概念结构设计的方法和步骤篇（1）

2适航要求的识别和检索机制

适航要求识别与获取的目的在于根据当前设计任务检索适用的适航条款要求，本质上属于一种依据索引的文本检索[13]。与传统的关键词检索相比，用于建立设计任务和适用条款要求之间映射的索引不是若干离散的关键词，而是一种由概念图表达的结构化索引，构成索引的“概念”之间具有内部关联性；另外，由于适航条款的概括性，建立条款索引的概念集中包含的很多概念术语超出了条款文本范围。例如，CCAR25.581闪电防护条款的条文中并未明确提及飞机的燃油系统，但燃油系统设计必然需要考虑该条款要求。因此，“燃油系统”要包含在该条款索引的概念集中，而这种情况主要依靠设计师的经验知识来保证。针对适航条款的特点，本文提出一种基于匹配度的适航条款要求检索方法，即某适航条款对于当前设计任务的适用性可通过设计任务中包含的民机设计特征与条款约束的设计对象之间的匹配度来衡量。2.1匹配度对象（设计特征）之间的匹配过程包括两个步骤：首先判断当前设计对象与条款约束的对象名称是否一致；若对象名一致，则进一步判断对象属性值之间的一致程度；否则，两者完全不匹配。此处，设ai为当前设计对象a的第i个属性值，bi为条款约束的对象b与之相对应的属性值，则M(aibi)表示两者属性值之间的匹配度函数。若ai和bi为枚举型取值，则匹配度计算公式如式（4）：2.2检索算法根据上述介绍，基于匹配度的适航条款检索算法如图6所示，详细的检索步骤描述如下：步骤1输入飞机的某设计特征（系统、子系统及其结构组成）作为当前设计特征Pc（当前设计对象）。步骤2读取Pc相关的特征约束C(Pc)，这里的C(Pc)主要来自于对于产品整体的属性约束或继承自父级特征的属性约束。步骤3读取Pc的关联特征，生成关联特征集；此处的关联特征包括Pc的下一级结构特征，以及与Pc在功能或结构上存在关联关系的其他设计特征；此处构建关联特征集的目的在于扩大适用条款的检索范围。步骤4从适航条款数据库中读取第一条未被检索过的条款作为当前条款，如果成功，则进一步读取该条款约束的目标对象Pc’及其特征约束；否则退出程序。步骤5比较Pc和Pc’，如果Pc=Pc’，则进一步比较其属性特征C(Pc)和C(Pc’)，并按式（6）计算其匹配度Mi。步骤6如果Pc≠Pc’，则该条款的目标对象与当前设计特征不匹配，但可能与Pc的某项关联设计特征相匹配。因此，进一步读取Pc’的关联对象集Pr’，判断Pr与Pr’是否相交，即按照式（7）计算Mj。步骤7若Mi>0，则当前设计特征与条款约束的目标对象一致，该条款为当前设计特征的主要适用条款，从而将该条款录入适用条款集；否则转步骤8。步骤8若Mj>0，则当前条款为当前设计特征的相关条款，属于次级适用条款，也将该条款录入适用条款集；否则，当前条款为完全不适用条款，转步骤9。步骤9将当前条款的状态标记为已检索过的条款，转步骤4。步骤10适航条款数据库中的所有条款都被检索过，退出程序。

3实现与应用

根据本文提出的方法进行相应的软件实现。采用技术，利用VisualStudio2008软件开发平台和SQLServer2008数据库系统开发出一套民机适航要求的识别与确认系统，用于辅助某民机制造商的适航工程师（型号各分系统适航审定计划的负责人）根据某些设计任务中的民机设计特征检索适航条款数据库，形成型号各专业适航审定基础中适用条款集合的初步方案。以民机起落架系统中的部分设计特征“主起落架及舱门”为例检索其适用的适航条款要求。首先，定义当前的设计任务，包括明确目标设计特征，定义目标设计特征所在型号的飞机级特征参数要求，并将主起落架系统的父级系统和子级系统作为关联设计特征，形成当前设计任务的概念术语集用于检索，如图7所示。依次根据目标设计特征“主起落架及舱门”及其关联特征（如父级设计特征起落架系统，子级设计特征收放系统、机轮系统等）检索适航规章数据库。此处以CCAR25.721条为例（如图8），首先进行当前设计特征与条款约束的目标对象名称的比对；若一致，则进一步进行（飞机级）特征参数的匹配。

概念结构设计的方法和步骤篇（2）

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）06-0026-02

Creation and Description of Course Ontology//Zou Junhua

Abstract Based on the ontology creation methodology of knowledge engineering, this article describes the steps of course ontology creation, and gives a case of creating course ontology.

Key words course ontology；OWL；database principle

Authors address Faculty of education, Hubei University, Wuhan 430062

本体已经成为人工智能和知识工程中一种重要的工具，在知识的获取、表示、分析和应用等方面具有重要的意义。本体研究促进知识工程中对本质知识的获取[1-2]。本体是语义的基础，可以为语义Web成功增值[3]。作为一种知识表示方法，本体与谓词逻辑、框架等其他方法的区别在于它们属于不同层次的知识表示方法。本体表达了概念的结构、概念之间的关系等领域实体的固有特征。本体表述的语义更明确、一致和规范，因此也更有利于知识的表达、交流和共享。

1 本体构建的方法

知识工程方法通过7个步骤完成本体的开发：确定本体的领域范围和使用目的、重用已有的本体、穷举该本体中的重要的词汇、定义类和类的层次结构、定义类的属性、定义类属性的值域、创建实例。在该方法中，步骤4～6通常需要同时进行，相辅相成。如何将已有的词汇区分是否是类或者类的属性是一项复杂的工作。本文在这个方法的基础上，针对课程的特点，提出课程本体的开发方法。

1.1 重用已有的本体和专业叙词表在开发新的本体前，从目前在进行或者已完成的相关工作中学习，并且从已有的资源中进行提取和扩充。在已有本体的基础上进行改进比创建新的本体要容易得多，因此，重用已有的本体非常重要。目前在网络上已经有不少成熟的本体资源可以使用，如Ontolingua本体库、DAML本体库、WordNet；同时还有很多公开的商业性质的本体资源，如UNSPSC、RosettaNet、DMOZ等。

除了应用已有的本体资源，还可以利用专业叙词表、术语词典等。专业叙词表和术语词典，不但包含该领域中相对完整的术语，而且都经过领域专家多年的有序组织，不仅可以为领域Ontology中概念的创建提供指导，而且叙词表中的限义词、含义注释、等级关系、词间关系，也为领域Ontology概念中的属性、实例以及关系的创建提供了线索及指导。专业叙词表和术语词典是构建课程本体的必备基础。

1.2 从课程中提取重要的概念和术语该步骤主要列出课程中最基本、最有代表性的术语，那些需要被学生了解和学习的概念以及需要注释和解释的词汇。需要指出的是，在这个步骤中只需要穷举出所有可能重要术语，不必考虑概念是否重叠，也不必考虑概念之间的关系和属性。

1.3 定义课程本体之间的通用关系从语义上讲，概念间主要有4种基本关系：attribute of（高度是桌子的属性）、instance of（实例与概念之间的关系）、kind of（家用计算机是计算机的一种）和part of（CPU是计算机的组成部分）。根据这4种基本关系，本文给出本体之间的通用关系（如表1所示）。

1.4 挖掘课程本体中的特殊关系结合特定的课程，分析和挖掘出特殊的关系和属性。如“数据库原理”中的数据库设计部分，数据库设计的6个步骤：需求分析、概念设计、逻辑结构设计、数据库物理设计、数据库实施和数据库运行维护。这些概念之间的关系就可以用一个新的关系――前驱（后继）关系――来描述。

