设计方法上更加全面融合各种方法，寻求综合最优方案，同时使设计更具创造性。
概念设计是对产品或部件的构思，目的是捕捉产品的基本形状。这个阶段，产品的形状和精确尺寸尚未确定，设计人员有一定变更自由，所以尽可能考察设计方案，以便选出生产成本最低、创意良好的方案。利用传统的计算机辅助设计，往往多是二维交互工具，缺乏三维或者多维的功能，但是产品却是三维的部件，这样必然导致人机交互效率低。现行的计算机辅助设计系统要求定义零件的尺寸，而在产品的概念设计阶段这样的尺寸可能无法精确得到或者根本没必要精确定义，这样必然影响设计效率和周期。传统的计算机辅助设计需要两类人员配合，即产品的设计人员和电脑绘图员，产品设计人员有关产品的概念信息通过草图或者口述的方法传达给电脑人员，这样导致信息的丢失或者绘图者的曲解，而如果设计者本人直接参与电脑辅助设计建模的话，由于现行的电脑辅助设计系统的操作复杂和交互能力若，大大分散了设计者的精力，限制了思路。为了克服这样的限制，充分发挥设计人员的创造性，人们开始把虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统进行概念设计，将虚拟现实技术和概念设计有效结合，利用丰富直观的交互手段，在虚拟环境中进行概念设计，从而节省产品精确描绘和尺寸定义的时间，这就是基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计，即虚拟概念设计。
三、虚拟概念设计的研究方向和应用前景
（一）概念设计中应注意的两个问题
1.虚拟现实环境下的概念可视化。概念可视化是指设计师透过画面或者模型，将市场的需求转换成可视化的具体形态。概念设计是否能符合目标用户的要求，“眼见为实”的图面或者模型是最具有说服力的。
2.虚拟现实环境下的人机交互界面。想实现人机互动，必须解决一系列技术问题，形成和谐的人机环境。虚拟现实就是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用计算机技术为核心的现代高科技省城逼真的视听触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、互相影响，从而产生“沉浸”于等同真环境的感受和体验。
（二）虚拟现实技术在概念设计中的前景
在虚拟现实环境下，进行产品的概念设计是虚拟现实技术的基本内容。在电脑虚拟现实提供的良好的可视化条件下，对电脑辅助设计建立的三维模型在几何、功能、加工与装配等方面进行交互性的修改，利用虚拟现实给用户提供诸如视听触觉等各种感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。相关人员可以对原型的各方面包括视觉效果、部件间比率进行评价。针对不同用户的爱好要求，在不同的虚拟环境中，亲自体验修改模型；选择产品的可选部件，观察设计和修改过程。
概念设计是设计过程的初步阶段，它的目的是获得做够多的有关产品式样和形状的信息，同时它又是设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是由这个阶段决定的。面对日益加剧的产品市场竞争的挑战，可以预见，基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计必有长足发展，最终将与现有计算机辅助设计系统实现无缝集成。激烈的全球市场竞争，各国投入大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。
参考文献
[1]周洪玉，王慧君，周岩．虚拟现实及应用的研究[j]．哈尔滨理工大学学报，2005，(5)．
[2]薄瑞峰，李戈．虚拟现实技术在计算机辅助概念设计中的应用[j]．华北工学院学报，2004，(10)．
人工环境的概念篇2
关键词：地理概念实地观察抓关键词归纳法类比法
地理概念是地理基础知识的组成部分，也是理解和掌握地理基本原理、基本规律的关键。高中地理综合性强、涉及面大，课本中出现的概念多，特别是地理术语和地理名词多，学生学习难度大。笔者认为，对地理概念要重在理解，理解它的内涵和外延，不应死记硬背。本人采用了下列做法。
1、实地观察
一些概念照本宣科很抽象，可带领学生到室外实地考察，先观察地理事物的外部特征，再综合、分析，抓住事物的本质特征，形成概念的内涵。如学习亚热带常绿阔叶林这一概念时，带学生观察校园里的樟树、山茶树、广玉兰树等，并与梧桐树、柳树、水杉树比较，了解到前面这三种树木的叶子革质、有光泽、呈椭园形，并且终年常绿。"常绿阔叶"为它们共同特有属性。它们都是典型的亚热带常绿阔叶树，由这些树木构成的森林即是亚热带常绿阔叶林。再让学生自己分析梧桐树、枫树、马尾松是不是常绿阔叶树？学生马上会回答：梧桐树、枫树是落叶阔叶树；马尾松常绿而不是阔叶。这样，学生对常绿阔叶林这一概念的内涵和外延就有了比较全面的认识。
2、抓关键词
表达概念内涵即地理事物本质特征的往往只有几个词语。我们教师要帮助学生抓住关键词，分析疑难点。如天体"宇宙间物质的存在形式"这一概念，学生对"物质"并不难理解，"宇宙间"却难以确定。我指出，地球也存在于宇宙空间，是天体。但是，在地球大气圈以内的物质只能说是地球上物质，不能说是天体。地球大气顶部是宇宙空间与地球的界线。教师只要讲清这一界线，学生就容易明白恒星、星云、行星、卫星、彗星、星际物质、运行中的人造卫星和宇宙飞船等都是天体。而停在发射架上的人造卫星，或是降落到地面的流星体残骸即殒星就不是天体。
3、归纳法
对内容较多、表述较长的地理概念进行归纳、提炼，分层次、多角度去理解。如自然资源的概念，完整的表达是"人类直接从自然界获得并用于生产和生活的物质与能量"。如果对这一句话进行归纳、转换，就是下列的两个属性：
自然属性：客观性，天然存在，没有经过人类加工
经济属性：有用性，在当今技术条件下能用于生产和生活。两个属性缺一不可。这样一转换，自然资源的内涵就一目了然。
4、类比法
明确了单个概念的内涵和外延后，为了能达到准确运用的目的，还必须搞清概念间的几种关系。
①近似概念
如天气和气候，国土和国土资源，热带雨林和热带季雨林，水资源、水力资源和水利资源等都属近似概念，很易混淆。只有从本质特征即内涵上区分，找出相同点和不同点，才能确定适用范围。例如降水和降雨，都表示大气中水汽凝结降落到地面这一现象。不同点是降水指从云雾中降落到地面的液态和固态水，而降雨即从云中降落到地面的滴状液态水。可见，降雨只是降水的一部分，仅指液态水即雨水。所以，在描述气候特征时，如亚热带季风气候年降水量1000mm左右，用的是"降水量"；河流的五种补给形式之一是"雨水"即降雨，两者不可调换。
②矛盾概念
外延相反的概念叫矛盾概念。如内力作用与外力作用，寒流与暖流，重工业与轻工业等。这类概念也必须从内涵入手，找出差异再分析外延上的相反性，确定"矛盾"所在，才能正确区分。如可再生资源和非可再生资源是一对矛盾概念。可再生资源是在人类历史时期内不断更新生长、繁殖的资源；在人类历史时期内不能重新出现的即是非可再生资源。两者的差异便是"人类历史时期内能否重新出现"这一时间尺度，也是导致外延相反的主要原因。根据这一标准分析，矿产资源是非可再生资源，生物资源、土地资源、水资源、气候资源等都是可再生资源。
③包含关系的概念
地理环境、社会环境、城市环境三个概念，都表示人类生存的环境。但地理环境是以人类为中心的环境；社会环境是人类在自然环境基础上通过长期有意识的社会劳动创造的人工环境；城市环境是人类对自然环境干预最强烈的地区，人口多、房屋密集、交通拥挤是最大的特点。可见三个概念中，内涵最丰富的是城市环境，外延最大的是地理环境。
④概念的广义和狭义
人工环境的概念篇3
【关键词】人居环境设计；环境艺术设计；学科异同
0.前言
国内在很长一段时间，指导建设方针是：经济、实用、在有条件的情况下注意美观。这也是建筑教育所遵循的方针。然而随着时代的发展和人们物质生活水平的不断提高，人们开始不满足仅仅是经济和实用的要求。这时美学从工程学科的附属物中逐渐的脱离，成为影响人们生活质量的必不可少的重要元素。艺术学作为美学的重要分支在此发挥着重要的作用，在这种社会发展的背景下环境艺术设计和人居环境设计也就呼之欲出。
1.环境艺术设计和人居环境学科的由来与发展
1.1环境艺术设计学科的由来与发展
在谈到环境艺术设计学科的由来有两位重要的人物不得不提；张绮曼和郑曙旸。张绮曼被誉为中国环境艺术设计的领军人物，她是我国室内设计专业公派出国留学日本第一人。而郑曙旸则是清华大学美术学院副院长。他认为中国的环境艺术设计概念的提出与日本环境艺术不无关系。
回顾环境艺术设计发展的历史，从最初的室内装饰到建筑装饰，再由室内设计到环境艺术，以至于环境艺术设计这个称呼的传开，经历了不断扩展的过程。但环境艺术设计这个称呼争议是很大的，直至现在也没有完整的理论体系。如果说环境艺术概念的提出是向更大更广的方向发展，可为什么在一步步扩大发展的过程中“设计”却没有多少呢？直到现在许多的环艺毕业生仍然是做“装饰”而多过于设计。
1.2人居环境设计大学科的由来与发展
