概念设计探究论文

摘要：通过APOS理论指出数学概念的获得要经历活动、程序、对象、图式四个阶段，为教学提供了理论依据.本文是基于APOS理论下《函数的零点与方程的解》的教学设计，旨在探讨如何更有效地促进学生学习数学概念。下面小编整理了一些《概念设计探究论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

概念设计探究论文 篇1：

建筑结构设计中的概念设计探究

摘要：在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。本文就针对建筑结构设计中关于概念设计的重要意义、原则、要求和应用范围作了一一阐述，针对目前建筑结构设计当中墨守成规的现象，建议提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性，推动结构设计的发展。本文纯属个人的一些见解，仅供同行参考。

关键词：建筑结构设计；概念设计；探讨

一、前言

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进的计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者，先进科学技术在结构设计中的应用推广，必将使结构概念设计得到大幅度的应用和广泛接受，现阶段限制其发展的一部分原因是因为工程师自身对其理论基础掌握的程度不深，另外是结构概念设计需要丰富的工程设计经验。并且，设计师自己对整个工程整体结构的理解和分析判断，对整个结构概念设计的整体系统有着很大的影响，这对设计者本身的要求有很大程度上的要求，只有不断的汲取先进的设计理念和学习相关科学知识，锻炼创造创新能力，才能提高结构概念设计的整体水平。

二、概念设计的重要意义

所谓的结构概念设计是指不经过数学计算，依据整体结构体系与分系统之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度出发，来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。这就要求工程师在进行方案设计时，对要设计的建筑结构进行具体的整体环境分析，包括风力温度对场地影响、场地的土地结构特征等，加上对建筑设计的基本概念的深度理解，在考虑承载力、刚度、等得基础上，运用合理的思维方式和思想方法进行整个总体系和分体系的结构设计。通过这种方法得到的方案往往具有较清晰正确的概念和定性，减少了在后期设计阶段出现的一些繁琐的数据计算，具有一定的经济可靠性，同时运用概念性的估算方法，可以迅速有效的在建筑设计阶段进行结构体系的完整构思，选择方式多样，便于计算。

现在在进行许多结构设计时，往往存在许多不可计算性的结构设计，比如内应力的计算是根据弹性理论方法进行的，而截面的设计确实根据塑性理论方法进行的，这两者的矛盾就使得在计算时不管采用哪一种方法都会造成另一种实际状态的偏差，这是概念结构设计显得十分重要，它是从结构设计的整体出发，综合考虑，所以能够较为客观的、真真实的反应构架的各方面性能。在设计初步阶段，许多地方是不能通过计算机演算得来的，这就要求设计师综合运用结构概念，并根据经验灵活的运用达到设计要求。

三、概念设计的原则

概念设计的是根据结构设计的基本理论实践知识作为行为指导的，离开理论知识，概念设计就会出现无标准或者变成纯粹的个人主观设计。同时概念设计需要凭借先进的设计方法和设计工具，从各个方面考虑方案的可实施性和合理性，要与理论基础相结合，并且使总体系和各个分体系遵守的原则相融合。结构概念设计一般遵循以下三个原则：

1、 合理选择结构方案原则

最终实施的设计方案必须满足经济安全合理的设计原则，概念设计所得的方案可能会有很多种变化，但是选择其中最切实可行最经济合理的方案是概念设计的一大原则和难点。在考虑方案的可行性时要多方面的综合分析对比，包括对工程的地理环境、材料质量等都应当做出中和评估，并与各个环节的专业人员相互协调最终确定结构设计方案。

2、 精选结构简图原则

结构概念设计要建立在结构设计的理论上，其估算方法是通过计算工程简图的方法进行分析的。选择恰当的工程简图是将结构概念设计准确安全的重要条件，选择不适当的简图会造成概念设计时的片面依据，而出现结构的设计失误，出现工程质量问题。所以工程简图的误差必须控制在允许误差的范围之内，并且在选择简图时要严格审核分析。

3、 准确分析计算结果原则

现在市面上使用的设计计算软件种类繁多，且每种软件的计算结果也不相同，就加大了设计计算时的难度，设计师应当根据设计的具体要求结合不同软件的程序设计原理和技术条件慎重选择，使用最合适的软件，精准计算结果。