1.5 分析、改进和评价改进是构建课程本体过程的一个组成部分，在构建的过程中不断改进原有的结构，在不断改进的过程中构建起整体的结构。改进的方法包括合并、编辑及自然语言处理的一些方法。在改进的过程中要注意系统整体的一致性。对本体进行分析和评价，确定本体结构是否能准确反应出课程本体的本质和联系。分析、评价与改进共同构成本体的维护过程。

2 用OWL描述课程本体

2.1 OWL本体描述语言面向网络的本体语言OWL（Web Ontology Language），是W3C组织推荐的国际通用的标准本体描述语言。它建立在XML/RDF（Resource Description Frame）等已有标准基础上，通过添加大量的基于描述逻辑的语义原语来描述和构建各种本体。所以基于OWL建立的本体有很丰富的语义表达能力并具有完善的推理机制，比之用其他本体描述语言（如XML、RDFS）建立的本体能更清晰完整地表达领域内的概念和概念之间的联系。OWL有3个表达能力递增的子语言：OWL Lite，OWL DL和OWL Full。OWL Lite是表达能力最弱的子语言，提供类分层的能力和简单的约束功能。OWL DL在可判定性的前提下，提供尽可能大的表达能力，但在某些表达方面仍有一些限制。OWL Full包含OWL的全部语言构造成分并取消OWL DL中的限制[4]。

2.2 用OWL描述“数据库原理”课程本体“数据库原理”是计算机、信息管理与信息系统、工业工程以及电子商务等专业的必修课程，所以本文选取这门课程作为范例。由于篇幅所限，本文仅以这门课程中的数据模型为例来说明如何用OWL来描述课程本体[5]，以便学生更好地理解各个概念以及概念之间的关系。

1）定义数据模型类。

＜owl：Classrdf：ID= “数据模型”＞

＜owl：ObjectPropertyrdf：ID= “数据结构”＞

＜/owl：ObjectProperty ＞

＜owl：ObjectPropertyrdf：ID= “数据操作”＞

＜/owl：ObjectProperty＞

＜owl：ObjectPropertyrdf：ID= “完整性约束”＞

＜/owl：ObjectProperty＞

＜/owl：Class＞

上述定义表示的语义是数据模型有3个属性：数据结构、数据操作和完整性约束。

2）定义关系模型类。

＜owl：Classrdf：ID= “关系模型”＞

＜rdfs：SubClassOfrdf：ID= “数据模型”＞

＜owl：ObjectPropertyrdf：ID= “关系数据结构”＞

＜/owl：ObjectProperty ＞

＜owl：ObjectPropertyrdf：ID= “关系操作”＞

＜/owl：ObjectProperty ＞

＜owl：ObjectPropertyrdf：ID= “关系完整性约束”＞

＜/owl：ObjectProperty＞

＜/owl：Class＞

上述定义表示的语义是关系模型，是数据模型的子类，它是数据模型之一，与数据模型之间的关系是继承关系，反映的是概念之间的层次关系，并且关系模型由关系数据结构、关系操作和关系完整性约束3个要素组成。

3 结束语

目前关于本体的研究愈来愈受到重视，研究的重点多集中于领域本体的建设上面。用本体来描述课程的概念以及概念之间的关系，将会促进学生的理解，也会方便教师的教学，具有很好的理论和实践价值。但是，在课程本体的创建过程中，还有很多问题有待探讨和解决，比如动态知识的描述以及课程本体的自动创建等。本文在知识工程方法建立本体的基础上，阐述建立课程本体的可行步骤，并且给出数据模型的课程本体实例。

参考文献

[1]李善平,等.本体论研究综述[J].计算机研究与发展,2004(7):41-44

[2]杜小勇,李曼,王珊.本体学习研究综述[J].软件学报,2006(9):1 837-1 847

概念结构设计的方法和步骤篇（3）

20世纪60年代美国康奈儿大学诺瓦克教授等人提出“概念?D”一词，它是用来表征和组织知识的一种工具。在教学活动中，利用概念图可以将学科知识层次化、结构化，通过有意义的连接展现相关命题，不但形象化知识网络，而且促进学生有意义学习。

概念图包括概念、命题、交叉链接和层级结构等四大要素。通常情况下，概念是描述某种属性或规则的专有名词，可以是某一主题或任务、操作对象或操作命令等；层级结构是对主题或对象等概念间层次关系的描述；命题是对概念间有意义联系的描述；交叉链接是对不同概念之间或不同知识领域之间的横向关系。

二、《计算机基础》课程概况

《计算机基础》课程作为卫生职业院校各专业必修的文化课之一，强调技术性和应用性。课程所用教材中明确提出“培养学习者使用计算机解决学习、生活和工作中的实际问题能力，逐步养成独立思考、主动探究、团结协作的学习方法和工作态度，为终身学习奠定坚实基础”。教学内容不仅包括计算机基础知识及办公软件的操作实践等显性知识，而且还包括解决实际问题的相关隐形知识。

通过教学实践与调查，发现目前在该课程教学过程中，多数教师强调操作实践，为学生演示操作步骤并提供繁杂的操作任务，内容多、步骤繁，不能有效地实现教学目标。针对此种情况，作者深入研究课程教学内容与教学目标，挖掘各章节的概念及联系，利用概念图开展教学相关设计，帮助信息技术教师进一步教学目标明确化、教学内容形象化，从而优化课堂教学效果。

三、利用概念图进行教学设计的实例

根据建构主义教学设计模式，教学设计包含教学内容、教学目标、学习者、教学活动与策略、教学评价等相关设计环节，在此以《数据处理---信息资料的管理与分析》一节为教学实践案例，重点阐述利用概念图设计教学内容、教学目标与教学评价等三个环节，设计环境为Camp Tools概念图绘制软件。

1.教学内容的设计

该节学习内容属于办公软件EXCEL2010应用中的核心操作内容，具体包括数据清单的排序、筛选、分类汇总和透视表等四大操作命令，在学习、工作中使用频率较高，但是操作步骤注意事项较多，需要帮助学生深入理解和掌握该内容的核心与联系。

根据该节内容特征，首先，确定关键概念为“数据清单的管理与分析”这一任务主题。第二，按照操作命令与操作对象确定相关一级概念为数据清单、排序、筛选、汇总；二级概念为记录、字段、关键字、自动筛选、高级筛选、分类汇总、透视表；三级概念为字段名、字段值、条件区域、分类字段、标签等。第三，布局所有概念，分别建立操作对象与操作命令概念间的层级联系和横向连接。第四，通过描述概念间的意义连接，形成操作命题，例如：数据清单的筛选包括自动筛选和高级筛选，高级筛选需要先建立条件区域，条件区域由符合条件的字段名和字段值构成。第五，进行修订与完善。

注意事项：概念布局遵循的原则为操作对象放置上层、操作命令放置下层，操作对象的连接方向由上至下，操作命令的连接方向为由下至上。绘制的教学内容概念图如图1所示。

2.教学目标的呈现

《计算机基础》课程的课堂教学目标分为知识目标、技能目标、情感目标。一般表述为：认识操作对象，熟悉操作命令的含义；掌握操作命令的操作步骤；体验操作命令的制作功能与效果，深入分析操作对象。

具体绘制过程为：第一，确定操作对象及操作命令等关键概念；第二，建立概念间的方向与连接；第三，描述意义连接形成教学目标；第四，进行修订与完善。

3.教学评价的策略

概念结构设计的方法和步骤篇（4）

Abstract: this paper combined with years of the architectural design experience and related material, puts forward the structure design of the basic concept and the conceptual design of the specific steps and the important meaning. Discusses the structure design of quality concrete measures. Refers for the colleague.

