今天小编在这给大家整理了教学设计概念的论文(共含12篇),我们一起来看看吧!同时,但愿您也能像本文投稿人“五月魔方”一样,积极向本站投稿分享好文章。
一、教材分析
1. 在教材中的地位与作用
在《集合与函数概念》一章中,《集合的含义与表示》是一项重要的基础内容,在知识体系来看,他不仅是高中数学的开始,也是中小学数学的一个承接。具体体现在:
第一、内容的定位。
集合在高中课程中的定位,在标准中写的比较清楚。标准是这样说的,集合语言是现代数学的基本语言,使用集合语言可以简洁准确的表达数学中的一些内容。高中数学只将集合作为一种语言来学习,它把集合是作为一种语言,来描述和表达问题的一种语言来学习的。学生学会使用最基本的集合语言表示有关的数学对象,发展运用语言进行交流的能力。我觉得这一段话,就给了我们这个集合内容的一个基本的定位。
第二、集合内容的一个目标。
集合在实现目标中的作用。提高数学的表达和交流的能力,是集合的一个基本的目标。集合作为一个数学的概念,对于数学中的分类思想,起了一个促进的作用。我们数学里有自然语言,有符号语言,有图形语言,还有图表语言等等。集合就是一种特殊的符号语言。集合在实现这个目标中,是起了一个作用的。
集合主要是要把各种不同的事物能刻划清楚。在我们中学所使用、所体现出来的具体集合,都是非常清楚的元素和集合之间的关系,是非常清楚的。为了搞清楚集合在整个课程中的一个定位,我们应该搞清楚课程中的一个基本脉络。那些可以作为集合的载体,教室里的男女同学,自然数、整数、分数、小数等等。我们用这些来对数进行分类。另外呢,数轴上的点集,比如说我们在讲不等式的点集、不等式的解集、方程的解。我们总希望用数形结合,它反映在这个是一个点集。另外还有直角坐标系中的点集、方程的根、不等式的解集、函数的定义域等等,函数的定义域、单调区间,函数这个单调的区间,还要学习图形,图形上的一些特殊点。集合也需要,作为一种支撑的一个语言。直线与平面的关系,我们常常说直线L是含于某一个平面的等等。那么,到了我们学解析几何的时候,我们又要使用集合的语言来帮助我们去刻划平面直角坐标系中的某些特殊点,等等。对数据进行分类,用了直方图、扇形图,这些都是集合的比较好的一个载体。三角函数的周期刻划、零点的刻划、最值的刻划、单调区间的刻划、向量与平面点集的刻划等等。一元二次不等式、目标函数的可行域,在我们线性规划问题里数列的特殊点。所以当我们学完这个集合的内容,在我们后续的课程中,有很多的内容可以帮助我们不断的加深对于集合作为一种语言的认识。这样梳理以后,老师清楚我们在这四个课时要讲的内容中,在我们整个高中课程中,所处的一个位置。哪一些载体是学生比较容易掌握的,哪一些载体是学生不容易掌握的。在讲集合的时候,最好选用一维的载体,比如说数、数轴、不等式的解集、数量的范围等等。这些都是一维的载体。另外,就是有限点集学生比较容易。我们常常也把这个开区间,虽然也是无限的,但是学生有一个有限的范围的感觉。知道在讲集合的开始阶段,我们选用什么样的载体来支持学生学习集合的语言。我想这样的分析都使得我们能够更好的把握课程的定位,更好的理解集合所发挥的作用。
在考虑整体的时候,不仅仅要考虑这个内容,而且应该考虑这种思想-数学思想方法
2. 教材编排与课时安排
给出实例→提出问题→问题思考→集合的含义与表示→强化运用(例题与练习)。
教师教学用书安排“集合的含义与表示”这部分内容授课时间2课时,本节课作为第一课时,重在交代集合含义的内容以及集合与元素之间的关系,教学中注重内容的阐述,并充分揭示集合结构特征、集合与元素的内在联系。
二、学情分析
1.学生的情感特点和认知特点:学生思维较活跃,对数学新内容的学习,有相当的兴趣和积极性,这为本课的学习奠定了基础
2.已具备的与本节课相联系的知识、生活经验:学生已较好地在初中接触过集合,为本节课学习集合的含义、元素的特征做好铺垫。
3.学习本课存在的困难:集合作为高中数学课程中的一种语言,因此,集合学习的初学者主要困难在于:使用最基本的集合语言表示有关数学对象,发展运用数学语言进行交流的能力。
基于以上分析,我初步确定如下教学目标与教学重、难点:
三、重、难点分析
【教学重点】集合的含义;
【教学难点】集合元素的基本特征。从知识特点看,与元素的基本特征相似的、需要类比并分类讨论的数学思想在高中前期的学习中很少出现,因此无法进行类比对照,需要充分理解集合的含义,并能整合知识,做到融会贯通,而这对学生却是比较困难的,何况分类讨论的思想方法是初次接触,对学生来说是很新鲜的,因此,教师在发挥学生主体性前提下要给予适当的提示和指导。
依据课程标准,结合学生的.认知发展水平和心理特点,确定本节课的教学目标如下:
四、教学目标分析
依据课程标准,结合学生的认知发展水平和心理特点,确定本节课的教学目标如下:
【知识与技能】认识并理解集合含义的内容;明确集合与元素之间的关系,一是已知集合,能描述其中元素的特征;二是会用集合表示给定元素;三是理解集合中元素的基本特征;四是基本思想方法(集合与元素从属与被从属)的运用。
【过程与方法】感悟用集合表示一类事物的优越性,感受集合的严谨性与元素之间的相互关系,优化思维品质,初步提高学生的数学语言应用的能力。
【情感、态度与价值观】通过经历对比探索的过程,对学生进行思维严谨性的训练,激发学生的求知欲,引导学生多角度思考与反面举例数学思想的建设,感受思维的奇异美、结构的对称美、形式的简洁美和数学的严谨美。
基于上述教学目标与教学重难点,我初步设计如下教法与学法:
五、教法分析与学法指导
1.教法分析
根据学生认知发展水平和心理结构特点,结合教学内容的难易程度,在教学过程中可以利用计算机多媒体和实物投影等辅助教学,以建构主义理论为指导,采用引导启发教学法和探究-建构教学相结合的教学模式,着重于学生的发现、探索和运用,并辅以变式教学,注意适时适当讲解和演练相结合。
2.学法指导
教学矛盾的主要方面是学生的学。学是中心,会学是目的。因此,在教学中要不断指导学生学会学习。根据本节内容的特点,这节课主要是教给学生“动脑想,严格证,多训练,勤钻研。”的研讨式学习方法。这样做,增加了学生主动参与的机会,增强了参与意识,教给学生获取知识的途径;思考问题的方法。使学生真正成为教学的主体。也只有这样做,才能使学生“学”有新“思”, 学有心得。
3.教学构想
集合含义和集合元素的基本特征是本节课的重点内容,要积极引导学生观察实例,发现规律,类比推理,推导归纳,总结反思,增强认知,强化运用。 教学中可以给出一些实例,加强学生对集合含义的理解,以提高学生学习的兴趣,开拓学生的思维视野。例题和巩固练习的选择要全面,不能忽略集合元素特征的考察,注意分类讨论思想的渗透。
六、教学设计说明