四、 概念设计的要求

除了以上三点基本原则外，概念设计中一般还有以下几点要求。

1、 选择合适的基础方案

综合考虑工程地段的地质条件，建筑顶部的结构类型和可能受到的风力、地震力等水平或其他荷载作用，分析選择合适的经济的基础方案。在地基的设计方案中，要最大程度上发挥因地制宜的特点，要进行详细的地址勘察，也可参考地段所在地区的其他临近建筑物相关资料，一般来说统一结构单元采用相同的结构类型。

2、 采用合适的建筑结构布局

建筑物的力学性能尤其是动力性能取决于整个建筑物的建筑结构布局。实践经验表明，规整、简单、对称的房屋建筑布局同比的抗震能力强，而且这样的布局设计简单，容易计算，并能够准确把握其抗震反应，通过对地震作用的传递途经分析，能更好的采取抗震防护手段和进行具体的细致的布局处理。

3、 确保建筑结构的整体性

在概念设计时，保证结构的连续性是对整个构件的抗震性能概念设计的重要部分。

五、 概念设计的应用范围

建筑结构设计中，对于水平荷载、水平侧移、结构延性及连续性上可以应用概念设计的方法进行更科学、有效的设计。水平荷载是建筑结构设计中所考虑的决定性因素，有风力和地震力两方面。在水平均匀荷载的作用下，垂直平面的结构构件的弯矩和设计建筑的总高度为二次平方关系，所以在进行建筑结构设计师，为了确保使风的荷载能够畅通的通过建筑的表面，即受水平荷载作用的限制，建筑总高度和建筑平面的形体形状的设计就可以通过概念设计的应用，减少此步骤的繁琐计算，当然，结构设计的计算也不能轻视，它能够保证单个构件以致整体结构的安全。

水平侧移是指在水平荷载的作用下建筑各个高度层都会发生不同程度的水平侧移，例如，在风力的作用下，建筑结构的顶部的侧移量和建筑物高度的四次方成正比关系；当受到地震力的作用时，这种侧移会更加明显，当侧移量超过一定范围后，会引起顶部结构的失稳甚至倒塌，或者因为水平侧移的作用，建筑结构会出现不同程度的破坏或裂纹等，影响建筑结构的耐久性和正常使用。

结构的延性是指当结构构件受到力的作用时，构件发生屈服变形，由于构件的塑性变形存在，作用力产生的效果会通过构件的塑性变形而被缓解，不至于出现建筑构件的倒塌，这种的能力。而构件的连续性是指当构件的连接处的受力方向突然改变时，会使应力突然集中，而构件的延续性能够减小这种内应力，是应力均匀分布，不至于太集中，从而降低材料因为应力集中而出现材料耗损，进而更好的发挥材料本身的性能。

六、 总结

结构设计是建立在经济、安全、美观、适用、便于施工的建筑结构设计的原则上，结构设计不能损坏建筑设计，同时建筑设计业必须在结构设计的能力范围之内，结构概念设计的提出在满足这些结构设计的基本要求外，很大程度上丰富了设计理念，并以其独特的形式特点受到越来越多的设计师及学者的亲睐和推广。

参考文献：

【1】戴国莹，李德虎.建筑结构设计若干问题.建筑结构.2009

【2】高立人，王跃.结构设计的新思路 — 概念设计.工业建筑2009

【3】戴达行，浅谈我国小高层住宅结构概念设计.知识经济.2011

作者：李志高 张冰伟 贾伟学

概念设计探究论文 篇2：

APOS理论视角下《函数的零点与方程的解》概念教学设计探究

摘 要：通过APOS 理论指出数学概念的获得要经历活动、程序、对象、图式四个阶段，为教学提供了理论依据.本文是基于APOS理论下《函数的零点与方程的解》的教学设计，旨在探讨如何更有效地促进学生学习数学概念。

关键词：APOS 理论;概念教学;教学设计

一、APOS理论概述

美国数学教育家杜宾斯基（Ed Dubinsky） 等人提出了APOS理论，它阐述的是：个体在解决所感知的数学问题中获得数学知识的过程，依序建立了心理活动（Action）、程序（Process）和对象（Object），最后形成了图式结构（Scheme），取这4个阶段英文单词的首字母，称其为APOS理论，APOS 理论是对皮亚杰的反思抽象的一种扩展。首先“活动”是个体通过一步一步地外显性的指令去变换一个客观的数学对象，以感受数学概念;“程序”阶段，是在“活动”被个体熟悉后，内化为一种被称为“程序”的心理操作，对概念的抽象化和符号化;当个体能够把“程序”当做一个整体进行操作时，这一程序就变成了一种心理“对象”;而数学概念的“图式”是指由相应的“活动”、“过程”、“对象”以及与某些一般原理相联系的其他“图式”所形成的一种个体头脑中的认知框架，它可以用于解决与这个概念相关的问题。