提出人居环境这个学科群的概念的人是中国设计界有着举足轻重地位的人物：吴良镛院士。人居环境学科的由来，从100年前城市规划学的先驱酝酿“田园城市理论”与“区域观念”起,1987年2月在“建筑学的未来”会议上，吴良镛院士正式提出“广义建筑学”。然而伴随着认识的深入，吴良镛院士逐渐理解到不能仅囿于一个学科而应从学科群的角度整体探讨学科发展，因此提出了“人居环境”这个众多学科的“学科群”的概念。2001年，发表《人居环境科学导论》，提出以建筑、园林、城市规划为核心学科，把人类聚居作为一个整体，从社会、经济、工程技术等多个方面，较为全面、系统、综合地加以研究，集中体现整体、统筹的思想。
通过上述人居环境从提出到发展的过程可以明显的看出。人居环境设计或说是人居环境这个概念来源与城市规划的领域，经过不断扩展和完善变成了一个学科群或是大学科的概念，它主要解决的是与人类居住环境有关的一切工程设计包括，建筑、规划、园林。
2.环境艺术设计和人居环境设计学科的概念和内涵
根据上述两个学科的起源和新时代赋予的契机，我们分别引用两个学科的学术领头人郑曙旸教授和吴良镛院士，对环境艺术设计学科和人居环境大学科分别做出的学科概念和内涵。
2.1环境艺术设计学科的概念
郑曙旸清教授认为环境艺术设计的概念从广义上来说，是扩展到整个的一种设计和艺术领域的创作的理念。从狭义上来说，环境艺术设计是运用艺术手段，根据建筑提供的内部空间和外部空间的一种特性，来进行空间组织。也就把景观设计和室内设计都涵盖在环境艺术设计当中。其内涵可表述为在空间限定和时间序列下用艺术手段去处理静态实体和动态虚形的关系。因此，它从两个方面考虑，一个就是它的空间的限定。第二个层次就是时间序列的概念。
2.2人居环境设计学科的概念
吴良镛院士提出人居环境科学的概念广义上来说，是一门以包括乡村、集镇、城市等在内的所有人类聚居为研究对象的科学。人居环境科学从狭义上说以建筑、园林、城市规划为核心学科，把人类聚居作为一个整体，从社会、经济、工程技术等多个方面，较为全面、系统、综合地加以研究，集中体现整体、统筹的思想。发展人居环境科学。学科的目的是要了解掌握人类聚居发生发展的客观规律,从而能更好地建设符合于人类理想的聚居环境。
2.3两者概念的交集——园林
从上述两个学科的狭义概念可以得出一个有趣的结论，不论是环境艺术设计还是人居环境科学在狭义的概念上包含了园林。环境艺术设计是室内+园林的双重组合，人居环境科学则是建筑+规划+园林三位一体的组合。如果单纯从各自学科的角度出发这种分法都有各自的道理。
3.环境艺术设计与人居环境设计的异同
2011年8月下旬，国务院学位委员会、教育部公布了新的《学位授予和人才培养学科目录(2011年)》。在文学门类下“蛰伏”多年的艺术学独立门户，升级为门类，即第13大类学科。一级学科由89个增加到110个。城市规划和风景园林同时升为一级学科。在此我们选用：建筑、规划、园林、环艺四个专业的全国高校前五排名的数据入手去分析两者的异同。
环境艺术设计和人居环境设计的异同点:
人居环境设计类专业主要以建筑设计、景观规划设计、城市规划核心知识，强调客观地、科学地创造理想的人类生存空间，其用数学和其他自然科学的原理来设计有用物体的进程。主要关注的是功能、技术、经济方面，处理人与环境之间的关系。主要培养学生的理性思维，更注重实践应用。辅助以艺术课程训练、实践，但是占的比重较小，涉及范围较小，掌握最基本的表现方法。
环境艺术设计专业主要以图形形式设计、造型设计、装饰设计为核心知识，使其成为一种艺术手段，美化人类生存空间，其关注人类行为审美情趣以及美感。主要培养学生的感性思维，强调造型语言的表现。在清华同济类院校，环境艺术设计与建筑关系密切，课程设置偏向建筑设计等方向。但是与人居环境设计类专业划分较为明显，一般不同属一个学院一个系。在各大美院，环境艺术设计专业则侧重培养艺术性人才，同时辅助以各类设计基础，但是占的比重不亚于艺术课程。
4.结语
综上所述，环境艺术设计与环境设计学科所涉及的领域都十分广泛，都属于快速发展的学科。再通过对环境艺术设计与人居环境设计的异同点的分析，希望能给广大的有关环境设计的同仁以帮助。
【参考文献】
［1］代锋.从“环境”到“环境艺术设计”[J].艺术传媒.2009,(03):53-57.
［2］刘晓娜.环境艺术设计的多学科交叉特性研究[J].哈尔滨理工大学.2010:71-86.
［3］娄永琪.环境设计[m].北京高等教育出版社.2008,(09):8-10.
人工环境的概念篇4
1能源开发与就地转化概念的定义国外的能源立法既有在名称中使用能源开发术语的,比如韩国《新能源和可再生能源的开发、使用和传播促进法》,也有在法典条文中使用能源开发一词的,但并无对能源开发一词的解释。在对日本、美国、拉丁美洲、罗马尼亚、泰国等国能源进行研究的专着和论文中,也未见到对能源开发一词进行诠释。可见,在国外的能源立法和研究中,人们只注重能源开发的实效,而对其定义的解释并不重视,这使得我们很难对能源开发概念有明确的认识。在国内的能源立法中,能源开发经常与能源利用合并使用,但也没有一部能源立法对能源开发一词进行解说。在国内的能源立法研究中,目前所见的正式出版物中只有张勇先生的《能源基本法研究》对能源开发进行了释义。吕振勇先生的《能源法简论》所讲的能源开发建设与张勇先生的《能源基本法研究》中的能源开发一语同义,但他并没有使用能源开发一词。另外,百度百科和搜搜百科也对能源开发进行了界定。下面先详细地分析这3个已经查明的能源开发的概念。百度百科认为,能源开发是从能量资源调查、勘探、计划、设计,到施工建设,开采加工的全过程。搜搜百科认为,能源开发是指勘探能源资源,开采煤炭、石油、天然气、核燃料等自然矿藏,建设水力、火力、原子能发电站以及探索和利用新能源,如风能、太阳能等一系列生产技术经济活动。
在《能源基本法研究》中,能源开发是指以扩大能源能力或新增能源生产设备为主要目的,以勘探能源资源、开采煤炭、石油、天然气、核燃料等自然矿藏,建设水力、火力、原子能发电站以及探索和利用新能源等为主要内容的生产技术经济活动。具体包括:能源开发建设规划、能源开发建设前期工作、选址、勘探以及能源开采等一系列活动[2]。百度百科的定义外延过宽。能源加工是能源开发以后的另外一个生产环节,故《能源法》(征求意见稿)将之放在能源开发之后的加工转换环节中。此外,该定义只说明了能源开发的流程,并没有说明能源开发的目的和能源开发究竟是什么。搜搜百科的定义虽全面地表述了能源开发的对象,但能源开发并不包括能源利用,后者是前者的目的,前者是后者的手段。在能源法学领域,能源开发与利用也是作为两个不同的阶段立法和研究的。此外,能源开发并非仅仅是一系列生产技术经济活动。如我国南海油气资源的开发带有明显的政治活动色彩,它涉及到国家主权问题。张勇先生的能源开发定义借鉴了搜搜百科和百度百科的相关定义。他对能源开发的定义虽开能源法学界之先河,实现了从无到有的飞跃,但仔细研究其定义,不足之处有3点。1)能源开发的目的是能源利用和能源安全,并不是张先生所说的扩大能源能力或新增能源生产设备。从逻辑上讲,扩大能源能力的终极目的无非是能源利用与能源安全,因此无需这种曲折的表达。新增能源生产设备虽有利于能源的开发,但它只是能源开发的基础设施投入,并不是能源开发的目的。2)能源开发建设的前期工作应该包括能源开发建设规划、选址和勘探,它们之间并非先后关系。3)能源开发定义沿袭了搜搜百科能源开发定义的缺陷,在此不赘。简言之,上述3个能源开发的定义都是从广义上讨论的,均包括了为能源开发所做的准备工作。而狭义的能源开发实际上仅指从能源开采到加工转换或者就地转化之间的一系列活动。本文采用广义的能源开发定义,即能源开发是指以资源为对象进行劳动,以达到资源利用和资源安全为目的的一系列活动。该定义既阐明了能源开发的对象和目的,又没有把能源开发局限于生产技术经济活动。在国外能源立法和研究中,虽然也使用能量转换或能源转化,但它们只是举例说明那些是能量转换或能源转化,并未对之进行释义。如《日本合理利用能源法的执行规则》第三条就专门讲到了不同能源的转化方法,《南非共和国一体化能源计划》中也讨论了能源转化[3],美国罗格斯大学的andrews等的学术论文《能量转换趋于本地化对于能源规划者的意义》也使用了能量转换[4]。但它们所讲的能源转化或能量转换不是我国的能源就地转化,它们实际是我国的能源加工转换。因此我们也无法从其中汲取能源就地转化的概念。在我国能源实践中,能源就地转化风起云涌。在能源法学界,能源就地转化是一个无人涉足的冷僻概念。值得欣慰的是,我国政界已有人对与能源就地转化概念相关的资源就地转化概念进行了界定。