问题情境故事化。采用故事来创设问题情景,意在营造和谐、积极的学习气氛,激发学生的探究欲,让学生感受数学的应用价值,通过问题的解决,在特殊方法之中蕴涵一般规律,使学生自己去体会其中的思想方法,为进一步学习奠定基石。
问题情境与含义探究活动化。教学中本着以学生发展为本的理念,充分给学生思考、分析时间、讨论研究和交流展示思维的机会,通过他们自主学习、合作探究,展示学生解决问题的思想方法,共享学习成果,体验数学学习成功的喜悦。通过师生之间不断对话合作交流,发展学生的数学观察能力和语言表达能力,培养学生思维的发散性和严谨性。通过教师的积极引导和启发,借助于变式教学的模式,培养学生思维的发散性、深度与广度。
建筑结构概念设计论文参考
关键词:概念设计;建筑结构设计;应用
作为建筑工程项目开展中的一个重要环节,建筑结构设计不但会关系到建筑工程项目的顺利开展,而且还会影响到整个建筑工程质量。所以,相关单位要充分重视建筑结构设计工作,并且采取科学有效的方法有效提高建筑结构设计水平。在其中合理地运用概念设计方法,可以有效地优化建筑结构设计方案,提高建筑结构设计水平。因此,设计人员要在建筑结构设计中要积极、合理地运用概念设计方法。
1概念设计概述
所谓的概念设计即为在尚未经过数值计算,特别是在一些很难通过相关的规范制度做出明确规定或者是很难进行精确理性分析的问题当中,根据整体结构体系以及分体系彼此之间存在的力学关系、试验现象等总结获得的设计思想与设计原则,以此来从整体上来完成对建筑结构的总体规划与布置,有效管理与控制抗震细部方法等[1]。在建筑设计方案制定的时期,这一设计方法可以更加科学、合理地完成对结构体系的构思、建立以及选择等,进而能够获得更加准确以及概念清晰的方案,从而为后期的设计奠定坚实的基础,进而提升其经济性以及安全、可靠性。
2概念设计在结构设计中的重要作用
2.1有效弥补计算机设计中存在的缺陷
在采用计算机完成建筑结构设计方案的时候是会存在许多缺陷的,其无法正常完成方案初步设计工作。这是由于计算机设计往往会为设计师造成一定的错觉,会使得设计人员觉得计算机程序的运用简单易行,因此就会对计算机软件产生过度依赖的心理,于是就不会去专心地研究与学习结构概念的相关知识,进而影响到其设计能力的`提升。另外,一些设计人员会存在一种习惯,即会在设计过程中应用分析程序。然而其却没有充分意识到假如采用正确的软件会使得设计效率与设计水平得到有效提升,而假如选择的软件是错误的,那么就会造成结构设计发生问题,会留下潜在的隐患。因此,为了能够有效弥补计算机设计存在的缺陷,那么就应该合理运用概念设计,要鼓励与引导设计人员积极地学习结构概念的相关知识,进而充分利用概念设计的基本原则制定出最为理想化的结构方案。
2.2有效优化结构设计
对于每位建筑设计人员而言,其都需要充分地了解与掌握结构概念。因为利用结构概念可以帮助其创造出新的灵感以及更加准确、清晰的思路,可以帮助设计人员在充分遵循正确设计基本原则的基础上,有效地防止概念混乱以及定性不正确等诸多问题的出现[2]。除此以外,工作人员在面对一些技术问题的时候,假如其可以充分了解概念设计,那么就能够准确地找到问题的原因所在,然后再采取科学、有效的方法解决问题。在当前实行的《建筑结构设计统一标准》当中就涉及到概念理论,而且标准中明确提出了一个围绕概念理论而制定的结构极限状态设计准则,这一种设计方法会更加科学、严谨,进而可以有效提高结构设计的完善性与可靠性,有效地实现结构设计方案的优化。
3概念设计在建筑结构设计中的应用策略
3.1在建筑场地选择中的应用
为了可以有效地提升建筑结构设计的有效性与科学性,那么就必须要做好建筑场地的选择工作,因为只有充分保证建筑场地的科学、合理性,那么才可以也使得后续建筑设计工作更加顺利地开展,有效地确保其工作价值的实现。因此,在选择建筑场地的过程中要合理应用概念设计。具体而言,必须充分注意以下要素:(1)地形因素。因为不同的地形也会对建筑结构产生不尽相同的影响,而且在大多数的情况下还会对其产生极大的制约,所以在开展建筑结构设计的过程中,必须要充分考虑到建筑结构设计的要求,考虑到建筑的实际情况,进而综合考虑选择出最为合适的地形。(2)地质因素。由于地质因素也会在很大程度上影响的建筑结构设计税票,特别是对基础结构设计具有较大的影响。因此,在选择建筑场地的过程中,需要积极地开展全面、科学合理的评估以及分析,进而充分确保施工场地的地质能够有效地满足建筑施工的要求[3]。(3)抗震性因素。由于抗震性也会在很大程度上影响到建筑结构设计水平,因为只有在充分确保建筑结构有着良好的抗震能力以后,那么才能够有效地确保建筑的使用安全。因此,在选择建筑场地的时候,也要合理地应用概念设计,进而尽量防止在在那些极易发生震动的地方开展建筑操作。
3.2在基础设计中的应用
建筑结构的设计人员根据建筑物的具体结构形式以及所处的地理位置,然后再充分遵循概念设计的基本原则,对基础设计类型进行选择。例如筏型基础以及箱型基础等等[4]。在具体采用箱型基础的过程中,需要充分确保建筑物的负载能力,可以及时、均匀地传递给地基,这样就能够对地基不均匀沉降现象产生有效地抵御作用,而且使其可以有效地完成对周围土体的协作互助,进而有效地提升建筑物的抗风以及抗震能力。在选择使用筏型基础的时候,就会使得建筑物上部结构存在着非常大的荷载。对于建筑而言,其具有非常小的承载能力,这一结构类型能够使得建筑物上部得到有效的分散,而且使得地基获得更大的承载能力,在此状况下就会使得极不均匀沉降现象得到了有效的避免。
3.3在高层结构设计中的应用
在受到水平负荷作用时候,会造成高层建筑结构侧移现象的发生,这是高层建筑设计的一个重点与难点问题,每位建筑设计工作人员都必须要给予充分重视。在具体开展结构设计工作的过程中,设计人员要充分遵循概念设计基本原则,不但要充分考虑相关的要求与标准,与此同时还必须要选择更加科学、合理的抗侧力体系,不但要对建筑物四周存在的其他建筑物的位置、结构等进行综合、全面的分析与考量,而且还要对这些建筑物对所要建设建筑物的风压布局所、造成的影响进行综合的考量[5],进而要在具体开展结构设计的时候,采取有效的措施努力提升建筑物的竖向荷载及其抵抗力,要合理地运用概念设计基本原则,努力加强建筑结构的抗震力,使其能够保证平面结构的简单性以及规范性。总之,在当前科学技术快速发展的时代背景下,也使得我国建筑行业获得了跨越式的发展。然而,其在建筑结构设计方面还存在着诸多问题,那么为了能够有效地提升建筑结构设计水平,就应该合理地应用概念设计方法,以此来有效地提升结构设计的完善性与可靠性,有效弥补在结构设计中存在的问题,优化结构设计方案,有效促进建筑结构设计水平的不断提升。
作者:杨涛 单位:中信建筑设计研究总院有限公司
参考文献:
[1]张宸瑞.概念设计在建筑结构设计中的应用分析[J].城市建设理论研究:电子版,(22):89-90.
