生物技术的核心技术大全11篇

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所谓信息技术与生物课程的整合，就是将信息技术广泛地应用于生物教学中，充分发挥信息技术的优势，使得信息技术与生物课程的内容、课程结构、课程资源和课程实施有机地融合在一起，成为一个和谐互动的课程整体。其中，生物科学知识是学习的载体，而信息技术作为工具和手段渗透生物教学中，既能帮助学生学习信息技术，又能培养学生收集和处理各种生物信息，解决生物科学问题的能力。在信息技术与学科教学的整合过程中把信息技术、信息资源、信息方法与课程的教学目的、任务、内容有机结合在一起，可实现信息素养与学科素养互惠双赢。

一、结合生物学科的特点，创设情境，激发兴趣，使信息技术与传统教学媒体共同为教学服务。

生命现象和生命活动是丰富多彩、生动活泼的，生物教学要体现学科特点，坚持生物教学的直观性实物性原则，在制作课件的过程中要注意技术的服务性及技术的运用，要为学科教学服务，符合心理学、教育学和学科教学规律，使技术的运用恰到好处。我们制作的课件应注重简捷性、实效性和必要性，必须考虑生物教学特点，才能与信息技术形成有效的融合。如“植物对水分的吸收”的教学重、难点是根毛吸水过程和细胞吸水原理，但它们既看不到，又摸不着。教学前，我从网上下载了一个“细胞吸水、失水过程”的动画和一个“根毛吸水过程”的三维立体动画整合到教学课件中。教学时，大屏幕上的动画形象细致地模拟细胞吸水、失水的过程，三维立体动画更是将“根毛吸水过程”表达得清晰有趣。活泼的动画感染了学生，一组组生动、形象的画面吸引了学生的兴趣。我适时发问：“植物细胞在什么情况下吸水？”“根毛细胞是如何吸水的？水分又是如何到达植物体内各部分的？”……精心创设的问题情境活跃了课堂气氛，学生情绪很快高涨。创设情境，使原本微观、抽象、看不见、摸不着的生理过程被转化为宏观、形象、有趣的运动过程，降低了教学的难度，学生易于掌握，更激活了学生的思维，激发了兴趣。

二、注重学生实践，通过多边互动，调动积极性，凸显信息技术在教学中的应用。

实践能力与创新精神的培养是素质教育的核心内容，与信息技术有效整合是高效教学的必由之路，但信息技术并不能代替学生丰富多彩的实践活动，学生的实践活动是认识的直接来源，必须亲自观察生物学现象的演示，亲自参与到探究活动中，才能将所学的变成自己的东西。所以，信息技术的应用应与学生的实践活动有机结合起来，特别是实验性学科的生物学，要不断加大实验教学的总量，创造条件，开展实践活动，只有丰富的实践活动才能为学生提供创新的环境，学生才有发现和创新的舞台，认知才能深入发展。在“环境保护”一节教学时，我把学生带到网络教室，让学生以小组为单位，围绕“环境保护”这一内容，在局域网和因特网中搜寻有关环境污染事件及对人类造成的影响的信息。很快，学生就了解到“日本水俣病事件”“切尔诺贝利核电站事故”和“英国伦敦烟雾事件”等震惊世界的公害事件，还获得了环境保护的文字资料、图片和与环境保护相关的知识。运用所学的信息技术知识，各小组马上对信息进行加工和处理，并做成幻灯片在网上展示、交流，我及时进行辅导和点评。学生都投入到学习中，并各有所得。教师与学生，学生与学生，教师与教师利用网络充分交流，可最大限度地发挥相互作用的潜能，学习的过程也由消极的接受转变为主动的观察、探索与思考，大大地调动学生学习的积极性。

