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【關鍵詞】 物理實驗; 比較法; 放大法; 平衡法; 轉換測量法
物理實驗的目的是為了揭示與探索自然規律。掌握有關的基本實驗方法,對提高科學實驗能力有重要作用。實驗方法和測量方法很多,就同一個實驗也會體現多種方法且各種方法又相互滲透和結合,如何根據大學物理實驗課程的需要,采用最優的實驗方法,達到實驗目的是一個必須思考的重要問題。本研究歸納了幾種常用的基本實驗方法,并進一步討論了各種方法如何與具體實驗課程相結合,發揮大學物理實驗課程在高等教育中的重要基礎性作用。常見的物理實驗方法有比較法、放大法、平衡法、轉換測量法等。 1 比較法
比較法是根據一定的原理,通過與標準對象或標準量進行比較來確定待測對象的特征或測量數值的實驗方法。它又可分為直接比較、間接比較、特征比較3種。例如在長度,質量測量實驗當中用最小分度為一毫米的米尺測量長度,“1毫米”就是作為比較的標準量。天平稱質量、秒表計時等都屬于直接比較。而多數物理量是不能通過直接比較去測量的,而要用間接比較去測量。借助中間量或通過某種變換使待測量與標準量發生間接比較。惠斯登電橋測電阻實驗就是將待測電阻與標準電阻 進行間接比較得出。電位差計測電動勢或電壓是通過將待測電壓或電動勢與標準電池電動勢進行間接比較來實行比較測量,測量固體、液體密度時,可與密度已知的標準液體(水、酒精等)進行比較。
圖1 惠斯登電橋電路示意圖(略)
2 放大法
放大法是在實驗中有時遇到由于被測量量過分小,以至無法被實驗者或儀器直接感受和反應,此時可先通過一些途徑將被測量量放大,然后再進行測量,放大被測量量所用的原理和方法稱為放大法。常用的放大法有累積放大法、電學放大法、光學放大法等。在最簡單的單擺實驗的周期測量中,假定單擺周期T為1.50s,人開啟和關閉秒表的平均反應時間為T=0.2s,則單次測量周期的相對誤差為T/T=30%,若我們測量50個周期,則將由人開啟和關閉秒表的平均反應時間引起的誤差降到T/T=30% 。回旋加速器也是利用了積累放大的原理,電子每通過加速器半圓的出口進行一次加速,使電子的能量不斷增加。電學放大法是將微弱電信號(電流、電壓或功率)通過電子線路放大進行測量的方法。在光電效應實驗中,夫蘭克赫茲實驗應用微電流放大器來觀測微弱電流。示波器中的示波管將電信號放大到能明顯的觀察和測量。光學放大法是通過光學儀器比如放大鏡、顯微鏡和望遠鏡將待 測對象放大。這類儀器只是在觀察中放大視角,并不是實際尺寸的變化,所以并不增加誤差。因而許多精密儀器都是在最后的讀數裝置上加一個視角放大裝置以提高測量精度。微小變化量的放大原理常用于檢流計、光杠桿等裝置中。光杠桿鏡尺法就是通過放大被測量的微小長度變化,其原理如實驗楊氏模量的測量中有關公式b=2DΔL/ l 所示,ΔL 原來是一個微小的長度變化量,當取D遠大于光杠桿的臂長 (光杠桿的支腳尖到刀口的垂直距離)后,經光杠桿轉換后的變化量 卻是一個較大的量,可在標尺上直接讀出。其中,2D/ l 為光杠桿裝置的放大倍數。一般在實驗中,l 約為4~8cm,D約為1~2m,因此光杠桿的放大倍數可達到25~100倍。
3 平衡法
平衡法是利用平衡狀態進行測量的方法。根據平衡條件可以得到等量關系,從而達到測量的目的。天平是利用杠桿平衡原理制造的,就其儀器設計原理來說是平衡法,從測量方法來看是比較法。惠斯登電橋測電阻,就其電路原理( 檢流計兩端電位相等時達電橋平衡狀態)也是平衡法。
4 轉換測量法
轉換測量法是根據不同物理量或不同物理效應之間的各種關系,利用變換原理進行測量的方法。其中參量換測法比較常用,該方法利用各種參量之間的相互關系測某一物理量。它在間接測量中比較普遍。比如在楊氏模量的測量實驗中通過測應力與應變的關系來測楊氏模量;通過測光的衍射角、衍射級次并已知光柵常數而測出光波長;光的干涉法將長度的微小變化換成相干光光程差的變化,光程差的變化引起顯微視場中干涉條紋的移動,測出條紋的移動的數目就得到了長度的微小變化(如熱膨脹、磁致伸縮等)。還可以通過能量變換裝置將一種形式的量轉換成另一種形式的量進行測量。其優點是將不易測量的量轉換為易測量的量。其測量條件是有換能器或傳感器實現能量轉換。大多數情況都是將非電量換成電量進行測量。較典型的有熱電轉換、力電轉換、光電轉換、磁電轉換等。
圖2 光杠桿原理圖(略)
5 結論
另外還有補償法、模擬法、強化法等物理實驗方法,均根據實驗項目的特點被運用到了具體的實驗課程中設計教學內容,優化實驗方案,恰當的把各種物理實驗方法和實驗課程有機結合,并鼓勵學生積極思考新的實驗方法,比較不同方法的優劣勢,以求最大程度培養學生的動手能力和思維創新能力。
【參考文獻】
1 劉作會.恰當地選擇 合理地改進——例談物理實驗方法優化. 科學咨詢(教育科研),2009,12:30.