一、问题导入,引发探究
师:我在旅游时买回来一种磁性蛇蛋玩具(如图),所谓生活处处皆学问嘛,我把它运动过程中的轴截面用图形计算器做出了以下有趣的现象:
两个全等的椭圆形卵,相互依偎旋转(动画)。你能通过所学解析几何知识,构造出这种有趣的现象吗?
二、实验探究,交流发现
探究1:卵之由来——椭圆的形成
(1)单个定椭圆的形成
椭圆的定义:平面内到两定点、的距离之和等于常数(大于)的点的轨迹叫做椭圆。(即若平面内的动点到两定点、的距离之和等于常数(大于),则点的轨迹为以、为焦点的椭圆。)
思考1:如何使为定值?
(不妨将两条线段的长度和转化为一条线段,即在线段的延长线上取点,使得,此时,为定值则可转化为为定值。)
思考2:若为定值,则点的轨迹是什么?定点与点轨迹的位置关系?
(以定点为圆心,为半径的圆。由于>,则点在圆内。)
思考3:如何确定点的位置,使得,且?
(线段的中垂线与线段的交点为点。)
揭示思路来源:(高中数学选修2-1P497)如图,圆的半径为定长,是圆内一个定点,是圆上任意一点,线段的垂直平分线l和半径相交于点,当点在圆上运动时,点的轨迹是什么?为什么?
(设圆的半径为,由椭圆定义,(常数),且,所以当点在圆周上运动时,点的轨迹是以为焦点的椭圆。)
图形计算器作图验证:以圆与定点所在直线为轴,中垂线为轴建立直角坐标系,设圆半径,,即圆,点,则点轨迹是以以为焦点的椭圆,椭圆方程为。
(2)单个动椭圆的形成
思考4:构造一种动椭圆的方式
(由于椭圆形状不变,即离心率不变,而长轴长为定值,则也要为定值,因此可将圆内点取在圆的同心圆上,当点在圆上动时,即可得到动椭圆。)
图形计算器作图验证:当圆内动点取在圆的同心圆上,运动点,即得到动椭圆。
(3)两个椭圆的形成
观察两个椭圆相互依偎旋转的几个画面,分析两椭圆的位置关系。判断两个椭圆关于对称轴对称,且直线过两椭圆公共点,所以直线为两椭圆的公切线。
因而找到公切线,作椭圆关于切线的对称椭圆即可。
探究2:卵之所依——切线的判断与证明
线段的垂直平分线与椭圆的位置关系
(1)利用图形计算器中的“图象分析”工具直观判断与椭圆的位置关系.设圆上动点,则线段的中垂线的方程为,将动点的横坐标保存为变量,纵坐标保存为变量,随着点的改变,在Graphs中画出相应的动直线.用图形计算器中的“图象分析”工具找出椭圆所在区域内的直线与椭圆的交点,拖动点,动态观测交点个数的变化,发现无论点在何处,动直线与椭圆只有一个交点,因此判断直线与椭圆相切,并可求出该切点的坐标.也可以将椭圆方程与直线方程联立,用“代数”工具中的solve求出方程组的解,从而判断根的情况.
(2)证明椭圆与直线相切.
不妨设直线:,其中,,与椭圆方程联立,得,因此
,
将,,代入上式,用“代数”工具中的expand()化简式子,得,所以椭圆与直线相切,切点为.
(3)证明由任意圆上的动点和圆内一点确定的椭圆与线段中垂线均相切(反证法)
因为椭圆是点的轨迹,而点是直线与线段中垂线的交点,所以点既在椭圆上,也在直线上。因此,直线与椭圆至少有一个公共点,即直线与椭圆相切或相交。
假设直线与椭圆相交,设另一个交点为(与不重合).因为,所以;又因为,
所以为定值,而,矛盾.因此直线与椭圆相切。
探究3:两卵相依——对称旋转椭圆的形成与动画
当圆内动点取在圆的同心圆上,作椭圆关于切线的对称椭圆,运动点,隐藏相关坐标系与辅助圆等图形,呈现两卵相互依偎旋转的有趣效果。
改变一些问题条件,进行深入探究与发现。
探究4:改变点位置,探究点轨迹
(1)曲线判断:利用TI图形计算器作图分析,拖动点,当点在定圆内且不与圆心重合时,交点的轨迹是椭圆;当点在定圆外时,则,交点的轨迹是双曲线;当点与圆心重合时,点的轨迹是圆的同心圆;当点在圆周上时,点的轨迹是是一点(圆心).
(2)方程证明:圆,设点,可解得点的轨迹方程为
当或时,点的轨迹为圆心;
当且时,点的轨迹方程为
当时,点的轨迹为圆:;
当且时,点的轨迹为椭圆;
当或时,点的轨迹为双曲线。
探究5:改变切线位置,探究由切线得到的包络图形
查阅有关参考书籍,了解圆锥曲线的包络线,并利用图形计算器作出椭圆、双曲线的包络图形,自主探究抛物线的包络线(将定圆改为定直线)。
结论:所谓包络图,就是指有一条曲线按照一定运动规律运动,保留其所有瞬间位置的影像,会有一条曲线能够和该运动曲线所有位置相切,这条曲线就成为该运动曲线的包络线。
探究6:拓展延伸:椭圆切线的几个性质及其应用
性质1:是椭圆的两个焦点,若点是椭圆上异于长轴两端点的任一点,则点的切线平分的外角。
性质1′:点处的法线(过点且垂直于切线)平分。(即为椭圆的光学性质:从椭圆的一个焦点发出的光线,经过椭圆反射后,反射光线交于椭圆的另一个焦点上。)
课后探究:阅读数学选修2-1P75阅读与思考——圆锥曲线的光学性质及其应用,了解双曲线、抛物线的光学性质。
练习1:已知为椭圆的左、右焦点,点为椭圆上任一点,过焦点向作垂线,垂足为,则点的轨迹是_____________,轨迹方程是_______________。
解:(1)直观判断:作轨迹
(2)严谨证明:圆的定义
由此得到:
性质2:是椭圆的两个焦点,是长轴的两个端点,过椭圆上异于的任一点的切线,过做切线的垂线,垂足分别为,则在以长轴为直径的圆上。
练习2:已知为椭圆的左、右焦点,点为椭圆上任一点,直线与椭圆相切与点,且到的垂线长分别为,求证:为定值。
解:(1)直观判断:作图
(2)严谨证明:利用性质2及圆的相交弦性质,
由此得到:
性质3:已知椭圆为,则焦点到椭圆任一切线的垂线长乘积等于。
课后探究2:已知为椭圆的左、右焦点,点为椭圆上任一点,直线过点,且到的垂线长分别为,则
①当时,直线与椭圆的位置关系;(相交)
②当时,直线与椭圆的位置关系。(相离)
(类比直线与圆位置关系的几何法,此为直线与椭圆位置关系的几何法)
课后探究:双曲线、抛物线的切线是否有类似性质?