2011年6月,贵阳市常务副市长马长青在《21世纪经济报道》对其采访时对就地转化的概念予以定义。就地转化,即改变原来相对粗放和低效的资源利用方式,促进资源型产业的产业链向精深加工延伸,提高能源利用效率和产业的附加值[5]。他所讲的就地转化概念虽是针对贵阳的铝、磷等矿产资源就地转化所下的概念定义,但这一概念为能源就地转化概念的界定绘制了值得肯定的蓝图。竟资源是能源的上位概念,资源的概念包含能源的概念。同理,资源就地转化与能源就地转化这两个概念之间也是属种关系,资源就地转化概念中蕴含着能源就地转化概念的应有要素。显而易见,马长青资源就地转化的概念说明了其目的是提高能源利用效率和产业的附加值,以及资源就地转化对于转变经济增长方式的作用。总结这一概念的缺陷,主要有以下几点:1)它没有阐明资源就地转化究竟是什么;2)它没有说清楚资源就地转化在资源产业链中所处的位置;3)它没有表明资源就地转化的实施者;4)它没有言明资源就地转化的终极目的。因此,它算不上是一个严格的资源就地转化概念的定义。不过,它为我们解释能源就地转化的概念提供了一个可资借鉴的参照。依笔者浅见,能源就地转化,就是能源产地在能源开发之后,通过延长能源产业链,将能源优势转化为产业优势、经济优势、发展优势和竞争优势,提高能源产业附加值,实现能源最大化利用的一种相对较为高效的资源利用方式。此能源就地转化的概念较全面地阐释了能源就地转化在能源产业链中所处的位置、能源就地转化的实质、能源就地转化的目的和能源就地转化的实施主体。从其在能源产业链中所处的位置而言,它是介乎能源开发与能源利用之间的一个能源产业环节;从能源就地转化的实质论,它是一种较为高效的资源利用方式;从其实施目的讲,其实施的初级目的在于提高能源利用效率和能源产业的附加值,其实施的终极目的在于实现能源产地能源的最大化利用(即能源产地所谓的“吃干榨尽”)与将能源产地的能源优势转化为其产业优势、经济优势、发展优势和竞争优势;从其实施主体视之,它是由能源产地实施的。
2我国能源开发与就地转化环境保护法制的现状能源既是经济快速发展必不可少的物质保障,又是重要的环境污染源,能源的生产和消费对环境的影响非常大[6]。具体而言,能源开发主要造成“输出式”环境问题,即生态破坏;能源的转换和利用主要造成“输入式”环境问题,即环境污染[7]。事实上,能源开发造成的环境污染也在持续地吞噬着我国环境的承载能力。不仅如此,能源开发与就地转化还会挤占其实施地的环境容量,影响其实施地的工农业生产。总之,我国的经济发展对能源的需求已达到前所未有的程度,能源消费总量的持续攀升已给环境带来难以疏解的压力。如2008年能源消费总量为29.14亿t标煤,同比增长3.9%;2009年能源消费总量为30.66亿t标煤,同比增长5.2%;2010年能源消费总量为32.50亿t标煤,同比增长6.0%;2011年能源消费总量为34.80亿t标煤,同比增长7.0%。特别是2011年,增速和增量分别为7.0%和2.3亿t,均创下近年来的最高纪录[8]。在这种喜忧参半的能源消费总量推动下,我国当之无愧地成为了世界最大的污染物排放国。在此情形下,运用法律对我国能源开发与就地转化环境危害进行规制刻不容缓。为此,我们需要事先考量对我国能源开发与就地转化环境危害进行规制的法律的供给状况。
2.1地方立法中能源开发与就地转化环境保护法制的状况我国的能源开发与就地转化基本在地级市以下的市县实施,相反,我国的法律法规制定权却由省级以上立法机构掌控。这种能源开发与就地转化实施地无立法权,有立法权者不实施能源开发与就地转化的错位使得我国的地方立法中只有个别省份制定了能源开发环境保护的地方性法规。在我国的绝大部分能源开发与就地转化实施地,能源环境违法因无直接的法律规定可依而处于放任状态。即使在那几个制定了能源开发环境保护的省份,其规定也参差不齐,容易导致同样行为异样处罚。加上很多能源开发与就地转化实施地未建立环保法庭,其环境违法主要依赖行政执法。在单一的救济手段失灵时,能源环境问题必然雪上加霜。
人工环境的概念篇5
关键词：概念设计，桥梁工程，创新性
abstract:thispaperthroughthebridgeconceptdesignfeatures,thethesisanalyzestheconceptofdesignoftheconceptofthebridgeevolution,andthendiscussesthelatesttheoreticalconceptdesignbridgedevelopmenttrend.Forthenextbridgeconceptdesignresearchtoprovidetheoreticalandpracticalreference.
Keywords:conceptdesign,bridgeengineering,theinnovation
中图分类号：U445文献标识码：a文章编号：
一、桥梁概念设计特点
桥梁概念设计特点桥梁概念设计牵涉多个学科，多个领域，由建筑师、环境工作者、景观工程师、地质工作者、环保工作者等相关专业人员组成团队合作的结果。
1、创新性
创新性即桥梁结构体系和造型设计的独创性和原创性，创新是桥梁设计的灵魂，是桥梁发展的动力。设计人员不仅应具有创新的意识，还要有创新的能力，要勇于突破定势思维，打破传统观念和经验的束缚，充分发挥主观能动性和想象力。设计人员应具有扎实的力学知识，在寻求创新的同时，还应实现结构的合理。除了创造力之外，设计者还应具备创造精神和创造人格。设计者应该对人们不断变化的观念有敏锐的洞察力，并能较准确预测桥梁概念设计发展趋势。
2、协调性
桥梁建设是一个多学科、多领域专业人士合作的复杂过程，桥梁与自然或人工环境、人文环境等得协调一致。因此，设计中需要考虑的因素很多，不仅需要考虑桥梁建设、使用过程中的各种影响因素，还需要考虑桥梁达到使用年限后的问题，各种因素应该在概念设计阶段就提出来，并协调好各因素问的关系，不能等问题出现后再想解决的办法。
3、适应性。
桥梁与环境相互关系大致可以分为如下情况：桥梁与环境相互融合，桥梁成为环境不可分割的一部分；桥梁凌驾于环境之上，这种情况适合地势平坦、单调的环境，或桥梁起路标和象征作用的情况；将桥梁隐藏于环境之中，这种情况适合周围环境非常优美时，而桥梁的介入会破坏优美的自然环境。值得一提的是，当桥位近有已建桥梁时，新桥概念设计必须考虑到已建桥梁，新桥与已建桥梁是相互补充、互为印证的关系，不能形成彼此独立的局面。当既有桥梁使用价值和概念设计价值较高时，新桥概念设计应从属于旧桥，无论在结构形式、色彩及建设规模上都不应该有明显差异。
4、可行性。
一座成功的桥梁不仅需要好的设计理念、设计方案、结构体系和造型创新，还需要有优质的建造技术和施工质量。无论设计方案多么美观，还要考虑所做设计是否能由工程实现，否则概念设计只能沦为纸上谈兵。因此，保证施工质量，使桥梁最终建设效果与设计图纸相符是成功的关键。选择一支高素质的设计团队、勘测团队及施工队伍，加强施工监控量测作用是保证施工质量的关键。
二、概念设计在桥梁工程中的应用
由于受到经济发展、交通运输、建筑材料、施工技术和结构设计理论综合影响，桥梁概念设计的发展在不同历史阶段呈现出不同的特点，概念设计思想也应该与时俱进。
1、古代桥梁。
古代桥梁大致指19世纪中叶以前所修建的桥梁，建桥材料以天然的或加工过的木材、石材为主，即竹索、藤索、铁索、铸铁，乃至锻铁。这些桥梁的设计和施工完全依靠建造者的经验，没有力学知识的指导。在桥式方面，有梁、拱和索桥三大类。当时技术落后，工具简陋，不会修建深水基础，施工周期也长。因此，这一时期的桥梁不存在概念设计的问题。
2、近代桥梁。
随着冶炼业的发展，18世纪中期开始采用铸铁建造桥梁。由于铸铁性脆，受拉强度低而受压强度高，故铸铁主要是用以修建拱桥。在19世纪，钢铁等高强材料的大规模使用，导致产生了新的设计方法和设计原则。在混凝土技术的应用方面，19世纪60年代法国著名园艺家蒙耶发明用金属条加固混凝土制成钢筋混凝土的方法，后来法国工程师尤金・弗兰西涅(1879年-1962年)发明了预应力混凝土技术。随着铁路和汽车的相继出现，陆地交通运输对桥梁有了更高的要求。桥梁的跨度变大、桥面更宽、承载能力也更大，需要根据不同的实际情况选择建桥材料和跨越体系，于是有了桥梁选型的最初实践，从工程技术角度为桥梁概念设计的产生和发展奠定了基础。
3、现代桥梁。
近年来，桥梁概念设计在标志性桥梁方案比选和人行桥的造型设计中得到了充分发挥。随着桥梁作为建筑的美学价值越来越为人们所重视，概念设计更加广泛，作为桥梁前期设计的重要阶段逐渐得到业内的普遍认可和应用。在国外，瑞士的圣尼伯格桥、德国斯图加特市的内森巴赫山谷高架桥、丹麦的大贝耳特桥、澳大利亚墨尔本的韦伯桥、美国波士顿的邦克山桥、西班牙塞维利亚的Barqueta桥、日本熊本县的牛深桥等，均经历了桥梁概念设计阶段。在国内，桥型方案竞赛已成为许多桥梁招标过程中的重要环节。如天津的大沽桥、昆明草海大桥等。
三、桥梁概念设计趋势展望
创新是桥梁设计的灵魂，是推动桥梁事业蓬勃发展的原动力。好的桥梁概念设计构思必须以结构合理为前提。
1、耐久性设计理念。基于结构耐久性设计的新概念设计理念认为桥梁耐久性的保证是需要桥梁设计、施工、运营和维护各个阶段共同努力的结果。桥梁的使用期成本一般远远高于其初始建设成本，因此初始建设费用虽然较高，但使用期费用较低的设计方案应当被重视。长期以来，我国桥梁设计中对于耐久性仅作构造上的考虑，而没有进行专门的耐久性设计，这样做既与国际结构工程界日益重视耐久性、安全性、适用性的趋势相违背又不符合结构动态和综合经济性的要求，并且导致了当前结构使用性能差、使用寿命短和工程事故频发的不良后果。我国正处于桥梁建设的高峰期，桥梁耐久性问题必须得到足够的重视，在生命期内的结构必须具有可检性、可换性、可修性、可控性、可强性和持续性。
