知识组织是知识的有序化，知识组织的目的就是通过知识的整合、序化，充分挖掘智力资源，促进知识创新。由于目前知识信息量剧增，现有的知识组织方法，如分类主题法、文献索引方法、导航系统方法、元数据等，已经无法满足目前大量异构信息的检索需求，这就需要在知识组织领域研究更具普遍适用性、可重复利用、方便使用的新型的知识组织形式，本体论就在这样的情况下产生了。逻辑学是人类认识世界和改造世界的准绳和工具，是一切学说和理论中关于判断和推理规律的提炼和抽象，它被应用于社会科学和自然科学的方方面面。在基于本体的知识组织中人们运用了大量的逻辑学原理，本体和逻辑学密不可分。
2本体论概述
2．1本体的概念
本体的概念起源于哲学，本体一方面研究存在的本质，另一方面研究整个世界的基本特征。这些年，人们将本体的概念引入图书情报领域，用以解决知识表示、知识重用、知识共享、知识组织体系方面的有关问题。在引入的过程中，本体的内涵也随之变化。在图书情报领域，本体是指一套有关某一学科或某一领域的术语词表，以及术语之间关系的规范和说明［1］。
2．2本体的作用
近年来各个学科渐渐认识到本体在解决知识概念表示和知识组织体系等方面起到的重要作用。经过学者的研究和对比，本体在知识组织中的优势明显大于分类法和叙词表。本体的作用主要有两方面：一是本体的分析澄清了领域知识的结构，本体的可重用性避免了重复的领域知识分析从而为知识表示打好基础；二是统一的术语和概念使知识共享成为可能［2］。
2．3本体的类型
根据应用的领域不同，可将本体分为三类：顶级本体、应用本体和领域本体。顶级本体是描述最一般化的概念，如空间、时间、事件、行动等，独立于特定的问题与领域，作为大众沟通的工具，可以认为是真实世界的常识性知识［3］。应用本体是描述了既依赖于某个特定领域又依赖于某个课题的知识，它与解决问题的方法相关联。一个应用本体与用来描述专业领域的概念相关联，这些概念是解决问题的方法体系的组成部分［4］。领域本体是指以一个特定的领域为描述对象的本体，提供该特定领域的概念定义和概念之间的关系、主要理论和基本原理、领域中发生的活动等［5］。目前对本体的研究，基本集中在领域本体这个分支中，所以本文所涉及的本体领域是以领域本体为代表的。
3逻辑学概述
逻辑学是研究推理、论证及其规律，以及一些逻辑方法的科学［6］。它经过数百年的发展，现在已经成为每个具体学科的理论基础，被广泛应用于各个领域和学科之中。逻辑学是一个十分庞大的学科群，本文主要针对本体应用的逻辑学原理———概念逻辑、思维逻辑、谓词逻辑和归纳推理逻辑，下面分别介绍。
3．1概念逻辑
逻辑学中关于概念的研究和论述是一个重要的组成部分，概念逻辑原理主要包括概念之间的关系原理、概念的划分原理、概念的概括与限制原理、概念与语词的关系原理、概念的种类原理和概念的分析与综合原理等。
3．1．1概念之间的关系原理逻辑学从外延方面研究概念间的关系。根据概念的外延有无重合之处，可把概念间的关系分为相容关系和不相容关系两种。相容关系指两个概念在外延上完全重合和部分重合。根据概念外延的重合情况，可分为完全重合和部分重合。因此，概念的相容关系又可分为同一关系、属种关系和交叉关系。不相容关系指两个概念在外延上完全不同的关系。概念的不相容关系又可区分为矛盾关系和反对关系。矛盾关系是指这样两个概念之间的关系，即两个概念的外延是互相排斥的，而且这两个概念的外延之和穷尽了它们属概念的全部外延。反对关系，是指这样两个概念之间的关系，即两个概念的外延是互相排斥的，而且这两个概念的外延之和没有穷尽它们属概念的全部外延。
3．1．2概念的划分原理划分是揭示概念外延，即按一定标准把一个类概念分为若干并列的种概念的逻辑方法。其中被划分的概念称为划分的母项；划分后所得的概念称为划分的子项；进行划分时所采用的标准称为划分的依据。任何一个划分必须按照这三要素来组成。划分的方法有一次划分和连续划分等。划分必须遵循以下规则：第一，每次划分中，根据只能有一个，不能采用两个或两个以上的根据；第二，划分所得的各个子项外延之和必须等于母项的外延；第三，划分的子项应是互相排斥的，各个子项之间是不相容关系；第四，划分不能越级。
3．1．3概念的概括与限制原理概念的概括是减少概念的内涵，使外延较小的种概念过渡到外延较大的属概念的一种逻辑方法。概念的限制是增加概念的内涵，使外延较大的属概念过渡到外延较小的种概念的一种逻辑方法。概念的概括和限制是人们明确概念的一种逻辑方法。然而要正确对概念概括和限制，就必须遵守以下两条规则：首先，限制后所得的概念必须是原概念的种概念，概括后所得的概念必须是原概念的属概念，即不具有属种关系的概念不能概括和限制。其次，外延最小的种概念不能再限制，因为它下面再没有种概念了；外延最大的属概念不能再概括，因为它上面没有属概念了。
3．1．4概念与语词的关系原理概念是反映事物本质属性的思维形式。任何概念必须借助于语词来表达，概念是语词的思想内容，语词则是表示概念的语言形式。概念与语词既密切联系又相互区别，概念与语词并不是一一对应的。这表现在：第一，同一个语词可以表达不同的概念。例如：“包袱”这一语词表达的概念既可以是用布包起来的包儿，又可以是比喻某种负担。第二，不同的语词可以表达同一的概念。例如：计算机、电脑、电子计算机等语词表达的概念都相同。第三，任何概念都必须通过语词来表达，但不是所有的语词都能表达概念。语词分为实词和虚词两类，实词都是表达概念的，而虚词一般不表达概念。
3．1．5概念的种类原理概念可以依据其不同的反映对象划分成不同的种类。根据概念所反映的对象是否为一类事物的集合体，可以把概念分为集合概念和非集合概念。集合概念反映的对象是集合体，而非集合概念反映的对象是组成集合体的个体。根据概念所反映的对象在数量上的不同，也就是说根据概念的外延数量的不同，可把概念分为单独概念与普遍概念。根据概念所反映的对象是否具有某种属性，可以把概念分为正概念和负概念。#p#分页标题#e#
3．1．6概念的分析与综合原理分析是把整体分解为部分，或把复杂的事物分解为简单的要素，或把历史的过程分解为片段来研究的思维方法。其目的在于了解整体各个部分的性质。综合是把对象的各个部分、各个方面的各种因素结合起来，形成对研究对象的统一整体认识的思维方法。综合是在分析的基础上进行的，它的特点在于探求研究对象的各个部分、方面、因素和层次等。综合必须与分析相结合。综合要使其成果能真正反映现实的多样性，就必须以客观对象整体的分析为依据，没有分析的综合，认识只能是抽象空洞的。分析是综合的基础，综合是分析的深入。在思维过程中，分析与综合是辩证的统一关系，两者相互独立，又互为前提，互相渗透，互相转化。
3．2思维逻辑思维是人脑对客观事物的一般特性和规律性的一种概括的、间接的反映过程，它反映出客观事物的一般特性和规律性的联系和关系。逻辑是关于理性思维和语言能力的学问，并且推理作为一种思维形式是通过语言来表达的，语言的外化凝聚着思维。可以说思维逻辑又是一种抽象逻辑，是逻辑表达的一种高级形式。
3．3一阶谓词逻辑在数理逻辑中，表示一个个体性质的词称为一阶谓词［7］。描述逻辑是一阶谓词逻辑的一种。描述逻辑是人工智能领域的一个研究分支，是一种用来描述概念和概念层次关系的知识表示方法，可以看成是谓词逻辑的子语言，具有严格的以逻辑为基础的语义和良好的推理机制［8］。
3．4归纳推理逻辑探求因果联系的逻辑方法是归纳推理，其方法是比较相关现象的各种场合，从而概括出关于因果联系的一般性结论。这种推理的目的在于探求现象发生的因果联系。一个现象存在必然产生另一个现象，在彼此联系的现象中，若有一现象出现时必然引起另一现象的出现，我们说前一现象叫原因，后一现象叫结果［9］。
4逻辑学原理在基于本体的知识组织中的应用
4．1逻辑学原理在本体构建方法中的应用本体构建是本体知识获取的核心，即从某个领域中获取知识，形成描述该领域数据的语义概念、实例和其间的关系。目前构建本体的方法主要有：基于叙词表的领域本体构建、基于SKOS的叙词表到本体的转换和利用OWL构建本体等几种方法。下面主要介绍基于叙词表的领域本体构建方法。在目前阶段，包含某一学科领域中相对比较完整的术语（叙词）的是本学科领域的叙词表。这些术语（叙词）都经过该领域许多专家的有序组织，它们为本领域本体中概念的创建提供指导；叙词表为领域本体创建还提供了线索和指导，这些指导将为领域本体的创建者们节省大量的时间和精力。基于叙词表构建的领域本体至少在本领域的概念方面应该是比较完整的。基于叙词表的本体构建的核心思想是：把叙词转换成领域本体中的概念；根据叙词间的层次关系，确定所对应的领域本体中概念间的等级关系；参考叙词的限义词、注释为领域本体中的概念添加属性；参照叙词间的关系为领域本体中的概念添加关系、为领域本体中的概念添加实例［10］。根据叙词间的层次关系，确定所对应的领域本体中概念间的等级关系是指采用自中间展开（Middle－out）的方法，即最先确定最重要的概念，然后再确定其他相关概念。这里应用了逻辑学中的概念之间的关系原理中的属种关系，即等级高的概念包含若干个等级低的子概念。而这些本体中概念间的等级关系也具有层次关系，这应用了逻辑学中概念的多方面属性。由于本体作为领域概念模型也具有概念层次的结构，但概念间的关系复杂、交错，其结构更像一个网络，所以这应用了逻辑学中的概念之间的关系原理中的交叉关系、矛盾关系和反对关系，即领域概念模型中的概念间的外延有交叉的、有排斥的。可以说本体中概念（类）之间的关系是无限的，任何描述所给定的领域本体的关系都可以使用，这些关系用来消除概念之间的歧义，这对计算机智能地发现知识是非常重要的［11］。参考叙词的限义词、注释为领域本体中的概念添加属性是指属性具有继承性，等级高的概念的属性，其子概念、子概念的子概念都能继承，因此还要为其子概念确定其特殊的属性。这里应用了逻辑学中的概念的种类原理里的正概念和负概念原理，即子概念必须含有其上位概念不具有的属性，只有这样才能构成子概念。参照叙词间的关系为领域本体中的概念添加关系、为领域本体中的概念添加实例是指领域本体中应包含以下几大类关系：同（近）义关系、反义（相对）关系、上位关系、下位关系、整体部分关系、部分整体关系、因果关系、果因关系、转指关系、方式关系和位置关系。每类关系中都有多个词汇，在构建过程中要选择最能科学表达现实事物（概念）间关系的词。其中的同（近）义关系、反义（相对）关系、上位关系、下位关系用到了逻辑学中的概念之间关系原理中的全部五种关系原理，具体是同义关系对应逻辑学中的同一关系、近义关系对应逻辑学中的交叉关系、反义关系对应逻辑学中的矛盾关系、相对关系对应逻辑学中的反对关系、上位关系和下位关系对应逻辑学中的属种关系。其中的整体部分关系、部分整体关系用到了逻辑学中的概念的分析与综合原理。整体部分关系对应原理中的概念的分析部分，部分整体关系对应原理中的概念的综合部分。其中的因果关系、果因关系用到了逻辑学中归纳推理原理，即探求现象发生的因果联系，一个现象存在必然产生另一个现象，在彼此联系的现象中，若有一现象出现时必然引起另一现象的出现，这里的现象产生对应了领域本体中概念词汇的因果关系、果因关系。