二、基于APOS 理论的教学教学设计

APOS理论是依据数学学科特点建立的教学理论，不仅揭示了学生在学习中构建数学概念的层次，而且为教师的数学教学提供了具体的教学策略。下面以人教版高中必修第一册《函数的零点与方程的解》的教学设计为例来说明。

（一）活动阶段——感知函数零点，从特殊到一般

“活动”是指个体通过一步一步的外显性指令去变换一个客观的数学对象，即通过对简单的一次函数图象与x轴交点和对应方程的解关系的思考来感受函数零点的定义，从而自然地得到函数零点的定义，对函数零点的判断有初步的理解，故可教学设计如下：

问1：y=2x-3表示什么？（函数）

问2：这个函数图象能否画出？

注：师画出函数y=2x-3图象为一直线，与x轴交点坐标为 （3/2，0）

问3：3/2怎么来的？

（令y=0，即2x-3=0，则x=3/2（板书））

师：3/2是方程2x-3=0的解，是函数y=2x-3图象与x轴交点的横坐标，也使得函数值为零，我们称为函数的零点.这就是今天要学的函数的零点与方程的解（点题，板书）

（二）程序阶段——形成函数零点的一般化定义

“程序”阶段，是在“活动”被个体熟悉后，内化为一种被称为“程序”的心理操作。即是对零点概念的抽象化，符号化，从特殊的一次函数拓展到一般的函数，真正理解零点的定义，并能对函数零点，函数图象与x轴交点横坐标，以及方程的解之间进行转化，形成类似于“程序”的反应，具体设计如下：

（接上面对零点的理解，可将其一般化）

问1：对于一般的函数f （x），其零点该怎么定义？

定义：对于函数f （x），我们把使f （x）=0的实数x叫做函数y=f （x）的零点。

问2：从函数图象上怎么描述函数的零点？

师：函数y=f （x）的零点就是方程f （x）=0的实数解，就是函数y=f （x）的图象与x轴交点的横坐标。

师：函数零点是使函数值为零的实数x，不是点坐标。判断一个函数是否存在零点，可转化为看对应方程的根的情况，也可转化为函数图象与x轴交点的情况。三者可相互转化，零点的个数就是根的个数，也是交点的个数。

问3：方程lnx+2x-6=0是否有根？

分析：方程lnx+2x-6=0为超越方程，学生并不会求解，因而无法直接求方程的根来判断是否有根，此时考虑利用该方程对应函数是否存在零点以求解.然而函數f （x）=lnx+2x-6其图像，学生又不会做，只能通过描点作图的方法进行大致估算，那么有无更优的求解方法呢？

（三）对象阶段——深化理解函数零点的判定

当个体能够把“程序”当做一个整体进行操作时，这一程序就变成了一种心理“对象”。由此探究函数零点存在的判定，并对定理进行辨析，此时“程序”已经被“压缩”成一种“对象”，即已要求学生把函数零点当成对象，深化理解函数零点的判定。具体教学设计如下：

问1（探究）：函数y=f （x）在区间[a，b]内是否存在零点？（以曲线代表函数图象，动手画一画，函数必须满足什么条件才一定会有零点？）

分析：（1）当函数图象的两个端点在同侧时，即两个函数值分居x轴同一侧（f （a） f （b）>0）能否满足？

（2）当函数图象的两个端点在异侧时，即两个函数值分居x轴上下两侧（ f （a） f （b）<0）能否满足？

（3）函数有零点，意味着图象穿过x轴，那么函数图象能否断开？

问2：你能否总结一下函数零点存在的条件是什么？

函数零点存在性定理：如果函数y=f （x）在区间[a，b]上的图象是连续不断的一条曲线，并且有f （a） f （b）<0，那么，函数y=f （x）在区间[a，b]内有零点，即存在c∈（a，b），使得 f （c）=0，这个c也就是方程f （x）=0的根。