2、桥梁生态设计理念。桥梁生态设计利用生态设计的思想，在桥梁规划和设计阶段，综合考虑与桥梁有关的生态环境问题，设计出既满足人类需求又与环境和谐共存的桥梁。桥梁生态设计的本质就是运用生态思维，将桥梁的设计纳入“人一桥一生态环境”系统，进行优化设计并最终得到与环境成为有机结合体且具备可持续发展特性的桥梁。
3、桥梁全寿命机制。传统设计方法以桥梁在施工和成桥状态时的安全性为设计依据，而忽视其正常使用寿命的保证，即耐久性、可修性和可换性。全寿命设计理念将设计的时间参数拓展到桥梁的整个生命周期(规划-设计-施工-使用-拆除)。使桥梁的全寿命性能(安全、适用、耐久、经济、美观、生态等)达到最优或优化。寿命周期理论的核心思想是：在实施具体的工程措施之前，将后续寿命周期中可能出现的各种问题和工程内容进行系统规划和全盘考虑，以达到预期的最优目标。该设计理念对于提高桥梁的耐久性和使用性能、降低全寿命总成本、促进桥梁技术水平的进步，具有现实意义。
4、多目标优化在桥梁概念设计中应用。变厚度法其基本思想是以基结构中单元厚度为设计变量，以结果中的厚度分布确定最优结构形式，是尺寸优化方法的直接推广。优点是方法简单，一般用于处理平面弹性体、受弯薄板、壳体结构的拓扑优化问题，但不能用于三维连续体结构拓扑优化。均匀化法基本思想是在拓扑结构的材料中引入微结构，其形式和尺寸参数决定了宏观材料在此点处的弹性性质和密度，利用Bensous.an等人发展的一套基于摄动理论周期性结构分析方法，来建立材料微结构尺寸与材料宏观弹性性质之间的关系，具有较严格的数学基础。变密度法基本思想是人为地引入一种假想的密度可变的材料，材料物理参数与材料密度间的关系也是人为假定的。该方法在多工况应力约束下平面体结构、二维连续体结构、结构碰撞、汽车车架设计等问题上得到成功应用。优化时以材料密度为设计变量，这样结构形式优化问题被转换为材料最优分布问题。
人工环境的概念篇6
[关键词]变构模型；教学设计；学习科学；aLiD模型
[中图分类号]G434[文献标志码]a
[作者简介]李海峰（1978—），男，河北唐山人。助教，硕士，主要从事教学系统化设计理论与方法研究。e-mail：。
一、引言
“促进学生的学习”是教学设计的出发点和归宿，是集诸多教学要素系统化的目的。教学设计的设计基础是在析清“人类是如何学习”这一基本问题的基础上进行有效组织，通过对这一问题的理解和把握来进行学习内容、教师、学习者和媒体等教学要素的组织。关于学习含义的理解有诸多不同，主要分为如下几大学派：第一，以机能为主导的学习理论代表有爱德华·桑代克、伯勒斯·弗雷德里克·斯纳金、克拉克·伦纳德·赫尔等。桑代克倡导联结主义，通过选择和连接进行学习，学习是渐进的而不是顿悟的；斯纳金是激进行为主义的代表，通过应答行为与操作行为结合强化奖惩等措施进行教学研究；赫尔则通过探究驱力、线索、反应和强化来促进学生的学习。第二，以联想为主导的学习理论代表巴普洛夫，他认为学习的发生是通过条件反射而形成的，提出了预期学习理论观点。第三，以认知为主导的学习理论代表为皮亚杰、乔纳森，他们认为学习的发生基础是基于学习者原有知识，通过同化、顺应等进行知识的建构和发展。第四，以神经生理学为主导的学习理论代表为唐纳德·奥尔丁·赫布和罗伯特·C·波尔斯，他们从脑组织、神经网络和进化论的角度研究生物体与学习的相互影响及学习理论。[1]
从四大学习理论派别的发展来看，前两种学习流派过于机械化、简单化，忽视了人类的身心发展；认知学派较前两种理论有了较大的发展，但是同化、顺应的理论具有明显的局限性，而且很难由学习者自己独立发生；第四种学习理论从生物体的层面考虑了器官与学习的联系。然而安德烈·焦尔当认为，学习是从学习者的概念出发进行学习的，学习者的概念是他们用以理解的唯一工具；只有学习者本人才能转化他们自己的知识；学习者不能在没有他者存在的情况下学习。[2]这一观点的提出对于“什么是学习”和“如何促进学习”提出了新的视角，笔者结合这一学习理论探究了如何进行基于变构模型的信息化教学设计，并对该变构学习教学设计模型（allostericLearninginstructionalDesign，aLiD）进行了实证研究。
二、变构理论学习观
（一）变构理论隐喻
变构模型是学习科学视域下的一种新理念，是在分析和弥补从机能主义到认知主义缺陷的基础上，结合生物层面的理论而创造的一种新学习观，它源自生物中“变构蛋白”的特定结构和功能的一种隐喻。这些生物酶是生命的基础，其形态变化及由此而导致的功能变化取决于它赖以生存的环境条件。[3]这一隐喻得出了极具启发性价值的两个结论：首先，学习者的思想（即概念体）是由学习者能够启用和调动的关联决定的；其次，教育者只能通过操作教学环境等外部条件来干预学习者的概念体，从而促进他们的学习。
（二）变构理论学习观
变构模型的学习观主要包括以下几个命题：第一，学习就是转化学习者的概念。学习者的概念不仅是学习者学习的出发点，还是学习活动的结果，也是学习过程所使用的工具本身，学习就意味着从一种概念的结构状态进入到另一种概念的结构状态。[4]第二，概念体由五要素构成：p（问题）、C（参考框架）、o（心智运算）、R（语义网络）、S（意义符）。个体的一个概念总是首先对应一个质问，质问又与相应的（模糊性）问题而存在，概念的炼制通常使其得到明确，同时其他相互作用的四个参数对学习概念起着决定性的作用。第三，概念体既是学习者的工具，又是他们的“智力牢笼”。学习者只能利用自己的概念对信息进行处理、编码和解码；相反已存在的概念体会阻碍新概念的加入，尤其当新知识与已知概念相对质时，因为学习者认知、接受新概念时，总是用已有的概念进行解释，在这一解释过程中，难免会出现误解、对质，从而阻滞了对新知识的理解和认识。
三、变构学习教学设计（aLiD）模型构建与依据
依据变构学习理论的基本观点和教学设计的理论基础，笔者提出并构建了变构学习教学设计模型。
（一）aLiD模型构建的理论依据
变构学习理论认为，学习就是要使学习者原有的概念体发生变化，然而对于教师而言，学习者的概念体并不能人为地直接进行操控，只能像变构蛋白一样通过控制外部环境来影响和改变它。显然，基于变构模型理论的教学设计必须注意以下几点：第一，确定学习者的概念体，这是利用和对质概念体的前提，同时也是确定学习出发点的依据。第二，创设情境，旨在影响和变构概念体。概念体的变构分为直接建构和对质变构，即在特定的学习环境中，学习者可以通过自身的概念体进行同化和顺应新知识，但是大多数情况下概念体的变构是通过学习者与自身概念体的对质、解构和建构等不同阶段来实现概念体的重组的。学习环境的创设应充分利用现代媒体技术、人际互动等创设启动情境，激起学生的对质和动机。教学设计旨在使学习更有效、更高效、更吸引人。[5]主要包括分析、设计、制定、开发、实施、评价、修改教学问题解决方案的全过程，亦即应用系统方法对教学过程的诸要素、环节及其相互关系进行科学的分析、描述、计划或规定，为所需的教学活动制定具体可行、可操作的程序或方案。[6]变构理论教学设计模型旨在基于变构学习理论运用系统方法进行教学过程诸要素的组织与规划，为践行教学活动制定出具体可行、可操作的程序或方案。
（二）变构理论教学设计模型的内容
根据概念变构模型理论，并结合教学设计的相关理念构建了基于变构学习理论的教学设计模型（如图1所示），模型体现了概念体在学习者学习过程中的核心地位，突出学习环境对促进学习者概念体变构的重要作用。
基于变构理论的aLiD模型包括分析阶段、解构与建构阶段和评价阶段三部分。分析阶段主要包括学习目标、学习者特征分析和确定学习起点。学习目标是学习结果的最终预期目的，也是教学工作者通过创设与操控学习环境欲使学习者的概念体发生变化的最终理想形态。学习目标的分析是利用学习者自身概念体的前提，也是与其对质的关键。学习目标的分析主要包括学习内容的组织形式以及与其相关的支持性概念，即既要理解学习内容，又要探究为学习内容与学习者概念体进行变构的支持性概念。学习者特征主要包括概念体、认知能力、学习风格和学习动机。学习者本身概念体的分析主要涉及概念体的五要素：p（问题）、C（参考框架）、o（心智运算）、R（语义网络）、S（意义符），获取学习者概念体的策略主要包括问卷、谈话、画图等形式。学习者的概念体是学习者对现实世界和所获信息进行解释的唯一工具，同时确定和把握学习者概念体是进行教学设计的前提之一，它关系到后续概念体变构的成败。认知能力和认知风格是进行个性化教学的基础，根据每个学习者的身心发展差异进行针对性的教学设计安排；学习动机主要分析学者当前对本学科内容的动机强弱以及原因。通过学习目标和学习者特征分析来确定学习起点，还应注意学习的起点是共性与个性的统一体，即将全体学习者的基本水平与单个学习者的个人起点水平对立统一起来。