4．2逻辑学原理在本体检错推理中的应用本体检错推理是指在本体形式化语言的逻辑基础上，运用Tableau算法对本体的概念层次、声明的实例以及实例间复杂的语义关系进行检测，以保证本体库结构的逻辑一致性和知识描述的正确性，为后续的蕴涵知识推理、本体库的拓展和与其他领域本体库的集成提供逻辑保证［12］。在本体检错推理中用到的逻辑学原理是描述逻辑。本体作为一种知识表示方法，其逻辑基础、形式化语言以及模型验证问题都与描述逻辑紧密相关。目前主流的本体描述语言DAML、OIL和OWL都以描述逻辑作为形式化的基础，主流的本体推理引擎也主要是基于描述逻辑实现的，如Fact、Race和Racer就分别是基于描述逻辑SH、描述逻辑SHN与描述逻辑SHIQ。从这个角度看，描述逻辑可以被认为是本体检错推理的逻辑基础［13］。#p#分页标题#e#
4．3逻辑学原理在本体整合技术中的应用在信息泛滥的今天，因特网、各种搜索引擎和在线检索工具等尽管能够提供大量的信息资源，但是如何从如此大量的信息中提取出有用信息，就如同从图书馆中查阅书籍，然后还需要读者自己阅读书籍才可以有针对性地获取相关信息。本体作为知识组织的工具，对其进行整合和提取犹如对大型图书馆进行分类提取整合一般，具有非常深远的现实意义，是对知识组织工具的组织［14］。要想利用知识计算出针对各种复杂问题的智能回答，必须把这些知识以适合于计算机自动挖掘的数据结构表示出来。当收集关于某一特定主题的时候，通过整合这些数据结构，例如：在原有数据结构的基础上，加入新进数据结构中新的信息内容、新增细节、精确解释、同义词、同音异形词等，剔除各种冗余因素，实现原有知识体系的提炼和完善［15］。
Adolfo提出的本体的整合技术OM（OntologyMerging）原理是应用算法实现在没有人工干扰的情况下来自网络文件的本体融合，在考虑到不一致性、矛盾性和冗余的情况下形成第三种本体，从而得到一种更接近于现实的问题的答案。Adolfo把整个过程表示为：（本体A＋本体B）＝本体C［16］，这里应该注意的是本体C要和本体A、B的知识相一致，本体A、B是基于网络上的各种不同文献所得，并且这种知识的积聚要求合并的本体是关于相同主题、相同根概念的等量的本体不断重复整个本体整合过程。当前层面上的本体整合不仅要求考虑到概念定义词句的排列问题，还要考虑到概念定义的实际语义表达方面，例如，来源本体中的概念之间的相互关联；与其他概念的相似度问题等等。这里的本体的整合技术应用了逻辑学中的概念之间的关系原理中的同一关系和矛盾关系。其中本体C的知识要同本体A和本体B的知识的和相一致，这应用了逻辑学中的概念之间的关系原理中的同一关系，这一技术也是本体整合技术中的重要技术。另外，本体A和本体B必须是基于网络上的各种不同文献所得，这里的从不同文献获得就应用了逻辑学中的概念之间的关系原理中的矛盾关系，即本体A和本体B来源必须是不同的文献，这一技术是本体整合技术中的关键核心技术。本体的整合技术中，本体A和B是关于相同主题、相同根概念的等量的本体不断重复整个本体的整合过程，所以在这种理想状态下，它们只有是相同主题、相同根概念的等量关系才可以实现上述过程，这也正是应用了概念之间的矛盾关系。
在高三生物的复习中，为什么要进行概念的复习教学呢？首要原因之一是生物学概念是学生正确答题的重要知识。其次，概念的复习教学也是符合《普通高中生物课程标准》的基本理念的。《课程标准》关于“提高生物科学素养”这一理念有这样的描述：“生物科学素养反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平，以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。”《课程标准》关于“注重与现实生活的联系”这一理念有这样的描述：“《标准》注重学生在现实生活的背景中学习生物学，倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念。”《课程标准》中的这些要求无疑传递了这样一个重要信息：要求重视“核心概念”的教学，简而言之，为体现国际科学教育中“少而精”（lessismore）的原则。生物学教学应由追求对繁杂的生物学事实性知识的记忆，转向对“核心概念”的深层次理解。
什么叫“核心概念”呢？在词典中，“概念”一词的解释是：思维的基本特征形式之一，是事物的一般的、本质的特征在人们头脑中的反映。把感觉到的事物的共同特点抽出来，加以概括，就成为概念。“核心”指的是中心的，重要的部分，这样说来生物学“核心概念”指的就是生物学中重要的概念。比如，“细胞”“光合作用”“呼吸作用”“免疫”“种群”“基因突变”“伴性遗传”“细胞全能性”“分化”“效应器”，这些核心概念是人们经过长期的认识和实践积累下来能反映生命现象和生命活动规律本质属性的一种思维形式，是生物知识的“基本单位”，是组成生命科学的“细胞”，是学生终生必备的知识。
因为是反映事物的共同特点，所以概念是抽象思维的起点，是判断推理的基础，科学认识的成果首先是通过概念来概括和总结的，科学中的原理、规律等都是以概念为基本组成单位的；生物教学中的概念亦是如此。在生物教学中使学生正确、准确地理解生物学概念尤其是“核心概念”是学生学好生物学的基础，但是，要理解和应用这些“核心概念”，对于学生来说总感觉很难，毕竟这些概念不像日常生活用语那么频繁，要让学生上完一节课后就能理解和使用这些概念，确实不易。在每次的作业和考试批改中，老师们都能发现学生因为对课本的重要概念没有理解透彻而造成选择题错选或简答时用错概念的现象。下面我们来看看学生因为“核心概念”没理解到位造成错误的实例：
【例1】（2011山东高考2）下列各项中能体现“体细胞”全能性的生物学过程是
A.玉米种子萌发长成新植株
B.小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞
C.小麦花粉经离体培养形成愈伤组织
D.胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株
这道题，几乎每个答案都有学生选中，为什么呢？很显然，学生没有把握“体细胞”和“全能性”两个概念。首先“种子”不是体细胞；其次，“全能性”这个概念课本是这样描述的：“细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能”，对于概念中的“个体”二字，如果教师在复习教学中没有强调的话，学生出错也就不可避免了。
【例2】（2011年福建高考题2）下图是夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率（时间单位、单位叶面积吸收CO的量）的变化曲线，下列叙述错误的是（B）
A.在9：30～11：00之间，花生净光合率下降的原因是暗反应过程减缓
B.在11：00～12：30之间，花生的单位叶面积有机物积累量比玉米得多
C.在17：00时，玉米和花生的单位叶面积释放速率相同
D.在18：30时，玉米即能进行光反应，也能进行暗反应
这道题很多有同学选择了D答案，为什么？原因还是学生没有掌握“净光合速率”这个概念。虽然这个概念课本中并没有，但所有的高三生物老师肯定都不止一次地解释和强调它的重要性。关于“净光合速率”的概念，教师至少要让学生记住下列内容：“净光合速率=总光合速率—呼吸速率，净光合速率一般可以用植物释放到空气中的氧气生成速率、或植物从空气中吸收的二氧化碳的净消耗速率或有机物的积累速率表示，当净光合速率为0时，表明此时植物的呼吸作用速率等于光合作用速率。”如果教师在复习课中能经常强化这些知识，学生出错的概率自然就会降低了。
【例3】（2013年厦门市高三质检13）下图是缩手反射的反射弧模式图，有关说法不正确的是（A）
A.效应器5是指上肢的肌肉组织
B.兴奋在反射弧中只能单方向传递
C.3处神经元的活动可受到大脑皮层控制
D.神经递质能作用于下一个神经元或上肢肌肉细胞
这道题是错误率很高的一道题，非常多的学生选择了D，显然是学生没有很好把握“效应器”的概念，课本是这样描述的：“效应器（传出神经末梢和它所支配的肌肉或腺体等）”，教师如果在复习教学中注意引导学生注意到括号内的内容，学生对“效应器”这一概念的理解就会更加准确，考试中也就不会出错了。
【例4】（2012上海卷8）下图为细胞内染色体状态示意图。这种染色体状态表示已发生（B）
A.染色体易位
B.基因重组
C.染色体倒位
D.姐妹染色单体之间的交换
2004年，教育部颁发了《中小学教师教育技术能力标准（试行）》，规定了中小学教师应该具备的教育技术能力及其标准，而《现代教育技术》是高等师范院校师范专业的公共必修课程，其教学目的，是提高信息时代广大师生的教育技术的基本理论和教学技能，使其了解现代教育技术在教育现代化中的重要地位和作用，掌握现代教育技术的基础知识与基本技能，以帮助师生适应教育信息化发展的趋势，提高教学质量和效率，为实施素质教育奠定坚实基础。
1.概念图的知识
1984年，诺瓦克将概念图表述为：概念图就是用来组织与表征知识的工具，是一种以科学命题的形式显示了概念之间的意义联系，并用具体事例加以说明，从而把所有的基本概念有机地联系起来的空间网络结构图。受Novak概念图的启发，人们又设计了思维导图（Mind Mapping）、灵感（Inspiration）、语意网络（Semantic Networks）、决策树（Decision Trees ）等多种类型的图形认知工具。上海师范大学黎加厚教授认为，所谓“概念图”是指利用图示的方法来表达人们头脑中的概念、思想、理论等，是把人脑中的隐性知识显性化、可视化，便于人们思考、交流、表达。这个界定在国内被普遍采用。在本研究中，一律采用的是广义概念图的界定，即本研究中所使用的概念图术语包含了思维导图、概念构图和概念地图等涵义。
概念图包括概念（concepts）、命题（propositions）、交叉连接（cross-links）和层级结构（hierarchical frameworks）四个基本要素。概念是感知到的事物的规则属性，通常用专有名词或符号进行标记；命题是对事物现象、结构和规则的陈述，在概念图中，命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系；交叉连接表示不同知识领域概念之间的相互关系；层级结构是概念的展现方式，一般情况下，是一般、最概括的概念置于概念图的最上层，从属的概念安排在下面。因此，概念图是表示概念和概念之间相互关系的空间网络结构图。那么如何让将概念图应用到《现代教育技术》公共课的教学中来，优化课堂教学呢？本文试从以下几个方面论述。
2.基于概念图的《现代教育技术》公共课教学模式