Keywords: architecture; Structure design; The conceptual design; Quality; The measure; explore

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、引言

随着我国城市化进程的加快,我国的房地产市场交易日益活跃,房屋价格节节攀升,对于老百姓而言,买房是平生的头等大事,几乎花掉大半生的积蓄,与此同时我国内陆地震频发（2008年5月12日汶川地震,里氏7.8级;2010年4月14日玉树地震,里氏7.1级）,因此房屋的质量不仅关系到人们的切身利益,还在危急时刻直接影响到生命财产安全。作为一名结构工程师,我们必须把设计质量放到最最重要的位置,设计前深思熟虑,设计中一丝不苟,尽可能避免设计图纸上出现“漏、碰、错、缺”。采取有效的措施确保并提高建筑结构设计质量。下面就以上问题和提高建筑结构设计质量措施展开具体探讨。

二、建筑结构设计的基本概念简介

结构设计的具体程序是需要严格遵守的。建筑物的设计工作实际上存在诸多分支，这些分支具体涵盖了结构设计、电气设计、建筑设计、暖气通风设计、给排水设计等。每个分支的具体设计过程都必须围绕四个根本目标:审美要求、功能要求、环保要求以及经济要求。建筑的结构是建筑物发挥其使用功能的基本条件，因而，结构设计也是建筑物设计过程中极为重要的组成部分之一，结构设计细分为以下四个步骤:设计结构方案、结构分析、设计构件、绘制施工图纸。

建筑结构的类型这一概念相对而言范围广、内容丰富。根据不同建筑物在具体功能要求上的差异，随着科学技术的发展，逐渐产生了诸多结构类型与结构的分类方法。从建筑物具体用途的角度，可以划分为民用建筑与工业建筑。如果依据建筑物的层数来分类，则可以分为超高层、高层、多层、单层建筑。建筑物使用的结构材料是有所区别的，从结构类型的角度来分类，大体上有:混合结构、砌体结构、木结构、钢结构、钢筋混凝土结构等。此外，建筑物的结构构件组成方式也存在较大的区别，从这个角度，可以划分为框筒结构、剪力墙结构、框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、束筒结构等。由此可见，建筑结构类型的划分方法颇多，内容也相对复杂。

而建筑结构设计中还有一个很重要的名词:概念设计。概念设计的具体含义指的是通过清晰、明确的概念结构，在不进行数值计算的情况下，根据分系统与整体结构系统间的结构破坏机理、力学关系、实验现象、震害以及工程经验所获得的原始设计思想与基本设计原则，对结构的计算结果做出合理、准确的分析，同时将计算假设与结构的实际受力状况间的差异也考虑在内，对结构或构造进行设计，尽可能保证建筑物的受力更安全、更合理、更协调。

三、概念设计的具体步骤与重要意义

在结构设计中，概念设计占据极其重要的地位，结构设计步骤通常可以划分为三步:前期选择方案阶段，中期结构计算阶段以及后期制绘施工图阶段。结构设计与分析的首要步骤就是概念设计，以上三个步骤均与科学的概念指导不可分割。一名好的结构工程师在每个项目工程设计的初始阶段，也就是建筑设计方案确定阶段，先按照自身的经验和专业基础，在心里经历一段优化过程，应用概念设计手段，能够快速、合理地构思，比较，抉择每一个结构体系，并且协助建筑师扩展或者实现建筑行业所需要的空间形式，想要的使用，构筑和形象功能，且将其定为目标，同建筑师共同决定建筑的总体结构方案，此外，还要确定整体结构体系和分体结构体系最佳的受力方案。得出来的方案一般具有清晰的概念和正确的定性，从而避免了后期不必要的运算，经济可靠性能较好。另外，这种方法也可以作为判断计算机的内力分析所得到的数据可靠性的依据。作为结构设计的灵魂和核心，概念设计统领着整个结构设计过程，也显示了设计工程师的理论和设计水平。通过结构概念设计的运用，可以从全局上明确结构的各项性能，从而科学的判断计算分析得到的结果并进行合理的利用，确保了设计过程中工程师的主体地位。

四、提高建筑结构设计质量的具体措施

建筑工程的一个特点就是受到地理因素的制约与影响，这个特点也导致设计过程中涉及的参数很可能具有一定的特殊性。简单举例有:基本雪压、基本风压、场地土类别、地震烈度等铸锻参数的选取过程都要严格依照《全国基本雪压分布图》《全国基本风压分布图》以及工程地质报告这三份材料进行敲定，又如墙体围护的主材在不同地区存在差异，工程师则需要根据实际选用的主材确定墙体荷载。在开始设计之前，设计人员应当大量收集设计相关资料、深入研究设计规范，根据具体的工程类型、地域条件确定具体参数，这样的做法能够在加强计算结果可靠性的同时，避免参数不合理、参数错误造成的返工、浪费等现象。

建模计算的前期处理是提高结构设计质量的重要措施之一。对荷载的计算要保证准确有效，估计、推测等无依据的做法是需要每个工程师尽可能避免的。建模的过程要严格按照科学的方法来给定输入，楼梯洞口输入处的局部开洞处理，转换层构件与悬挑构件设计中活荷载的不利影响，飘窗部分的荷载分析等都是需要格外注意的步骤。

在尚未了解各个参数具体含义的情况下，毫无依据的对参数进行盲目的修改是结构建模过程中的一个大忌。在调整参数的过程中，要格外注意不同参数的具体适用范围，具体的某一项参数大多具有较为严格的适用性，砖混结构下准确的参数，很可能不适用于框架结构，多层结构下准确的参数，对高层结构的适用性也未必能够保证。对相关计算软件的应用也要注意这个问题。不同的计算理论是具有其特定的假设条件的，软件的编制默认状态下均符合这些特定条件，为了避免出现参数不匹配、不适用的问题，在使用软件前必须了解清楚这款软件的具体技术条件，即使是最熟悉的PKPM软件系列也不能忽略这个问题。缺乏对于软件技术条件的深刻理解，就无法合理、正确的应用软件进行实际设计。因过分信任计算机的计算结果，而忽视结构概念导致的严重错误，近年来在结构设计领域也屡见不鲜。相关领域工作者在必要的情况下要进行手算复核，而不是迷信软件的计算结果，这种情况对于带转换的构件设计工作最为重要。

在结构设计的过程中，建筑物计算分析的结果是为了确保在静力荷载以及自然灾害造成的动力荷载作用下具有较强的整体安全性。然而，仅仅依靠计算分析结果展开的设计，在实际生活中是很难避免荷载作用下建筑物局部开裂、破坏等现象的。针对不同的自然灾害，要进行专门的防护性设计。以地震为例，可以根据工程抗震等级的要求指标，按照设计规范中的具体要求，在结构设计过程中采用必要的构造措施。特别是针对计算性相对比较弱的结构类型时，多数的设计都要求通过构造措施保证建筑的安全性。

五、小结语

通过文章中的分析，概念设计在建筑结构设计的过程中扮演了很重要的角色。除此之外，针对软件计算参数、计算结果的荷载分析、数学建模工作的有效进行，都是提高建筑结构设计质量的好办法。

参考文献:

[1]闵小双.概念设计在建筑结构设计中的意义[J].科技资讯，2006(34)：213．

[2]柳强.王玉玲.浅谈概念设计在结构设计中运用[J].新疆化工，2006(1)：25～27.

[3]王顺卿.谈建筑结构设计中的概念设计[J].山西建筑，2006(8)：39-40．

[4]颜兴强.浅谈建筑结构设计方法[J].沿海企业与科技,2009(5).