变构模型学习理论最重要的环节就是解构和建构阶段。在这一阶段中，环境创设、资源设计和教学策略安排为学习者概念体的变构奠定了坚实的基础，同时也决定着概念体的变构成败。根据概念体的性质，即概念体的可利用性和障碍性进行不同教学形式的选择。如果学习者自身概念体能够直接同化和顺应外在知识，教师将会选择“利用”的教学流程；相反则会进入到概念体“对质”的教学流程之中。（1）“利用”模式。在“利用”教学模式中，学习得以顺利进行的前提条件是学习者已有概念体不存在错误，同时概念体的知识结构与学习内容的组织形态处于一致或类似的状态。此时可以通过创设启动环境激发学习者的动机，为学习者的概念体变构提供信息资源，并运用适当的教学策略提供逐步的帮助和指导来完成概念体的建构。在这一过程中，学习环境创建的成功与否直接影响着学习者原有概念体的变构；学习环境的创建必须与学习者原有概念体产生共振才能激发学习者的动机；学习环境的创建必须以学习内容为基础，为学习者原有概念体与学习内容的结合创设条件。（2）“对质”模式。这一模式应用的目的旨在排除、撼动、驳斥学习者原有概念体中的错误，将学习者的错误概念清除出去，要达到这一目的必须要和学习者的概念反着来。基于这种理论观点的学习环境创设，教师要制造导致思想对立的情境，这种对立可以是学生本身的，也可以是学生小组内部的。学习环境的创设要突出真实感、真切感和共振性，以最大限度地开发和利用各种学生真切感受到的认知冲突。教学策略由于对质的形式不同也存在着差异，在自我对质中，教师可以通过提供数据资料、实物接触、现实接触、实验观察等形式实现；在协作对质中，教师可通过组织辩论、小组讨论以及论坛、聊天室、博客、微博等形式展开。（3）评价阶段。动态性是评价的主要特征，因为在教学预设、进行中、结束等阶段，教师都在实时地进行监控与评价，同时采取相应的措施进行教学策略的调节。
四、基于aLiD模型的实证研究
（一）研究设计
经过对学生教材的设计、实验对象的选取、资料的查找和研究的论证，在2012年2月确定了基于变构模型学习理论的实验研究过程，即基于aLiD模型的应用研究实验。
1.课题选取
研究的目的源于探索基于变构学习理论的教学设计及应用方法。实验方法为准实验研究法。实验对象源自七年级的教学班级，选取两个班级的生物学科进行实验研究，即实验班和控制班。实验班采用基于变构理论的教学设计模式，控制班采用传统教学模式，其他变量相同，同时对教材的教学预设分别进行了两种模式的教学设计开发，便于授课教师进行教学。
2.建立假设与确定变量
研究假设：对于七年级的生物教学，基于变构理论教学设计模式的学习效果优于传统的教学模式。在这项假设中，条件因素C=学生进行七年级的生物课程学习；自变量X=两种教学模式（即变构理论的学习模式和传统教学模式）；因变量Y=学生的生物学习效果；干扰变量为被试者的主观态度、习惯、动机、准备状态、目标定时，为避免或减少这些干扰因素对数据分析产生的影响，笔者每周一都进行课堂调研及时发现及时排解，并将其记录下来作为最终数据分析的参考。此外两个班级采用同一位教师、同样的媒体进行授课，避免这些差异影响最终数据的效度。
3.选取实验对象
首先对河北省遵化市地北头镇中学的七年级所有班级进行传统教学模式的生物教学，在第八周时进行七年级所有班级的生物测试，这次测试以第八周的月考试题作为对学生生物学习效果的前测；接着对各班进行生物成绩平均分和方差齐同性的分析，并检查他们的成绩是否服从正态分布或接近正态分布。通过筛选最终确定了两个班级，分别是七（1）班为实验班和七（2）班为控制班。
4.教材内容设计
教师讲授的教材为七年级下册的《生物》，前八周采用传统的教学模式，在第八周后对七（1）班采用基于变构模型的教学模式进行教学设计，对七（2）班继续延续前八周的教学设计形式。基于变构理论的教学模式强调学习环境的设计，并运用学习环境来影响和促进学生的学习，如与现实对质、与同伴对质、与自己对质等，学习环境的设计仅仅围绕p（问题）、C（参考框架）、o（心智运算）、R（语义网络）、S（意义符）这些概念体的要素进行。教师通过获取学习者概念体，然后创设环境来解构和变构学习者的概念体，基于这一理念进行教学内容的设计与组织。
（二）实验结果
实验研究所采用的数据分析软件是iBmSpSSStatistics18，分析数据包括两个实验组学习者的前测和后测成绩。
1.前测成绩比较
对两个实验组学习者的前测成绩进行独立样本t检验，检验结果显示：实验班的前测平均成绩为79.37，控制班的前测平均成绩为79.28。两个实验班的前测成绩比较结果表明，实验班与控制班前测成绩差异显著性概率p=0.973>0.05，故两者不存在显著性差异。
2.后测成绩比较
对两个实验组学习者的后测成绩进行独立样本t检验，通过F=0.072和p=0.791可以确定，两个实验组的方差具有齐性，不必进行置信度的区间调整。检验结果显示：实验班的后测平均成绩为89.29，控制班的后测平均成绩为80.21。两个实验班的后测成绩比较结果表明，实验班比控制班的平均成绩高9.08，实验班与控制班后测成绩差异显著性概率p=0.013
（三）实验讨论与案例剖析
基于变构理论教学模式进行的生物教学效果明显优于传统教学的学习形式，这表明该学习理论能够有效地促进学生学习。在实验教学的研究过程中，基于变构理论的教学过程是一个复杂、互动的过程，笔者从变构理论视角出发，基于aLiD模型围绕四个维度详细论述如何在实践中进行教学设计及其关键点，并例举相关案例进行解读。
1.概念体的获取与确定
概念体是变构模型的核心观念，因为概念体是学习者认识、理解外界的唯一工具，是新知识的解释系统，没有相关概念体的存在学习将无从谈起。显然，确定学习者的概念体是教学得以成功实施的前提，是教学设计的前提。在教学中，通常采用问卷、谈话、画图、文字描述、录音和视频等手段获取关于学习者的概念体。问卷法适合学期开学时的测评，如果在每一节课开始时都进行测试会对学习时间的分配造成影响，同时测评的结果并不能及时准确分析，也不能及时确定教学内容和策略。谈话法也可称为问答法，即在上课或在教学过程中随时通过问答的形式获取学习者的概念体，这种方式灵活、多变，但是教师所询问的问题并不能完全揭示出学习者与学习内容相关的全部概念体，因为这些内容往往是教师所关注的，通常带有主观性，这一局限性容易忽视学习者起支持作用的概念体，为以后概念体的成功解构和建构产生负面影响。画图法是学生概念体自我表征的一种有效形式，与文字描述方法相结合效果更为突出。在时间充裕的情况下，学习者能够尽显其所掌握的全部相关概念。因此教师可以规定让学生通过概念图、思维导图等形式来描述概念体，这种方式可以弥补谈话法、问卷法所隐含的教师主观性缺陷。录音和视频手段能够实时记录学习者概念表达的任何瞬间，为研究者留有足够的时间去深入研究他们概念体表达的内容、形式。研究表明，学习者概念体的表述并不是一件易事，需要根据内容进行环境设计，即创造激发性的启动环境，激发学习者的动机，使学习者愿意、积极地尽显相关的概念体。
在《血液循环系统》一课的教学中，教师首先通过谈话、填图的形式对学习者关于血液循环体统的概念知识进行测试，通过测试可以明确学习者概念体中的错误概念、空缺概念，为变构他们的概念体做好充分准备。通过测试表明，学习者对血液循环的方向存在着明显的错误认识，把握住学生概念体的这些问题关键点，将有利于进行学习环境、学习策略、学习工具的设计与提供。
2.通过概念体进行学习
学生是从他的概念出发进行学习的，学习者的概念是他们用以理解的唯一工具。学习过程本质上就在于学习者究竟如何解决本身概念体与学习内容的差距问题，即学习者如何在已有概念体的基础上进行对差距内容的编码和解码。利用概念体学习的前提条件是必须理解已有概念体的特征参数，即问题、参考框架、心智运算、意义符和语义网。研究表明，学习者对外界进行解释、编码的过程实际是不断对自己已有概念体进行质疑的过程。例如学生在对人的血液循环系统进行学习时，会不断提出一系列问题，“肺循环的过程是怎样的”、“左心房、左心室和右心房、右心室的血液是如何循环的”、“心脏和肺循环的关系和影响怎样”等。提问的同时，学生通过心智运算会在自己已有的概念体中迅速地搜寻参考框架、意义符，探索所有相关的语义网络。在这一过程中需要注意一个关键问题，也是确保教学成功的关键环节，即在确定学习者已有概念体之后必须对其进行相关参数进行分析，防止学习内容超出学生的“最近发展区”或承载能力。进行教学设计需要注意的是学习内容与学习者概念体的参考系数的一致性或相似性，即教师是否是在分析了概念体已有网络结构的基础上进行学习内容的组织与安排的，是否存在着与新授内容相关的参考框架。简言之，是否能够利用已有概念体将新知识纳入到学习者的概念结构中。研究表明，通过概念体进行学习的有效策略包括补充思维导图和概念图、虚拟实验解剖、接触实物等。补充思维导图和概念图旨在引导学生完成从已有概念体到学习内容之间差距的概念结构，这是一种非常有效的同化和顺应方式；此外通过虚拟实验、实物接触、媒体等手段能够解决学习者提出的各种质问，即通过学习者的观察、探索、质疑进行学习者概念的建构和解构。在《血液循环系统》教学中，通过向学生提供血液循环的半成品概念图，即空缺其中重要的位置和方向，让学生根据已有的知识进行填充和通过资料进行查询。
3.对质与概念体