教学模式是依据教学思想和教学规律形成的在教学过程中必须遵循的比较稳固的教学程序及其方法的策略体系。它是教学理论应用于教学实践的中介环节。教学模式可以使教师明确教学应先做什么，后做什么，先怎样做，后怎样做等一系列具体问题，把比较抽象的理论化为具体的操作性程序。作为教学模式，必须具有一套完整的操作程序，以具体说明教学活动的各个步骤，以及各个步骤所要完成的教学任务。笔者经过总结多年的教学实践并且参照国外已有的概念图教学模式，提出了基于概念图的《现代教育技术》公共课教学模式，如图1所示。
图1基于概念图的教学设计模式
由图1可以看出，基于概念图的教学设计可以分为四个基本阶段：
2.1创设情境、引入任务
教师正确运用情景导入，能级中学生的注意力，明确思维方向，激发学生的学习兴趣和学习欲望，为整个教学过程创造一个良好的开端。在基于概念图的教学中，教师的情景导入要和概念图制作相联系。所以，教师在情景导入的时候要告诉学生构图的目的是什么，它为什么是有用的，它是如何展开的，教师对他们的期望是什么？复杂的学生难以单独完成的概念图教师可以适当分组，以小组为单位完成构图。
2.2自主探究、体验构图
“自主探究、体验构图”是基于概念图的教学过程的主要阶段。有些构图任务相对比较简单，学生可在构图任务的指导下，运用教师提供的实际例子和构图模板，完成要求的内容。对于需要小组合作完成的构图任务，教师首先确定任务后由小组长分配具体任务，集体讨论，确定关键概念，然后组内成员在明了自己任务的同时开展自主探究学习。组员在构图时，要先搜集先关资料，并将这些信息整理为有用的信息，最后完成子概念图的构建。最后，组长将组员的子概念图收集起来，在经过组员的讨论和交流，合作完成最终的概念图。
2.3展示结果、交流讨论
基于概念图的教学需要学生在制作好概念图之后展示自己或是小组的成果，然后共同交流和讨论。通过这一环节，学生可以分享在学习或是制图过程中遇到了什么难题以及怎么解决的，最后教师归纳出关键性问题，集体探究。
2.4评价总结、修改完善。
评价的目的是为了学生能够反思自己的学习并完善构图，学生可以根据专家概念图对自己的作品进行修改，并在以后的学习过程中进一步学习，重新思考所绘制的概念图，不断进行修正和完善。评价主要从教师评价、学生自评和学生互评三个方面进行。
3.概念图在《现代教育技术》公共课教学过程中的应用
《现代教育技术》公共课在培养学生的现代教育技术能力、素质方面起到基础性和先导性的作用，那么如何在教学中有效的利用概念图来提高教学效果呢？
3.1概念图作为教师教的策略及其应用
3.1.1概念图作为先行组织者
先行组织者的主要功能是在学生能够有意义地学习新内容之前，在他们“已经知道的”与“需要知道的”知识之间架设起桥梁。于是，它在刺激回忆先前相关知识方面有着重要的作用。先行组织者在教学过程的许多环节中都有其相应的作用。在陈述性知识的课堂教学过程中，先行组织者一般有两方面的作用：回忆先前知识和课程概述。图1是制作多媒体作品的概念图，在这个教学设计中笔者使用概念图的形式把制作课件的流程、要点、技巧、实例等展示，教学内容和方法都不拘泥于教材，而是根据教材和学生的实际情况，通过接受先行组织者教学策略（由一个开放性问题让学生完成制作）的综合运用，教材内容的学习和拓展性学习相结合，达到了培养学生思维能力、开阔视野、技巧掌握的目的。可以说这里涉及到的内容远远超出了教材的限制，但是由于利用概念图将这些教学内容做了井井有条的组织，使得教学设计过程并不复杂，而且清晰的表达出教学的重点难点和适当的教学方法。
图1制作多媒体作品的概念图
3.1.2使用概念图完成课程总结
通过对教学内容和教学过程的研究，我们可以在课堂教学过程的总结和回顾阶段使用了概念图。在教学结束时总结教学内容是陈述性知识教学中的重要环节。在学习新的学习内容之后，学生的认知结构己经发生了变化，课程总结对于新知识的练习和巩固都是非常必要的。对有组织的知识进行总结的作用与其在其他类型的陈述性知识中所起的作用稍有不同。对于有组织的知识，特别是既比较长又比较复杂的学习材料，总结能够澄清图示以同化学习材料。对于其他类型的陈述性知识，总结和回顾与练习的需要有关。因此，对于符号、名称和事实的学习，总结和回顾能够提供应用不同方法处理学习材料的机会。应用概念图做课程总结的一种方法是教师在课程讲述完之后进行。例如，在学习现代教学系统与环境一章的全部内容讲述完之后，笔者利用概念图（如图2）做了章节课程内容总结。
图2现代教学系统与环境概念图
3.1.3概念图在复习课中的应用
在复习课中，一般是先由教师串讲知识点，然后有针对性的进行巩固练习和提高。应用概念图进行陈述性知识的复习可以为学生清楚、明了、直观的展现知识的结构。复习按照三个步骤进行：利用媒体展示概念图；教师的分析和讲解；总结和巩固练习。教师所展示的宏观概念图是对一章或几章知识的总结概括。对于这个概念图的分析和讲解，注重的是知识的整体结构以及重点知识的讲解。
3.2概念图作为学生学的策略及其应用
3.2.1“按图索骥”，协助记忆
在学生的学习过程中，记忆是必不可少的，但是很多情况下他们习惯于简单的机械记忆，这种机械的记忆不仅效率低，而且容易遗忘。借助概念图，将要记忆的内容通过图示的形式表现出来，先根据概念图的流程复述、记忆，不仅是以语言的形式而且也包含了图像的因素同时引入脑海，提高了记忆的效率，即使有遗忘，通过对概念图的回忆也非常容易将遗忘的部分重现出来。
在《现代教育技术》公共课的复习课中要经常让学生总结某部分的知识要点，学生往往是按照教材目录将各个章节的内容罗列即算完成复习了，这样的效果不好。如果运用概念图改变这种复习方法，先让学生自己建构概念图，然后在课堂上以小组为单位讨论每个同学的构图过程和表达的思想，最后由小组代表向全班同学讲解各自的概念图，其他同学还可以对概念图进行补充修改。学生对这样的教学过程表现出来了极高的热情，不论是成绩好还是成绩差的学生都积极参与，最终的概念图常常反应出了学生集体的智慧。
3.2.2促进学生高级思维发展、合作学习与问题解决
由于学生要制作出好的概念图，必须搞清楚哪些是已有概念、哪些是不同概念、不同概念之间是什么关系且相关到什么程度等问题，而这实际上是要求学生在概念水平上思考问题，系高级思维，所以绘制概念图有助于这一思维的发展。因为它实际上为这一高级思维搭建了一个“脚手架”，帮助学生：整理资料整合知识形成某主题的已有知识图在已有知识结构中嵌入新概念在长时记忆系统中固定学习内容修正与完善。
多项研究表明，在合作学习中，由小组成员共同创建的概念图往往更适用于多种情境。在各种教学情境下，小组成员对概念有着不同的理解，通过共建概念图，来进行协商，培养了批判性思维技能，使各自的认识得到完善与扩展。概念图在小组合作解决问题时，可帮助小组理清知识线索、理解和表征问题、寻找解答办法最后提出解决方案。
3.2.3概念图辅助学生整理加工信息，找到信息间的联系
在收集和整理资料的过程中，使用概念图将多个零散的知识点集合在一起，帮助学生从纷繁的信息中找到信息之间的内在联系。加之学生在学习过程中往往会出现能够理解某个概念的含义，但是面对真实问题的时候就不知道如何运用自己所学知识了，只能够凭猜测或者盲目的尝试。出现这种现象的根本原因在于没有掌握知识之间的关系，机械的记忆了某些概念，但是这些东西在头脑中只是一些无序排列的符号，不能形成系统的有意义的认识。只有将学习过的知识及时的总结，形成有序的结构，找出各个概念间的关系，才能在运用的时候游刃有余，而且从中可以“创造”新的知识。概念图在这方面有比较好的作用，它将原本存在于头脑中的概念知识摆在面前，我们可以通过彼此的位置、连线等观察到知识的联系。
4.教学反思
值得指出的是，教师在实际教学中应注意以下几方面问题：第一，在概念图教学初期，应安排适当时间说明建构概念图的原则及应注意的问题，并展示相应的案例加以说明，最好选择一个知识内容让学生先加以练习。特别是低年级学生，普遍认为自己在画概念图时存在困难，因而，应安排充分的练习机会使学生熟练制作概构图。第二，概念构图活动与协作学习相搭配运用，效果会更好。因为学生要制作概念图，必然要辨析概念之间的关系，取舍所要呈现的重要概念，决定相应的连结关系等，某些学生会因困难而放弃，从而导致活动失效。教师可以利用学生间的差异，将概念构图活动与协作学习相搭配，使学生在相互交流讨论过程中分享各自的观点，最终完成构图。第三，由于学习者原有的知识经验、认知能力及学习偏好等存在差异，教师应容许学生作各种合乎理论与逻辑的连结，概念图计分应建立一定的弹性，不适合建立绝对的标准。
如上所述，概念图是一种表征、检查、修正、完善知识的认知工具，它把知识高度浓缩，将各种概念及其关系，以类似于脑对知识储存的层级结构形式排列，清晰地揭示了意义建构的实质。在计算机教学中，科学概念和实际应用之间有着严密的逻辑关系，其中包括从一般到具体的序列关系及渗透的网状关系。概念图对《现代教育技术》公共课教学有着尤为重要的作用和意义。教师应充分重视学生构建的概念图，并从中挖掘教学资源，如在学生认知结构的何处可以形成新的联结点等。由于学生经历和认识主题角度的不同，学生之间的概念图肯定有差异，这时，概念图的差异本身就是很好的教学内容。
[参考文献]
[1]赵海丽. 概念图在学科教学中的应用研究——以高中信息技术课程为例[D].浙江杭州：杭州师范答谢硕士学位论文，2006
[2]裴新宁.概念图及其在理科教学中的应用[J].全球教育展望，2001年第8期
[3]齐伟.概念图/思维导图在教学中的应用实例[J].教育技术导刊，2005年7月
[4]朱学庆.概念图的知识及其研究综述[J].上海教育研究，2002年8月
中图分类号：TP301 文献标识码：A
Abstract：Aimed at the defects of the traditional keyword-based retrieval model，an ontology-based semantic query-oriented information retrieval model was built.Concept of four tuple ontology was defined，the resource mapping scheme was given，ontology concept expansion strategy was formulated， the concept similarity computing algorithm of ontology was described，and the experimental comparison was carried out.The results show that precision and recall rate of ontology semantic retrieval model are higher than the traditional retrieval model，this study has some theoretical and practical value.