2 劉名揚.大學物理實驗教學改革及成效. 實驗室研究與探索,2009,28(7):139~140.
【關鍵詞】視界融合 音樂理解 教學活動
音樂教學實踐活動離不開其他學科理論與方法的引導,只有在音樂教學理論與實踐的研究中積極借鑒和吸收各種人文學科的營養,才能給音樂教學實踐活動注入新鮮的活力。在當今人文學科領域中,哲學解釋學的“視界融合”理論對語文、英語閱讀等學科產生了深刻影響,但對于音樂教學的關注還不多。
一、基于“視界融合”的音樂理解教學的意義
“視界融合”是哲學解釋學的重要內容,哲學解釋學是關于理解的學說。哲學解釋學大師伽達默爾認為,理解是理解者與理解對象之間的一種視界融合,不是一種主體對客體的單向度的認識活動。也就是說,人們在理解一個文本的認識活動中,不能像自然科學那樣去追求文本的客觀意義,而是以理解者自身的“理解”去參與文本意義的建構。
我們以“視界融合”來看待音樂教學具有重要的意義,尤其是對音樂文本的理解。在實際的音樂理解教學活動中,存在著兩種偏激的現象:音樂作品至上論和音樂理解者至上論。前者強調音樂作品的權威地位,主張從音樂作品自身去提取意義和挖掘意義,引導學生去追求音樂作品中的標準答案;后者則不重視音樂作品自身的價值,主張音樂的意義不在于音樂作品本身,而是人們在音樂理解活動中的一種經驗。能夠促使一部音樂作品具有意義或沒有意義是音樂理解者的賦予。前一個觀點過于強調音樂作品的作用而忽視了音樂理解者賦予音樂作品的理解意義,它不尊重音樂理解者的主體地位,陷入了一種相對主義;后一種觀點重視音樂理解者的主體地位,但又陷入了相對主義的臼窠。這兩種觀點普遍存在于實際的音樂教學活動中,尤其是以前一種觀點甚為流行。從音樂理解的角度來說,“視界融合”的觀點對實際的音樂理解教學活動中可以起到一定的偏糾作用,既不能因為強調學生的主體地位而放棄了教師的引導作用,也不能因為強調教師的主體地位而忽略了學生的主體性發揮。音樂的教與學是在師生相互溝通、交流與視界融合中去生成教學意義。“視界融合”認為,音樂教學應從師生各自的視界出發去建構音樂意義。
二、基于“視界融合”的音樂理解教學建構
音樂理解教學中的“視界融合”包含兩個方面的內容:一是學生與音樂文本的“視界融合”,二是教師與學生之間關于音樂文本理解的“視界融合”,前者是后者的基礎。
(一)音樂文本與學生的“視界融合”
1.“視界融合”與學生的精神建構
從哲學解釋學視角來看,聽賞音樂其實就是一種理解,是對他人、世界、自我的一種理解,正如伽達默爾所說的,理解一個文本就是使自己在某種對話中理解自己。從自我理解的角度來看,聽賞音樂就是在理解自我、體驗自我的人生、關注自我的生命。音樂理解教學就是對靈魂的喚醒。“教育的核心之所在就是喚醒學生的生命感、價值感,喚醒學生的人格心靈。”①音樂教學中的“視界融合”是聽賞者與音樂文本之間情感和理智的交融與同構,是音樂欣賞者以“我”的“歷史前見”和“期待視野”賦予音樂文本的“自我”意識,并以此觀照自身生命的全過程。音樂理解教學是音樂欣賞者向音樂文本敞開的過程,音樂欣賞者將自身的音樂體驗融注到音樂文本的生活表達中。在實際的音樂教學活動中,我們常有此體驗:在音樂欣賞的過程中不禁心醉神迷,超越現實的束縛而遨游在自由的廣闊之城,進而與音樂創作者的靈魂相遇而產生心靈的默契與人格的啟迪,這是因為學生從自己的期待視野出發,與音樂文本所表現出來的“歷史視野”相互交融,實現了“視界融合”。音樂文本的意義被創生,人生的意義開始敞亮,這正是“視界融合”中的欣賞共鳴的時刻。
2.“視界融合”與學生的音樂理解創造
音樂理解中的“視界融合”指向于欣賞者的音樂理解創造。在哲學解釋學看來,理解不是歷史的重建,而是包含理解者自身情境富有創造性的過程。在音樂理解活動中,學生并非完全拋棄個體的“前見”,而是從這一“前見”出發與音樂文本的“視界”融合成為一個新的“視界”,以此形成了一個既不同于學生原有視界,也不同于音樂文本原有視界的意義世界,而且這一意義世界處于無休止的動態形成之中,這就是音樂理解中的創造。如從期待視野的角度分析了讀者的創造活動,在作者、作品、讀者這三個關系中,讀者并非被動的一端,讀者本身是形成歷史的一種力量。這樣,音樂教學活動就成了一種富有吸引力和富有挑戰性的活動,因為學生在音樂理解中敢于從自己的音樂“前見”出發向作者和前人進行挑戰,在這里,學生不是被動的接受者,而是音樂文本意義的創造者,這對于培養學生的音樂創造性具有重要的意義。
(二)音樂理解教學中師生之間的“視界融合”
音樂理解教學中的“視界融合”并非僅限于作為理解者的師生與作為理解對象的音樂文本之間的溝通與融合,還表現為教師的“教”與學生的“學”之間,學生的“學”與“學”之間的對話、溝通與視界融合。正因為不同的音樂欣賞主體之間存在著相互溝通與交流,對音樂文本意義的理解、人與人之間的相互理解才成為可能。
1.“教”與“學”的融合