一、学习目标与任务
1、学习目标描述
知识目标
(A)理解和掌握圆锥曲线的第一定义和第二定义,并能应用第一定义和第二定义来解题。
(B)了解圆锥曲线与现实生活中的联系,并能初步利用圆锥曲线的知识进行知识延伸和知识创新。
能力目标
(A)通过学生的操作和协作探讨,培养学生的实践能力和分析问题、解决问题的能力。
(B)通过知识的再现培养学生的创新能力和创新意识。
(C)专题网站中提供各层次的例题和习题,解决各层次学生的学习过程中的各种的需要,从而培养学生应用知识的能力。
德育目标
让学生体会知识产生的全过程,培养学生运动变化的辩证唯物主义思想。
2、学习内容与学习任务说明
本节课的内容是圆锥曲线的第一定义和圆锥曲线的统一定义,以及利用圆锥曲线的定义来解决轨迹问题和最值问题。
学习重点:圆锥曲线的第一定义和统一定义。
学习难点:圆锥曲线第一定义和统一定义的应用。
明确本课的重点和难点,以学习任务驱动为方式,以圆锥曲线定义和定义应用为中心,主动操作实验、大胆分析问题和解决问题。
抓住本节课的重点和难点,采取的基于学科专题网站下的三者结合的教学模式,突出重点、突破难点。
充分利用《圆锥曲线》专题网站内的内容,在着重学习内容的基础上,内延外拓,培养学生的创新精神和克服困难的信心。
二、学习者特征分析
(说明学生的学习特点、学习习惯、学习交往特点等)
l本课的学习对象为高二下学期学生,他们经过近两年的高中学习,已经有一定的学习基础和分析问题、解决问题的能力,基本的计算机操作较为熟练。
高二年下学期学生由于高考的压力,他们保持着传统教学的学习习惯,在
l课堂上的主体作用的体现不是太充分,但是如果他们还是乐于尝试、勇于探索的。
高二年的学生在学习交往上“个别化学习”和“协作讨论学习”并存,也就是说学生是具有一定的群体性小组交流能力与协同讨论学习能力的,还是能完成上课时教师布置的协作学习任务的。
三、学习环境选择与学习资源设计
1.学习环境选择(打√)
(1)Web教室(√)(2)局域网(3)城域网(4)校园网(√)(5)Internet(√)
(6)其它
2、学习资源类型(打√)
(1)课件(网络课件)(√)(2)工具(3)专题学习网站(√)(4)多媒体资源库
(5)案例库(6)题库(7)网络课程(8)其它
3、学习资源内容简要说明
(说明名称、网址、主要内容等)
【摘要】 学生在学习初中物理概念时,对于一些本质不同,但表面相似的概念很容易混淆,造成这种认识不精确的原因是多种多样的,有客观因素,也有主观因素;有教师教学的原因,也有学生学习的原因。
研究学生在学习过程中易混概念形成的原因,寻找解决问题的有效策略,对于提高物理课堂教学效率,将会产生积极的作用。
【关键词】 物理;教学;概念混淆
一、概念混淆的原因
1、概念本质属性被现象掩盖
物理概念是对某一类物理事物和物理现象的本质属性的认识,本质属性往往隐藏在表面现象之后,生动的表面现象往往给人深刻的印象。
例如,热传递现象中究竟传递的是温度还是热量?物体间发生热传递时给学生留下的表面认识是:一个物体温度降低,另一个物体温度升高,最后达到温度相同,表面上看是物体间发生了温度传递。
要认识现象的本质,需要经过充分的分析、理解才能认识到,这种强烈的表面印象抑制了学生对热传递本质属性的认识。
2、学前概念的负迁移
学生在学习新的物理概念之前,往往已经接触过许多相关的物理现象,并在头脑中形成一些近似的概念,即学前概念。
这些概念往往是未经充分的科学抽象而获得的,因此,大多是不准确甚至是错误的。
不正确的学前概念妨碍概念理解的全面性、完整性,影响着学生对新概念的同化,造成新旧概念的模糊认识。
例如,对于光和光线,学生在生活中已经有诸如“这里光线太暗”之类的说法,显然是用光线代替了光,在理解“光线是表示光束及其方向的直线”是产生迷惑,片面认为光线就是光。
3、概念形式相似或意义相近
物理概念中,有相当多概念与其他一些概念形式上相似,更多的是意义上的相近,对这些相似概念区分不清,就会造成理解的混乱。
例如液体压强计算公式p=,浮力计算公式F=;物体的相互作用力与物体受到的平衡力;功率与机械效率;惯性与惯性定律;汽化与升华;电动机与发电机;音调与音色等等。
4、概念之间既相互联系又相互区别
有一些概念尽管物理含义不同,但在同一类问题或现象中有着密切的联系,有的学生由于头脑中没有完整的物理情境,对它们的物理意义理解不透,容易将它们之间的关系简单化,不了解它们在本质上的区别,就会混淆不清。
例如,对于温度、热量、内能这三个概念,有些学生常认为:热的物体热量多,内能也大;相同温度的水,质量越大热量越多等;还有如重力与压力、压力与压强、功与功率、电功与电热等等,都常常产生混淆。
二、消除易混概念的策略
正确认识、区别容易混淆的物理概念,最有效的方法是对概念进行比较,从概念的物理意义、概念所研究的客观对象、概念的数学表达式等几个方面加以对比,从而搞清楚它们之间的区别和联系。
作为教师,进行易混概念教学的基本原则应该是充分认识客观因素,组织符合学生认知规律和特点的教学,培养学生科学认识的方法和习惯。
1、概念形成过程的比较
物理学概念是从物理现象和物理过程中抽象出来的事物本质特征,概念形成过程的比较涉及到建立概念的目的、有关的典型物理事物或物理现象、思维过程等。
这些方面的区分度一般较大,容易起到鉴别概念的作用。
例如:压力和重力。
压力的形成是由于互相接触的物体发生相互挤压,而产生垂直作用在物体表面上的力,其性质属于弹性力;重力是地表附近的物体由于受到地球的吸引而使物体受到的力,其性质属于引力。
在有些情况下,压力是由物体的重力引起的,如放在水平地面上的物体对地面的压力,此时也仅仅是压力的大小与物体的重力大小相等。
但在许多情况下,压力并不是由于重力引起的,如用手握住物体时,手对物体的压力;用力往墙壁上按图钉,图钉对墙壁的压力等。
从压力和重力的产生过程看,它们是性质完全不同的两种力。
2、概念内涵的比较