三、根据学生差异，分层教学，依靠信息技术实现自主学习。

利用网络海量的信息资源，同步异步的交流方式，超越时空的信息传递途径等特点，充分体现个人的自主性，把信息技术作为学习的工具，学生作为积极主动的学习者，以类似科学探究的方式，获取信息、交流信息、处理信息，可以达到教学目的。如“蒸腾作用”一节教学时，我制作了资源丰富的课件，学生们带着“什么是蒸腾作用？”“蒸腾作用的部位在哪里呢？”“为什么气孔能完成蒸腾作用？”“植物的蒸腾作用有什么意义？蒸腾作用的原理在农业生产上有什么应用？”等问题投入学习，按照自己的方式和速度进行。这样学习有困难的同学可以反复调看所需内容，完成教学目标；学有余力的同学可以进行更深层次的探究：目前学校大部分树木的叶子正在脱落，这对树木有何意义？校园绿化管理最佳模式是什么？初中生物教学与信息技术的整合，实现了分层教学，使学习有困难的同学得到了帮助，不至于越来越差，失去信心，原本的长处也得到发挥；使学有余力的同学能力得到满足和培养，不至于停留在一般水平上，造成人才浪费，形成多元化、个性化学习行为。

四、在课程资源应用中，发挥教师集体作用，集体合作开发课件。

教学媒体是进行教学活动的载体与中介，各种媒体在教育教学过程中都能产生一定的教学作用，对学生的认知发展产生深远影响。传统的教学媒体，如粉笔、黑板、音像资料、录像、投影等，对动物的生活习性、植物的开花结果等不能真实地有规律地展现出来。多媒体课件能弥补这些不足，但课件的可塑性很大，不同的人在开发课件时体现的教学策略、教学方法、教学思想是不同的，且生物教师教学任务重、技术水平欠缺，因此教师可以发挥集体的作用，分工合作，通过校际不断优化形成课件素材库，让信息技术为生物教学服务。

五、在整合过程中应注意的问题。

生物教学与信息技术的整合不仅仅是一种形式，而要注意适时、适量，不能每堂课都强求整合，根据教学目标和媒体效率，“取长补短”和“嫁接”，才能提高教学效率。

信息化的学习环境容易忽略个别学生，教师应充分面向不同学习水平的学生，尽可能调动全体学生参与，充分体现信息化教学的互动式，教师作适当的点评、引导和鼓励，形成以学生探讨为主的多元化、个性化学习行为。

课件制作的操作性、交互性要强，在适当的时候应有适当的操作提示，能任意地进入各个环节，便于人机交互，使用时要适可而止，留有空间，使学生能够充分展示自己的思维和想象。

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3D打印技术在医学领域的研究，国际上和国内都是近几年才开始，国内与国外的差距并不大，对于我国来说，基础研究已跻身第一梯队，应用研究逐渐成熟，但仍面临诸多困难，产业化尚待时日。

从上世纪90年代初开始，我国便在国家自然科学基金委和国家科技部的支持下开始了3D打印的研究。在科技部多个五年计划的持续支持下，华中科技大学、西安交通大学、清华大学、北京航空航天大学、西北工业大学等一批科研院所开展了几乎所有主流的3D打印技术研究。但国内从事3D打印技术研发的科研团队或企业中，基本上都是在金属材料或非生物非金属材料的领域，将研究重点聚焦在3D生物打印领域上的还是比较少。同时从另一个方面看，3D打印技术在医学领域的研究，国际上和国内都是近几年才开始，国内与国外的差距并不大。

1.基础研究：已跻身第一梯队

在我国，对于3D生物打印的基础性研究，主要在一些大学的研究中心进行。提到国内的3D打印，就不能不提到一个人DD颜永年。颜永年，第一任清华大学材料成形制造自动化研究所所长和第一任清华大学生物制造研究所所长，被业界誉为“中国3D打印第一人”。2012年10月，颜永年教授被推举为中国3D打印技术产业联盟首席顾问。颜永年将制造科学引入生命科学领域，提出了“生物制造工程”（Organism Manufacturing Eng.）学科概念和框架体系，为制造科学发展提出了一个新的方向。颜永年的团队在组织工程、载体支架的3D生物打印方面进行了深入地探索。

对于生物制造，这一3D打印最前沿的领域，颜永年教授认为，基于3D打印技术的细胞三维受控组装工艺，是生物制造中最为核心的技术，其目标为具有新陈代谢特征的生命体的成形和制造。细胞直接三维受控组装，使人类可以按照器官解剖学的数字模型，通过控制单个细胞和细胞团簇的3D组装，最终实现可整合于人体新陈代谢系统，用于修复和替代病损组织和器官的人造器官。