從“視界融合”的角度來看音樂教學活動中的“教”與“學”,就是教師和學生在以音樂文本為視界融合的基礎上,將教師“教”的視界與學生“學”的視界再進行融合,也就是教師和學生在音樂理解教學過程中達成的相互理解與自我理解的過程。這種音樂教學活動不是以教師為主體而完全消融學生的音樂理解,或者以教師的體驗音樂為主而替代學生的音樂體驗,而是將教師和學生雙方各自的音樂理解納入到對方的音樂視界中,或者將對方的音樂視界納入到自己的音樂視界的全過程。在這里,教師和學生的音樂視界都是一個開放的視界。正如鐘啟泉教授所說:“教師的‘教’,就像作家創作文本的過程,學生的‘學’,就好像讀者閱讀‘文本’的過程,教師需要精心設計教學文本的‘召喚結構’,以激發起學生學習的期待視野,實現教師的‘教’與學生‘學’的雙向融合。”②“視界融合”中的音樂教學活動,教師和學生都是課堂教學的主體,對于音樂理解都是從各自的音樂“前見”出發去理解音樂文本,教師和學生對音樂文本的了解往往都會帶有各自特定的立場、視角、觀點。對于同一個音樂文本的體驗、感知、理解,不同的人因為生活世界、人生閱歷、價值觀、文化傳統等方面的差異,其審美期待不盡相同,音樂理解也就不同。因此,音樂教學活動中,教師和學生之間的“教”與“學”的融合不僅有著心靈的碰撞與共鳴,也存在著音樂體驗和感知的差異,這時,音樂教師和學生需要在平等的對話中確保各自不同的音樂視界的真正相遇,并達成師生間的相互理解。
2.“學”與“學”的融合
音樂教學中的“教”與“學”的融合中,教師的“教”要由學生的“學”來定位,教學其實就是教學生學,教師所設計的一切“教”都以學生的“學”作為根本出發點。哲學解釋學重視讀者的積極作用。正如解釋學大師伽達默爾所說的,文學作品就是在理解過程中作為審美對象而存在的,文學作品的存在展示為向未來的理解和永久開放的效果史,文學作品的歷史性由讀者的理解來決定。從這個角度來說,在音樂教學活動中,學生毫無疑問是真正的課堂教學主體,因為有了學生對音樂的審美體驗、感知等理解活動,才使得音樂文本有著其存在的意義和價值,迸發出旺盛的生命力。沒有人去感知、欣賞音樂文本,它便成為一潭死水而毫無生命力。正是因為有了學生的“學”,音樂教學活動才有其存在意義。在音樂教學活動中,學生創造性能力的養成、真實情感的展現、人生意義的理解、生命價值的感悟,這帶給音樂教師啟迪的同時也表明了學生的獨立思考能力,因此,我們需要關注音樂教學活動中“學”與“學”的融合。
綜上所述,音樂理解教學是一個充滿了不同主體“視界融合”的教學過程,師生與音樂文本之間、不同的學生之間都存在著“視界融合”。在實際的音樂教學活動中,教師的“教”與學生的“學”之間以及學生的“學”與“學”同樣存在著“視界融合”,由此可見,哲學解釋學的“視界融合”理論為當前的音樂教學提供了重要的啟迪,也拓展了當前的音樂教學理論與實踐。
注釋:
①張天寶.試論理解的教育過程觀[J].陜西師范大學學報,2001(4).
②鐘啟泉.對話與文本:教學范式的轉型[J].教育研究,2001(3).
參考文獻:
[1]胡定榮.課程改革的文化研究[M].北京:教育科學出版社,2005.
[2]朱謙之.文化哲學[M].北京:商務印書館,1935.
[3]殷海光.中國文化的展望[M].上海:上海三聯書店,2002.
[4]舒揚.當代文化的生成機制[M].北京:中央編譯出版社,2007.
1、計算思維理念指導的計算機程序語言教學
由于C語言是一種既可作為系統描述,又可編寫系統軟件和應用軟件的計算機高級語言。因此,“C語言程序設計”是初學計算機語言的一門重要的程序設計語言課程。許多高校都將“C語言程序設計”課程作為計算機專業及其他專業學習計算機語言的第一門必修課。該門課程的開設不僅可以培養學生利用計算機解決問題的能力,還是后續計算機專業相關課程甚至非計算機專業一些課程的重要基礎。
目前,語言程序設計課程的教學方法主要是基于案例或程序,利用多媒體輔助教學方法為主,任務驅動教學法和項目教學法也同時使用。課程的教學過程一般是按照教材編排的章節順序進行講授,即先介紹變量定義,再逐條介紹指令語句的語法,然后針對某—條指令列舉一段簡單程序,甚至_段不完整的程序。這樣安排教學內容,會使學生很快就感到厭倦,造成看似明白某種問題要用某些指令語句或某種算法,但在實際解決問題或編程時,便不知如何下手的情況,特別是在講授c語言程序設計中的一些相對較難的算法時,例如函數的遞歸調用方法以及建立動態鏈表,在講授過程中,一般是按照為了解決某個問題,需要采用某種算法或方法,并直接給出算法案例或程序,用于解決該問題。這種講授方法會讓學生覺得算法很抽象,編寫出的程序較死板,甚至會死記硬背,將程序代碼與應用硬性結合,而不是將算法與應用結合,不懂得程序由算法而來,導致當遇到類似問題時,只會套用死記硬背的代碼,而不能正確地寫出解決新問題的程序代碼。另外,這種課堂教學模式由于過于注重語句語法,不能突出解決問題的思路和方法,更沒有讓學生參與問題的思考,難以調動學生學習的積極性。學生甚至認為在學習語法和算法的過程中只要跟著老師或課本上講授的方法學就可以了,不需要有自己的思考。
立足于培養創新型人才的需求,程序設計課程重要的是培養學生利用計算機技術解決實際問題的綜合能力,體現的是知識運用的綜合性、靈活性和探索性,這恰好符合周以真教授提出的計算思維的理念:運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。因此,程序設計課程可以運用計算思維的理念,講授基本概念和編程的基本思路及方法,重點是對問題進行符合邏輯地、科學地分析,找出解決問題的抽象方法。在講授程序語言基本概念、語法和算法的過程中使學生體會計算思維的理念,掌握如何通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法,把一個看似困難的問題重新闡釋成一個我們知道問題怎樣解決的思維方法等。