概念结构设计的方法和步骤篇（5）

由于并行工程等设计方法和手段的进步，产品概念设计与设计研发中的其他步骤相互串联、反复、交错，但就产品设计前期的概念开发工作而言，产品概念设计依然是一个相对独立的过程。产品概念设计的相对独立性决定了其具有一个较完整的设计过程。从各种方式的调查研究或寻找新科技，得到初步的想法，把想法整理成清晰的要解决的问题。对这些问题提出创造性的解决方案，得到众多的解决方案，即概念设计方案，这时提出的可行的概念越多越好。

（2）虚构模型的选择阶段

制定评判标准，从产生的众多概念中，选择出最好、最可行的方案。概念选择是产品概念设计中非常重要的一个环节。在这一过程中，新产品开发小组中各专业人员要共同工作，并努力达成一致意见。前面步骤产生的众多概念，每个概念从表面上看似乎都能满足要求，但我们必须从中选择出最有发展潜力的概念，进行接下去的设计工作。概念的选择将决定以后工作的方向，正确的方向可以节省时间和开支，而错误的决定则导致时间、人力、财力等资源的浪费。概念的选择是概念的产生和概念的验证密切相关的重复的过程。概念选择进行时可能会激发新的概念产生，对这些新产生的概念，也应该像前面产生的概念一样进行概念选择。

（3）虚构模型的实现阶段

把选择出来的概念细化，做出概念产品或模型。概念的实现是概念设计的第三个步骤。对于企业，产品概念设计一般以概念产品的出现而结束。对于个人或学生由于技术及财力方面的原因要做到这一步就比较困难，往往只能做到概念模型或动画演示，以及对概念设计的详细说明。

概念结构设计的方法和步骤篇（6）

中图分类号：G64 文献标识码：A

1什么是项目教学法

1.1含义

项目教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。其特点是（1）目标指向的多重性。（2）培训周期短，见效快；（3）可控性好；（4）注重理论与实践相结合。

1.2项目教学法实施的一般性过程

（1）确定项目及项目目标。

（2）项目的设计，项目教学法实施的关键。

（3）项目的实施。

（4）项目的评价。

2项目教学法在SQL Server2005数据库开发与设计课程中的具体实施

2.1课程介绍

SQL Server2005数据库开发与设计课程是计算机专业的专业课程之一，其理论性、实践性和应用性都很强，并且相对知识比较抽象，对于中职学生来说，不论是理解还是掌握都有一定的难度。

2.2数据库设计的步骤

（1）需求分析；收集数据库所有用户的信息内容和处理要求，加以规格化和分析，强调用户参与。

（2）概念结构分析；将用户需求进行综合、归纳和抽象，并转化为对象的概念模型（其中最常用的是E-R模型）。

（3）逻辑结构分析；将概念模型转换为数据库所支持的数据模型（如关系模型），并将其优化。

（4）物理结构设计；选定数据库在物理设备上的存储结构和存储方法，如数据表的设计。

（5）数据库实施；这一阶段主要建立数据库，组织数据入库，并进行试运行。

（6）数据库运行和维护。

2.3项目教学法在课程中的具体实施

根据课程特点及项目教学法的实施步骤，主要从以下几个步骤具体实施：

（1）项目确定以及设计

数据库制作有其相应的使用对象，像SQL SERVER语言可以开发的数据库常见的有学校的成绩管理系统，企业的员工考勤系统等等。这一阶段学生主要要完成以下工作：

确定项目以及项目实现目标。学生可以从学校教务科的成绩管理系统入手或者是企业的考勤管理入手。本文以学校的成绩管理为例。

小组协作学习。学生分小组进行，每组7个人，确定组长以及各个组员的分工，并邀请教务科相关负责老师参与其中。

完成SQL设计的第一步骤：用户需求分析。找到学校教务科的相关老师了解学校的成绩管理系统主要要实现那些目标，需要有哪些功能。学生可以通过问卷调查或者是访谈的方式取得对应资料并集合小组意见分析整理。（就成绩管理系统来说，主要涉及到课程、教师和学生三个对象，其中需要实现哪些功能需要具备哪些属性？让学生的探索之后再结合课本知识教师加以点拨）。

结合SQL设计的第二个步骤：概念设计阶段。将前面收集到的用户需求转化为E-R概念模型。将课程、教师和学生其相对应的关系用E-R图表示出来。每个组根据自己收集整理的资料来画出对应的E-R图。先将每个实体的局部E-R图表示出来，再集成E-R图。

（2）项目的实施

①实现SQL设计的第三步骤：逻辑设计阶段。

将前面的概念模型转化为对应的关系模式。并将对应的数据表可以先用EXCEL文档做好。

②实现SQL设计的第四、五步骤：物理设计阶段和数据库实施阶段，主要包含的课程知识点如下：

数据库常用语言T-sql语言介绍以及实现；

创建对应的数据库，并能根据实际需要修改和删除数据库；

数据表的创建、修改和删除以及数据表中数据的添加、修改和删除；

实现数据的基本查询；

创建数据的索引和视图；

程序控制语句的实现；

数据库的安全机制，登陆账号管理，数据库用户管理和角色管理；

数据库的备份与恢复；

数据库的导入导出。

③数据库的实施，运行和维护阶段

让小组学生邀请学校教务管理人员、学生代表以及教师试使用该数据库，在收集到的意见基础上进行改进修正。

（3）项目的评价

小组派代表展示自己的数据库，设定评价量规，实现小组之间互评，老师点评。在项目实施过程中工作态度、实施方法、小组协作分工状况等进行过程性评价。邀请学校教务科相关参与人员以及学生和教师体验者进行综合评价点评。小组成员自己的评价。

参考文献

概念结构设计的方法和步骤篇（7）

二、管理信息系统开发的主要步骤

三、计算机专业所选开发工具和注意事项

四、计算机毕业论文撰写格式

五、毕业论文中正文的写法和注意事项

六、结束语的写法

七、参考文献 列出毕业论文设计中主要参考书籍

八、附录的写法

九、论文评分的能用标准

一、本科学生毕业论文的目的和内容

本科学生在毕业之前必须做毕业论文，其目的是通过毕业论文，让学生独立开发一个具体的计算机应用项目，系统地进行分析总结和运用学过的书本知识，以巩固本科阶段所学的专业理论知识，并给予一个理论联系实际的机会。

为了便于实施和管理，规定网络学院计算机相关专业本科学生毕业论文主要以开发一个管理信息系统为毕业实践的课题，每个毕业生通过独立开发一个具体的管理信息系统，掌握开发一个比整完整的管理信息系统的主要步骤，并从中获得一定的实际经验。