2013年8月，一个标志性的事件在业界引起了很大的轰动，从而将国内在生物制造领域的研究推向了前台。杭州电子科技大学徐铭恩教授宣布：他带领的团队研发成功了国内首款3D生物打印机。这台国内首款生物3D打印机的成功研制意味着我国3D生物打印的研究已进入了世界先进水平行列，在国际舞台上已可以和美国的Organovo公司等3D生物打印先驱同台竞技。

2.应用研究：逐渐成熟，但仍面临诸多困难

对于3D生物打印的临床应用研究，其实在我国很早就开始进行了。早在2001年，我国就成功完成了国际上第一例将3D打印技术用于颌面的修复。但我国现有的监管制度不完善、打印成本较高及一系列技术难题有待攻克等因素使得3D打印技术在生物医疗领域的应用仍面临很多困难。

在3D生物打印的应用研究方面，华南理工大学的杨永强团队具有一定的代表性，做了很多有益的探索。华南理工大学杨永强教授所带领的研究团队自2001年左右开始研究3D打印技术，在牙科的牙冠固定桥、个性化舌侧托槽、膝关节的假体、外科手术导板以及植入体等方面都有涉及。

以采用3D打印技术制作烤瓷牙为例，德国的设备一次能直接制作200-250个牙冠，杨永强团队研发的设备能做100多个，但价格只有德国设备的四分之一到五分之一。杨永强的团队目前正在研究打印手术导板技术，目前已经做了20余种外科手术导板。另外他们在多孔骨和植入体方面也做过一些尝试，比如模仿髋关节打印的“金属骨头”，力度和骨骼非常接近。

3D打印快速、个性化、小批量和高精度的特点是这种技术应用于医疗领域的优势所在，但生产成本高、打印材料的欠缺、移植后机体免疫排斥等一系列技术问题使得3D生物打印在从定制化产品走向大规模临床应用，还存在着很多障碍。不少业内人士呼吁，3D生物打印前景广阔，政府应出台相应的扶植政策，同时监管部门也应更新监管思路，积极应对新技术带来的生产模式的变革。

3.产业化尚待时日

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一、引言

从目前高校的生物技术课程教材来说，由于生物技术中的很多定义、规律等等比较抽象，而且生物技术具有空间、时间跨度大、综合性强，动态分析过程多的特点，因此在生物技术的教学过程中，必须将教学灵活化，变抽象为具象。同时，就目前的情况来说，生物技术产业的迅猛发展以及生物技术在医药、农业、畜牧业等产业的大规模应用都急需大量的生物技术人才，然而对我国的生物技术人才现状进行分析后，我们发现目前的生物技术人才在多方面都远远不能满足社会经济发展的需求，这要求我们必须改革教学模式，将信息技术与生物技术进行教学整合。信息技术借助了现代科技成果，充分发挥多媒体和网络资源的优势，创设并呈现与当前学习主题内容相关且接近实际的教学情境，使学生对生物技术知识有一个动态科学的认识，产生身临其境的感觉，有效地激发他们联想，唤醒他们潜意识中对生物技术学科的知识的学习兴趣，从而更好地促使他们学习生物技术知识。

二、信息技术与生物技术的关系

信息技术与生物技术都属于高新技术，在经济的发展中相互结合，共同发挥作用，促进经济的快速发展。

首先，生物技术的发展需要信息技术提供相关的技术支持，信息技术还有助于加强生物技术领域的各种数据库管理、信息传递、检索和资源共享等。同时，生物技术发展需要特定软件技术的支持。生物技术及其产业的发展对于生物技术类软件的需求将进一步增加，软件技术将成为支撑生物技术及其产业发展的关键力量之一。

其次，随着生物技术的不断发展，生物技术的研究需要更高的信息技术进行支持，因此对信息技术提出了更高的要求，这促使信息技术向着更高的方向发展，促进了其技术的更新。

三、信息技术与生物技术教学整合的意义

教学“整合”的可以概括为，信息技术在生物教学过程中得到有机结合和普遍应用。包括在制定课程计划、设计课程方案、收集和处理有关信息和资料、实施教学、实施教学评价过程中的普遍应用。特别是网络的强大功能，使教师和学生方便地在网络上浏览、查询，主动地获取所需要的信息和资源，极大地丰富了课程资源，真正实现了资源共享。教学活动冲破了教材局限、课堂局限、时空局限，学生有了更多的选择机会。