Keywords：ontology；semantic；similarity；information retrieval
1 引言（Introduction）
随着互联网技术的快速发展，人类已进入信息时代，尤其是当前大数据背景下网络信息资源的数量越来越庞大，其已成为全球最大的信息库，且网络信息资源随之呈现出更加复杂的特性，暴露出一些亟待解决的问题[1-3]。然而，传统信息检索模式面对文本字符串匹配的语法层面，缺乏针对信息表示及处理和理解的语义层面分析，即信息是丰富的，而知识却是贫乏的，所以依赖传统的信息检索方式已很难满足用户需求，而本体及其相关理论技术的出现为解决这一问题提供了可能。
本文将利用本体建立标签之间的语义关系，并引入语义与Agent技术，实现标注系统的语义检索，通过语义模型丰富的描述能力和强大的逻辑推理能力准确描述信息资源，以Agent组织完成用户交互、信息检索、信息过滤、结果返回，构建一种基于本体学习的能够实现语义层面分析的检索模型，以弥补传统信息检索的不足，进而从信息查全率和查准率方面改善信息检索的效率。
2 基于本体的语义检索模型构建（Construction of semantic retrieval model based on ontology）
基于领域本体的语义检索，可依据领域本体知识库对信息资源或文档进行语义标注，本体概念的语义信息可借助本体概念定义及本体概念之间的关系进行描述，因为特定专业领域的概念可通过领域本体进行描述，这样可使文档或信息资源更具有语义，且可揭示出用户检索词的语义，把从文档和用户查询抽取的关键词转换为具有语义的本体概念，实现基于关键词的语法检索到基于本体概念的语义检索的提升，其中，语义检索与传统基于关键词匹配的检索方式不同，因为语义检索基于信息理解的语义层面对信息资源及用户提交的检索请求进行分析，语义检索方式对检索条件、信息组织以及检索结果均赋予了语义成分，可从语义层面提高检索精度[4-7]。
2.1 领域本体的语义检索理念
基于领域本体的语义信息检索，其理念在于使信息资源或文档进行语义描述，借助领域本体知识库完成对文档和信息资源对象的语义标注，进而揭示出文档和信息资源对象的语义理解，及其用户检索词的语义信息，同时可实现领域本体检索词的语义扩展，最终完成理想检索结果的获取，具体检索过程为：
step1：构建并描述领域本体概念。描述领域本体概念，构建领域本体知识库。
step2：提取文档或信息资源对象特征并进行资源映射。借助领域本体概念描述及知识库构建和管理，对获取的信息资源或文档进行语义标注及资源映射，对信息资源或文档语义内涵进行揭示。
step3：制定本体概念扩展及查询语义扩展策略。在领域本体概念描述的基础上，对用户查询请求的语义信息进行揭示，并对用户检索词进行语义扩展，检索系统完成对生成的备选检索词集的检索工作。
step4：实现领域本体概念相似度算法。依赖本体概念结构图，实现本体概念语义距离计算算法、本体概念节点深度计算算法及语义综合相似度计算算法，以此服务于查询结果排序环节。
step5：对检索系统的检索结果进行排序。基于相关相似度计算算法及规则，完成用户原始检索词及检索系统返回检索结果的相似度比较，基于相似度对检索系统的检索结果进行排序并反馈给用户。
2.2 领域本体语义检索模型
领域本体语义检索模型，如图1所示。
（1）领域本体及其分类体系作为数据资源语义表征的核心，可对文档或数据资源描述给予指导。领域知识也作为查询扩展和查询结果排序的基本依据。因此，领域知识的构建和维护，如领域本体、推理规则的构建和维护，离不开领域知识管理。
（2）数据资源或文档的语义可通过标注进行语义揭示，再借助文档特征提取技术，从领域本体词汇中获取本体概念，建立数据资源或文档的语义特征域，完成数据资源库文档的自动标注，并完成标注和索引信息资源或文档的非语义特征，由此生成文档索引库和元数据库。
（3）基于文档或数据资源标注信息构建索引库，以此为依据，检索出能满足用户需求的文档或数据资源信息。
（4）实现查询扩展及结果排序，就是以领域本体生成的本体词汇库为依据，完成用户查询输入文字的分词工作，将用户查询分成本体概念集合和非本体概念集合。然后，分别对这两个集合按相似度扩展，得到两个查询候选集合，以此为依据，借助相关相似度排序算法获得排序后的查询集，最后，完成查询请求到索引库及检索库的提交环节，将查询结果按查询请求的相似度排序后，将结果推送给用户。
3 关键算法实现（Key algorithm implementation）
3.1 四元组本体内涵及其数学描述
基于四元组的本体概念描述为：，其中，表示用户，描述使用标签管理资源的用户，并且每个用户有唯一的ID号标识。表示标签，描述集合中用户使用过的标签，标签可以是任意的字符串（单词或短语），现定义标签为一组词语序列，，
，公式描述标
签映射成一组术语，术语可以是任意单词。表示资源，描述所有领域相关资源，其内容取决于用户标注集的类型，用户标注集主要由用户、标签、资源三个要素组成，即用进行描述。表示三元关系，其中元素描述用户使用标签标注收藏的资源。函数式描述用户使用一组标签定义一个资源，其中 。
为了理解用户标签含义及标签之间的关系，构建主干本体，用二元组进行描述：，
其中表示概念集，概念，是概念的唯一标识，是同义词集合，包含了概念的同义术语集合，是描述概念的短语，是将概念分类到泛化类中的词类，也可将四个元素分别记为：，，，；
表示概念集之间的关系。现定义为一组同义词集合，资源，定义一组同义词集合及里资源，，每个资源用二元组表示为：，
其中，为资源的频率分配。三元组表示关系集合中的关系，其中，，，是关系的两个关系项。
3.2 资源映射方案设计
一个标签可以映射成一个或多个概念，也有可能只有部分标签可以映射成一个或多个概念，现提供几种资源映射方法。
（1）直接映射
直接映射描述标签到概念的映射，即将每个标签映射到本体中的概念，可表示为：
3.3 本体概念扩展策略制定
（1）本体概念扩展
本体概念扩展步骤如下。
step1：对每个本体概念进行扩展。
为领域本体概念集，为两个本体概念的相似度。如果对本体概念进行语义扩展可形成，
其中集合中每个元素要么为空，要么，且，。
也就是说，可基于相关相似度计算算法扩展单个本体概念，选择相似度大于给定阈值的本体概念，并且被选取的本体概念同其他用户本体概念之间的相似度，比该被选取本体概念同当前单个本体概念之间的相似度小。
step2：构建本体概念查询集。对用户本体概念集的元素进行扩展，其中的每个概念元素都可扩展为一个扩展集，可分别从每个中进行本体概念的选取，构建本体概念查询集，查询本体概念集的组员就是从每个本体概念扩展集中选取的概念，查询本体概念集描述为：
（2）扩展关键词集合
关键词的扩展相对简单，因为关键词不是本体概念，所有扩展的集合所组成的集合为原关键词集的幂集，记为，其中的元素本身也是集合，且与用户输入的原关键词集之间的相似度计算也并不复杂，现令为幂集中的元素，则与之间的相似度计算模型为：
3.4 本体概念相似度算法
领域本体可描述特定领域中的概念及其关系，并可形成本体概念结构图，该本体图可计算本体概念相似度，其实本体概念结构图可看作为带有根节点的有向无环图，本体概念用图中的节点进行表示，概念之间的关系通过有向边进行表示，且该本体概念结构图具有树型结构的层次结构特性，及有向边和多重继承的特性。具体算法步骤如下：
step1：本体概念语义距离的计算。
基于本体概念图，本体概念的语义距离表现为连接两个概念节点的有向边的数量，记为。本体概念语义距离与本体概念语义相似度之间的关系为：两本体概念语义之间的距离越大，则这两个本体概念之间的相似度越小；反之，两本体概念语义之间的距离越小，则其之间的相似度就越大，即两者成反比关系。
step2：本体概念父节点深度的计算。
基于本体概念所体现的层次结构特点，对本体概念节点进行自顶向下的组织，及由大到小的分类，依据本体概念最近共同父节点所在层次，可知其层次越深，本体概念分类越细，从其父节点继承的语义信息就越多，其共同语义信息就越多，即这两个本体概念间的相似度就越大。现用描述两概念的最近共同父节点深度，表示两概念最近共同父节点。
step3：计算语义重合度。
本体概念之间的语义重合度计算可依据两本体概念间所包含的相同父节点个数来完成，但如果同时对本体概念语义距离和本体概念语义重合度加以考虑，则存在重复计算的可能性，因为本体概念语义距离中隐含着本体概念语义重合度信息，所以可基于本体概念语义距离和共同父节点在本体概念结构图中的深度，计算出本体概念相似度，令两本体概念 、，则、的语义相似度可通过、的语义综合距离和、共同父节点的综合深度对相似度影响的加权归一化进行表示，计算如下：
其中，为语义距离加权值，表示共同父节点的加权值，且满足，语义距离决定的相似度可通过调节参数进行调节，表示本体概念树的最大深度。
step4：本体概念综合相似度计算。
如果对用户检索词集中的本体概念进行语义扩展，可生成查询语义扩展集，记为，如果对用户检索词集中的非本体概念的关键词集进行扩展，可生成关键词集的幂集，记为，现从中取一元素，记为，该元素是一个扩展概念集，再从中取一元素，记为，该元素为一个扩展关键词集，便可形成一个提交给检索系统的检索请求，表示为（，），令用户检索词集为（，），每一个扩展的检索请求记为（，），则通过（，）和（，）相似度的计算，可得到用户检索词集和检索结果的相似度。现基于扩展关键词集相似度、扩展本体概念集相似度、分类概念集相似度，可计算出综合相似度，数学描述如下：
其中，、为调节参数，代表本体概念集相似度与综合相似度的比值，代表关键词集相似度与综合相似度的比值，且。
4 实验与结果分析（Experiment and result analysis）
本实验环境为：Windows 7操作系统，SQL SERVER 2008数据库平台，模型数据库动态链接查询实现工具为某专业数据库数据及WEB技术。建立领域本体的开发工具为：5.0的PROPERTY BROWSER环境，每个词条类的构建借助Object Property属性实现，因为Object属性可在类与类之间建立不同层次的关系描述，而且两个Object属性之间存在多种关系。如果基本父类建立完成后，还可为每个父类添加不同的子类和属性，同时还具有继承特性，即所有子类都可继承其父类的基本属性。
实验步骤为：
step1：对选取知识本体的专业领域及范围进行确定，基于自顶向下的顺序，构建本体概念和术语清单。
step2：对基础词库进行完善。
step3：依据分类体系层次，对本体实例进行添加，构建整个领域本体。
本体概念语义信息检索模型测试指标通过查准率和查全率进行衡量，分别描述为：
查全率：
查准率：
同时，借助对检索结果进行评价及对比分析，以便于全面衡量其检索效果，的计算公式描述为：
它为检验本体概念语义信息检索模型，将其与传统关键词检索模型进行实验对比分析，对抽取的某领域的标准词条进行测试，从中随机选择四个词条实验样本，分别以相同词条在本文模型和基于关键词模型中检索，实验结果详见表1、表2和图2所示。
由以上实验结果可知，领域本体概念的语义信息检索模型效率高于传统关键词信息检索模型，且语义检索的 也高于传统关键词检索，表明本体概念语义检索模型具有一定的理论及实用价值。
5 结论（Conclusion）
论文构建了面向语义查询的信息检索模型，对资源映射方案、信息概念扩展、相似度计算等进行了改进，实验结果证明该模型具有较高的查全率和查准率。今后的工作中，将继续研究本体结构中，如何查找到更多概念邻居，以减少数据稀少的影响，进而提高检索效率。
参考文献（References）
[1] Zhang Bin，et bining relation and content analysis for social tagging recommendation[J].Journal of Software，2012，23（3）：476-488.
[2] 吕刚，王晓峰，胡春玲.基于本体学习的标签推荐方法研究[J].小型微型计算机系统，2015，3（3）：424-426.
[3] 何继媛，窦永香，刘东苏.大众标注系统中基于本体的语义检索研究综述[J].现代图书情报技术，2011，203（3）：51-56.
[4] 魏桂英，高学东，武森.基于领域本体的个性化文本信息检索[J].辽宁工程技术大学学报，2011（4）：316-320.
[5] 张宗仁，杨天奇.基于自然语言理解的SPARQL本体查询[J].计算机应用，2010，30（12）：3397-3400.
[6] 何伟，杨小平.基于词间语义关联性的本体扩展[J].计算机应用与软件，2011，28（11）：73-76.
[7] 张胜.一种基于领域本体的语义检索模型[J].软件导刊，2014，13（3）：18-21.