二、管理信息系统开发的主要步骤

管理信息系统开发的主要步骤及各步骤的基本内容如下：

1、 系统分析

主要工作内容有以下几项：确定系统目标，系统可行性分析

2、 系统调查

系统的组织结构、职能结构和业务流程分析。其中系统的组织结构图应画成树状结构。

系统业务流程分析、业务流程图

3、 数据流程分析

数据流程图（系统关联图、顶层图、一层数据流图、二层数据流图）、数据词典、代码设计

4、 管理信息系统的功能设计

系统的功能结构图，每个功能模块的主要工作内容、输入输出要求等。

系统控制结构图

5、 数据库设计

概念模型设计：实体、实体间的联系、E-R图

关系模式设计：E—R图->关系模式的转换规则

关系模式

数据库表设计：数据库表结构

6、 系统物理配置方案

7、 人机界面设计

8、 模块处理概述

9、 系统测试和调试：测试计划、测试用例、测试结果

三、开发工具和注意事项

1、开发工具

开发工具可由学生任选。如Delphi、FoxPro、VB、Access等，这些工具的使用全由学生自学。

2、注意事项

（1）项目开发步骤的完整性（系统需求分析、概念设计、物理设计、系统环境和配置、系统实施以及系统测试和调试等）

（2）每个开发步骤所得结果的正确性（业务流程图、数据流程图、数据词典、HIPO图、E-R图、关系模式、人机界面设计及模块处理等的详细分析和说明）

（3）论文整体结构的完整性（前言、各个具体步骤的叙述和分析、结语、参考文献和有关附录）

（4）提供软件系统的可执行盘片及操作说明书

（5）参考资料（列出必要的参考资料）

四、毕业论文撰写格式

注意： 1．每个步骤都要有文字说明和论述 2．各个步骤必须是有机的组合，不可以支离破碎不成一体。

一、封面

二、摘要 用约200-400字简要介绍一下论文中阐述的主要内容及创新点

三、主题词 用一、二个词点明论文所述内容的性质。（二和三要在同一页面上）

四、目录 一般采用三级目录结构。 例如第三章 系统设计3.1系统概念结构 3.1.1概念模型

五、正文

第一章 前言

简要介绍： 组织机构概况、项目开发背景、信息系统目标、开发方法概述、项目开发计划等。

第二章 系统需求分析

本章应包含：

（1）现行业务系统描述

包括业务流程分析，给出业务流程图。

具体要求：业务流程图必须有文字说明，图要完整、一定要有业务传递的流程。

（2）现行系统存在的主要问题分析

指出薄弱环节、指出要解决的问题的实质，确保新系统更好，指出关键的成功因素。

（3）提出可能的解决方案

（4）可行性分析和抉择

包括技术可行性、经济可行性、营运可行性分析和抉择。

第三章 新系统逻辑方案

针对用户需求，全面、系统、准确、详细地描述新系统应具备的功能。

（1）数据流程分析

最主要的是给出数据流程图，要求满足以下条件：

A．数据流程图必须包括系统关联图、系统顶层图、第一层分解图和第二层分解图组成。B．系统关联图确定了从外部项到系统的数据流和从系统向外部项的数据流，这些数据流在其它层次的数据流中不允许减少，也不允许增加。各层次内部的数据流不受关联图的限制。 C. 数据流应有名字。 D. 外部项和数据存储之间不得出现未经加工的数据流。 E. 数据流程图的分解中，必须保持每个分层同其上层加工中的外部项和输入输出流相一致。 F. 各加工之间一般不应出现未经数据存储的数据流。 G. 数

据存储之间不得出现未经加工的数据流。 H. 数据存储可以分解。 I. 若有查询处理，应在数据流程图中表达。 J. 统计和打印报表不在数据流图中表达。

(2) 数据词典描述

可采用图表格式或较紧凑的记录格式描述 A、若采用图表格式，可只写出数据流、数据元素、加工、数据存储和外部项各一个表。 B、若采用紧凑的记录格式，则应列出全部成分。如数据元素： 编号 名称 存在于 数据结构 备注 E1 入库数

据 F1/F3/F11/F15 入库单号 日期 货号 数量 E2 出库数据 F1/F3/F11/F15 出库单号 日期 货号 数量 C、据流程图中系统顶层图的数据加工都必须详尽写出。

(3) 基本加工小说明

可采用结构化语言、数学公式等描述各个基本加工。

第四章 系统总体结构设计

（1） 软件模块结构设计 A、系统软件模块结构图，并由此导出功能分解图及层次式菜单结构。 B、系统的模块结构应与数据流程图的顶层图的加工一致。

（2）数据库设计 A、应按下列次序阐述各个元素：实体、实体的属性、实体间联系、E-R图、转换规则、关系模式。 B、在介绍实体的属性时，不应包括联系属性，联系属性直至关系模式中才出现。 C、数据流程图中的每个数据存储可隐含于E-R图中的多个实体。 D、 E-R图中的实体要与数据流程图中的数据存储相对应。每个实体要指出实体的标识码（主码）。对每个实体或联系应列出其应有的属性（用列举的方法）。 E、E-R图中至少要有一个多对多的联系。 F、必须严格按照转换规则从E-R图产生数据关系模式集，需要时作必要的优化，并说明理由。 G、对于一对一的联系，只应把任一个实体的主码放在另一个实体中作为外码。 H、一对多联系也可以产生新的关系模式，如要这样做，必须说明理由。 I、多对多联系，或三元联系必须产生新的关系模式。 J、关系模式的个数和名字要与E-R图中的实体和联系相一致。 K.、每个关系模式中要用下横线标出主码，后随的符号“#”标出外码。 L、若有代码对照表可在最后列出，需另加说明。

(3) 计算机系统配置方案的选择和设计

给出硬件配置，系统软件配置，网络通信系统配置（可选）等内容。

(4) 系统总体安全性、可靠性方案与措施。

第五章 系统详细设计

（1）代码设计 基本数据项的代码格式。

（2）人机界面设计 给出人机界面视图（输入输出接口，屏幕格式设计等）

（3）模块处理过程 根据软件环境做不同处理。 可采用脚本、程序流程图、结构化的PDL语言等。

第六章 实施概况

（1）实施环境和工具的比较选择

（2）编程环境、工具、实现与数据准备概况

（3）系统测试概况 主要包括测试计划、测试用例、测试记录。

（4）系统转换方案及实现概况

（5）系统运行与维护概况

六、结束语

（1）系统特色、局限与展望

（2）实施中遇到的挫折、创新、体会与致谢

七、参考文献 列出毕业论文设计中主要参考书籍

序号、书名或文章名、作者名、出版社或杂志名、出版日期或杂志期号。

八、附录

（1） 列出部分有一定代表性的程序代码段

（2） 操作说明书

九、论文评分标准

1、A等

系统正确无误，系统功能完善，设计步骤完整正确，实用性强，有一定的创新性，论文结构严谨，表述流畅。

2、B等

系统基本正确，系统功能基本完善，设计步骤基本完整正确，有一定的实用性，论文结构良好，表述基本流畅。

3、C等

系统有少量错误，系统功能不够完善，设计步骤欠完整，基本上没有实用性，论文结构一般，表述基本清楚。

概念结构设计的方法和步骤篇（8）

为了更好地适应现代化教学，实现高效课堂，我校开展了“助学单”模式下“以学定教，先学后教”的课堂模式探索.所谓“助学单”，就是在学生现有的学习能力的基础上，让学生能最大限度地发挥学习的主体作用，设计编写能帮助学生通过自主学习掌握基础知识、构建知识体系和培养学习能力的学习方案.培养和发展学生自主学习、合作学习的能力，以达到新课程改革的根本任务和目标.那么，我们如何将这一目标任务渗透到初中数学的“助学单”中呢？笔者在设计“助学单”的过程中，做了如下尝试.

一、巧用知识的相似性，培养类比学习能力

数学的学习过程应该是让学生不断发现、不断认知的过程，绝不是教师一味“灌输”，学生“被动接受”“机械模仿”的过程.借助学生已有的知识，通过学生的最近发展区进行新知教学无疑是一种最佳的学习途径.数学教育家波利亚说：“类比就是一种相似.”类比是根据两个对象之间在某些方面的相同或相似点，从而推出它们在其他方面也可能相同或相似的地方.把类比学习的方法渗透在“助学单”中，让学生先对已有的知识进行复习、归纳、总结，并将新学的内容与原有的知识两个数学对象进行比较，找出它们相似的地方，推出这两个数学对象的其他一些属性也有类似的地方，从而使得学生自主探究到新的概念、定理、法则等，进一步培养学生的自主学习能力.

例如，在《解一元一次不等式》的教学过程中，我设计了这样的教学环节.

环节1 解一元一次方程：（1）5x+15=4x-1;（2）2（x+5）=3（x-5）;（3）x+16=2x-54+1.

环节2 归纳：解一元一次方程一般有哪些步骤？各步骤的依据是什么？

环节3 对照上题中解方程的过程，尝试解下列不等式，并在数轴上表示解集.

（1）5x+15>4x-1;（2）2（x+5）≤3（x-5）;（3）x+16≥2x-54+1.

环节4 归纳：解一元一次不等式一般有哪些步骤？各步骤的依据是什么？ 解一元 一次方程和解一元一次

不等式有什么区别与联系吗？

环节5 请根据解一元一次不等式的一般步骤，解下列不等式，并把解集表示在数轴上.

（1）10-4（x-3）≤2（x-1）;（2）y+16-2y-54≥1.