思考：

（1）定义域[a，b]能否改为开区间（a，b]？（不能，如图1）

（2）开区间（a，b）能否改为[a，b）？（不能，因为零点可在x=0取到，如图2）

（3）得到的零点是否唯一？（不唯一，如图3）

（4）有零点一定能推出 f （a） f （b）<0？（不一定，如图4）

（5）如果f （a） f （b）>0，就没有零点？（不一定，如图4）

（四）图式阶段——巩固函数零点

一个数学概念的“图式”是指由相应的“活动”、“过程”、“对象”以及与某些一般原理相联系的其他“图式”所形成的一种个体头脑中的认知框架，它可以用于解决与这个概念相关的问题。故在本节教学设计的最后，以下面例题为例，对所学的零点的概念和零点存在性定理进行巩固，以期望学生达到“图式阶段”。法一是学生学过的知识，通过化归与转化，把一个函数的零点个数转化为两个函数交点的个数，学生较易理解。法二是利用函数零点存在性定理判断零点是否存在，但无法判定零点的个数。由此增加一个条件即函数在该区间是单调的，那么零点唯一。这是对零点存在性定理的补充，更是一种升华。

例 求方程lnx+2x-6=0解的个数

法一：解：∵lnx=6-2x，

∴lnx+2x-6=0解的个数等于函数y=lnx与y=6-2x交点的个数，如图函数y=lnx与y=6-2x有1个交点，则lnx+2x-6=0有1解。

法二：解：令函数f （x）=lnx+2x-6，

f （2）=ln2+4-6=ln2-2<0，

f （3）=ln3+6-6=ln3>0，

故函数f （x）=lnx+2x-6在（2，3）上有零点，

且函数f （x）在定义域（0，+∞）上是单调递增函数，

则函数f （x）=lnx+2x-6有唯一零點，故lnx+2x-6=0有唯一解。

（利用计算机可做出f （x）=lnx+2x-6图象图）

教师归纳补充：如果函数y=f （x）在区间[a，b]上单调且其函数图象是连续不断的一条曲线，并且有f （a） f （b）<0，那么，函数y=f （x）在区间[a，b]内有唯一零点，即存在c∈（a，b），使得f （c）=0，这个c也就是方程f （x）=0的解。

结束语

从数学学习心理角度分析，APOS四个理解数学概念阶段是合理的，教学过程是高效的，反映了数学的本质特征，再现学生真实的思维活动。首先，通过活动让学生感知数学概念;其次是学生经过多次“活动”后进行思考，对数学活动进行抽象化，符号化;其次学生反复利用“程序”是实施活动，就将程序压缩为“对象”。“图式阶段”是通过一系列巩固应用，使学生在头脑中形成综合的心智结构。通过实际的教学，也验证了该理论确实能够有效地促进学生学习数学概念。

参考文献

[1] 鲍建生、周超.数学学习的心理基础与过程[M].上海：上海教育出版社，2009.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中数学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[3] 中学数学课程教材研究开发中心.普通高中教科书数学必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019.

作者：何雪芬

概念设计探究论文 篇3：

初中物理浮力概念教学设计探究

摘要：浮力是流体静力学的基础知识，也是初中物理教学的重点。大多数学生对这部分感兴趣，但很难学。作为初中物理学习的转折点，教师应采用探究式教学模式，提高课堂教学效率，加深学生对物理概念知识和规律的理解。本文基于探究式教学模式，以初中物理浮力單元知识为例，对于如何进行系统的教学设计和不同实验教学方法的应用做简要分析。创新点在于思想实验在物理教学中的运用。

关键词：初中物理;浮力概念知识;实验教学

一、阿基米德原理教学设计

在教学引入阶段，教师可以通过介绍古希腊学者阿基米德鉴定皇冠的故事引入课题，也可以通过简短的视频动画吸引学生的注意力，激发学习兴趣。

在进入到正式教学过程当中时，教师通过第一个演示实验来引导学生进入状态。首先将一个鸡蛋放入水中，鸡蛋下沉，然后向水中加入食盐并搅拌均匀，观察鸡蛋的变化。该步骤旨在说明物体所受到的浮力与液体的密度大小有关;接着教师让一个学生将一个空瓶向下慢慢压入水中，问一问他的手有什么感觉，此时的瓶子所受浮力是否变化？在第一个演示实验结束后，进行第二个演示实验。通过前一个实验可以发现，当我们在将空瓶子向水中下压时，手可以感觉到一个明显的向上力，而且手越往下压，这个力越大。这个实验说明了浮力的大小与排开液体的体积有关，进而提出问题引出下一个教学环节：对于物体所受浮力大小与排开液体的多少，这两者之间是否会存在一个定量关系？浮力大小與排开液体重力之间又是否存在一定关系？众所周知，体积与密度相乘，所得是物体的质量，据此是否可以做一个大胆猜想，假设浮力大小与物体排开液体重力大小是相等的。顺势进入到实验环节，采用示重法来测量物体所受浮力，通过实验得到物体所受浮力与物体排开水的重力，总结结论：浸泡在液体中的物体受到向上浮力的大小与被它所拍开液体受到的重力相等，这便是阿基米德原理。