从概念的基本构成上看，关键词或核心语是支持概念的骨架。但生物学中的某些概念是抽象晦涩难懂的，学生学习有一定的难度。可以尝试通过将概念中需要理解的关键词或抽出其内涵的组成要素，进行一系列“分述性”的设问，引导学生经由领悟在概念中出现的核心词、关键点或组成要素来建构概念。
如特异性免疫概念对人体的获得性免疫原理作了精确而本质的阐述，但其基本内涵要素涉及有免疫、抗原、抗体等，要学生准确构建此概念可以设置以下一组与内涵要素有关的分述性问题：（1）特异性免疫是什么阶段获得的？（2）特异性免疫中人体在什么情况下能产生？（3）抗体是什么？（4）抗原是什么？（5）特异性免疫的方式有哪些？怎么样进行？通过在教学过程中让学生回答这些与内涵要素相关的问题，将概念中的本质加以清晰化、具体化、明确化，可帮助学生更好地构建概念。如“生态系统的结构”“生长素的两重性”等一类的概念，可通过设问“分述性”问题的做法引导学生学习。
对于像“特异性免疫”这些较抽象的概念，在教学中以“分述性”问题加以引导，有利于学生理解概念的内涵和外延，并由此而构建正确的概念。
二、创设“对比性”问题，有效分辨相近概念
概念辨析是高中生物新课标中需要学生掌握达成的一个目标。生物学概念中，有不少概念不管是文字上还是所包含的内容上都有一定的相似性，学生往往容易混淆，对于这些概念的教学，我们在通过一定的教学方法让学生理解了各自概念的要点后，如能进一步创设一些“对比性”问题让学生去分析，将更有利于学生深入理解、把握这些概念的实质。
二、命题原则
1．导向性原则。面向全体学生，有利于促进学生全面、和谐、健康的发展，有利于中学实施素质教育，有利于体现生物学科新课程理念，充分发挥基础会考对普通高中生物学科教学的正确导向作用。
2．基础性原则。突出学科基本知识、基本技能和基本能力，注重学科基本思想和方法，又兼顾覆盖面，考查初步应用知识分析、解决问题的能力，难度适中，不出偏题和怪题。
3．科学性原则。试题设计必须与考试大纲要求相一致，具有较高的信度、效度。试卷结构合理，试题内容科学、严谨，同时能够突出生物学科的特点，试题文字简洁、规范，试题答案准确、合理。
4．实践性原则。坚持理论联系实际，关注生物科学、技术与社会、生活、生产的联系，贴近学生的生活实际，适当关注生物科学与技术的发展前沿。
三、考试目标要求
按照《普通高中生物课程标准（实验）》的基本要求，分别从知识性目标、技能性目标和情感性目标的角度，把考试目标划分为如下5个要求层次：
1．了解水平（以A代表）：能再认或回忆知识；识别、辨认事实或证据；举出例子；描述对象的基本特征等。
2．理解水平（以B代表）：把握内在逻辑联系；与已有知识建立联系；进行解释、推断、区分、扩展；提供证据；收集、整理信息等。
3．应用水平（以C代表）：在新的情境中使用抽象的概念、原则；进行总结、推广；建立不同情境下的合理联系等。
4．独立操作水平（以D代表）：能够独立完成操作，进行调整和改进，与已有技能建立联系等。
5．认同水平（以E代表）：能够表达感受、态度和价值判断等。
三维目标作为有机整体，主要通过知识为载体，综合地进行考查。
四、考试内容
本考试的范围包括《生物1：分子与细胞》、《生物2：遗传与进化》、《生物3：稳态与环境》三个模块。其具体内容如下：
1．《生物1：分子与细胞》模块
（1）细胞的分子组成
概述蛋白质的结构和功能；简述核酸的结构和功能；概述糖类的种类和作用；举例说出脂质的种类和作用；说明生物大分子以碳链为骨架；说出水和无机盐的作用；检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质。
（2）细胞的结构
分析细胞学说建立的过程；使用显微镜观察多种多样的细胞；简述细胞膜系统的结构和功能；举例说出几种细胞器的结构和功能；阐明细胞核的结构与功能。
（3）细胞的代谢
说明物质进出细胞的方式；说明酶在代谢中的作用；解释ATP在能量代谢中的作用；说明光合作用以及对它的认识过程；举例说明影响光合作用速率的环境因素；进行叶绿体色素的提取和分离；描述细胞呼吸及其原理的应用。
（4）细胞的增殖
简述细胞的生长和增殖的周期性；描述细胞的无丝分裂；观察细胞的有丝分裂并概述其过程。
（5）细胞的分化、衰老和凋亡
描述细胞的分化；举例说出细胞的全能性；描述细胞的衰老和凋亡与人类健康的关系；说出癌细胞的主要特征，关注恶性肿瘤的预防。
2．《生物2：遗传与进化》模块
（1）遗传的细胞基础
阐明细胞的减数分裂；描述配子的形成过程和受精过程。
（2）遗传的分子基础
总结人类对遗传物质的探索过程；描述DNA分子结构的主要特点；概述基因和遗传信息的关系；描述DNA分子的复制；描述遗传信息的转录和翻译。
（3）遗传的基本规律
分析孟德尔实验的科学方法；阐明基因的分离规律和描述基因的自由组合规律；举例说明基因与性状的关系；概述伴性遗传。
（4）生物的变异
举例说出基因重组及其意义；举例说明基因突变的特征和原因；简述染色体结构变异和数目变异；举例说出生物变异在育种上应用的事例；关注转基因生物和转基因食品的安全性。
（5）人类遗传病
列出人类遗传病的类型(包括单基因病、多基因病和染色体病)；举例说出人类遗传病的监测和预防；关注人类基因组计划及其意义。
（6）生物的进化
描述现代生物进化理论的主要内容；描述生物进化与生物多样性的形成；举例说出生物进化观点对人们思想观念的影响。
3．《生物3：稳态与环境》模块
（1）植物的激素调节
概述植物生长素的发现和简述生长素作用；列举其他植物激素；举例说出植物激素的应用价值。
（2）动物生命活动调节
概述人体神经调节的结构基础和调节过程；简述神经冲动的产生和传导；概述人脑的高级功能；描述动物激素的调节；简述动物激素在生产中的应用。
（3）人体的内环境与稳态
描述稳态的生理意义；举例说出神经、体液调节在维持稳态中的作用；描述体温调节、水盐调节、血糖调节；描述人体免疫系统在维持稳态中的作用；关注艾滋病的流行和预防。
（4）种群和群落
列举种群的特征；描述种群的数量变动；描述群落的结构特征；描述群落的演替。
（5）生态系统
描述某一生态系统的结构；分析生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用；举例说出生态系统中的信息传递；阐明生态系统的稳定性。
（6）生态环境的保护
描述人口增长对生态环境的影响；关注全球性生态环境问题；概述生物多样性保护的意义和措施；认同环境保护需要从我做起的意识。
五、考试形式
纸笔测试，闭卷。考试时间90分钟，试卷满分100分。
六、试卷结构
1．题型：包括选择题（第Ⅰ卷）和非选择题（第Ⅱ卷）。其中选择题为单项选择题（四选一）。
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。
上述两种方法的结合。本体的自动进化难以达到较高的准确度，而本体的手工进化存在成本高、速度慢等不足，同时对专业人员的知识性要求也高。怎样将两者在本体建设过程中有机结合起来，是领域本体建设所面临的挑战，也是一个具有理论和实践意义的重要课题。
从理论上说，本体进化是必须的，也是可行性的。但在本体的实际建设过程中，本体的进化是一个比较复杂、难度较大的问题，是包含了众多方面相互作用和相互影响的复杂过程。需要对领域本体进化的模式、机理、过程、路径和技术进行深入的研究。
9本体的表示
建设好的领域知识本体必须面向用户提供服务。以知识本体为基础的资源系统与其他资源系统究竟有什么不同？它给用户在知识获取与利用上究竟带来何种便利？这便涉及到本体如何表示问题。所谓本体的表示，即通过一定的知识表示技术，将建设好的领域知识本体按照一定的方式，清晰有序地在一个统一的界面上层示出来。对本体的表示实际是本体功能的最终实现。
领域知识本体的功能是否能够得到有效的实现，与内部复杂的知识体系结构如何更好地展示有直接关系。一个完整的、有效的领域知识本体的外在表示至少应该满足以下两个基本要求：其一，体现知识导航。即用树型结构将本体的概念网络动态地加以显示，可循着学科等级和概念间的语义关系进行浏览。其二，体现知识检索，即能够实现基于概念的语义检索。给定一个概念，即提示此概念和其他概念间的关系，并显示其在知识体系中的位置；检索过程不再是数据集合中的关键词匹配，而是基于概念网络的概念检索。
【关键词】描述性表征；叙述性表征；数学概念；数学语言
中图分类号：G623.5 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2016）19-0004-03
数学语言是一种由数学符号、数学术语和经过改造的自然语言组合而成的科学语言。数学语言是数学思维的载体，是学生借以表达数学思想、解决数学问题的工具。小学生数学思维的形成与发展从某种意义上来说是借助数学语言实现的，数学语言的发展与数学思维的发展相辅相成、互相促进，要提高学生的思维能力，就必须培养学生的数学语言能力，即通过培养学生的数学语言能力来促进思维能力的发展。多元联系表征，是利用数学对象表征形式的多样性，对同一个数学对象（数学概念、法则、表达式、定理、定义等）给出多种不同的表征方式（图、表、文字或符号等），引导学生从不同的角度加以理解，以此促进学生数学语言发展。数学概念的表现形式是多样的，认知科学从多元表征角度出发，将数学概念的表征形式分为两类：一类是描绘性表征，也叫视觉化表征，本质上是图象，主要是运用图元素对数学对象进行的描绘，几何图形、动态图象、教学模型、操作活动等都属于此类；另一类是叙述性表征，也叫言语化表征，本质上是抽象符号，主要是运用言语对数学对象进行的描述。
小学教材里的数学概念，既有视觉化的描绘性表征，也有言语化的叙述性表征。
下面，笔者以第一学段“倍的认识”和第二学段“认识平行”两个教学片断为例，阐述教师在数学概念教学中，怎样对同一数学对象既给出描绘性表征，又给出叙述性表征，并利用数学概念的多种表征形式，将不同表征方法中所蕴涵的信息组合在一起，优势互补、相辅相成，帮助学生全面、深刻地理解和掌握数学概念，发展学生的数学语言。
一、多元表征中掌握“倍”的概念，发展数学语言
二年级“倍”的概念是一个起始概念，此概念的建立对于学生后续学习至关重要，但“倍”的概念也较为抽象，因为“倍”不是一个具体的量，实质上是表示两个量之间的关系。让二年级学生深刻理解、牢固掌握“倍”的概念，有利于他们今后准确运用“倍”这个数学语言进行有效交流，解决实际问题。
【“倍的认识”教学案例】
1. 实物操作，初识“倍”的概念 ――动态图象表征
教师引导学生进行实物操作，第一行摆出3朵一组的红花，再在第二行并排摆出两个3朵一组的蓝花。学生在动手操作中，根据第一行和第二行不同颜色花的数量特征，进行操作和交流，可清晰地认识到：蓝花朵数和红花朵数相比，如以红花朵数为标准，把3朵花看作1份，蓝花朵数有这样的2份，蓝花朵数是红花朵数的2倍。
2. 文字表达，掌握“倍”的概念――图文结合表征
在学生动手操作的基础上，再引导学生根据给出的不同颜色的花的朵数，动手圈一圈，填一填，说一说，用文字表达的形式，加深对“倍”的概念的理解。如红花有4朵，蓝花有2份4朵，蓝花的朵数是红花的（ ）倍；又如黄花有2朵，蓝花有（ ）个2朵，蓝花的朵数是黄花的（ ）倍。
3. 解决问题，运用“倍”的概念――图符结合表征
在解决“黄花朵数是红花的几倍”问题时，学生基于对“倍”的概念的理解，尝试写出相应的算式（符号语言）表达思考的过程。教师适时追问算式表达的实际意义，引导学生对算式作出解释：12表示黄花的朵数，2表示红花的朵数，12朵里面有6份2朵，所以黄花朵数是红花的6倍。