在这一过程中，通过“自主探究，小组讨论”的形式，让学生复习并总结解一元一次方程的一般步骤，通过完全相似的一组一元一次方程和一元一次不等式，让学生类比出解一元一次不等式的一般步骤，并归纳解一元一次方程和解一元一次不等式的区别与联系，进一步加深学生对解一元一次不等式步骤的理解和掌握.通过这一课堂环节的教学，学生不仅获得了新的数学知识，更重要的是学会了如何应用类比学习的方法，将已有的数学知识扩展，得到新的数学知识，从而在数学学习方法上有所突破，真正做到“学有用的数学”.

二、精心设置数学活动，发展合情推理能力

《义务教育数学课程标准》（2011版）提出：推理能力的发展应贯穿于整个数学学习的过程中.推理是数学的基本思维方式，也是人们学习和生活中经常使用的思维方式.推理分为合情推理和演绎推理，合情推理是根据已有的事实、正确的结论（包括经验和实践结果）以及个人的经验和直觉等推测某些结果的推理过程.演绎推理是根据自己已有的事实和正确的结论（包括定义、公理、定理等），按照严格的逻辑法则得到新结论的推理过程.在平时的教学中，我们往往过于注重培养学生的演绎推理能力，忽视了他们合情推理能力的发展.牛顿说过：没有大胆的猜想就做不出伟大的发现.没有合情推理能力的发展，学生在学习中只能照本宣科，无法做到自主性、创造性地学习.那么，我们在“助学单”的设计中，该如何充分考虑利用“自主探究，小组讨论”这一形式的课堂呢？我通过安排一些学生动手操作的活动来实现这一目标，有效地发展学生的合情推理能力.

例如，在《勾股定理》的教学过程中，我设计了如下教学环节.

环节1 在方格纸上画出顶点在格点上的直角三角形.

环节2 分别以你画出的直角三角形三条边为一边，向外作正方形.

环节3 请你计算出三个正方形的面积，并找出它们之间的关系.

环节4 与小组内的其他同学讨论，看他们是否也得到了相同的结论.

在这一教学环节中，学生通过计算面积的方法探索勾股定理，在经历观察、归纳、猜想的过程后，初步发现直角三角形三边存在的关系，并通过小组讨论、合作交流的形式肯定了自己的结论.在这一过程中，学生还通过动手操作、动笔计算、动嘴交流、动脑归纳发展了合情推理的能力.

三、注重概念自主生成，加强逆向思维能力

概念是指人类在认识过程中，从感性认识上升到理性认识，把所感知事物的共同本质特点抽象出来，加以概括，成为概念.概念的自主生成是以学生作为学习的主体，通过学生独立的分析、探索、实践、质疑、创造等方法来达到掌握概念的学习目标.

逆向思维是一种不同于传统思维的思维模式，早在19世纪，逆向思维就作为一种创新性的思维方式在数学研究领域中被得以引申和利用.培养学生的逆向思维，有利于学生从问题的反面深入地进行探索，培养反思与抽象思维的习惯，从而为学生以后学习数学奠定良好的基础.在课堂教学中，有意识设置逆向思维训练，可以激发学生的学习兴趣，提{课堂活力，同时也可以最大限度地挖掘学生内在的创新精神.初中生由于受年龄、智力等方面因素的影响，还不太善于进行逆向思维，因此教师在教学活动中更应注重培养学生正向、逆向双重思维能力.在“助学单”的设计中，我常以概念“自主梳理”为突破，颠覆学生“从左向右”运用教材的概念、定义、定理的习惯，加强他们逆向思维的能力.

例如，在学生自学相反数的概念时，我给出了这样的一组问题：3的相反数是多少？多少是0.3的相反数是什么？-5和哪个数字互为相反数？等等.在学生学习绝对值的概念时，我给出了这样的一组问题：5的绝对值是多少？-5的绝对值是多少？哪个数字的绝对值等于5？等等.

又如，在《一元二次方程》的概念教学中，我设计了这样的教学环节.

环节1 请你自学书本概念，并根据定义写出一个一元二次方程.

概念结构设计的方法和步骤篇（9）

文章编号：1008-0546（2014）12-0009-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.004

学生解决化学问题中的推理方式一般有两种：算法推理和概念推理。某些学生偏向于运用算法推理，某些学生偏向于运用概念推理。多数学生所运用的算法推理是通过记忆和执行一系列程序或计算式来解决问题。概念推理则是在深刻理解与所解决问题相关的核心概念的基础上，通过逻辑推理来解决问题的。事实上，结构良好的算法推理程序也是建立在对科学概念的深刻理解的基础之上的[1]。

例如，定量地分析溶液组成、浓度和化学反应的质量和能量变化的问题。运用算法推理解答，步骤规则清晰、明确，有章可循，易于模仿。然而初学时由于较为抽象，理解困难，需要通过反复练习才能独立地运用。运用概念推理方式，易于理解，但是，没有固定的程序、步骤，推理方法灵活，对思维能力要求较高。例如，下列问题的解决。

例1 溶质质量分数36.5%的浓盐酸，密度是1.19 g・mL-1。

①多少升HCl（标况）通入1.00 L水中，才能得到上述浓盐酸？

②求该盐酸的物质的量浓度。

习题要求用一定体积的气体溶质和已知体积的溶剂来配制一定质量分数的溶液。涉及有关一定质量分数溶液的配制计算，配制摩尔溶液的计算，气体物质的质量、在标况下的体积和物质的量的换算。运用这些计算规则的计算式，通过推理计算，可以解答问题，例如：

也可以利用这些计算式，推演、组合成总的计算式，代入数据，即可解答问题：

依题意，设用V L HCl（标况）通入1.00 L水中，能得到题设浓盐酸，依下式即可求出所需要的HCl体积V（标况下）：

×100%=36.5%

如果运用概念推理的方式解答，从试题的情景出发，第1小题的解答，可以先运用溶液的溶质质量分数的概念，通过类比（见下图），可以求得习题所求的氯化氢的质量。再运用物质的量、摩尔单位和气体摩尔体积的概念，把氯化氢的质量换算成标况下的体积。

第2小题的解答，只要从物质的量浓度概念的出发，求得1L 36.5%浓盐酸（密度1.19 g・mL-1）中所含有的氯化氢的物质的量。

运用算法推理解决问题，需要帮助学生深刻理解相关的核心概念的基础上，形成一系列具有良好结构的规则和程序。如果只靠机械地记忆一系列解决问题的程序来解决问题，知其然而不知其所以然，即使解决了问题，也无助于学生对化学概念和相应的解决问题规则和程序的理解，不能帮助学生提高思维能力和思维品质。例如，运用离子方程式解决有关电解质在溶液中反应的问题就是一例。

化学过程中，物质微观粒子的存在状态，在质和量上发生的变化，可以用化学语言、化学符号或数学模型（通常以计算式或函数图像表示）来表征。因此，可以运用算法推理来推演变化过程和结果，分析和解决问题。例如，解答有关用离子方程式来表示电解质在溶液中的化学反应的问题，教科书在学生初学阶段，给学生介绍离子方程式书写的规则和四个步骤，帮助学生运用算法推理方式来解答问题。这些规则和步骤是：

1.写出反应的化学方程式。

2.把溶于水且完全电离的物质写成离子形式，难溶于水或难电离的物质仍用化学式表示。

3.删去化学方程式两边不参加反应的离子。

4. 检查离子方程式两边各元素的原子数目和离子所带电荷总数是否相等[2]。

一些教师用“写、拆、删、查”概括这四个步骤。帮助学生运用这些规则、步骤，来解决问题，要注意让学生了解规则、步骤是建立在哪些化学核心概念上。离子方程式的书写是以电解质和离子反应的概念、化学反应基本规律为基础，借助化学符号和数学运算形式来表征电解质在溶液中的反应。步骤1的完成，是以正确认识电解质在溶液中实际发生的化学反应为前提;步骤4要求学生牢固地掌握化学反应遵循的质量守恒定律。这两个步骤是化学方程式书写的基本规则。步骤2、3的完成，需要依据电解质电离和离子反应的概念，判断实际参加反应和生成的物质及其在反应体系中存在的状态（离子、分子或固体）。