物理概念内涵的比较是易混概念之间最实质、最重要的'比较。
一般说来,易混概念往往描述的是同一类物理事物或物理过程的不同属性。
因此,区分这样的易混概念,要特别指明它们分别描述了同一对象的哪些不同属性,明确理解它们的不同的物理内涵。
例如,功率和机械效率。
功率是描述做功快慢的物理量,定义为单位时间内完成的功,公式P=,单位是瓦特;机械效率是描述机械性能的优劣程度,定义是有用功占总功的比值,公式η=,是无单位的百分数。
又如,平均速度和速度都是用来描述物体运动的快慢,但要分清前者是描述一段时间内的平均快慢,而后者表示物体的运动快慢不变。
一个物理概念的表达式中,包含了它的物理意义、定义方式、单位等内涵,对表达式中的这些内涵进行横向比较,能促使学生记忆概念、活化概念和深化概念。
3、在运用中比较
把易混概念运用于某些具体情况中,常常能获得生动的、直观形象的感受,使概念之间的区别更鲜明。
例如:热量和温度,学生往往认为热量是一种物质、温度是热量的强度、热量和温度成比例、热传递中是温度被转移等等。
教学过程中运用“概念冲突”来促进学生概念的转化,提供一些实例和需要学生解决的问题,学生用个人的理解和解释这些实例往往会产生矛盾,只有运用科学的物理概念才能解决“冲突”,解释这些现象。
再进一步运用“概念发展”深化物理概念的理解,教学中鼓励学生讨论,并充分暴露自己的观点,使自己的观点和认识进一步发展,同时在和其他同学的观点、教师的科学概念之间的讨论和交流中使自己不正确观点得到转化。
4、在结构中比较
把易混概念分别放在不同或相同的知识网络结构中,比较它们在结构中的不同位置、不同功能以及与其他知识的不同关系,更能清楚地区分易混概念。
例如,惯性和惯性定律。
①小车上直立一木块,当突然拉动小车时,怎样解释木块向后倒的现象?②教室里悬挂着的电灯处于静止状态,假如它受到所有的力突然全部消失,电灯的运动状态将会怎样?上述两例是用惯性还是惯性定律解释呢?在实例分析中就能明确。
例①木块由于惯性保持原来的静止状态而向后倒;例②电灯不受外力作用时,总保持静止状态不变。
通过比较可以看出:“惯性”是一切物体在任何状态下都具有的物理属性;而“惯性定律”是物体不受外力作用时的一种运动规律。
物理概念是物理学最重要的基础,让学生清晰、准确地掌握好物理概念是物理教学的关键。
帮助学生理解物理概念的内涵,了解物理概念的外延和有关概念之间的联系与区别,是实现物理教学目的,提高物理教学质量的前提。
[摘要]函数是中学数学教学中的一个重要内容,它与生活和学习联系紧密。
教师在组织高中学生学习函数内容时,一要帮助学生梳理函数概念,二要进行目标解析,三要帮学生诊断学习中遇到的问题。
[关键词]
初中阶段,学生已经学习过函数概念,但到了高中,函数概念发生了变化。
此时,数学教师要帮学生理清概念,解析问题。
一、对“函数”概念的理解
在初中,学生已经学习过函数概念,建立的函数概念是:一般地,在一个变化过程中,如果有两个变量x与y,并且对于x的每一个确定的值,y都有唯一确定的值与其对应,那么,我们就说y是x的函数。
其中x称为自变量。
这个定义从运动变化的观点出发,把函数看成是变量之间的依赖关系。
从历史上看,初中给出的定义来源于物理公式,最初的函数概念几乎等同于解析式。
进入高中,学生需要建立的函数概念是:设A、B是非空的数集,如果按照某个确定的对应关系f,使对于集合A中的任意一个数x,在集合B中都有唯一确定的数f(x)和它对应,那么就称f:A→B为从集合A到集合B的一个函数,记作y=f(x),x∈A。
其中,x叫做自变量,x的取值范围A叫做函数的定义域;与x的值相对应的y值叫做函数值,函数值的集合 f(x)|x∈A叫做函数的值域。
这个概念与初中概念相比更具有一般性。
其实,高中的函数概念与初中的函数概念本质上是一致的。
不同点是表述方式不同──高中明确了集合、对应的方法;初中虽然没有明确定义域、值域这些集合,但这是客观存在的,也已经渗透了集合与对应的观点。
且高中引入了抽象的符号f(x),f(x)指集合B中与x对应的那个数,当x确定时,f(x)也唯一确定。
另外,初中并没有明确函数值域这个概念。
函数概念的核心是“对应”,理解函数概念要注意:1.两个数集间有一种确定的对应关系f,即对于数集A中每一个x,数集B中都有唯一确定的y和它对应。
2.涉及两个数集A、B,而且这两个数集都非空;这里的关键词是“每一个”“唯一确定”。
也就是,对于集合A中的数,不能有的在集合B中有数与之对应,有的没有。
而且,在集合B中只能有一个与之对应,不存在两个或者两个。
3.函数概念中涉及的集合A、B,对应关系f是一个整体,是集合A与集合B之间的一种对应关系,应该从整体的角度来认识函数。
二、目标解析
1.通过丰富实例,建立函数概念的背景,使学生体会函数是描述变量之间的依赖关系的重要数学模型。
能用集合与对应的语言来刻画函数,了解构成函数的三个要素。
2.会判断两个函数是否为同一函数,会求一些简单函数的定义域和值域。
3.通过从实例中抽象概括函数概念的活动,培养学生的抽象概括能力。
教学的重点是,在研究已有函数实例(学生举出的例子)的过程中,感受在两个数集A、B之间所存在的对应关系f,进而用集合、对应的语言刻画这一关系,获得函数概念。
然后再进一步理解它。
三、教学问题诊断分析
1.学生对函数概念中的“每一个”“唯一确定”等关键词关注不够,领会不深。
教学中,可以通过反例让学生加以认识。
如有学生的考试情况是这样的:集合A={1,2,3,4,5,6},B={90,93,98,92},f:每次考试成绩。
这里就不能表示一个函数。
因为对于集合A中的元素“4”,在集合B中就没有元素与它对应。
2.忽视“数集”二字,把一般的映射关系理解为函数。
如:高一(2)班的同学组成集合A,教室里的座椅组成集合B,每个学生都有唯一的一个座椅,班上还有空椅子。
这能否算作一个函数的例子,为什么?