学习绝对不是累加式的机制，而且只有在一些特殊情况下才可能实现同化和顺应，更多的情况则是突破学生原有概念的“智力牢笼”，与原有概念体对着干。学习者的概念体是对现实和所接受信息进行解码的唯一工具，不能完全被移除，然而教学设计者必须通过分析学习者已有的概念体确定其中的错误之处（即教学设计就是要通过学习环境设计来影响和对质这些概念），最终通过解构和重构实现学习目标。研究表明与学习者原有观念进行对质是一件十分困难的事情，有一部分学生由于害怕自己认为正确的观点得到质疑、挑战而常常处于默不作声或置之不理；有一部分学生在小组讨论对质时情绪异常激动，他们为了维护自己的观点时常争论得面红耳赤，有时甚至走到了理智的边缘，这完全源于自尊心和对自己观点的坚持。学习者原有概念体的改变并不会易如反掌，一方面来自于学习者情感方面的维持，另一方面来自于与之保持较强一致性的概念体网络，只有当学习者的概念体完全无力维持他的观点并且认识到确凿的事实时，才会放弃原有观点，并通过解构和建构来接受新知识，新知识也只有在先拥知识失效的情况下才会真正安置下来。在《血液循环系统》教学中，采用小组讨论与班级答辩相结合的形式进行对质活动，即组内自我对质、小组对质和全班的人际交流。在对质过程中，学生对具有怀疑的问题表现出较高的兴趣。教师应实时监控小组和班级学生的讨论状态，如果发现某个小组兴趣较低，应及时通过设疑、制造矛盾等方式挑起学生的对质热情。
实验表明，与学习者的概念体进行对质的有效策略包括实物与现实接触、自我表述与评析、辩论等。最有效、最直接的莫过于通过实物的接触来驳斥学习者已有概念体的错误，这种对质是学习者通过实物真实感触的自我对质，比较温和且易于接受。此类方法也可以通过多媒体手段实现。自我表述与评析是通过学习者不断进行自我质疑实现的，但这种方式对于改变学习者的概念体效果并不明显。因为学习者很难挑战自己的错误概念，然而这种弊端可以通过设计基于资源的学习模式来实现，学习者通过对自己的质疑和资源搜索不断地解构错误观点，同时建构正确的概念体。辩论是一种较为强烈的对质，辩论的双方或个体会调用所有与其观点相关的论据来驳倒对方。这一过程既是对学习者原有概念体网络结构稳定性、正确性的检验，同时也是验证概念体对于事实完整性、稳定性的一种方式。当学习者已有概念体不能解释对方质疑或者所提出的概念被对方反驳成功时，这时就会引起概念体的“空位”和“认知冲突”，因此学习者不得不重新审视自己的概念体，通过解构和建构实行概念体的变化。辩论是激烈的、痛苦的，但是对于学习者的概念变构是印象深刻的。在教学过程中，教师需要根据辩论的激烈程度进行辩论过程的控制和调节，避免辩论过于激烈或平淡。为了避免面对面辩论过于激烈，可以借助现代技术手段通过聊天室、论坛、微博、博客和其他即时通信工具进行中性辩解。
4.学习环境与概念体
教师或教学工作者不能直接操纵学习者内在的概念，只能通过外在的学习环境设计来影响学习者的概念体。学习环境在学习者的概念变构过程中具有重要的作用。首先，需要创设有效的学习环境以展现学习者的概念体，获取和确定概念体的结构组织，为变构学习者内在概念体提供依据。其次，为与学习者原有概念体的对质创设学习环境，主要通过实践参与、实物接触、媒体虚拟等手段为自我对质、展开辩论提供有效的支持。学习环境设计的切入点不仅仅在于概念体中的要素，而在于要素之间的组织关系，学习环境要针对不稳定的观念要素联系或错误概念及其联系创设一种不协调的外在情境，启动学习者自我质疑，寻求答案的动机。第三，学习环境应为学习者不同变构过程提供适当的信息支持，包括在概念体的表达阶段和变构阶段。在表达阶段主要以问答、填图与画图等形式进行设计，这些形式可以通过多媒体形式来实现。在变构阶段主要通过实物提供、现实接触、数字媒体资源来实现，旨在为利用学习者概念体或对质学习者的概念体提供事实参照，促进概念变构效率。根据《血液循环系统》一课的特点，主要采用了基于网站的信息化学习环境设计，网站的内容包括血液循环系统的Flas、在线聊天室等这几项功能，目的在于向学习者提供自我对质、群组对质的条件，促进学习者识别已有概念体，变构错误概念体，建构新的概念体。
五、结语
通过aLiD模型的提出、构建与实证研究，旨在从变构学习理论的维度探索学习的发生机制和如何通过教学设计促进学生的学习。在变构模型的教学设计中最为重要的一点是获取、确定学习者原有概念体，这是学习者概念变构的前提；同时学习环境的设计是基于学习者原有概念体和学习内容的基础上进行设计和开发的。在对概念体的理解上一定要把握其双重身份，即可利用性和矛盾性，根据其不同的特性进行环境、资源和教学策略的设计。aLiD模型是通过一学期的生物教学实验并结合概念变构学习理论的基础上得出来的，其局限性在于不同学科的性质造成对学习环境设计、资源安排和教学策略的差异性需求，这也是以后需要进一步探讨和研究的。
[参考文献]
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[2][4]安德烈·焦尔当，菲新宁.变构模型[m].北京：教育科学出版社，2010.
[3]裴新宁.学习究竟是什么[J].全球教育展望，2008，（6）：13～20.
人工环境的概念篇7
关键词：概念图；图式交互可视化；思辨能力
中图分类号：G712文献标识码：B文章编号：1002-7661（2015）24-247-01
一、什么是情景模拟环境教学
高等职业技术学校教育的培养目标是培养社会所需的技能型人才，学生毕业后就直接步入社会从事社会实践工作。情境模拟教学法是指在教师指导下学生在一种近似于真实的环境中进行学习的教学方法。在一种人造的情境或环境里学习某职业所需的知识、技能和能力。
二、问题的提出：英语教学需要进行图式交互可视化
在高职英语课堂中，课堂交互受个体、环境等多方面因素制约，阅读教学形式单一，教师照本宣科、以讲为主，学生聚焦文本、以应付考试为主的教学状况仍普遍存在，教学效果存在随意和沟通不深入等交互失效的现状，缺乏有效培养思维能力的课堂交互手段仍然制约着英语阅读教学的深化改革。
我国的图式理论由于其通过分析语言学习的理解过程而进行交互设计的特点，对英语教学产生了一定的影响。图式理论认为须具备两个条件：一是具备与模拟情景相应的图式知识；二是在情景演绎过程中成功激活相关图式。图式理论提出了英语学习交互的必要性，在第二语言学习中具有重要的应用价值。但图式理论没有给出指导阅读教学交互的具体教学方法。
三、问题解决：用概念图支持客运服务英语教学中的图式交互可视化
1、教学模式。在英语教学中，利用概念图辅助培养学生思维能力具有其他教学方式不具备的优点。概念图的图表特征包括概念、命题、交叉连接和层级结构。概念图支持下的交互式英语模拟情景教学模式，旨在教师的英语教学设计和引导下，合理运用信息技术手段，依据学生的知识和心理特点，通过学生主动、互动、合作学习，形成主题结构概念图和主题拓展概念图，实现快速、准确、深度、扩展的英语学习，综合发展学生的听、说、读、写英文能力，提高思辩能力。
基于情景模拟的铁路客运服务英语教学模式所开展的图式交互可视化教学设计，利用概念图技术支持师生通过交互扩展，整合课前、课堂、课后的学习资源和教学策略，绘制以铁路岗位主题为核心概念展开的学生主题概念图、教师主题概念图、学生拓展主题概念图，构建学习共同体，支持学生主动、协作、自主学习，使学生在不同主题概念图的交互学习过程中，实现准确、深度、扩展英语知识储备，培养学生通过英语学习提升思辨能力。其教学交互策略运用在课堂教学的课前、课中、课后3个环节，学生主题概念图绘制、学生主题概念图选组、教师主题概念图设计、师生主题概念图比较设计、拓展主题概念图设计5次交互中。
2、教学设计流程。（1）第一环节为课前学生合作交互，即学生主题概念图绘制图式交互可视化策略，通过制作学生主题概念图，搭建可视化学习诊断平台，让学生能够了解自己对项目的思维图式，进而调动学生思维。在此环节中下发客运服务英语中某一工作岗位项目任务书，描述项目学习目标；交代项目任务；如工作场景为车站候车室、学生根据其要模拟的环境课前进行查阅资料、掌握其工作岗位的具体作业内容，为对候车室场景的模拟打下理论基础。（2）第二环节为课中师生协作交互，包含三次交互。第一次交互是学生主题概念图选组图式交互可视化策略，指由教师主持、学生主讲的学生主题概念图互动。在此环节中、在补充和修正学生对候车室环境掌握的理论知识，着重老师对学生所查的工作岗位标准进行更进一步的讲解，提出其质量要求。第三次交互是师生主题概念图比较设计图式交互可视化策略，指可视化比较师生主题概念图中高层次文化思维概念互动。通过探讨师生主题概念图的概念空间布局所展示出的不同文化思维能力的直观认知数据，帮助学生就相同的概念进行重新认识进而修正原有图式（再概念化），从不同角度理解岗位需求，总结文章主题，培养学生积极的元认知体验和理性思维能力。（3）第三环节为课后学生自主交互。该交互是拓展主题概念图设计图式交互可视化策略，指学生运用网络充分开展主题阅读，总结设计出与主题相关的重要概念和相关命题，深入文化熏陶；教师通过班级博客及QQ群引导交流，辅评价学生拓展主题概念图知识结构。
通过3个环节和5次交互，学生经历了图式“编码”―展示填充比较“提取”活动―重建图式“编码”的可视化有序知识建构交互过程。通过逐步构建多层次的主题概念图，学生训练了由点串成面的思维方法，进而形成从整体上了解自己对课文理解的思维图式。通过任务环境的模拟，有序地预设学生与教学内容、生生、师生间进行教学交互的程序规则，有效增强学生学习交互的频率和效率，整合多种学习资源，实现学习资源价值的最优化，促进学生的意义学习，合作学习和创造性学习，最终使学生学会学习。
参考文献：
[1]高等学校外语专业教学指导委员会英语组.高等学校英语专业英语教学大纲[m].上海：上海外语教育出版社，2000.