在生物教学中创设虚拟场景，建构主义学习理论认为，知识是学习者在与情境的交互作用过程中自行构建的。因此，情景化学习在生物技术课程别受到关注。利用多媒体计算机可以通过三维动画技术，创设出逼真的生物形象，使学生能够更加直观地学习知识，有利于学生利用已有的知识和经验与当前学习的新知识整合，建构新的认知结构。还可以利用多媒体计算机技术虚拟那些难以观察的生命现象和生理过程，甚至实现虚拟实验。比如在基因工程中讲解转基因技术时，可以制作Flas课件将人体的胰岛素基因转移到大肠杆菌体内，让大肠杆菌生产人类需要的胰岛素等蛋白制品。这样可以使学生能直观的理解转基因技术，使学生理解基因操作的步骤。

四、信息技术与生物技术教学整合的方案

1.加强生物技术的教学网络建设

目前，大部分高校欠缺完善的教学网络，只对学校网络建设进行信息是不够的，需要通过网络实现教学、学习等等的统一化，才是教学网络建设的根本目的，这也是生物教学与信息技术全面整合的必要途径。?

在进行生物技术教学网络建设时，不能仅仅从文字上重复原有教材的内容，应该再此基础上加以创新，通过图像、动画、声音等具体的东西给学生传递信息，实现灵活化的教学模式，并能够让学生能够从更深的层次理解教师在课堂上所讲述的内容。只有这样才能真正发挥信息技术在生物技术教学中的作用。

另外，并不是全部的学生能够在课堂上将全部内容记录下来，并理解、吸收。针对这种情况，我们可以在教学网络上设置教学资料库，不仅仅将课堂上的教学内容储存在资料库里，还可以将课堂教学内容延伸出来的一些知识也放入其中，让学生在巩固课堂知识的同时，学习更多的相关知识，拓展学生的知识面。与此同时，在网页上设置搜索引擎，让学生更加方便的直接搜索到自己想到了解的内容。

还可以在教学网络上设置聊天工具，或者论坛，给学生和老师提供更多的交流空间，也为学生的学习提供很好的平台。

在网络上设置阶段测试也是很好的选择。学生可以利用阶段测试对自己的学习成果进行测验，方便学生了解自己对知识的掌握程度，了解自己的不足之处，并及时作出改正，更加深入的学习。我们应该在网络上提供测试答案，并对答案进行解析，使学生真正了解题目和知识点。

2.重视课件的制作

在日常的教学中，除使用一些从市场上买来的现成软件外，教师总要自制一些“课件”辅助于教学，这些自制的小型教学软件多为简单动画。在教学软件的制作中应该注意以下两方面问题：

（1）科学性。制作课件的主要目的是在教学中，演示和模拟那些现实中难以观察或根本无法观察到的生命现象、生理过程，形象说明某些化学变化过程，等等。这些生命现象、生理过程，特别是生物化学变化过程都是很复杂的，然而在软件制作中，常常需要将其中一部分内容简明扼要，形象生动并准确地呈现出来，这就需要对某些内容进行再创造。科学知识和科学过程的呈现要符合其本来的科学性，不能因为突出说明某一方面而造成其他方面科学上的不严谨，避免给今后的学习种下隐患。

（2）实效性。课件要使复杂的问题简单化、抽象的问题具体化，因此，所呈现的内容要简明、准确，便于学生观察、理解，要避免出现将简单问题复杂化、将浅显的道理玄妙化的现象。

3.“整合”要符合生物教学原则

这两门学科教学的“整合”要考虑生命学科的特点，不能与生物教学的基本原则相悖。“整合”要处理好与实验教学的关系，能做到观察实物的要坚持观察实物，能够做到亲手操作的要坚持亲手操作，坚持科学性和真实性，重视学生的直觉思维。“整合”要与多种有效的传统手段相结合，要与探究性学习相结合，为探究性学习创设必要的情景和条件。