筆者在教學實踐過程中發現,在學生有了最基本的編程基礎后:①當給出明確的算法時,由算法寫出程序代碼是沒有太大問題的。即便要用到新的語句,只要在編程前講解新語句,學生就會使用新的語句將算法用程序語句編寫出來。②在不講授算法和解決方法的情況下,如果學生遇到需要采用遞歸方法或建立鏈表來解決的實際問題時,自行解決是沒有任何問題的,而且能很清晰地描述解決過程,只是缺少對過程的歸納和總結,從而形成某種算法。
因此,筆者結合培養計算思維能力的思路和方法,通過對c語言中較難知識點講授方法的思考和分析,探索出一種給出實際問題,讓學生自行解決,然后對問題解決過程歸納總結,并在教師引導下進行完善,得到算法,進而編寫出程序代碼的方法。在采用該方法講授時,學生可以輕松地理解算法,快速寫出程序,并能靈活運用算法,將算法用于解決類似問題,收到了較為理想的課堂教學效果。
2、函數遞歸調用算法的講授方法
2.1 問題描述
給每位學生發一張紙條,紙條上給出該學生的x語言課程成績的計算方法,讓學生根據紙條上的方法計算出自己的成績。紙條上的成績計算方法有兩種:一種是明確寫出成績,如“你的成績是90分”;另一種是“你的成績是你右側學生的分數加3分”。
根據學生當時的座次情況,教師將第1種寫有明確成績的紙條發給每一排坐在最右側的學生,將寫有第2種成績計算方法的紙條發給其余學生,再請各位學生算出自己x語言課程的成績。
2.2 教學引導
學生拿到紙條后,會詢問自己右側的同學,但大部分同學還要再向坐在更右側的學生詢問,因此不少學生暫時安靜下來等待回復,當回復從右到左慢慢傳回來后,每個學生都會算出自己的成績。在等待和計算的過程中,坐在教室靠近左側,距離最右側學生較遠的學生會發現其右側學生,以及右側的右側的學生的紙條上寫的成績計算方法都是“你的成績是你右側學生的分數加3分”,要想算出自己的成績必須知道最右側學生的分數。于是部分學生會離開座位去詢問與其同一排的最右側那位學生的成績,然后數其所坐位置的右側共有多少個學生。假設有n個學生,便用公式:最右側學生的成績+3+……+3,共加n-1個3”,來計算自己的成績;而距離最右側學生比較近的學生在詢問的過程中也會了解到本排最右側學生的成績。之后,每位學生都會計算出自己的成績。
2.3 算法分析及知識點講授
根據學生計算成績的過程,歸納總結出成績計算有以下兩種方法,并引入知識點——函數的遞歸算法。
①第1個學生(最右側學生)的成績已知;
②其余成績按照固定算法:前一個學生的成績+3。
該問題的解決算法可歸納為:若假設計算第n個(n≠1)學生的成績的函數為s(n),則有s(n)=s(n-1)+3。該算法用C語言函數編寫可描述為:
int s(int n)
{
int y;
y=s(n-1)+3;
return(y);
}
算法在使用函數s(n)計算學生的成績時還要調用函數s(n)本身,這種函數調用方法就是函數的遞歸調用。
以上對函數s(n)的描述歸納總結出了計算成績的第2種情況,其中還缺少當n=1的情況:若沒有此條件,就如同沒有給出最右側學生的成績,這樣遞歸是不能得出最終結果的。因此遞歸算法能得到結果的前提是必須給出當n=l時函數s(n)的確切數據。假如最右側學生的紙條上寫著“你的成績是90分”,則遞歸算法用c語言函數編寫的完整描述為:
int s(int n)
{
inty;
if(n==1)
y=90;
else
y=s(n-1)+3;
return(y);
}
算法分析及程序語言描述結束后,請坐在每一排最右側的學生念出自己紙條上寫的成績,請學生們寫出自己所坐位置的計算成績的函數s(n)。
2.4 問題解決方案
給出以上遞歸算法函數后,讓學生書寫主函數mainO調用函數s(n),并根據自己的座位情況,帶入n的值,計算出自己的成績,并分析調用s(n)的次數和調用過程。
這樣,學生們能很迅速地寫出如下主函數:
#Include
intmainO
{
int s(int n);
im score:
score=s(4);//我是本排右起第4個學生
prinff("My score is:%d\n",score);
return O:
}
然后結合“2.2教學引導”中計算自己成績時的過程分析出調用s(n)的次數和調用過程,從而明白在每一次遞歸調用s(n-1)是得不到成績值的,直到n=1的那次調用后才能依次倒著計算得到s(n-1)的值,最終算出自己的成績。
采用此方法講解遞歸算法后,學生們會發現問題的解決過程跟自己開始計算自己成績的過程完全相同,只需將解決問題的過程進行歸納,總結成算法,就能輕松地寫出程序。學生們再遇到遞歸方面的問題時,就會先找出問題求解的幾種情況或相應過程,再將問題進行梳理總結成算法,編寫出相應的遞歸函數,并寫出正確的遞歸函數調用程序。漢諾塔問題也可以用此方法解決。
3、“建立單向動態鏈表”的講授方法.