【思考】二年级学生理解掌握“倍”的概念，起于视觉化的描绘性表征，而且这种视觉化的描绘性表征贯穿了学生整个概念建立和运用的过程。指导学生借助操作实物，对数量的认知从“个数”上升为“份数”， 利用动态图象表征“倍”的概念，触及概念的本质，初步理解“倍”的概念。接着引导学生观察每组不同颜色花的朵数，完成相应填空，这样以“直观图形+文字表达”图文结合的方式表征“倍”的概念，是依据二年级学生的认知发展水平，引导学生对“倍”的概念既作出描绘性表征，又作出叙述性表征，从而达到教学目的。此教学环节对学生的数学语言能力发展起着“脚手架”的作用，也为接下来学生摆脱具体图象，直接运用“倍”的概念进行数学交流奠定了基础。最后，在解决“黄花朵数是红花的几倍”的问题时，学生有了之前图文结合表征的基础，就能准确地运用算式（符号语言）表征“倍”的概念。虽然此时图象作为叙述性表征的辅助功能依然存在，但视觉化描绘性表征的成分明显减弱，学生更倾向于运用符号语言表示解决问题的过程。
在理解掌握“倍”的概念过程中，学生的思维由直观到抽象，对“倍”的概念既有视觉化的描绘性表征，又有言语化的叙述性表征。从信息加工理论的角度来看学生的认知过程，既有直观图象支撑理解，又有文字语言同步表达，还有抽象数学符号予以对应。学生主动对“倍”的概念进行多重编码，多元联系表征大大增强了数学概念不同方面的联系，使学生对此概念的理解深刻，掌握牢固，进而能够正确运用“倍”的概念进行数学交流，发展自身的数学语言能力。
二、多重编码中认识“平行”概念，发展数学语言
平行和相交是学生在认识直线、射线、线段以及角的知识基础上学习的，也是学生认识平面图形和立体图形的基础。平行和相交虽然在日常生活中应用广泛，但由于生活的局限性和学生年龄尚小等原因，空间观念及空间想象能力不足以正确理解“同一平面”的本质，而研究同一平面内两条直线位置的相互关系，学生还没有建立表象，这就需要教师用合适的方法帮助学生认识平行的原理，并用数学语言表达概念。
【“认识平行线”教学案例】
1. 提供表象代码，埋下平行概念
猜一猜：“无始无终”这个词（配合动画演示金箍棒伸缩）描述了我们学过的哪种图形的特征？出示4幅图，引导学生从四幅图中分别找出两组直线。
师：同学们，你能用手势模仿每幅图里两条直线的位置关系吗？（学生动手模仿）
师：你能根据两条直线的位置关系给他们分分类吗？为了表述方便，我们给每组直线标上序号。（同桌之间互相讨论分类的理由）
预设有两种：（一）①，②③④；（二）①④，②③。
师：第4组存在不同意见，这两条是什么？
生：直线。
师：直线有什么特征？
生：无限延长。
师：既然可以无限延长，那如果我把这2条直线画长一些，会出现什么情况？（生认真思考）（课件演示延长并相交）所以，观察直线不能仅靠眼睛，有时还要想象。看上去不相交的这两条直线说不定延长后就是相交的。
【思考】金箍棒是学生喜欢和熟悉的，其能无限伸长的形象正好与直线无限延长的数学特点相类似。4幅图都是学生熟悉的生活画面，从中抽象出数学意义上的4组直线，并研究它们的位置关系，揭示相交的概念。教师有意识地从直观形象入手，恰当运用表象代码，帮助学生建立描绘性表征，在此基础上进行适度抽象，运用语义代码作叙述性表征。
2. 观察想象比较，初识平行概念（描绘性表征）
现在我们来看图4里②③的2条直线。为了让大家看得更清楚，我把它们移到点子图上（课件展示在点子图上）
师：第四幅图里的2条直线看上去不相交，可是画长一些后，它们又相交了，那这两幅图里的直线画长了，会不会也出现相交的现象呢？
让学生大胆猜测。
师：（课件演示向一端延长）延长一些，相交了吗？
生：没有。
师：再延长一些，相交了吗？（课件演示向另一端延长）
生：没有。
师：再继续延长呢？闭上眼睛想象，这两条直线延长出黑板，延长出我们的教室，会相交吗？为什么？
生：不会，因为两条直线之间的距离总是保持着两格的距离，一直延长下去也不会相交。
师：在数学上，像这样两条直线的位置叫做相互平行。
3.规范不同表述，建立平行概念（叙述性表征）
师：谁能说说什么样的两条直线互相平行？
生：不相交的两条直线互相平行。（教师给予充分肯定）
师：是不是所有不相交的两条直线都互相平行呢？咱们来做个游戏（出示课前准备的两条可伸缩的小棒，一根固定在硬纸板上，一根戳过硬纸板），这两条直线的位置关系又是怎样的呢？
师：分别延长这两条直线，它们相交了吗？再延长，它们相交了吗？那它们互相平行吗？（师边问边延长）
学生通过观察得出：既不相交也不平行。
课件出示平行线的概念，再次强调：我们今天研究的两条直线的位置关系是指在同一平面内。
教师再次引导学生结合图形，采用不同的语言方式进行表述：同一平面内，不相交的两条直线互相平行。直线a与直线b互相平行；直线a是直线b的平行线；直线b是直线a的平行线。
【思考】教师首先引导学生从常见的实物图上抽象出四组直线，在对直线位置关系进行分类的基础上，通过观察、想象和比较，层层递进，对平行概念进行描绘性表征。描绘性表征运用的是表象代码，是记忆中关于事物的形象，有着与实际知觉相类似的性质，这里从实物画面上抽象出来的多组平行线是学生进行描绘性表征丰富的表象代码。接着，教师引导学生采用不同的语言表述方式，正确表述平行概念，是对平行概念的叙述性表征。叙述性表征是一种抽象的意义表征，运用的是语义代码，具有命题的形式，所以它又称为命题表征。
描绘性表征直观、形象、具体，能描述对象整体信息；叙述性表征概括性和抽象性较强，能够传达数学对象的本质内涵。叙述性表征适合逻辑推理，便于传递抽象信息；描绘性表征适合直观展示，便于传递具体信息。
显然，在数学概念教学中，教师既要引导学生运用表象代码对概念进行描绘性表征，又要引导学生运用语义代码对概念进行叙述性表征，这样才能发挥学习材料的直观作用，为学生提供视觉映像。通过双重编码的作用，既形成言语记忆痕迹又形成视觉记忆痕迹，帮助理解数学概念，发展学生的数学语言。
总之，在数学课堂教学中，教师要根据教学内容和学生的数学认知发展水平，灵活运用多元联系表征策略，促进学生对数学语言的理解和运用，多渠道发展学生的数学语言。
初中化学的基本概念是化学学习的基础，然而许多初三学生认为化学概念多，难记忆，不好理解，因此将化学概念从抽象中剥离出来，让学生从感性认识出发，通过动手实践，使学生深刻的理解化学物质的变化规律，并且通过化学的基本概念掌握化学公式、定论的推理过程和提高逻辑思维能力显得尤为重要。本文仅对如何提高初中化学基本概念的教学，提出几点看法。
一、从实验中引出概念
初中学生的形象思维多于抽象思维，因此学生在学习化学概念时最大的阻碍就是觉得抽象，所以在课堂上，通过对化学实验的演示，吸引学生注意力，老师将化学现象进行分析，引导学生对化学概念的正确推理，从而有助于化学概念的形成。
例如，在学习“质量守恒定律”时，通过白磷燃烧和稀硫酸铜溶液与铁反应时的质量变化得出，参加反应的化学质量总和，等于反应生成后的各物质的质量总和，并且质量守恒定律只适用于化学变化，而不是物理变化。化学变化与物理变化的区别在于是否生成新物质。例如，物理变化是玻璃破碎，小麦磨成面粉，石蜡融化等，从学生的实际生活中举例，让学生更容易理解。
在化学基本概念的学习中，关键是让学生从感性的认知中获得抽象的概念思维。实验结果并不会自动生成化学概念，这需要教师对实验进行分析、概括、归纳、总结，从而引导学生从实验中理解化学概念的本质，培养学生从化学实验的事实、现象中进行逻辑推理，通过思想加工，实现化学实验从抽象思维到感性认知的升华。
二、从问题中引出概念
例如，在讲解化合价的概念时，让学生通过化合物形成的实例，了解离子化合物和共价化合物，并用板书书写形成过程。在理解的基础上，让学生画出原子结构示意图，分析电子得失情况，引导学生用原子结构写出氯化钠、氯化氢的化学式，并提出为什么要一个氯原子与钠原子结合，一个氢原子与氯原子结合，让学生通过原子结构示意图，根据原子结构最外层必须为稳定结构的理论，导出化合物形成的道理。观察原子或原子团得失电子所带的电荷数，分析得失电子情况，指出化合价有正价、负价、零价之分。通过教师引导，让学生在问题中理解化合价的概念。
三、突出概念中的关键词，准确把握概念
初中化学的基本概念主要是以定义的形式存在的，定义具有很高的准确性、严密性。因此，教师在讲述概念时应该注意关键词的准确、严谨，纠正对于用词不当对概念造成的误解，培养学生严谨的逻辑推理能力。
例如，在学习单质和化合物的概念时，一定要突出纯净物这个词。因为无论是单质还是化合物都要是纯净物，即组成它们的物质是单一的，再根据组成它们的元素多少划分它们是单质还是化合物，否则学生很容易将带有金刚石和石墨的混合物混淆成单质。
又如，在学习酸的化学概念时，概念中明确讲述：在电解质被电离的阳离子中全部都是氢离子的，称为酸。这个概念中的关键字是全部，然而有些物质，如硫酸氢钠被电离时产生H+和Na+离子，并没有全部生成H+离子，所以不算酸性物质。所以，在讲述酸和碱的化学概念时，都要重点突出“全部”两个字，用来区分酸与酸式盐，碱与碱式盐。
四、通过概念的比较，进行教学
中学生在学习概念时，因为对概念理解不深刻、记忆模糊，容易造成对概念混淆，做题出现差错。因此，在教学过程中通过多对比几组实验，让学生明确它们之间存在的本质区别，从而加深对概念的记忆、理解，培养学生认识事物的抽象思维能力。
例如，教学过程中，要注意对“元素”和“原子”这两个概念的区分和内在联系，特别是在两者的概念教学阶段，使学生形成良好的概念基础，明确元素是宏观的讲述物质组成，对物质组成的种类没有约束，只对个数有要求；原子是微观的讲述物质组成，对物质组成的种类和个数都有要求，然而他们之间又有着紧密联系，即元素是具有相同质子数的一类原子总称。
五、加强对概念的巩固和运用
教师在讲述完概念之后，通过对概念的反复运用让学生巩固概念，坚决不让学生依靠死记硬背记住概念。在课堂上，为了让学生更好的理解、掌握概念，教师应按照教学内容多设立习题，通过学生反复实践，增强学生理解概念的能力，对于学生在实践中出现的错误，及时点拨，纠正。同时，多角度、全方位地考察学生掌握概念的情况，及时发现问题，并采取补救措施。
六、亲自动手归纳和总结概念
初三学生普遍感觉初中化学概念多、乱、杂，需要记忆和理解的东西太多，这就需要学生对所学习的概念经常整理归类，化学概念体系的建立可以从物质的不同种类和物质的微观结构上划分，找出各概念之间存在的区别和内在联系，按照自己的学习特点，整理出一套符合自己学习方式的概念体系，从而实现灵活运用概念解决化学问题的目的。所以让化学概念系统化，是学生学好概念的重要工作。
七、用概念解决生活中的实际问题
学生对概念的学习，不能止步于对概念的表面理解和给概念下批注上，而是应该运用到解决生活中的实际问题上来。增强概念与实际生活联系，有目的的引导学生用化学概念解决生活问题，不仅有利于学生对概念更深刻的理解，还能提高学生的学习兴趣，为更牢固地掌握化学概念奠定基础。
总之，在素质化教学过程中，锻炼学生的自学意识是提高概念化教学的关键。在培养初中生化学概念的研究中，教师应根据教学大纲和教学要求，以学生为主体，在实验举例中多联系学生的实际生活，尽量做到贴近学生生活，让学生从感知认识出发，理解化学抽象概念，并且多角度、全方位地培养学生严谨的逻辑思维能力。
参考文献：
＼[1＼]王立荣.初中化学基本概念的教学＼[J＼].邢台师范高专学报，2002，17（02）.