一些学生没有理解这些书写规则和步骤是建立在有关电解质电离、离子反应的概念上的。只是机械地记忆套用离子反应的四个步骤和规则来解答问题，问题解决过程只是算法的机械操演，没有依据概念进行的逻辑推理。因而会产生许多错误。随意拆、删化学方程式中反应物、生成物的化学式，凭臆断拼凑出错误的“离子”方程式。只有建立在对化学反应、电解质电离和离子反应发生条件等概念深刻理解的基础之上，经过一段时间的学习，就可以熟练地运用概念推理方式，直接写出反应的离子方程式。反之，机械按四个步骤做算法推演，是不可能学好离子反应及离子方程式的书写技能的。

许多教学实例都说明，如果学生运用算法推理解决问题，没有真正感知和理解问题情景中化学事物，不能把化学事物的微观表征和符号表征联系起来，只是孤立地记忆、套用由化学语言、化学符号和数学模型来解决问题，就会产生错误和困难。

当解决的问题情景较为复杂，需要综合运用各种知识和概念创造性地解决的问题，则需要把概念推理和算法推理结合起来。

例如，下面一道问题，没有解答类似问题经验的学生往往难以入手：

例2 已知25℃时，Fe（OH）3 的Ksp=2.79×10-39。求该温度下反应 Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K。

不少没有解答过类似问题的学生，觉得解决问题难以入手。有的教师告诉这些学生，利用溶度积的计算式和水的离子积常数的计算式，做数学变换，就可以轻易解答：

25℃时，Fe（OH）3 Ksp=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.79×10-39，

c（H+）×c（OH-）=Kw=1×10-14;

因此，反应Fe（OH）3+3H+Fe3++ 3H2O的平衡常数：

K====2.79×103。

学生运用上述算法推理，可以解决问题。但他们不理解上述算法的推理的基础，即，不知道解答思路是怎么“想”出来的。即使解答了问题，对化学概念的理解并未得到提高，分析解答问题的能力也没有得到提高。只有帮助学生意识到，在Fe（OH）3 的浊液中存在Fe（OH）3 的溶解平衡和水的电离平衡，加入酸溶液，引入了Fe（OH）3和H+离子反应的平衡体系。一定条件下，反应液中三种平衡体系达到平衡状态，c（H+）、c（OH-）、c（Fe3+）的数值都是定值，且同时满足三个平衡体系的平衡常数计算式。因此，可以从水的离子积和Fe（OH）3溶度积的计算式，通过简单的代换，运用相同温度下水的离子积、Fe（OH）3的溶度积，求得Fe（OH）3和酸反应的平衡常数。

只有揭示出算法推理方式的基础，即算法推理所依据的科学概念，帮助学生理解化学事物的符号表征和微观表征的关系，才能让学生获得顿悟，更深刻地理解、更牢固的掌握算法推理的规则和程序。同时，提高学生运用概念推理方式解决问题的能力。

中学化学学习中，有关电解质混合溶液中的离子浓度大小的分析，对高中学生来说是比较困难的问题。因为它的分析解答，需要的认知即推理方式较为复杂。混合溶液中各组分电解质的组成、浓度、电离程度，混合溶液的pH、温度，各组分间的相互作用（包括某些盐类的水解反应）都是影响离子浓度的因素。要依据问题情景，抓住主要矛盾，做周密的分析、推理不容易。为了帮助学生应付这类习题和试题。不少老师，补充了大学分析化学有关电解质溶液组成的三个算法推理规则（物料守恒、电荷守恒、质子守恒），用大量范例和练习做解题训练。其实，这些结构良好的算法推理也是建立在对科学概念的深刻理解的基础之上的。教学中应该研究怎样在不增加学生学习负担的基础上，帮助学生理解、掌握电解质溶液组成相关概念。

对电解质溶液离子组成进行定性、定量分析的问题，应该在理解并熟练掌握有关电解质电离、离子反应、水的电离、盐的水解原理等知识的基础上，帮助学生形成下列核心概念，提高运用核心概念进行逻辑推理和逻辑判断的能力。

①认识电解质的水溶液中一定存在强电解质的电离、水的电离平衡、弱电解质的电离平衡。如果溶液中存在能发生水解的盐，还存在盐的水解平衡，分析一定浓度的电解质溶液中的离子组成和浓度关系，要全面考虑这些影响因素。

②几种电解质同时溶解于水中，或者几种电解质溶液的混合，可能发生反应。要注意分析是否发生反应。若有反应发生，要依据反应后得到的溶液的组成来分析溶液的离子组成和离子浓度大小关系。

③知道不论电解质在溶液中发生什么变化，电解质溶液总是呈电中性的，阴、阳离子所带正、负电荷总量一定相等。比如，NaHCO3 溶液中一定有：

c（H+）+c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（OH-）

④知道电解质溶液中，组成该电解质的各元素的原子总数不会发生变化。即，某一组分的原始浓度应等于它在溶液中以各种形式存在的离子和分子得浓度总和。如，在NaHCO3 溶液中一定有：

c（HCO3-）+c（CO32-）+c（H2CO3）=c（Na+）

⑤认识电解质溶液中水以及电解质所得到或失去质子（H+）的总的物质的量是相等的。

如，在NaHCO3 溶液中一定有：c（H+） +c（H2CO3）= c（CO32-）+c（OH-）

又如，在H3PO4溶液中有：

c（H+）=c（H2PO4-）+ 2c（HPO42-） + 3c（PO43-） +c（OH-）

学生牢固地掌握了这些概念，离子浓度的分析，就不是难事。如下述问题的解答。

例3 下列有关电解质溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是（ ）

A.在0.1 mol・L-1 NaHCO3溶液中：

c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（H2CO3）

B.在0.1 mol・L-1 Na2CO3溶液中：

c（OH-）-c（H+）=c（HCO3-）+2c（H2CO3）

C.向0.2 mol・L-1 NaHCO3溶液中加入等体积0.1 mol・L-1 NaOH溶液：

c（CO32-）> c（HCO3-）> c（OH-）>c（H+）

D.常温下，某CH3COONa和CH3COOH混合溶液，已知pH=7，c（Na+）=0.1 mol・L-1，则：

c（Na+）=c（CH3COO-）>c（CH3COOH ）>c（H+）=c（OH-）

（答案：B D）

运用上述核心概念，通过概念推理方式，可以顺利解决问题。

0.1 mol・L-1 NaHCO3溶液中，HCO3-在溶液中存在水解与电离两个过程。NaHCO3溶液呈弱碱性，HCO3-电离程度很小，HCO3-在溶液中水解程度大于电离程度，水解产生的H2CO3多于电离产生的CO32-，因此有： c（HCO3-）>c（CO32-）;c（H2CO3）>c（CO32-）。可判断，选项A c（HCO3-）>c（CO32-），符合题意，而c（CO32-）>c（H2CO3），不符合题意。

若依B项所设，0.1 mol・L-1 Na2CO3溶液中，c（OH-）=c（HCO3-）+2c（H2CO3-） + c（H+），则说明溶液中的c（OH-）（即水失去氢离子的产物）等于CO32-转化为HCO3-和H2CO3所结合的氢离子浓度、溶液中尚存在的自由氢离子浓度的总和，符合事实。因此，该项符合题意。

选项C，向0.2 mol・L-1 NaHCO3溶液中加入等体积0.1 mol・L-1NaOH溶液，所得到的新溶液相当于0.05 mol・L-1的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的混合液。因为Na2CO3的水解程度大于NaHCO3，由于水解，CO32-离子浓度的降低大于HCO3-离子浓度的降低。因此，应有下列关系：c（HCO3-）>c（CO32-）> c（OH-）>c（H+）。选项C中，c （CO32-）> c（HCO3- ）错误，该项不符合题意。