3.1 問題描述
在講述了鏈表的節點、頭指針、表尾等相關概念,以及單向鏈表的組成(如圖1所示)后,給出如下問題,要求學生建立一個鏈表。
①鏈表由學號相鄰的5個學生組成1組而建立,學號01-05的學生為一組,06-10的學生為一組,依次類推;鏈表的節點成員有num、name、score(自己擬定值)、next(下一個學號學生的地址,即座位號)。
②在每組中,若學號%5=1,該學號學生的地址(座位號)放在鏈表的頭指針head中。
③在每組中,若學號%5=0,則該學生的信息放在鏈表表尾。
④若本組有學生請假未到,也將該學號學生的節點加在表中,但其中的數據和地址(座位號)是空白的。
教師在黑板上畫出整個教室的座位編號,每個學生可以明確自己的座位號,即地址。如1-5排的學生座位號如圖2所示。
3.2 問題解決過程
學生看到問題后,會根據問題描述分別畫出head,并詢問其他同學相關信息,填寫head的值,然后依次畫出連同自己的學號、座位號節點在內的本小組5位學生的信息節點,并詢問與其學號相鄰的學生的相關信息,填寫節點中的信息,完成整個鏈表。
3.3 鏈表的建立及知識點講授
每個學生都能根據問題描述和要求,畫出相應的鏈表,并且每個小組5位學生的鏈表相同。圖3所示為第3小組學生畫出的單向鏈表。
讓學生根據建立鏈表的過程,歸納總結出鏈表建立的方法及過程,學生能清晰地給出如下過程:
①畫head;
②畫鏈表中第一個節點,填寫該學生信息,并將該學生的座位號填寫在head中;
③重復過程②,將后一節點學生的座位號填寫在前一節點的地址處,直到某種情況結束鏈表。
只需將學生給出的過程稍加解釋,作出補充,便可得到如下算法:
①畫head,即建立頭指針head,并賦初值NULL;
②畫鏈表中第一個節點,即建立一個新節點,并填寫節點數據,將新節點的地址賦值給頭指針head;
③重復過程②,將后一節點的地址賦值給前一節點的next,直到某種情況結束鏈表。
然后再將算法用相應的程序代碼書寫,或對相應的程序代碼進行講解,學生就很容易理解并掌握單向鏈表的建立。
圖3中第2個節點的座位號為空,分析得出其下一個節點學號為10313的學生請假未到,因此可將后面學號為10314的同學的座位號填寫在第2個節點空白的座位號中,然后將學號為10313的同學的節點從鏈表中刪除。刪除學號為10313后的鏈表如圖4所示。如果該學生在下一節課來到教室上課,還可以將其節點再插入到鏈表中。
通過以上分析,學生能很好地理解單向鏈表的組成與建立,以及鏈表節點的插入與刪除,特別是動態鏈表的。之后再進行用指針方法進行建立靜態鏈表或動態鏈表的程序的講述和分析就非常輕松了,學生也能很快掌握用指針進行鏈表的處理方法和程序的編寫。
但基于未來設計者將越來越全面地考慮結構的性能、安全和經濟等因素,結構基于性能的抗震設計思想將成為新的發展趨勢。為此,本文對建筑結構基于性能的抗震設計具體的理論和方法設計方法進行初步探討,并提出混凝土結構基于性能的抗震設計方案。
關鍵詞:建筑結構 性能 抗震設計 設計方法
中圖分類號: TU3 文獻標識碼: A 文章編號:
一 研究背景
2008年5月,四川發生8.0級大地震,數萬人死亡,房屋建筑損毀無數,損失慘重。此次地震災害再次表明,現代地震災害的高度不確定性和其引起的巨大經濟損失,結構工程界將不得不對現有建筑結構的抗震設計思想和方法進行深刻反思。同時,面對現代化技術的發展和人類生活質量的不斷提高,設計者也將越來越全面考慮建筑建構的綜合性能。因此,未來的抗震設計將從以往只注重結構安全,過渡到結構的性能、安全和經濟等方面的綜合考慮。
二 基于性能的抗震設計理論 (PBSD)研究
結構抗震設計思想[1]經歷了剛性設計、柔性設計、延性設計、結構控制設計。目前普遍采用延性設計思想,但其允許次要構件甚至承重構件發生非彈性變形,造成難以修復的永久破壞,以致巨大的經濟損失。結構控制設計在理論研究和工程應用上也取得了很大進展,但存在易老化且耐久性差的缺點。總的來說,現行抗震理論和設計方法中存在的問題可概括為:對損失的控制不力,難滿足對結構選擇的要求;結構性能概念不明確,設計透明度小;結構性能標準缺乏靈活性,性能目標的實現過程存在誤區。
1基于性能的抗震設計概述
1992年美國SEAOC、ATC和FEMA等組織對基于性能的抗震設計理論進行權威描述[2],可概括為:基于性能的抗震設計理論是在現有的結構抗震性能分析基礎上,針對每一種抗震作用水準,將結構的抗震性能劃分成不同等級,設計者根據結構的用途和業主(使用者)的特殊要求,對結構系統和造型的選擇進行概念設計,并根據結構的抗震性能目標,合理地進行結構抗震設計,使結構在各種水準地震作用下的破壞損失控制在業主可接受范圍內,同時優化工程項目服役期內的費效,達到安全可靠和經濟合理的一種優化平衡。