3.对为什么集合B不是函数的值域不理解.让学生感受到,有时,为了研究方便或者确定一个函数的值域暂时有困难,使得B={f(x)|x∈A} 更加合理。
4.当函数关系具有解析式表示时,f(x)当然可以用x的解析式表示出来。
学生会因此而误以为对应关系f都可以用解析式表示。
可以通过所举实例的类型,引导学生,明确表示对应关系f并非解析表达式不可。
但这不是本节课的重点,应该放在下一节课“函数的表示”中解决。
只要注意所列举的例子不光是有解析式的即可。
5.本课的难点是:对抽象符号y= f(x)的理解。
可以通过具体函数让学生理解抽象的f(x)。
比如函数f(x)=x2,A=x|-2≤x<2 .f(-1)=1,f(1.5)=2.25,f(-2)=4,
f(2)无定义。
f(x)=x2,x∈A。
最终,让学生明白,f(x)是集合B中的一个数,是与集合A中的x对应的那个数.当x取具体数字时,f(x)也是一个具体的数。
摘要:函数的概念及相关内容是高中和职业类教材中非常重要的'部分,许多学生认为这些内容比较抽象、难懂、图像多,方法灵活多样。
以致部分学生对函数知识产生恐惧感。
就教学过程中学生的反应和自己的反思,浅淡几点自己的看法。
关键词:函数;对应;映射;数形结合
1要把握函数的实质
摘要:概念是反映对象的本质属性的思维形式。
人们通过实践,从对象的许多属性中,撇开非本质属性,抽出本质属性概括而成。
在概念形成阶段,人的认识已从感性认识上升到理性认识,把握了事物的本质。
在此我对初中物理概念的教学做了一些粗浅的剖析。
关键词:概念;引入;分析;理解;应运
物理概念是构成物理知识体系大厦的基石,是物理教学中的重点、关键环节。
目前,中学生普遍感到物理难学,究其原因,主要还在于学生对物理概念的理解和掌握仅停留在背定义、记公式上,忽视了对建立概念的事实依据和形成概念的抽象概括方法的理解,进而影响了学生对物理概念和物理规律的理解和掌握。
所以,让学生掌握好物理概念是物理教学成败的关键。
因而物理概念的教学尤其显得重要。
下面笔者谈谈在物理概念教学方面的经验和体会。
一、恰当地引入物理概念
概念是反映物质物理属性和化学变化的一般本质属性,学生形成化学概念,感知是第一要素。
概念内容的具体化又是学生形成化学概念第一个起点。
教师必须紧紧依托实验教学,引导学生从直观的实验现象中,获得感性认识,培养学生形成化学概念。
教学大纲指出:“实验教学可以帮助学生形成化学概念。
下面,仅就以实验教学为主要途径,培养学生形成物质特性、化学变化规律、基本理论三类概念,谈谈个人浅见,请先哲和同行们指教。
一、提供真实、鲜明、主动的化学实验,培养学生形成物质特性概念 反映物质本质特性概念的实验,教材中作了统筹安排。
为了深刻说明物质特性的概念,教师精心设计的实验,应该是真实的、鲜明的、生动的,直观性强,现象明显,易于激发学生形成化学概念。
例如:培养学生形成酸本质特性的概念时,教材安排了盐酸与石蕊试液、锌、铁、铁锈、氢氧化铜溶液、硝酸银溶液反应一组实验,通过引导学生观察上述实验,培养学生认识盐酸能与指示剂、多种活泼金属、金属氧化物、某些盐反应,与碱起中和反应等化学特性,于是,引导学生推论酸本质特性的概念。
真实的化学实验,就是让学生观察物质的本质属性。
化学实验就是通过学生视觉、听觉、嗅觉来形成感性认识的,只有提供直接作用于感官的真实实验,才能有助于学生形成思维,加深对反映物质特性的化学概念的理解,例如,反应生成的沉淀、物质的溶解、颜色的变化、有气味或有颜色气体的逸出,都是帮助学生直接观察物质发生变化的直接感知,使学生信服地形成物质特性的概念。
教师在演示盐酸与碱一氢氧化钠溶液反应的实验,是说明酸与碱反应的.特性,可是,事实说明,盐酸溶液与氢氧化钠溶液反应的实验,就不同于盐酸与氢氧化铜溶液反应的实验。
因为前者反应时看不到任何明显现象,而后者则看到了有蓝色的氢氧化铜,现象鲜明。
所以,我们设计、安排化学实验时,首先要考虑实验的鲜明性,才能使学生注意化学反应,使物质特性更明朗、更完整,更生动真实,从而有助于学生形成清晰的化学概念。
同样反映物质特性的化学概念,由于提供实验不同,会得到不同效果。
例如,氨气易溶于水的特性实验,用一支大试管盛满氨气后倒置水中,水会在试管内上升,反应出氨易溶于水的强溶解性。
可是换成“喷泉”实验,就更加形象、生动,效果明显。
由此观之,只有生动、鲜明、真实的化学实验去刺激学生大脑兴奋中心,才能有助于学生形成深刻的化学概念,使具有物质特性的化学概念在学生大脑中深深打上烙印。
二、提供典型、系列的实验,培养学生形成各类反应的化学概念 化学反应中有许多类似反应遵循着一定的反应规律。
为了帮助学生掌握各类反应的概念,我们要安排、设计好一系列化学反应的实验,培养学生归纳、概括这些反应的规律。
例如,在化学基本反应类型的教学中,我们借助木炭、硫粉、铁丝、红磷等物质在氧气中燃烧的实验,其中有非金属与金属的典型代表物质,通过这些典型、系列的化学反应,指导、培养学生基本上形成抽象的化合反应概念。
此外,分解反应、置换反应和复分解反应的化学反应概念,也都是通过典型、系列的化学实验后,归纳、总结而形成的。
指导、培养学生形成各类反应的化学概念时,还必须安排、设计正确反映概念内涵的感性实验,让学生在观察的基础上,通过分析、推理、综合、归纳、总结,直至思维加工,把获得的感性知识进行深化,即把零碎的、片面的感性知识,进行科学的概括总结。
例如,当学生做了木炭燃烧的生成二氧化碳和蜡烛燃烧生成水和二氧化碳的实验,教师必须引导学生分析前者燃烧生成一种物质,而后者燃烧生成两种物质的本质区别,从而培养学生正确形成化合反应的概念,否则学生容易产生凡是与氧气燃烧的反应就是化合反应的错误概念。
为此,教材安排了证明蜡烛燃烧生成二氧化碳和水的实验,使学生清晰看到蜡烛燃烧生成二氧化碳和水这两种物质的反应。
这样的实验对学生正确形成化合反应概念内涵提供了典型的、必要的认识。
三、提供具有说服力的实验,培养学生形成化学基本理论的有关概念 化学基本理论的有关概念,比较抽象,学生较难理解。
通过实验教学,提供具有说服力的实验,使学生获得一定的、有说服力的感性知识,对理解抽象的化学基本理论概念较为有利。
例如:“电离”的概念,是比较抽象的。
因为学生不能通过感官,直接感觉到物质电离后自由离子移动的过程,学生难以接收这样的化学结论。
通过溶液导电的实验,学生观察到有些物质在水溶液中或熔化状态下能导电,有些则不能导电的实验,能比较容易形成电离的概念,从而正确理解、认识电解质与非电解质的内涵。
与此同时,进一步引导学生观察电解质导电能力的实验,使学生获得不同物质导电能力有强有弱的感性知识,这样,对学生形成全部电离和部分电离的理论概念,找到了极有说服力的依据。
综上所述,在实验教学中,培养学生形成化学概念,首先是提供生动、鲜明、真实的实验,刺激学生感官,使学生获得感性认识。
其次提供典型、系列的实验,促进学生想象、思维、记忆、迁移。
最后设计具有说服力的实验,才能培养学生在感知的基础上,进行逻辑推理,形成正确、清晰、深刻的化学概念。
高中物理概念教学论文
摘要:在日常教学中,结合对学生容易发生差错的一些问题的分析,探讨提高物理概念教学效率的策略和方法,以提高课堂教学效率和学生的解决物理问题的能力,从而激发学生学习物理的兴趣,建立起学生学习物理的信心。
关键词:高中物理 概念 方法 能力
物理概念是物理知识的重要组成部分,是学好物理定律、公式和理论的基础。在物理教学中正确建立物理概念是学生学习过程中一个质的飞跃,是物理教学的任务,也是提高物理教学质量的关键。物理概念来源于物理实践、物理事实,它是由实践得来的感性认识而上升成的理论认识,再回到实践中去,用来指导实践,并予以检验和深化。若学生只知道物理事实,而不能上升到物理概念,就不能说学到了物理知识;若学生对物理概念不理解或理解片面,就谈不上对物理概念的认识掌握;若学生对物理概念理解不透、混淆不清,就难以进行判断、推理等抽象活动,更不能正确地应用定理、公式来解决实际问题。
一、用多种方法,形成物理概念
从认识论的角度来看,物理学家探索物理的方法与物理教学的方法基本上是一致的。不过前者是物理学家寻觅直接经验,后者是学生在教材、教师的安排、引导下有目的地学习间接知识。所以物理教学不可能像物理学家创立概念、发现定律那样亲身经历、事事实验。这就是说,一些比较抽象的物理概念的形成,就可能因无法通过实验,而只能采用其它方法。
1、类比方法:如用水流类比电流,用水压类比电压,用电场类比磁场等。
2、比较思维:如比较电场与重力场,从而讲清电场概念。
3、演绎推理:如根据磁场对电流的作用力。公式推导出洛仑兹力公式等等。
4、比喻方法:如用地势降落的陡度比喻电势降落的陡度,使“电势降落的陡度”这一概念一目了然。
5、理想化思维:在物理学中,实际研究对象和它所处的环境一般比较复杂,决定的因素和受约束的条件很多,如果不分主次轻重地考虑一切因素和条件,那么必然会使问题复杂化而无法研究。为了方便研究,暂时抛开次要的或非本质的因素,割断事物的某些联系,保留实际对象的某些主要性质和主要条件,加以概括,这种形成概念的方法,就称为理想化思维。物理学中所研究的对象一般都是理想化的物理模型。研究物理学如果不采用适当的物理模型,那么就很难理解物理现象的本质,一个物理模型胜过无数个事实。