选项D设定情景是常温下，pH=7、c（Na+）=0.1 mol・ L-1的CH3COONa和CH3COOH混合溶液。因为溶液中只存在Na+、H+、OH- 、CH3COO-四种离子，存在CH3COO-离子的水解平衡和CH3COOH的电离平衡。电解质溶液中阴阳离子所带正负电荷总量总是相等的，常温下溶液pH=7，则有c（H+）=c（OH-）=1×10-7 mol・L-1，且c（Na+）=c（CH3COO-）=0.1 mol・ L-1。因为，CH3COOH电离程度大于CH3COO-的水解程度，而混合溶液仍然呈中性，可见混合溶液中，应有

c（H3COO-）>c（CH3COOH）。因此，该选项符合题意。

概念结构设计的方法和步骤篇（10）

1．1 中学数学中的算法概念

“算法”属于逻辑数学的一个基本概念，不能用简单的概念来给它正式下定义，只能像其他数学范畴一样，直接从经验中抽象出来．《新课标》中提出“通过对解决具体问题过程与步骤的分析（如，二元一次方程组求解等问题），体会算法的思想，了解算法的含义”，学生“通过模仿、操作、探索，经历通过设计程序框图表达解决问题的过程”，“经历将具体问题的程序框图转化为程序语句的过程，理解几种基本算法语句”．中学阶段，要让学生能够感受到，算法是指完成一个任务准确而完整的描述，算法是确定计算过程，从可变的初始数据导出所要求的答案的准确指令．中学数学中介绍了算法的基本逻辑结构；顺序结构、条件结构和循环结构，理论上任何复杂的算法都可以用这三种基本逻辑来实现．中学数学还介绍了算法的主要描述方法：自然语言、程序框图和程序语句，其中程序框图使学生认识算法步骤式更直观和更准确．三种基本逻辑结构与程序框图是学习算法的重点．

1．2 中学数学中的算法思想

《新课标》中指出“算法是高中数学课程中新内容，其思想是非常重要的，但并不神秘”，其实在小学数学中，就出现了加法算法、减法算法，以及求最大公约数等等这样一些简单的算法．在中学数学中设置算法的学习，其目的除了要求中学生进一步学习必要的算法知识外，更重要的目的是让学生理解和提炼算法思想．《新课标》明确提出“本模块的主要目的是使学生体会算法的思想，提高逻辑思维能力．不要将此部分内容简单处理成程序语言的学习和程序设计”，因此要抓住“算法思想”这条主线，重点培养学生利用算法来解决问题的思想意识．

算法思想虽然没有一个明确的定义，但是在中学数学中，我们可以认为算法思想就是指把某些或某类数学问题的解题步骤或解题过程“程序化”、“机械化”的思想方法，也就是解题的每一个步骤是“明确”的，整个解题过程是“通用”的，甚至是“机械”的．比如：

例1 解一元二次方程ax2+bx+c=0 (a≠0)时，我们的解题过程可以设置为如下“程序”：

当然，理解好中学数学中的算法思想，首先要理解数学“机械化”的重要意义，吴文俊强调“数学机械化方法的应用，是数学机械化研究的生命线”．以算法为核心的“机械化”思想，体现了数学的通用化、机械化和程序化思想，可以化难为易，化繁为简，为各类实际问题的解决提供框架．在当今信息时代，脑力劳动的机械化已经成为提高生产力水平的重要手段．其次必须理解算法思想的基本特征：一是解题步骤的确定性，每一步骤的描述必须是确定的，不能产生歧义；二是解题步骤的有穷性，问题必须在有限的步骤内解决完成，过于繁多的步骤没有实际意义；三是解题步骤的可行性，每一个解题步骤要确保能够操作；四是解题结果的完成必，严格执行解题步骤，最后确保有结果输出．

2 将算法思想渗透在中学数学中

在中学数学课程中，许多数学问题都蕴含了丰富的算法思想．《新课标》明确指出“算法除作为本模块的内容之外，其思想方法应渗透在高中数学课程其他有关内容中，鼓励学生尽可能地运用算法解决相关问题”．可见，注重算法思想与中学数学课程的整合，将算法思想渗透在中学数学课程中，鼓励学生运用算法思想解决相关问题，是中学教师和学生应该积极探讨的一个课题．

2．1 在数学基本概念和公式的学习中渗透算法

思想公式是指用数学符号表示各个量之间的一定关系（如定律或定理）的式子，在中学数学教材上明确给出了许多数学公式，比如数列求和公式、排列组合公式、三角公式、距离公式、夹角公式、面积和体积公式、求期望和方差的公式以及直线位置关系的判断公式等等．数学公式本身就是一种算法，输入已知量，由公式能够直接而迅速的得到待求的量．除此以外，某些数学概念定理也可以发掘出算法思想．

例2 已知函数f(x)在R上是偶函数，且周期为2，当x∈［1,2］时，f(x)=2-x，则

f(-2003.5)的值是（）．

从上可以看出，我们用到了循环累加x=x+2和累减x=x-2，也许看起来这种累加或累减显得过于麻烦，但是它形象地刻画了周期函数，并且这种重复单调的事对计算机来说显得简单．我们用算法的思想去认识数学中的概念和公式，除了一方面在数学基本概念和公式的学习中，适时渗透算法思想，另一方面还应该用算法思想去认识数学中的许多公式、定理和概念．

2．2 在典型案例的解法中渗透算法思想

中学数学中有许多具有典型性和实用性算法案例，比如《算法》这一章所列举的二元一次方程组的解法、二分法求方程的近似解、阶乘以及数列求和等等都是生动有趣的算法例子．在中学数学的学习中，我们要细心地去发现和利用好这样一些案例，并以此为生动的载体，帮助学生进一步理解算法的本质，体会算法思想．比如蒙特卡罗（Monte Carlo）方法的使用．

例3 天气预报说，在今年的三天中，每一天下雨的概率约为40%，这三天中恰有两天下雨的概率是多少？

分析：这是一个概率问题，如果运用蒙特卡罗（Monte Carlo)方法，即计算机随机模拟方法来解决这个问题，其算法可以设计为：设共做n次独立试验，被模拟的事件发生了m次．

用蒙特卡罗方法（即计算机随机模拟方法）来解决实际问题，是信息技术与数学方法服务生产实践的一个典型方法．上述算法给出了用计算机随机模拟方法来解决实际问题的一般过程，有普遍的代表性．

2．3 在同类问题解题策略中渗透算法思想

中学数学中有许多问题在解决思路和方法上具有很强的共性，并且其解题过程的“步骤性”也很明显．我们可以将这些问题归类，将解题过程有“条理性”的表达出来，设计通用的“算法”，整个“算法”过程的设计要按照一定的步骤、一定的思维方式进行．当遇到同类问题时能够立刻套用，提高问题解决速度，同时可以通过这种“算法”的设计和掌握来培养学生做事的条理性和规范性．

例4 （2007年全国高考文科）设函数

f(x)=2x3+3ax2+3bx+8c在x=1及x=2时取得极值．（Ⅰ) 求a、b的值；

（Ⅱ） 若对于任意的x∈［0,3］，都有f(x)＜c2成立，求c的取值范围．

分析：用导数法讨论三次函数的性质，是高中数学中常见的题型，其解法“步骤性”很强，可以将算法归纳如下：

这里特别要注意的是要搞清解法与算法的联系和区别：算法与解法都是解决数学问题的程序和步骤，但是算法是针对某一类问题，算法较解法具有更强的代表性和普遍性．算法以解法为基础，在其基础上归纳出解决某一类问题的程序或步骤．

算法思想在中学数学中的渗透，还可以解决实际问题、阅读数学文献以及通过与信息技术的整合等等方法来实现和加强．算法对中学数学来说是初次引入，如何把握知识的标高，特别是如何在整个中学数学的教学中和知识体系中渗透算法思想，对广大数学教育工作者来说，还需要作进一步的深入探索．

参考文献