其設計特點是:擁有量化的多重設防目標,滿足設計者對結構性能目標的需求;整個設計著重體現投資—效益準則和體現抗震設計的個性化;更強調實施性能目標的深入分析和論證,采用現行標準規范中還未規定的新的結構體系、新技術、新材料,實現建筑結構技術進步和創新;針對不同設防烈度、場地條件及建筑的重要性可靈活采用不同的性能目標和抗震措施等。
2 研究的主要內容
2.1抗震性能目標的確定
結構的抗震性能目標的選擇,為后續的整個設計和建造過程設定了必須遵循的標準。抗震性能目標確定關鍵是對不同的地震作用水準的評價,限定結構在一定超越概率的地震發生時的最大破壞狀態,這種破壞狀態包含結構體系的適用性、安全性、耐久性和整體性等功能。若破壞狀態的水平設計得太高,建筑結構固然安全可靠,卻導致投入的增加;若破壞狀態水平設計得太低,固然可以降低工程造價,卻存在使用風險和較高的維護成本。目前結構抗震性能目標的確定,大多采用“投資一效益”準則,綜合結構安全、功能、經濟、社會等因素進行評估,以結構可靠度為決策變量,以結構全壽命周期為時間范圍,以相應的壽命周期總費用最小為決策目標,優化抗震設計方案。
但由于地震的隨機性所造成的結構破壞變異性較大,結構失效模式復雜,以致結構體系可靠度的概念還不很明確,且地震所造成的非結構損失所占總損失的比例越來越大。因此,需要進一步的研究,目前尚難直接應用到工程結構設計中。
為此美國學者根據建筑物的重要性將結構的抗震設防目標分為三類[3]:基本設防目標、重要/防危設防目標、特別設防目標,提供三個結構抗震性能目標作為它們的最低性能界限。
2.2 抗震性能水準的確定
為了有效控制結構的破壞程度,使得結構破壞導致的財產損失控制在可以接受的范圍內,實際的設計需要考慮不同設防水準的地震,明確結構應該具有的性能水平。
由于結構的性能與結構設計的破壞狀態相關聯,而結構的破壞狀態又可由結構的反應參數或某些定義的破壞指標來確定,所以結構性能水平可以這些參數來劃分。盡管結構性能由某個參數來劃分可能不盡完善,但鑒于目前的研究水平,不少學者認為結構位移變形可以有效地反映結構破壞情況,且以位移(變形)來劃分結構性能水平比較方便實用。因此一般的建筑抗震性能水準劃分如表1:
表1
三基于性能的抗震設計方法研究
1 綜合設計法
此法以概率為基礎,要實現最優的設計方案,使建筑物服役期內既達到基本性能目標,費用效果又最優,最大程度地體現基于性能的抗震設計思想。但設計中要全面考慮重要因素,設計過程復雜繁瑣。
2 承載力設計方法
適用于相對簡單、場地條件好的建筑物的性能設計,目前各國規范所普遍將其應用于所有性能目標設計中,計算簡單。
3 基于位移的設計法
假定位移或層間位移是結構抗震性能的控制因素,整個抗震設計中用位移控制,設計后以應力驗算,不滿足后采用增大剛度方法來改進,以位移目標為基準來配置結構構件。該法是在性能設計的理論中很有前途的一種方法。根據設計思路的不同可以分為:目標位移法、能力譜方法和按延性系數方法。
3.1 目標位移法
根據FEMA 273[5]推薦,直接以目標位移為控制因素,通過設計位移譜得出在此位移時的結構有效周期,進一步得出結構的有效剛度,求出此時基底剪力并進行具體配筋設計,此法在設計初始就明確的結構設計的性能目標,避免重復設計而增加設計費用,方法比較直觀、簡單,但設計精確性不夠理想。
建筑頂層的質量中心定為結構位移的控制點,則目標位移為:
T——彈性基本周期,有彈性動力分析確定
,——結構彈性側向剛度和結構有效側向剛度
——譜位移與頂點位移修正系數
——最大非彈性位移與由線彈性反應計算出的位移差異修正系數
——滯回線形狀對最大位移反應的影響修正系數
——考慮動力P—效應修正系數
3.2 能力譜方法
能力譜方法最初是由Freeman等人在1975年提出的,后來經過很多學者不斷改進而成,將結構分析得到能力譜曲線(曲線)。基本步驟[6]:
1)建立合適的結構單元恢復力模型,通過非線性靜力(Push-over)分析,得到結構的底部剪力一頂點位移曲線(能力曲線)。(由于目標位移已知,故可假定一個偏大的位移作限值,保證結構能力譜與地震需求譜相交。)
2)將結構能力曲線(曲線)轉化為等效單自由度體系的譜加速度一譜位移曲線(曲線),即能力譜曲線。
, ,,
其中,,分別為結構第一振型的等效模態質量和振型參與系數。為第j 層的集中質量;是基本振型在 j層的分量;N為結構的層數。當所用的模態不同時,和不同,曲線曲線也不相同。
3)建立結構的地震需求譜曲線。
4) 評估結構抗震性能。