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889（2015）11C-0125-02
随着我国社会的发展和高等教育的普及，现代社会对具有较强实践能力的应用型人才的需求日益增加，这就决定一般高等学校人才培养目标就是培养能够熟练运用知识、解决实际问题、具有创新能力的应用型人才。
广东第二师范学院作为一所应用型师范本科院校，人才培养目标是注重基础知识学习，加强实践教学，突出技能训练，以培养具有创新精神和实践操作能力的中小学教师。中文系根据学院的人才培养目标，设定了中文专业应用型人才培养模式：面向农村、面向山区、面向中小城市、面向基础教育，强化实践教学，重视人文素养，为广东基础教育培养优质的语文教师。
文学概论作为中文系的专业基础理论课程，传授的教学内容是文学的基础理论、基本原理，初步培养学生理论思维能力，能够鉴赏和评论文学作品。面对学院应用型人才培养模式的转变，文学概论教学作为一种理论教学方式，怎样顺应新的教育教学环境，陶铸高水平的应用型人才，是一个值得深入探讨的课题。我们在课堂教学中尝试可操作性实践，用一系列具体、丰富的实践活动，提升学生理论学习的兴趣，培养学生阅读、分析、鉴赏文学作品的技巧和能力，探索文学概论实践性教学改革。下面是该课程教学改革的具体措施。
一、针对培养模式，增强课程教学的实践性品格
文学概论虽然是一门基础理论课程，属于理论教学，但是文学理论来自文学实践，也应当回到文学实践中接受检验；理论教学的最终目的也是为了文学实践。针对学院应用型人才培养模式的转变，我们突出文学概论课程教学的应用性、操作性，增强其实践品格，实现由“知”向“行”的转变。这种转变的根本途径在于将抽象思辨的文学理论知识转化为实践操作的能力，以达到应用型人才培养的目的。
文学概论的教学，不只是要求学生掌握文学的基础理论和基本原理、规律，更要善于引导学生进行理论思考，运用文学基本原理和规律来进行文学创作，理解、分析文学现象，鉴赏、评论文学作品。因此，应用型人才培养模式下的文学概论课程教学的实践性品格，可以概括为三个方面的内容：一是学习文学理论基础知识、基本原理，了解文学发生发展的一般规律，掌握文学鉴赏、文学批评的基本方法；二是指导学生的文学写作，使其文学创作遵循一定的章法；三是运用文学理论和文学鉴赏、批评的方法来解读、鉴赏文学文本，分析人物形象，为将来教育实习和从事中小学语文教学准备扎实的解读文本的功底。
二、阅读经典作品，为实践性教学提供阅读储备
学生在中学阶段由于升学压力很少阅读文学作品，语文课本中虽然也有大量的文学作品，但是教师讲读时往往将文质兼美的作品分割成层次结构、段落大意、中心思想、人物形象、艺术特色，忽略了文学作品整体的审美韵味，造成学生对文学作品阅读的冷漠无趣。而进入大学以后，自由支配的机会和时间多了，互联网、时尚杂志、电影电视、各种传媒竞相诱惑，大学生很难静下心来读书，更遑论细致体味经典文学作品。
文学理论来源于文学实践，如果缺乏古代文学、现代文学、外国文学作品的阅读积累，学生就很难举一反三触类旁通地理解从文学实践中总结而来的文学原理、规律，也很难将文学理论运用于文学欣赏、批评实践，而只能死记硬背，囫囵吞枣，从理论到理论，应付课程考试；教师在教学过程中讲读分析的文学作品也很难深入下去，得不到学生的互动和共鸣，只能一言堂表演。一定的文学作品阅读储备，是文学概论课程实践性教学的前提和基础。因此，教师应精心选择和提供中外古今经典文学作品阅读书目，要求学生带着文学理论的眼光阅读，活学活用，做好读书笔记，并在课堂上交流读书心得，让学生体会到学习文学理论的乐趣和收获。
三、改进教学方法，课堂教学引入可操作性实践环节
文学概论实践性教学改革要落实到具体的课堂教学方法之中，教学过程应当尽可能设立可操作性实践环节，让学生动脑动手动笔，使学生从文学知识的被动接受者转换成为文学活动的积极参加者和实践者，这是文学概论实践性教学改革的重心所在。
传统的文学概论教学也讲究文学实践。教师先用准确科学的语言，讲述有关概念和基本理论，然后例举生动形象的文学作品或文学现象来说明概念和理论的正确性，文学作品或文学现象成为理论和观念的注脚。这种注入式教学方法在教学观念上忽视学生接受的主体性，忽视学生思维能力的培养，把学生当作接受知识的容器，无法培养学生分析、解读文学作品的能力，无法培养学生的创造精神和创新能力。
在强调可操作性实践教学中，我们始终把“实践”放在教学的第一位，即使运用传统的讲授法，也注重实践的原则。如讲述“意境”这一概念时，先让学生阅读欣赏戴望舒的《雨巷》。学生赏析概括本诗的艺术特色：第一，情景交融的艺术描写。雨巷、油纸伞、丁香、篱墙、女郎，编制出雨中江南小城阴沉的图景，“我”和丁香姑娘在朦胧细雨中邂逅，表现出凄清哀怨、恍惚迷离的情绪，抒发孤独、抑郁的情怀。诗人的情感蕴含在诗歌的景物描写之中。第二，虚实相生的艺术境界。这首诗表面上是写对一个少女的追慕和美好理想破灭后的惆怅，实际上却象征着当时一部分知识分子的苦闷彷徨。那在悠长寂寥的雨巷里撑着油纸伞的诗人，那丁香一样地结着愁怨的姑娘，既是现实生活的写照，又是充满着象征意味的抒情形象，虚虚实实，虚实结合。实境是诗中真实描写的现实生活，虚境是由实境诱发和开拓的审美想象空间。第三，言有尽而意无穷。诗歌描绘的情景是有限的，但由于有了实境和虚境所生成的审美想象空间，就使得本诗富有韵味，让人咀嚼不尽。那梦幻般出现又幽灵一样消失的丁香姑娘，是诗人日思夜想不能忘怀的梦中情人？还是现实生活孤独愁苦情感寄托的偶像？抑或是可遇而不可求、可望而不可即的一切美好事物的化身？
在学生对《雨巷》的欣赏品味之中实际上已经具体接触到了意境的审美特征，这时教师归纳推出意境的定义：意境是作品所呈现的情景交融、虚实相生、韵味无穷的审美想象空间。由于结合文学作品的阅读鉴赏深入浅出地讲述意境的定义，避免了抽象空洞的阐述，易于理解和接受，同时培养了学生鉴赏文学作品的能力。概述意境的定义之后，又布置如下作业：以李白的《送孟浩然之广陵》为例阐述意境的审美特征。通过作业，学生进一步领会掌握意境的概念。这种从文学作品赏析的实践活动出发，提出有关概念和问题，通过教师的讲述和说明，然后运用所学的理论知识去解决新的问题的教学方法，使学习理论知识与文学作品的阅读鉴赏相互结合，既深化了对概念、问题的认识，又训练和提高了阅读、欣赏文学作品的能力。
讨论式教学方法的使用，我们也加入了实践活动的因素。如组织学生结合鲁迅《阿Q正传》中的阿Q形象，讨论文学典型的审美特征。上课之前，要求学生认真阅读小说文本，布置参考资料，提供要讨论的文学典型的几个问题：（1）阿Q独特鲜明的个性特征表现在哪些方面？（2）贯穿于阿Q全部行动和性格中的总特征是什么？（3）阿Q形象为什么具有经久不衰的艺术魅力？讨论方式是将学生分成若干小组，每个小组推荐出组长，组员集体讨论后由组长撰写发言稿。上课之中，由各组组长登台宣读发言稿，一个问题一个问题讨论，组长要接受同学的质疑提问，并要求答辩。组长发言答辩后，教师对讨论的每一个问题要进行整理点评，对学生观点不一致的问题要进行重点讲述，解决学生的疑惑，最后归纳概括文学典型的审美特征。在学生理解掌握文学典型的审美特征后，教师再以林黛玉、曹操等文学形象提问学生，让学生用刚学到的文学典型知识分析林黛玉、曹操的个性特征和总特征，探讨其艺术魅力的成因。
这种带有实践色彩的讨论式教学方法是深受学生喜欢的。学生全员参与，积极性高，增强了学习文学概论的兴趣；尊重学生学习的主体性，认真倾听学生代表的发言，可以发现并激励学生创造的智慧；结合文学形象理解基本概念，从具体到抽象，由实践到理论，再由理论到实践，符合人的认知发展的心理规律；在书面和口头表达的过程中，提高学生文学研究的能力。
四、改革考试内容，增加实践性考题的比重
现有的文学概论考试内容，主要考查学生对基础理论、基本原理的掌握程度，所用考题都是纯粹的理论试题，考试题型有填空题、选择题、名词解释、问答题、论述题。这种考试内容和方法，凭借着死记硬背的工夫，一般来说都能考出比较好的成绩，但是学生解读、鉴赏文学作品的能力得不到确认，起不到督促学生提高实际操作能力的作用，对教学产生了严重的负面导向。因此，纯理论性的考试内容所占比重不宜过大，应当增加实践性考题的比重。
所谓实践性考题，就是运用所学的文学理论知识来分析、评论具体的文学现象和文学作品，考查学生动笔解读文学作品、写作文学鉴赏和文学评论的能力。具体来说，要考查某个理论知识，可以展示相应的作家作品或某种文学热点问题，要求学生对其分析论证或鉴赏评论。例如要考查叙述视角这个知识点，就让学生分析小说《孔乙己》采用何种叙述视角，联系小说文本分析这种叙述视角有何特点，采用这种视角叙述有什么艺术独到之处。要考查叙述者这个知识点，就可以这样命题：鲁迅在创作《孔乙己》时可以有四种叙述者的选择：“孔乙己”、“掌柜、酒客”、“小伙计”与作者自己。鲁迅选择了酒店“小伙计”作为叙述者，这是何种类型的叙述者，这种叙述者在小说中有什么作用？请联系文本做详细的论述。这种实践性考题，把考试引向了理论联系实际，引导学生看到文学理论的实用性、应用性，能够培养学生理论的运用能力、良好的感悟能力、独立的判断能力、正确的审美能力、流畅的表达能力、新颖的创造能力，让学生真正成为学以致用的应用型专门人才。
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）11-0066-7
1 问题的提出
教学设计是一个系统性规划教学系统的过程，一般有三种方式：一是指向于整本教材、整个学科知识结构的宏观安排；二是指向某一课时、某一概念的微观层面上的教学安排；三是介于二者之间的指向于结构化主题学习单元的中观教学设计。
目前，高中物理教学的设计视角大多指向微观层面，其原因除了教师缺少基于联系视角进行中观教学设计的整体观念外，更重要的原因在于缺乏合适的架构组织来统领大量具体概念，从而造成了学生在整体知识理解上只见“树木”，不见“森林”的误区。
2 核心概念的层次模型及其学习进阶
前些年，美国教育界针对本国科学课程中“一英里宽，一英寸深”的现象提出广泛批评，由此催生了《美国国家科学教育标准》的重新修订。新标准的核心思想围绕少数核心概念进行知识组织，并对核心概念规定了12年一贯制的学习进阶，以促进学生对核心概念的全面理解。由此，核心概念及其学习进阶逐渐成为全球科学教育领域的研究热点。
关于核心概念及其学习进阶，我国科学教育界在介绍国外相关研究成果的同时，在核心概念的确定原则、核心概念的学习进阶规划等方面进行了研究，并围绕核心概念、学习进阶的教学设计进行了初步的实践探索，但对科学概念层次模型尚未达成共识。在本文中，笔者基于图1所示的科学概念层次模型进行了实践研究。
对于物理学科而言，在图1所示的科学概念层次模型中，居于塔尖的“学科核心概念”只有“运动与相互作用”“能量守恒”等少数几个，但却统摄着数量众多的抽象概括水平依次降低的“主题核心概念”“重要概念”和“基础概念”。因此，围绕核心概念进行教学设计时，首先需要对其组织架构关系进行分析，并对“主题核心概念”“重要概念”等下位概念的学习序列进行合理的规划，即对其学习进阶进行研究。
目前，关于学习进阶主要有两种研究取向，一是基于课程论视角，认为学习进阶是符合学生发展规律的概念序列，其研究取向是对核心概念的学习序列进行宏观规划；二是基于教学论视角，认为学习进阶是描述学生的学习路径，是“学习者认知发展过程中用以‘踏脚’的具体的‘脚踏点’”，其研究取向是对具体“脚踏点”进行优化设计。显然，二者虽然研究取向不同，但却相辅相成，因为“仅有路径还不足以提供学习者认知发展的支撑，需要寻找学习者每一次进步的‘脚踏点’，以此帮助学习者发展和完善原有的认知结构，顺利构建有意义的认知”。
3 围绕核心概念进行教学设计的理性思考
基于图1所示科学概念层次模型进行教学设计，主要有三种取向：一是围绕学科核心概念的教学设计，它一般属于课程专家的研究范畴；二是围绕某个重要概念、基础概念的微观处理；三是介于二者之间、基于主题核心概念的中观教学设计。由于主题核心概念是联系学科核心概念与重要概念的桥梁，这样围绕主题核心概念的教学设计，向上可以契合学科核心概念的学习序列，向下可联系学生的思维过程。因此，基于主题核心概念的教学设计是最佳的中观教学设计方式。