[2]黄源深.英语专业课程必须彻底改革――再谈思辨缺席[J].外语界，2010，（1）：11-16.
人工环境的概念篇8
关键词:地理概念教学情境创设
thegeographyconceptteachingsituationestablishment
mouDan
abstract:thegeographyconceptteachingneedstopaygreatattentiontotheteachingsituationtoestablish,mustestablishthepositivedrivingteachingatmosphere,mustrestonthegeographyconceptteachingsituationtheestablishmentprinciple,formstheconceptteachingsituationestablishmentsystem.thequestionsituationestablishmentisestablishesthestrategytheessence.muststrengthenthegeographyconceptteachingsituationinteractive.
Keywords:Geographyconceptteachingsituationestablishment
【中图分类号】G633.55【文献标识码】B【文章编号】1009-9646(2009)09-0104-02
教学情境的创设就是对教学内容的情境化加工,其目的是创设出积极主动的教学氛围,促使学生积极主动地去思考问题、解决问题,并使学生产生积极的情感体验。在地理概念教学情境的创设过程中,要注重创设出能触及学生情感和意志领域的情境,并有意识地把学生引入到最佳心理状态,通过心理上的接受,达到问题情境与心理情境的共鸣和最佳融合。
1.地理概念教学情境的创设原则
传统教学中情境的呈现有以下几个特点:在呈现前有明确的问题引导,暗示情境将起的作用;情境的结果往往具有验证性;情境呈现的过程很容易控制,学生的思维不易扩散。很显然这样的情境呈现不能构成诱发学生问题意识的问题情境。依据建构主义理论,地理概念教学情境的创设应遵循以下原则:要激发学生的学习兴趣;要引发学生的认知冲突;要让学生有问题可问。
2.地理概念教学情境的创设策略
学生学习地理概念时迫切需要解决的问题往往有三个:为什么要引入概念?概念是什么?概念怎么用?从这些问题出发,依据地理概念教学情境的创设原则,形成概念教学情境创设体系,以使学生能提出这些问题,解决这些问题。地理概念教学情境的创设体系如下:
概念教学阶段创设策略创设要求创设目标
引入概念阶段影视情境热点情境实验情境乡土情境现场情境文献情境新奇性、趣味性
让学生在好奇中质疑明白为何要引入概念
建立概念阶段讨论情境研究性、过程性合作性让学生在研究探讨问题过程中明白概念是什么
应用概念阶段热点情境乡土情境现场情境时地性、生活性层次性让学生在问题解决中明白概念该怎么用
2.1影视情境。
现代科学技术的迅速发展,为教育改革提供了条件,各种现代化科技成果被动用于教学中,既推动教学手段的更新,而且促进了教学方法的改革。投影、录像、微机的演示,扩大和改变视觉和听觉途径,提高视听效果。再现场景与情境,吸引学生的注意力,让学生在情感的熏染中,在情境的氛围中,感知地理概念,陶冶性情,激发兴趣,活跃思维。尤其是计算机程序教学,可将教师的思维过程用计算机的画面和文字体现出来并形成教学软件。通过剪辑电影、电视画面、动态电脑及精心编制的解说词,把各种地理概念情境真实地或“近似地”展现在学生面前,通过图、文、声、像等多种信息作用于学生,在他们的大脑皮层留下较深刻的地理事像痕迹,从而加深了学生对所学地理概念印象,提高了学生记忆地理知识的质量。
2.2热点情境。
随着国际局势的激烈变化和我国与世界接轨后的密切联系,我国在国际事务中的地位和作用日益增强,广大学生也越来越关心国内外大事,关注着祖国在国际事务中的作用。针对这一特点,教师在地理概念教学中应该有针对性地选择时事热点地理内容进行情境创设。另外,此处热点更应包括各级各类涉及重要地理概念的命题热点,在高三复习阶段教师更应重视该方面情境的创设。
如我国有关“嫦娥奔月”计划实施近几年都将是地理热点内容,其涉及的地理概念非常之多,可引用的图文材料相当多。如“来自中国国防科工局的消息称,2009年3月1日16时13分10秒,嫦娥一号卫星在北京航天飞行控制中心科技人员的精确控制下,准确落于月球东经52.36度、南纬1.50度的预定撞击点,实现了预期目标,为中国探月一期工程画上一个圆满的句号。”运用该材料可复习区时、北京时间、天体系统等概念。运用“嫦娥一号”卫星月球表面三维影像探测结果图可复习遥感、地理信息系统、全球定位系统等概念。
2.3实验情境。
通过实验演示,创设实验情境,引导学生观察现象,发现问题,分析问题,归纳结论,使学生更好地理解地理概念,并学会探求知识、设计实验的方法。
如“水体富营养化”教学。通过对含磷洗衣粉、无磷洗衣粉在清水的溶液中,观察“水葫芦”的生长繁殖过程来判断磷对植物生长的影响,从而达到从感性认识到理性认知的目的。
2.4乡土情境。
实际生活是学生最了解也最感兴趣的,丰富的乡土地理素材是地理教学的源头活水。创设乡土生活情境,既可加深学生对教学内容的理解,同时也可激发学生学习的兴趣。
如出示一组太湖山(系台州市著名的旅游疗养地,位于黄岩、永嘉、乐清交界处,为金清港水系的源头,附近有三座水库)的照片及等高线地形图来学习山脊、山谷、陡崖、鞍部、盆地等一系列地形相关概念和水文相关概念。
2.5现场情境。
不少地理概念照本宣科很抽象,可让学生到室外实地考察,在工厂、田间、野外等真实的生活与生产场景中学习知识。带领学生先观察地理事物的外部特征,再综合、分析,抓住事物的本质特征,形成概念的内涵,达到运用所学知识分析解决实际问题,并在运用中加深对知识理解的目的。
如学习亚热带常绿阔叶林这一概念时,让学生观察校园内的樟树、山茶树、玉兰树等,并与梧桐树、柳树、水杉等比较,了解到前三种树木的叶子革质:有光泽、呈椭圆形,并且终年常绿。“常绿阔叶”为它们共同特有的属性,它们都是典型的亚热带常绿阔叶树,由这些树木构成的森林即是亚热带常绿阔叶林。再让学生自己分析梧桐树、枫树、马尾松是不是常绿阔叶树?学生马上会回答:梧桐树、枫树是落叶阔叶树,马尾松常绿但不是阔叶。这样,学生对常绿阔叶林这一概念的内涵和外延就有了比较全面的认识。
2.6讨论情境。
讨论情境的创设就是让不同品质的思维进行碰撞,进而引导学生深入探讨并归纳出最佳答案的思维过程。可实行加分机制让只听不说的害羞学生和习惯较差不参与的学生加入到讨论中来。具体操作如下:根据每次讨论情况,纪律良好、组员参与热情高、学习任务完成较好的小组给予加分。一周以后,累计总分排前两名的被评为优胜小组,对最后一名则送上“要努力”的牌子以示鼓励。为了集体荣誉,内向者也许就会使劲地给自己鼓励,其他成员也会热情地鼓励和帮助,大家携手共进。在个人奖项上,可设置“发言最优奖”和“最大进步奖”,有组员获个人奖励的,小组再加分。在这样的激励机制下,学生间既有合作又有竞争,大家取长补短,促进个性朝着和谐、美好的方向发展。
2.7文献情境。
古典文献中的一些诗词歌赋也蕴含着丰富的地理知识,有些为学生耳熟能详,若教学中加以引用则能营造出一些意想不到的情境。如“清明时节雨纷纷;黄梅时节家家雨;雨滴梧桐秋夜长;清风细雨湿梅花。――不同时节的锋面雨”,“落红不是无情物,化作春泥更护花。――生物循环”,“月有阴晴圆缺,人有悲欢离合。――月相”等概念就很诗意地呈现眼前。
3.问题情境创设是创设策略的本质
问题是启动学生思维的“阀门”,上述种种创设策略最终归结到问题的创设上来。创设“问题情境”就是在教材内容和学生求知心理之间制造一种“不协调”,把学生引入一种与问题有关的情境的过程。这个过程也就是“不协调―探究―深思―发现―解决问题”的过程。“不协调”必须要质疑,把需要解决的问题,有意识地、巧妙地寓于各种各样符合学生实际的知识基础之中,在他们的心理上造成一种悬念,从而使学生的注意、记忆、思维凝聚在一起,以达到智力活动的最佳状态。教师根据学生情况和教材内容而创设的问题情境能诱发学生的好奇心和求知欲,点燃思维的火花。创设问题情境宜围绕教学目的,注意培养学生的发散性思维与创新意识,且难度适中。
引入概念阶段的问题情境既能吸引学生的注意力又能激发学生的求知欲望和学习热情。讲水循环概念时可设问:唐代大诗人李白诗曰:“黄河之水天上来,奔流到海不复回。”从水循环的科学观点来看对不对的呢?问题一提出,学生觉得惊奇有趣,急于知道问题的答案,自然对“水循环”产生浓厚的兴趣。
建立概念阶段的问题情境引发思考,把思维推向纵深。讲“洋流”的概念,可分析二战期间,德军潜艇利用直布罗陀海峡的“密度流”,偷渡这个被英军控制的海峡进出地中海,袭击盟军的案例。
应用概念阶段的问题情境培养学生活学活用能力,体会学有所用的乐趣。学习“太阳高度角”概念时,可引用晋•傅云《歌》:“日中万影正,夕中万影倾”,让学生分析太阳高度角在一天中是如何变化的,并讨论其科学性。
4.强化地理概念教学情境的互动性
创新思维只有在自由自在的思维空间中才能孕育诞生。没有宽松的环境,学生就没有自主性,而没有自主性就不会有创新行为。因而在学生处于高度紧张的机械接受知识、缺乏心理安全与自由的地方,他们创造性思维的火花是难以迸发出来的。情境教学特别强调宽松和谐学习环境的营造,让教学情境中的师、生、境诸因素产生互动,从而形成利于创新、易于创新的良好氛围,使学生的思维在宽阔的情境中无拘无束,纵横千里,任意驰骋。
在情境中师生互动,构建民主平等的师生关系。民主平等的师生关系是营造创新氛围的前提,教师在教学过程中应努力建立一种相互平等、相互尊重、相互信任的师生关系,形成民主和谐的教学气氛,使学生能在一个欢乐、和谐、宽松的环境中学习。而在情境中促进师生互动,则有助于良好师生关系的形成。在师生互动的情境中,师生之间既有信息的传递,又有情感的交流,更有思维的撞击,师生完全处于平等状态,使课堂成为培养学生创造性思维之花的理想场所。