5)將得到的單自由度體系的目標位移反變換為實際的多自由度體系的頂點位移,由能力曲線求得此時結構相應的底部剪力,再根據Push-over各步的計算結果,計算各鉸截面此時的塑性鉸轉角值。
3.3 延性系數法
Park和Paulay最早此法進行研究,其實質是建立構件的位移延性系數或截面曲率延性系數與塑性鉸區混凝土極限壓應變的關系,由約束箍筋來保證核心區混凝土能達到要求的極限壓應變,從而使得構件具有要求的延性系數。
基本步驟如下:
1)計算結構在小震下的承載力,求出截面內力并配筋。
2)由在大震情況下的強度驗算,選定截面、配筋得到結構實際強度,采用靜力彈塑性分析方法,確定結構的底部剪力和頂點側移關系曲線(),求出結構位移延性系數。
3)根據和結構體系的塑性變形機制,計算構件截面曲率延性系數。
4)通過構件的或與塑性鉸區混凝土極限壓應變的關系,約束箍筋,使得構件具有要求的延性系數
4 能量法
假設地震輸入的總能量與結構耗散的能量共同決定結構構件和功能設施的破壞,通過設置耗能元件控制結構或構件的耗能能力,以控制整個結構抗震性能。此法能夠直接估計結構的潛在破壞程度,但是結構體系較復雜性,結構滯回耗能的計算很大程度上取決于于構件單元恢復力模型的選取,其中不確定因素較多,計算精確性不高。
四 混凝土結構基于性能的抗震設計
基于性能的抗震設計尚處于研究中,鑒于其復雜性以及人們認識的局限性,目前還不能夠完全依靠計算設計來確保結構的安全可靠,但混凝土結構基于性能的抗震設計可著重加強結構概念設計和細部構造設計。設計步驟[7]如下:
1) 評估場地安全性 (確定場地適用性和設計地震動水平)。
2)根據結構用途、投資效益準則和業主要求選擇可接受的破壞程度,將混凝土結構抗震目標性能劃分為多個水準,并量化指標。結構目標性能水準采用可靠度理論和優化思想來確定。
3)加強概念設計,合理選擇結構系統和造型(著重對結構總體方案、設計策略和結構構造進行定性引導,保證結構和結構構件的延性,提高結構綜合抗震能力)。
4)結構方案設計(考慮多級水準地震作用下強度設計,選擇恰當抗震措施和設計方法等完成結構設計)。
5)采用變形指標對結構抗震性能進行評估。通過控制結構構件的損傷程度和非結構構件的性能水平,使結構在服役期內的費用最小,地震破壞控制在業主可接受范圍內。
整個設計需要定性定量,準確簡便,通過設計周期的縮短,提高工作效率,同時整個設計應強調對結構剛度的控制。
五結束語
目前,基于性能的抗震設計得到廣泛的研究和國際的認可,成為結構抗震設計方法的新的發展趨勢。由于這一設計方法研究才剛剛起步,還存在著許多急需解決的問題,如性能目標和性能水準的合理劃分、結構分析模型和參數的選用、模型試驗和震害資料、非結構和設施的抗震性能要求、震后災害估計等,以致工程中還未得到廣泛的應用。但筆者相信,隨著這些問題的解決、研究工作的不斷深入和工程實踐應用,基于性能的抗震設計理論和方法將會日趨完善,滿足未來業主對結構的自由選擇和使用要求。
參考文獻
[1] 周云 .耗能減震加固技術與設計方法[J]. 北京:科學出版社,2006:198-199
[2] 馬宏旺,呂西林. 建筑結構基于性能抗震設計的幾個問題 [J]. 上海:同濟大學學報,2002,30(12)
[3] 徐如貴. 基于性能的抗震設計理論與方法研究進展[J]. 2006,32(22)
[4] 柏章朋,邱永東 .基于性能的結構抗震設計研究的主要內容[J].北京:科技咨詢導報,2007
[5] FEMA 273 NEHRP Guidelines for seismic Rehabilitation of buildings[R]. Federal Einergeney Management Agency,1997
Abstract:Article from the internal dynamics of urbanization, city size and concentration of the best cities, cities and other new methods of analysis of the convergence of the urban economy and urban evolution of the dynamic process of urbanization come to the basic law of the process of research and found that the optimal size of cities to develop a reasonable policy of urban development to provide the theoretical basis.