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随着信息技术的高速发展，社会对综合性人才的需求急剧增大。传统的学科划分，使得整个知识链变得过于细化，显得支离破碎，学生的知识水准难以应付信息化社会对人才的需求。我们怎样才能培养一个符合现代社会需要的、能在社会竞争中处于主动地位的现代人呢？新的课程改革提出了根据学科之间的联系，整体协调、相互结合、相互渗透，使系统各要素都能发挥最大、最优的效益，从而达到优化教学过程，提高教学效率为目的课程整合理念。

信息技术与学科课程的整合是指在学科教学过程中把信息技术、信息资源、信息方法与课程的教学目的、任务、内容有机结合在一起，实现信息素养与学科素养“互惠双赢”的过程。生物学作为21世纪的热门科学，其学科内容更新速度日益加快，对于社会、经济和人类生活的影响也愈见深刻，传统的教学方式已经不能满足生物学科教学的实际需求，下面就如何将信息技术与生物学科教学进行有机整合，培养学生解决生物学科问题的综合能力，谈谈我自己的看法。

1.信息技术有效提高学生对生物的学习兴趣，激发学生的学习动机。学习兴趣与学习动机是学生学习的动力源泉，如果解决了动力不足或动力缺乏问题，那么学生的学习障碍就几乎解决了一半。信息技术与生物整合教学在解决这个难题上发挥了很大的优势，传统的生物教学是运用语言的描述、文学的说明和实验的演示来完成的，语言的描述具有不确定性、可信度低、变动性大的特点，文字的说明比较抽象乏味，实验的演示只能给学生以结论，微观现象难以描述，特别是一些具有微观动态过程的内容，学生不能身临其境的体会，这就大大降低了学生学习生物课程的兴趣。信息技术运用于生物教学将可以克服了这些缺点，将实验的模拟过程形象地展示给学生，提高了学生的学习兴趣。教师们总结说：“使用信息技术教学后，学生学习的兴趣与日俱增。主要表现在三个方面：一是学生课堂注意力明显提高，二是对教学信息的反馈比较积极，三是增强了学习的主动性，不再把学习当负担。”

2.信息技术运用于生物教学能够培养学生的自学能力，促进学生掌握发现学习的方法，培养他们的创造性思维。如生物教师在讲光合作用时，如果仅仅依靠实验和讲解，学生需要通过思考得出答案，而且容易遗忘。但在最后用课件把光合作用的整个过程展示出来。学生就非常深刻的体会到，二氧化碳和水在阳光的照射下变成有机物和氧气，不容易遗忘，而且让学生感受到自然界的神奇，这将促进学生自觉的把自己自学时对光合作用的理解和现在看过课件之后对它的理解进行对比，从而找到自己在自学时存在的不足。这样可以提高学生的自学能力，找到适合自己的一套学习方法。

3.信息技术运用于生物教学能够有效地帮助学生身临其境。信息技术将为为学生对生物的学习创建了良好的认知环境，为学生掌握新知识提供了捷径。如，教师在讲授《反射》内容时，利用制作的课件，让学生正确区分条件反射和非条件反射，并且把条件反射与非条件反射的关系形象生动的展现出来，把学生带入了狗对铃声的无关刺激变成有关刺激这样一个发展的环境.学生会切身体会到条件反射是建立在非条件反射的基础上。在讲述喝酒、吸烟的危害时，用课件生动把酒后驾车出车祸，喝酒误大事，那些烟君子成天吞云吐雾导致经济上和精神上的损失，给学生提供了一个身临其境的环境，感觉到宣传戒烟、戒酒已刻不容缓。结果发现，课件的这种身临其境作用，使学生很快就掌握了这些概念，节省了教师讲述的时间，而把更多的时间留给学生练习。

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在传统的教学中，信息技术与高中生物教学的整合主要表现为多媒体技术，成为教师展示教学过程的重要工具，丰富了教学内容和教学形式，但是并没有走进学生的学习中。新课程提倡学生主体课堂的建立，主张要充分调动学生思维的主动性，促进学生知识的自主建构，这就要求信息技术与高中生物教学的整合更需要体现在学生的学习过程中，通过信息技术为学生课前的自主学习提供知识经验的支持，为课堂活动中学生的讨论和展示提供多元化工具的服务，为学生课后的扩展学习提供更加丰富的资源。 