二、帮助学生深化物理概念
学生掌握了物理概念后,在用它解决问题过程中,对概念的理解将会更深刻,内容也会更丰富,且易于巩固。
物理本身就是一门实践性很强的自然学科,物理概念都是从实践中总结出来的,所以只有把物理概念应用于实践,应用于解决实际问题,才能体现出物理概念的`价值与作用,才能提高学生学习物理的兴趣,使物理知识不在抽象、难懂。
三、作概念图,建构网络
根据人的记忆规律,如果把所学的概念纳入一个网络,就不容易遗忘,而且在解决问题时也更容易快速检索出所需的概念。在概念网络中激活任意一个网点,都将引出相关的联想。
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。概念图包括概念、分支和层次、概念间的连接线和连接语、例子等几部分。概念图的制作可以用纸和笔,还可用专门的绘图软件。
虽然概念图的制作没有严格的程序规范,但要制作一个较完整的概念图,一般有以下几个步骤: 选取一个熟悉的知识领域,罗列出尽可能多的概念; 确定关键概念和概念等级; 初步拟定概念图的纵向分层和横向分支; 建立概念之间的连接,并在连线上用连接词标明两者之间的关系。
通过制作概念图可以促使学生积极动手和思考,使他们能够从整体上掌握基本知识结构和各个知识间的关系;通过制作概念图,可促进新旧概念的整合,形成概念网络;随着知识的积累,网络的编织将更加完整。
另外,概念图的形成是学生经历一次头脑风暴的过程。这既是原有思维的呈现,更是创造性思维的激发过程。当用概念图把知识展示出来时,知识结构会变得更加清晰,这时很容易产生新想法。概念图中的交叉连接需要横向思维,是发现和形成概念间新的关系、产生新知识的重要一环。
实践证明,制作概念图是学生乐于接受的一种学习方式,因为它提供了一种有效的思维工具,为学生主动建构概念开启了一扇门。
四、重视物理概念比较法教学,提高学生概念应用能力
物理概念按不同的划分标准,可分矢量和标量,状态量和过程量,特性量和属性量等。掌握了概念的种类后,学生对概念就会有更深的理解。概念的种类是概念教学中不可或缺的一步,如果讲得不清、不透彻就会影响学生解决相关物理问题的能力。如讲授加速度概念时,首先让学生知道这是一个人们为了研究运动规律的需要,通过对运动现象的观察、分析、抽象概括出来的概念。再引导学生将加速度和速度两个概念用比较法进行分析。此外,提醒学生要明确加速度跟速度、速度增量的联系与区别:加速度的方向决定于物体所受合力的方向,跟速度增量的方向一致,但不一定跟速度的方向一致;负加速度不一定就是匀减速运动,反之亦然。
综上所述,物理概念教学是物理教学中最重要的环节,只有搞好物理概念教学,才能提高学生学习物理的兴趣,为进一步学习物理规律和定律打下良好的基础。
结构抗震概念设计论文
一、结构抗震概念设计的提出原因及必要性
每栋建筑物都是一个空间结构体,在荷载作用下各构件并非是以脱离体系的单一构件独自工作,而是以相当复杂的方式共同工作,精确计算其作用和受力是相当困难的,在计算地震作用时尤其如此,由于地震作用下的结构构件受力状态的复杂性及不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性和模糊性、理论计算中的假定与实际情况的差异性,注定了在现阶段无论计算工具再如何发展,计算过程再如何严格,其结果也只能是一种比较粗略的估计,甚至有时还根本无法计算。
显然在结构设计中,仅依靠现有理论进行抗震计算往往不能满足结构安全性、可靠性的要求,无法达到预期的设计目标。因此在不确定因素众多,受力状况复杂的结构抗震设计中,抗震概念设计的提出和应用就显得尤为重要了。
二、结构抗震概念设计的涵义
所谓抗震概念设计,一般是指不经过计算,尤其在难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,依据整体结构体系与分结构体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、实验现象和工程经验中所获得的基本设计原则和设计思想,从总体的角度来进行建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制,从而从根本上保证结构的抗震性能。
三、结构抗震概念设计的基本原则和具体要求
(一)建筑场地的选择
地震造成建筑的破坏,除地震动直接引起结构破坏以外,还有场地条件的原因,诸如:地震引起的地表错动与地裂,地基土的不均匀沉陷、滑坡和土体液化等。因此选择有利于抗震的建筑场地是减轻建筑物地震灾害的第一道重要工序。
(二)建筑物的平面、立面及竖向剖面的布置建筑物平面和立面的规则性是抗震概念设计中需要考虑的一个重要因素。
规则的建筑方案体现在:建筑物的平面布置基本对称;结构体型简单;抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀。因为,简单、对称的结构容易估算其在地震时的反应,容易有针对性的采取抗震措施并对其进行细部处理。因此,这就要求建筑专业的设计人员具有一定的抗震知识素养,应该对所设计的建筑的抗震性能有所估计,避免采用抗震性能差的严重不规则的设计方案。
(三)结构体系的确定和结构布置
结构体系的.确定是结构设计中头等重要的大事。结构设计时应通过综合分析使结构体系尽量合理且经济,应优先采用抗震能力强、延性好、耗能能力强、便于施工且具有多道防线的结构体系(如框架-剪力墙结构,框架-筒体结构,设置耗能连梁的剪力墙结构等),避免采用抗震能力较低的结构体系(如板柱-剪力墙结构,单跨框架结构等),尤其应避免采用看似“合法”(符合规范)但不合理的结构体系(如当房屋高度接近规范框架结构类适用高度上限时,仍采用框架结构,震害表明,框架结构的侧向刚度较小,整体性较差,结构的抗震性能较差,此情况下应采用抗震性能较好的框架-剪力墙结构为宜)。
而在结构布置时,应采用概念清晰、传力途径明确的布置方式,尽量避免造成结构扭转、平面和立面的里出外进、竖向传力杆件的间断与不连续等问题。
(四)多道抗震防线的设置
单一结构体系只有一道抗震防线,一旦破坏就会造成建筑物倒塌的严重后果。特别是当建筑物的自振周期与地震动卓越周期相近时,建筑物由此而发生的共振,更加速其倒塌进程。而如果建筑物采用的是多重抗侧力体系时,第一道防线的抗侧力构件在 当第一道抗侧力防线因共振而破坏,第二道防线接替工作,建筑物自振周期将出现较大幅度的变动,与地震动卓越周期错开,使建筑物的共振现象得以缓解,避免再度严重破坏。在双重结构体系中一般应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙,或轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体等构件作为第一道防线的抗侧力构件,如框架-剪力墙结构中的剪力墙,框架-填充墙结构中的填充墙,单层厂房纵向体系中的柱间支撑,均可作为各自体系中的第一道抗震防线。如因条件限制,只能采用单一的框架体系,则框架就成为整个体系中唯一的抗侧力构件,此时应采用“强柱弱梁”型的延性框架。
在地震作用下,框架梁成为第一道抗震防线,框架柱为第二道抗震防线,用框架梁的变形去消耗地震能量,使框架梁的屈服先于框架柱的屈服,从而保护了框架柱的相对完整,最终达到“大震不倒”的要求。
(五)结构抗震设计关键点的把握
在结构抗震概念设计中,还应注重对结构体系中的关键部位(如薄弱层,加强层等)、关键部位中的关键构件(如加强层的重要竖向构件、转换层的水平转换构件等)、关键构件中的关键节点(如梁柱节点,柱根部位等)几个关键点的把握,从而实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固、强柱根弱杆件”的设计理念。
结构抗震概念设计不是拒绝进行复杂结构设计,而是要求在处理复杂结构设计时明确:什么是结构设计的最佳选择?采用不合理的结构方案或结构布置可能会带来什么样的后果?需要采取哪些补救或加强措施,并对这些措施的合理性和有效性做出客观的评价,以保证结构性能目标的实现,确保房屋安全。结构抗震概念设计不是指手画脚的空洞说教,而是具有丰富内涵的实实在在的工作。
近些年来,建筑业有了突飞猛进的发展,城市规划设计中的高层建筑越来越广泛。它以其高度强烈地影响着规划、设计、构造和使用功能。就结构特性而言,高层建筑是必须着重考虑水平荷载和竖向荷载组合影响的建筑物。设计高层建筑时,它的结构除在上述荷载组合下的强度、刚度和稳定性应予以保证外,还必须控制由风荷载(或地震水平作用)所产生的侧向位移,防止由此产生的结构的和非结构性材料的破坏;控制由风荷载造成顶部楼层的加速度反应,以使用户对摆动的感觉和不舒适感降到最低程度。这就需要设计师从一开始就应该以一个立体的概念设计为基础。
一、高层结构概念设计
(一)高层结构概念设计的三维层次