需要指出的是，基于主题核心概念的学习路径不是单个重要概念学习路径的简单拼接，因为重要概念间的关联方式既是知识结构的重要组成部分，也是促进知识结构化的重要途径。因此，只有将它们及其之间的关联方式放在系统的高度去统筹规划，才能围绕进阶层级设计出最优化的进阶路径。
关于重要概念间的关联方式，一般有内外之分，其中有关重要概念间的层次关系、概念属性以及建立过程间的逻辑关系属于内在关联方式，而蕴含重要概念的建立、应用的结构化主题则属于一种外在的关联方式。因此，基于主题核心概念学习路径设计，不仅需要对内在关联方式进行优化重组，同样需要重视结构化主题情境这种外在关联方式的构建，以便学生基于情境获得知识、应用知识，从而在丰富其认知结构的同时，有效培养学生解决实际问题的能力。
4 围绕主题核心概念教学设计的实践研究
在围绕主题核心概念的教学设计时，还需要把学科核心概念解构成“颗粒度”适中的主题核心概念。在本文中，以学科核心概念“能量守恒”为例，首先基于科学层次模型对其组织架构关系进行分析，然后探讨主题核心概念“机械能及其守恒定律”的学习路径设计。
4.1 “能量守恒”的组织架构关系
“能量守恒”是中学物理中几个学科核心概念之一，但它却统摄了Ⅰ中的“主题核心概念”、Ⅱ中的“重要概念”以及若干“基础概念”，具体的组织架构关系如图2所示。（注：由于基础概念数量较多，图中没有列出层次，另外，有关的电磁场能量也未列出。）
在人教版必修2及选修3系列的相关章节中，都是围绕“功是能量转化的量度”和“守恒思想”这条主线进行内容组织的，其中关于“功是能量转化的量度”没有采用新课标之前的教材组织方式――在章首直接说明“做多少功，就有多少能量发生转化”，而是采用逐级渗透，使学生在“润物细无声”中体会这一重要思想，具体渗透的章节如表1。
由表1可知，要实现对“能量守恒”的深刻理解，“机械能及其守恒定律”的学习路径设计至关重要。
4.2 “机械能及其守恒定律”单元的教材分析
纵观图2中主题核心概念“机械能及其守恒定律”的“颗粒度”，非常适合单独构成主题学习单元，但人教版教材没有简单地按其概念序列进行内容组织，而是从以下两个层面渗透“功是能量转化的量度”和“守恒思想”的重要主线。
（1）关于守恒思想的渗透方式
关于守恒思想，教材按“追寻守恒量（动能、势能间的转化及其守恒猜测）机械能守恒定律及其实验验证能量守恒”进行组织。在“追寻守恒量”中，以图3所示的伽利略理想实验所隐藏的守恒思想为出发点，重现人类追寻能量概念的思维脉络，初步概括出能量概念，并定义势能、动能，猜测动能、势能在相互转化过程中可能守恒。在“机械能守恒定律”中，运用演绎与归纳的方法建立机械能守恒定律，并安排验证性实验，引导学生从理论与实验两个层面上体验守恒思想。在单元最后安排“能量守恒定律与能源”，其目的是在更宽广的知识背景下引导学生感悟守恒思想，完善能量的知识结构。
（2）关于“功是能量转化的量度”渗透方式
关于“功是能量转化的量度”渗透方式，教材首先阐述在人类认识能量历史过程中建立了功的概念，并举例说明如果物体在力的作用下能量发生变化，这个力一定对物体做了功，以此强调“功”与“能”之间相互依存。其次，是在探讨重力、弹簧弹力做功特点过程中，建立重力势能、弹性势能及其对应的功能关系。最后，是通过“探究功与速度变化的关系”的实验，初步体验合力做功与质量、速度变化关系，然后运用演绎方法建构动能概念和动能定理。
需要指出的是，虽然教材围绕主线进行了精心组织和安排，但我们也注意到，教材中各重要概念之间的联系还是比较隐晦的，因而不利于学生深刻领会主线。另外，基于教学逻辑考虑，教材没有更为清晰地体现出“为什么重力做功对应重力势能变化？为什么合力做功对应动能变化？”同时，在动能和动能定理的建构过程中隐含逻辑问题。
4.3 主题核心概念“机械能及其守恒定律”教学设计
基于上述思考，在设计学习路径时，需要在考虑教学逻辑的同时，突出重要概念间的内外联系。为此，我们以伽利略理想实验及其拓展模型为学习主题，构建起沿追寻守恒量思维脉络的重要概念学习路径图（见图4）。
（1）功的学习路径设计
如前所述，“功”是一个极为重要的概念，其重要性体现在“功”“能”两个概念的相互依存上。因此，“功”概念的建立必然是与能量转化过程密切相关。为此，设计以下学习路径。
①基于伽利略理想实验分析，创建功的概念情境
【问题1】在图3所示的伽利略理想实验中，物体在AB及BC过程中，动能和重力势能如何转化？哪个力做功？
点评：以理想实验为学习情境，构建“功”与“能量”的联系桥梁，渗透“功是能量转化的量度”思想，让学生在进一步“追寻守恒量”的活动中建立功的概念。
②基于伽利略理想实验的分析，引出一般情况下功的公式推导
【问题2】动能、重力势能发生相互转化的原因是有重力做功，而在图3所示情况中，重力与位移方向不在一条直线上，那么如何应用图5所示模型中功的计算公式W=F・l来计算重力所做的功？由此引入一般作用力做功的等效处理。
③基于实际实验分析，巩固已学知识，架起联系桥梁
【问题3】对于理想实验而言，物体由AB、BC过程中，重力对物体做正功还是负功？在实际情况中，物体沿斜面下滑、上升过程还受到摩擦力作用（见图6），试判断其运动过程中摩擦力做功的正负。
点评：上述学习活动设计的目的除了巩固已学知识外，更重要的是为学生思考“为什么重力做功对应重力势能变化？为什么合力做功对应动能变化？”等问题构建学习路径中的“脚踏点”。
（2）重力势能的学习路径设计
关于重力势能概念的建立，教材按“重力做功重力势能变化重力势能表达式”流程进行内容组织，但对尚未建立保守力概念的学生而言，势必会产生“为什么仅仅是重力做功对应于重力势能变化，而不是其他力做功？”的疑问，这是重力势能学习路径设计时首先需要明确的，然后才能按教材组织方式建构重力势能概念。为此，建议按下述方式设计学习路径。
①基于理想实验分析，初步建立重力做功与重力势能变化的对应关系
【问题4】对于图3所示的理想实验，物体由AB重力做正功，重力势能减少，由BC重力做负功，重力势能增加，那么，重力势能变化的原因仅仅取决于重力做功吗？其他力做功与重力势能变化之间有无必然联系？要对其进行论证，需要对图3所示模型进行怎样的拓展？
②基于理想实验模型拓展，论证重力做功与重力势能变化的关系
【问题5】对于图6所示的实际问题，物体沿ABC运动，试将重力、摩擦力做功的正负及其对应过程中重力势能的变化情况填入表2。
【问题6】若图3中的物体还受到与运动方向一致的拉力（见图7），试将重力、拉力做功的正负及其对应过程中重力势能变化情况填入表3。
【问题7】观察以上两个表格，探寻重力势能变化与哪个力做功相对应？并探讨构建重力势能表达式的方案。
点评：以上学习路径设计中，一方面回答了为什么只有重力做功才对应于重力势能变化，从而有效渗透了“功是能量转化的量度”的思想，另一方面也为动能概念及其机械能守恒定律学习路径设计构建了“踏脚点”。
③基于一般理想实验分析，建立重力势能概念
【问题8】若图3所示的光滑斜面相对某一平面的高度如图8所示，试用mg、h1、h2表示出物体AB及BC过程中重力做功的表达式。
【问题9】若将图3的斜面改为一般的曲面，试运用微元法分析重力做功有何特点？如果还是W=mgh1-mgh2形式而与路径无关，那么，mgh就是一个仅取决于重力mg和势h（位置）的物理量，由此，你认为mgh表征了什么性质的物理量？
（3）动能、动能定理的学习路径设计
关于动能和动能定理的建立过程，教材按图9所示理想模型导出W= mv - mv ，并将其称之为动能定理，但是，仔细考查其建立过程，需要回答两个问题，一是为什么是合力做功对应于动能变化？二是由此特殊模型导出的结论具有普遍性吗？也即其建立过程在逻辑上自洽吗？为此，建议按下述方式设计学习路径。
①基于理想实验分析，猜测合力做功与动能变化的对应关系
【问题10】在图3所示的理想实验中，物体由AB、BC中，由于重力做功导致动能变化，其重力做功即为合力做功，那么，是否是合力做功对应于物体的动能变化呢？要对其进行论证，应对图3所示装置进行怎样的拓展？
②基于拓展模型分析，论证合力做功与动能变化的对应关系
【问题11】对于图6所示的实际问题，物体由ABC运动过程，试将重力、摩擦力及合力做功W的正负及其对应过程中动能变化情况填入表4。
【问题12】若物体按如图7所示的方式运动（物体在右侧斜面上做减速运动），试将重力、拉力及合力做功的正负及其对应过程中动能变化情况填入表5。
【问题13】综合上述两个问题，你认为动能变化是由什么力做功引起的？
点评：以上学习活动设计，一是渗透“功是能量转化量度”的思想，二是回答了“为什么是合力做功对应于动能变化”的问题。
③构建一般模型探究动能变化规律
相比于重力做功与重力势能变化的关系探究，合力做功与动能变化关系更为复杂，因为物体所受合力有恒定、分段变化和连续变化之分，而我们又无法在高中阶段按一般演绎推理方式dW=F・dx、F=ma推得W= mv - mv ，这样，要构建合力做功与对应能量变化关系，就需要分别基于直线运动和曲线运动中不同的作用模型进行分类探索。为此，我们设计了图10所示的学习路径。
需要说明的是，在上述学习路径设计中，重点是构建直线运动中的关系式W= mv - mv ，对于曲线运动，可由微元法及变力作用模型简要说明其结论仍为W= mv - mv 。至于具体的问题设计，参见文献[7]。
点评：在学习路径设计中，分别应用分类、演绎、归纳等科学方法建立起普适功能关系W= mv - mv ，由此再类比于重力做功与重力势能变化关系，则可建立起动能概念、“发现”动能定理，并很好地解决了教材中隐含的逻辑问题。
（4）机械能守恒定律的学习路径设计
关于机械能守恒定律的学习路径设计，教材先以光滑曲面上运动的物体为研究对象，运用动能定理论证其机械能守恒，然后对物体与弹簧构成的系统进行研究，归纳出机械能守恒定律。单纯就机械能守恒定律的学习路径设计，这样安排无可非议，但是将其置于主题核心概念建构这一系统上考查，则不利于学生从总体上感悟守恒思想。为此，建议按下述方式设计学习路径。
①基于理想实验分析，猜测机械能守恒条件
【问题14】对于图3所示的理想实验，小球好像具有“记忆”功能，试用动能定理分析AB、BC过程中机械能变化情况，说明小球“记住”了什么？这种“记忆”是否需要什么条件？比如：有摩擦力作用时，是否还有这样的“记忆”能力？
②基于拓展模型分析，归纳机械能守恒条件
【问题15】对于图6所示的实际问题，试将重力、摩擦力做功正负与机械能变化情况填入表6。
【问题16】对于图7所示的光滑斜面，并受到与运动方向一致的拉力作用，试将重力、拉力做功正负及其对应过程中机械能变化情况填入表7。
【问题17】 综合上述两个问题，探讨单个物体与地球组成的系统机械能守恒的条件，并写出图3所示理想实验中物体机械能守恒定律的表达式。
点评：按上述方式设计机械能守恒定律学习路径，按“追寻守恒量”中的猜测达到机械能守恒的理性认识，实现了“追寻守恒量”认识过程的螺旋式上升，同时，又有效建构机械能守恒的条件，加深对守恒思想的领悟。
（5）功能关系的学习路径设计
在人教版教材中，出于认知水平考虑，没有安排除了重力以外的力做的功等于物体机械能变化这一重要功能关系，但在上述方式学习路径中，此类功能关系分析是深刻领会机械能守恒定律的“踏脚点”，这样，只需对上述学习活动中的问题15、16中摩擦力、拉力做功与机械能变化关系进行显性化处理，阐述其物理意义并推广至一般性结论，则可构建起上述功能关系，具体过程从略。
综上所述，对于主题核心概念“机械能及其守恒定律”的学习路径设计，追求的不是每个重要概念的最佳进阶路径，而是按追寻守恒量的思维脉络，通过对伽利略理想实验及其拓展模型功能关系的分析，从中观层面上统筹规划学习内容、学习过程及其重要概念间的关联方式，构建起围绕主题核心概念的最佳进阶路径。
参考文献：
[1]林雪敏.核心概念的确立原则及教学策略初探[J].中学物理教学参考，2015，41（11）：7―10.
[2]范增.我国高中物理核心概念及其学习进阶研究[D].重庆：西南大学硕士学位论文，2013.
[3]王较过，赵萍萍.概念图在中学物理核心概念学习进阶中的应用[J].中学物理教学参考，2015，41（11）：2―6.
[4]张颖之，刘恩山.科学教育中科学内容知识的结构[J].课程・教材・教法，2013，33（10）：47―51.