關鍵詞:集聚經濟效應 信息外溢效應 城市集中度 城市趨同
Key words: Economic effects of agglomeration; information spillovers; urban concentration; urban convergence
作者簡介:王維健(1968.3 -),男,經濟師、造價工程師,1994年畢業于天津大學,現于江西贛州正源工程造價咨詢有限公司工作;卓凡(1983.8-)女,研究生,2008年畢業于江西理工大學,現于贛州市章貢區財政局工作。
【中圖分類號】F7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1004-7069(2009)-05-0049-02
城市既是經濟發展的動力,又是經濟發展的產物。但長期以來經濟學者在對城市經濟的理論分析卻進展甚微。自二十世紀八十年代末以來,隨著新增長理論的興盛,越來越多的學者開始用新方法分析城市經濟,取得了一些重要的進展。
一、城市化的內在動力
1.1.集聚經濟效應
任何一個區域,無論是小的區域,還是一個大的綜合經濟區,它的全部產業在宏觀上都要求組成一個規模適當、結構合理、聯系密切的集聚體,才能最大限度獲得集聚經濟效應。在社會中,每個企業都因與其他關聯企業接近而改善了自身發展的外部環境,并從中受益。因集聚而造成的有利環境,被稱作集聚經濟效應。
集聚效應用彈性系數來表示。假若某個行業的集聚彈性系數為0.06,那么就意味著本地同行業的就業人數增加1%,就會給企業的產出帶來0.06的增長。不同的行業集聚效應也不相同,其中運輸業的集聚效應最高,重型加工制造業次之,而傳統行業最低。
1.2.信息外溢效應
除集聚效應之外,還存在與其相關聯的另一種效應,信息外溢(information spillovers)效應。信息外溢需要較近的空間集結,其效應也隨著空間距離的增大而迅速遞減。
研究者發現工人總的教育水平將會增進企業的生產率,增進的途徑是靠提高本地信息外溢的質量來增加集聚的外部性。例如對美國的計量分析發現,一個城市中大學畢業生每增加1%就會增加高中肆業生的2.3%、高中畢業生的1.4%和大學畢業生的1.2%的勞動生產率。城市中的勞動生產率,特別是在高技術人員密集的生產性行業的生產率將從集聚經濟、知識外溢和二者的相互作用中獲益,美國的硅谷、北京的中關村就是典型的例證。
二、城市規模與城市最佳集中度
由于城市的外部成本在相當程度上不由企業或個人承擔,在城市進入完全不受限制,而要素市場又未充分發育的情況下,在一定發展階段上城市會吸引人口大量涌入,常常使城市過度膨脹而超過合理規模,造成資源配置惡化。研究和發現城市的最優規模,制定合理的城市發展政策,對經濟發展甚為關鍵。然而,城市規模往往受到歷史、地理、經濟、技術條件的影響,主要是自然選擇的結果,尋找城市的最優規模在理論上永遠難以爭論清楚。況且,不能脫離城市體系和城市的分布特征來談論城市的最優規模。因為城市的規模、分布、方向是否合理,內部結構是否協調,關系到其中各個組成部分是否合理。
城市體系是由金字塔式的多級城市組成的,它們的規模不同,級別不同,主要功能不同,在城市系統中所起的作用也不一樣。各級城市的功能是與它們的規模相對應的。在研究各級城市的最優規模時,一般著重研究的是系統中最基層城市的最優規模,然后以此為基準,按一定的比例關系來推算各級城市的最優規模。因此,在探討一個地區的城市化問題時,對城市體系、城市規模分布以及與這兩個概念相近的城市集中度(urban concentration)的關注就十分重要。城市集中度反映了中心城市或首位城市在整個城市體系中的作用。在給定的城市化水平下,城市集中度或城市規模的分布可能會差別較大,而這種差別一定會對經濟增長產生影響,因此,存在著一個最佳的城市集中度。
三、城市趨同與城市演變的動態過程
3.1.城市趨同與“威廉姆森―漢森假說”
在城市的演變過程中,促進城市集中和分散的兩種力量都起著作用。那么,一旦給定這兩種正反兩方面的作用力,對城市的發展又會發生什么樣的結果?另外,集中和分散的兩種力量間的平衡又是怎樣形成發展中國家的城市增長的?根據威廉姆森假定,在從低收入水平開始的增長過程中,國家將首先經過區域趨異和產業集中的階段。隨著經濟的發展,原先的發展區域變得擁擠,對進一步的投資服從收益遞減的法則;并且,隨著對基礎設施和人力資源的投資,國家能負擔起對其他區域的開發。這就會導致工業的分散,落后區域的增長和朝區域趨同方向的推進。所謂的城市趨同(urban convergence)指的是,在經濟發展過程中,隨著時間的推移,國家或區域內的城市集中程度將逐漸下降的趨勢。城市趨同與國家或地區趨同的概念的內涵十分近似。城市發展中的倒“U”假說被稱之為“威廉姆森―漢森假說”或者是“城市趨同假說”。
3.2.城市演變的階段
“威廉姆森―漢森假說”或“城市趨同假說”主要關注的是針對城市體系和城市集中度的演變過程,而單獨的一個城市或整個城市化也有著一定的規律,從空間結構演變的角度,我們大體可把產業革命以來近代城市化過程分為前后相繼的三個階段:
早期發展的集中的城市化階段。在西方,近代城市化是與產業革命同時開始的。在產業革命前,少數地理位置優越的地方最初成為人口集聚中心。產業革命后,經濟的迅速發展,導致人口、產業特別是制造業活動向這些早期的人口集聚中心急劇集聚,從而形成區域的主要城市。
集中后分散的郊區化階段。一方面,主要城市尤其是首位城市的集聚效應繼續增強,誘致人口和產業活動從郊區以外的更廣大地區向城市及其周圍地區集聚;另一方面,交通運輸的迅速發展以及原有城市中心承載能力的限制,使狹小的市區已容納不下集中來的人口和產業,不得不向城市的外緣地區擴散。于是,便開始了城市向郊區延伸擴展的趨勢,亦即各種經濟活動向郊區分散,中心城市郊區次級中心如衛星城鎮大量出現。
分散后地方中心增長的逆城市化階段。城市的郊區化導致了城市中心人口、產業活動的減少。當然,這一郊區化過程并非是無止境的,它同樣受到其區域承載力的限制。這一限制導致了人口和產業在更廣闊的地域范圍內擴散。其結果,城市中心區和郊區人口都在減少,整個城市人口出現負增長或衰退。相反,作為區域次級中心的一些中小城市,其人口增長開始加快。這種以主要城市增長緩慢或出現衰退、次級中心迅速增長為特征的城市化現象,一般稱之為“逆城市化”。
3.3.城市化演變的動態過程――以韓國漢城為例
韓國漢城在1970年左右的相對城市規模處于頂點,而自1970年之后,漢城的人口和制造業在全國和所在省的份額開始迅速下降。下降的主要原因是由七十年代末期和八十年代初期工業的大規模轉移所引起,當時,大多數行業,特別是化工和金屬冶煉和加工業都轉移到漢城附近的衛星城。