把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析,对于复杂的高层,例如多塔机构也可以把它分成几块,分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题,然后组合起来。首先,在方案阶段(I),可以把基本设计方案概念化,建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系;高宽比与抗倾覆;承载力和刚度;并预估基本分体系的相互关系。由于整个结构必然是由一些平面单元组成,因此在初步设计阶段(Ⅱ),要扩展方案,把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来,进行基本水平和竖向分体系的总体设计,从而得到主要构件及其相互的关系。而在最后的.第Ⅲ阶段,即施工图设计阶段,处理一维的构件设计,具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图,对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。
对于高层建筑结构,可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件,承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力,或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合,趋向于既可能将它推倒(受弯曲),又可能将它切断(受剪切),还可能使它的地基发生过大的变形,使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言,结构体系要做到不使建筑物发生倾覆,其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断,其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说,结构体系要做到不使建筑物被剪断,其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说,结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形,地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力,并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载,使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态,就会导致建筑物中的人有震动的感觉,使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害,还会使非结构构件(如玻璃窗、隔墙、装饰物等)断裂,甚至危及屋外行人的安全。所以,高层建筑结构要避免过大的震动。例如:在建造机关事务局12层的办公综合楼,它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱,横行柱距为18m,纵向柱距为6m,中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式,进行结构方案优选,分析两种结构方案:一种为仅由核心筒承受水平力,外柱仅承受大部分竖向荷载,不抵抗水平力,梁和柱铰接;一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架,来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中:筒井所受的风荷载为1。4×6×8=67。2KN/m,竖向荷载近似为15120KN,井简墙自重为6×36×(6+12)×2=7776KN,可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。则可计算出合力偏心矩e=M/G=67。2×36×18/22896=1。9m,超过核心范围(6/6=1m),不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固,才能避免基础向上抬起。在方案二中:由横行跨度的框架承担全部水平力。因此,在一个方向风荷载作用下,总框架一侧柱子受压,另一侧柱子受拉,并可近似求得总压力或拉力为:67。2×36×18/18=2418。2KN,大致由每侧9根柱子平均分担2419。2/9=268,8KN/柱<7×3×9×10=1890KN,即比每根柱所承受的恒载小很多,基础不会向上抬起。因此方案二比方案一好,应采用方案二的结构。
二、高层建筑的结构体系
通过受力因素分析,下一步就考虑采用什么结构体系,有下面几种高层建筑结构体系可供选择,其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒中筒结构等。根据其受力特点,结合高层概念设计的三维层次考虑,选取合适的结构体系或其组合体系。
(一)框架结构体系
由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由梁联系起来,形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时,可用隔断分割成小房间,或拆除隔断改成大房间,因而使用灵活。外墙采用非承重构件,可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大,抗侧力能力差,水平荷载作用下会产生较大的位移,地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构,可以达到比较好的经济平衡点。
(二)剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3—8m,现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好,刚度大,在水平荷载作用下侧向变形小,承载力要求容易满足,适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好,在历次的地震中,都表现了很好的抗震性能,震害较少发生,程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大,平面布置不灵活,而且不宜开过大的洞口,自重往往也较大,不是很能满足公共建筑的使用要求,而且其成本也较大。
(三)框架一剪力墙结构体系
框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件,框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中,由于剪力墙刚度大,剪力墙承担大部分水平力(有时可以达到80%~90%),是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载,提供较大的使用空间,同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙,其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了,在地震作用下层间变形减小,因而也就减小了非结构构件(隔墙和外墙)的损坏。这样无论在非地震区还是地震区,都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构,布置在内部,外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工,外围的框架柱断面小、开间大、跨度大,很适合现在的建筑设计要求。
(四)筒中简结构体系
筒中筒结构体系由一个或多个简体为主抵抗水平力。通常简体结构基本形式有三种:实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种简体,在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件,它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力,并具有良好的抗扭刚度。简中筒结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系,但是由于它需要密柱深梁,当采用钢筋混凝土结构时,可能延性不好,而且造价昂贵。
除了上述的几种结构体系外,还有其他一些结构体系,如薄壳、膜结构、网架等。随着时代的进步,会涌现出越来越多更好的结构体系。这就需要不断学习,从各方面考虑运用经济合理的手段到达目标。
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