在情境中生生互动,形成交流合作的良好气氛。当今科学的发展日益综合化,集体的创造取代了手工业式的个人创造。因此,当个人的创新置身于创新群体中时,群体的环境就不可避免地影响到个人的创新活动和创新能力的发展。因而在教学过程中,要十分重视使学生之间在情境中产生互动,形成相互交流、相互合作、相互补充、相互帮助的良好气氛。
在情境中境人互动,实现人境融合的理想境界。师生互动,生生互动,对营造良好的创新氛围至关重要,但境与人之间的互动同样重要。因为当学生和教师共同创设情境并成为情境的一部分,在其中思考、活动达到忘我境界时,便进入一种人境融合的最佳创新状态。这样学生融入情境中,而情境也因学生的加入而活。学生全身心的投入,使情境成为激发学生创新思维的沃土。
参考文献
[1]高中地理(必修)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ湖南教育出版社
人工环境的概念篇9
智能化家具设计的核心点在“智能”上，使家具实现“智能”是智能化家具设计的基本目标。根据这一特点，笔者将家具本体知识模块作为情景分析的重点，而产品与环境，产品与市场，产品与人等知识模块居于家具本体知识情景分析之后，由此可以把智能化家具内在情景知识分为家具结构知识，家具行为知识和家具功能目标知识三个情景设计知识模块，如图1所示。在智能化家具情景知识分析中，结构知识模块主要有五个大的部分组成，即智能控制设备、智能执行设备、传感装置、家具本体结构和智能传动机构。如果将智能化家具比作人体，家具本体结构与非智能家具一样，是家具的“躯体”，用于连接和支撑其家具功能部分；传感装置是家具的“五官”，用来感知外界和躯体内部的变化，准确测出其当前状态，保证系统进入控制状态；智能控制设备相当于家具的“大脑”，是智能化家具的灵魂；智能传动机构则类似家具的“四肢”，用于完成控制设备传达的任务。智能化家具行为知识模块主要是指不同的家具结构在“智能化”功能实现过程中通过何种行为发挥作用，如智能控制设备主要是按照预先编好的程序进行数据采集、数据处理、逻辑处理、控制量计算等，并通过连接电路向智能系统的各个部分发出控制命令，指挥整个系统有条不紊的工作；智能执行设备的主要行为是根据控制器发出的指令，直接控制执行装置工作；传感装置的作用是把位移、速度、力、温度、光度等物理量和浓度、成分等化学量转换为电信号；家具本体结构是所有功能的支撑结构，完成系统的结构功能；智能传动机构主要是借助一些传动装置对系统作直接、物理性的作用，来达到系统所希望的状态。智能化家具功能目标知识主要是表征智能化家具最终所要实现何种智能化的目标，是概念设计思考的落脚点与归宿所在。根据不同领域智能化发展的现状，以及家具产品本身的特点，智能化家具功能目标知识模块主要包括智能尺度参数调节，如角度调节、高度调节、长度调节、宽度调节、开合度调节、升降度调节、折叠度调节、旋转度调节等，智能感觉系数调节，如亮度调节、温度调节、湿度调节、感应度调节等，以及智能保护功能，如消毒、杀菌、防虫、防蛀等。
2智能化家具情景分析
设计模型笔者在前面提到，情景分析主要适用于产品概念设计阶段，就智能化家具而言，构建具有一般性的情景分析设计模型，对智能化家具产品的开发创新具有重要的指导作用。情景分析设计过程通过情景知识的分析来产生设计设想，进而通过情景知识的限定，来优化设计概念的过程。因此情景知识是设计分析的基础，设计限定所产生的矛盾以及设计需求所产生的概念是设计的关键，鉴于此，笔者认为基于情景分析设计的方法，智能化家具设计模型的建构包括三个方面的内容，一是用于情景分析的设计知识，可以分为六个部分；二是情景分析过程中通过不同的设计限定所产生的矛盾冲突；三是根据情景分析，设计需求所形成的设计概念或设想。矛盾冲突与设计设想之间通过互相交融，以达到设计上的平衡，进而形成合理的设计方案，智能化家具情景分析的知识包括六个基础模块，即环境知识模块，智能化家具知识模块，用户知识模块，用户与环境的交互知识模块，智能化家具与环境的交互知识模块，用户与智能化家具的交互知识模块。由于智能化家具的特殊性，关于智能化家具本身的知识模块在前面已经进行了详细介绍。环境知识模块主要是指智能化家具外在物质与精神空间对设计所产生的影响，一般与产品、用户结合起来分析。用户知识模块对设计概念起着的限定作用，用户的身份、地位、认知、爱好、文化、心理、交往人群，购买力不同，对智能化家具产品的需求也不一样，所形成的设计概念也存在较大的差异。
在情景分析设计过程中，用户、环境及智能化家具三者是相互交融，不可分割的，它们互相交互的过程中，形成了三种具体的设计知识模块。一是用户与环境的交互知识模块，能决定着设计概念的功能和智能化家具产品设计信息传递的是否合理。用户与环境之间的功能活动，能更深层次的挖掘用户的潜在，有针对性的需求；智能化家具产品在环境中信息传递的合理性，对设计概念起着重要的限定作用，不同信息传递方式对应不同设计概念，信息传递的类型也会影响设计概念的种类。同时，智能化家具材料、色彩、功能、形态、风格符号、使用、购买模式的喜好等知识因素，也受外部环境对用户影响。由此可以发现，环境与用户交互知识情景分析，将某种环境下的特定事件的过程分解成了若干细节，使设计师能够注意到用户所没有留意的问题，从而发现智能化家具设计的相关机遇与设想。二是用户与智能化家具之间的交互知识模块，能为设计设想或概念提供直接的目标与需求。
通过用户习惯的操作方式、使用步骤、操作的精确性、健康安全要求、信息通道匹配方式和使用者的心理模型、美学要求、情感要求等，来确定智能化家具所要具备的结构、功能、部件设计、工艺材料、产品的形态语言、指示符号、界面排布等多方面的内容。关于用户与智能化家具交互知识模块所涉及的知识很广，包括人体测量学、心理学、认识学、运动学、生理学、美学、医学和工程技术的多个领域。不同的知识，对设计概念起着重要的限定作用，如人体测量学通过的人体尺寸的测量，能确定人体不同部位的尺寸、运动姿势、活动范围、肌力等，这些知识可以决定智能化家具控制器的形状、尺寸、操作方式、所需的驱动力等，进而决定使用者的操作方式、效率、准确性、舒适度等。三是智能化家具与环境的交互知识模块，对设计概念的生产也有着重要的限定作用。就智能化家具而言，智能化产品系统必须要面对大量的周边环境要素带来的问题，如社会经济、现有产品、社会潮流、制度法规（如安全标准）、市场状况、美学价值、技术条件限制、文化规范、品牌形象、用户期待、产品所在的微观环境要求等知识内容，都对智能化产品设计构思产生规范与限定作用。
情景知识是情景分析设计的基础，在智能化家具设计过程中，通过不同模块的情景知识以及情景知识的交互，能发现和挖掘不同的设计需求（需求1、需求2……需求n）；根据不同的设计需求，生成不同的设计概念或设想（设想1、设想2……设想n）；同时，不同模块的情景知识以及情景知识的交互，又能形成不同的限定条件（限定条件1、限定条件2……限定条件n），在限定条件与设计概念的共同作用下，形成完善合理的设计方案。
3结语
人工环境的概念篇10
关键词:概念设计虚拟现实技术产品市场
一、产品概念设计与市场
概念设计是工业设计领域中的一个重要方面。国外大公司的产品设计部门包括:1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。
1概念设计的内涵
概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。
这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。
2概念设计与产品市场
完成概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。
3虚拟现实技术促使概念设计的市场化
为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。
二、虚拟现实技术与虚拟产品
1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)
虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:
1)基于模型的方法(modelbasedmethod，mm)这种方法产生虚拟环境的步骤为:
①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;
②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;
③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。
2)基于图像的方法(imagebasedmethod，im)一般做法是:
用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。
2虚拟现实系统的常用设备及要求
虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。
3虚拟产品(Virtualproduct，Vp)
虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。
三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景
在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。
为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。
若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。
参考文献
1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6
2熊曼辰等数字化与概念化工业设计iCme2000论文集