二、物体的浮沉条件及应用教学设计

同上述内容一样，演示实验可以很顺利地引出即将要讲解的知识内容，并且顺势地过渡到引导教学环节，学生在观察实验的过程中也能够获得很好的学习体验。

在探究物体的浮沉条件及应用中，教师可以准备两个体积相同的铁块与蜡块，将其同时浸入水中，松手后让学生观察现象，并对学生提出问题：浸没在水中的两个物体分别受什么力？所受的力是否相等？既然相等，为什么铁块下沉，蜡块上浮？由此引出本课课题——物体的浮沉条件。

在进行相关演示实验后，引导学生观察水中的物体沉浮情况，从而画出物体的受力示意图，再经过实验、讨论与交流的过程，得出物体的浮沉条件，并归纳：当F浮G时，物体所受合力为零，物体便会悬浮于液体中，或漂浮于水面上。

除此之外，教师还可以运用阿基米德原理来引导学生对物体的沉浮条件进行分析。比如当ρ液<ρ物时，F浮ρ物时，F浮>G物，物体可以在液体中上浮，最终达到漂浮状态。

最后，物体浮沉条件的应用，教师可以让学生通过学习物体浮沉条件，来自然地过渡到生活当中，比如自制潜水艇模型，引导学生分析物体浮沉条件。或者引导学生用橡皮泥来进行实验，感受轮船的制造原理。

三、运用思想实验分析浮力教学中的疑难

思想实验指的是在特定条件下，受客观条件所限，只能依靠科学原理在思想中借助逻辑推论来进行的实验活动。在此以“浮冰”问题为例，做简要分析。

浮冰问题对于初中生来讲，比较抽象，所以通过思想实验来让学生对浮冰的液面变化形成深刻理解。所谓“浮冰”问题，即水面上漂浮一块冰，在冰块融化之后，液面会如何变化的问题。实验是真正搞懂一个物理规律最直接有效的方式，教师可以采用启发→引导→探究的教学模式，通过任务驱动结合图示，来让学生进行思想实验，最终借助逻辑推理发现实验现象，从中得出问题答案。

教师创设一个情境，控制容器中的水保持静态不动，待等到取出浮冰的瞬间，容器的水面会形成一个凹面。根据物体排开液体体积定义，该凹面的容积即等于浮冰排开水的体积，可以根据二力平衡条件来求此体积。接着，将取出后的浮冰融化成水，根据冰融化过程当中质量不变原理，算出它的体积。最后，将浮冰所化成的水导入容器，比较V水与V排大小，判断凹面是否被填满，最后推断出答案。

与常规的教学过程相比，思想实验方法可以让学生经历浮冰问题中冰块变化的具体过程，从而理解V排的物理意义，这对于提高学生的空间想象和逻辑思维能力有着促进意义。学生在掌握思想实验方法后，再遇到此类问题便会自主地加以运用，摒弃套用公式的旧方法。

综上所述，教师想要让学生更加深入地了解和把握物理知识，就应该注重实验教学，发挥实验教学的真正功能。从制作教具、演示实验和分组探究实验着手，激发学生的学习探究兴趣，充分调动其课堂参与积极性，在自主探究、操作、观察、思考、交流、分析等过程中解决疑难，发现物理知识。

参考文献

[1] 姚凤.基于新课程背景下初中物理浮力相关知识的教学探讨[J].新课程·中学，2018，（1）：28.

[2] 范明建.新课程背景下分层教学法在高中物理课堂的应用[J].教育界：综合教育研究（上），2017，0（5）.

[3] 梁桂云.新课程背景下“分层教学法”在高中物理课堂中的应用[J].教育界：综合教育研究（上），2017，0（3）.

[4] 顾友年.新课程背景下初中物理中浮力相关知识的教学研究[J].新课程导学，2014，（32）：73.doi：10.3969/j.issn.1673-9582.2014.32.071.

[5] 刘宇.分析新课程背景下的高中物理教学[J].科学中国人，2015，0（12X）.

作者：刘玉兰