二、信息技术与高中生物教学整合的有效策略 

1.微课引导，课前自主学习 

新课程强调学生的自主学习，积极建构，而学习的起点便是课前的预习，学生通过预习明确在新知识学习中存在的困惑和知识难点。在这个过程中，教师的引导主要是通过导学案与微课视频相结合的模式。例如，在《细胞膜——系统的边界》中，教师的导学案是学生借助网络和教材资料明确细胞膜的成分有哪些，各成分的比例关系是什么，细胞膜的主要功能是什么。学生在具体问题的指导下学习教材内容，明确本节课的基本内容，形成课前的学习问题，然后借助网络查找相关问题，进行进一步的了解，逐渐丰富自己的认识。例如，一个小组的学生在网络上查找到细胞膜在显微镜下的图片，动物和植物的细胞膜有所不同，在详细的图示中看到细胞膜的成分，每一个成分是什么状态。在此基础上，教师将模拟制作细胞膜的构成制作成微视频，上传至共享平台，学生借助感官的实验，完成进一步的思考：为什么要选择动物细胞？为什么要用动物的红细胞做实验？然后继续展开学习。 

2.多形式教学，展开课堂互动 

课堂不是单向传递知识的过程，而是以新内容为交流话题的师生、生生互动。在高中生物教学中，教师在简单的导入和引导下，应将课堂还给学生。以《细胞中的糖类和脂质》为例，教师根据课程内容划分为不同的学习问题，如什么是糖类？糖类都是甜的吗？糖类由哪些元素组成？糖类的种类有哪些？糖类有哪些功能？并给予每一个小组10分钟的讨论和展示设计时间。在此基础上，以小组为单位进行展示，展示的学生利用信息技术设计图画、视频、动画等，使内容更加形象直观，展示后小组学生需要询问“大家都听懂了吗”，如果还有没有听懂的，就邀请一个学生用简短的话进行总结，以检测该问题是否掌握，如果没有就邀请展示小组学生再次进行展示。遇到大多数学生都难以解决的难题，教师要引导学生以小组为单位，重新借助网络进行探讨，展示糖类的立体结构，进行分析和探讨，从而解决知识难点。 

3.多层次总结，巩固知识 

课堂教学是学生接受新知识的过程，知识的内化和吸收需要课后的强化和巩固。在传统的教学中，学生主要通过自画结构图完成对本节课和一周内容的总结，通过书面作业完成对内容的内化，效率较低，并且容易丢失。在信息技术背景下，教师将知识总结的任务分配给每一个小组，小组学生根据自己的思维进行设置，突破了以前的结构图，采用漫画形式、板报形式等使核心内容突出，知识点明确，在小组设计的基础上，公选一个进行保存。同时，教师对学生在课堂中讨论的内容及时进行保存，以满足学生对不明确知识点的及时回顾，增强学习的有效性。同时，网络上包含着丰富的巩固性作业，远远比传统的纸质作业更加丰富，也更加灵活，这些都是丰富的资源，教师要充分利用这些资源，引导学生在电脑上完成相关的练习，然后上传至网络平台，让学生之间进行互评，展开讨论，促进知识巩固的灵活性。 

总之，新课程背景下学生的自主学习离不开网络技术的支持，网络丰富的资源、多样化的形式以及互动式的沟通平台，满足学生搜寻资料、小组探讨、课后回顾的需要，真正发挥学生思维的主动性，使学生成为课堂学习的主体，这也是新课程背景下信息技术与高中生物教学整合的新形式。 

[ 参 考 文 献 ] 

[1]于丽红.妙用信息技术，优化高中生物课堂教学[J].中国信息技术教育，2014（16）. 

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【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2012）03－0172－01

信息技术是现代教学手段中辅助教学的一种工具，对生物学中抽象的、难以用传统教学方式表达的图像、例式更直观形象的表达，激发学生的学习兴趣，充分挖掘思维潜能，加速记忆，有益于培养学生的课堂理解能力，更重要的是还能促成学生知识、能力、情感三维目标的实现。

一 信息技术与生物学教学整合的原则

1．目的性原则

生物教学利用信息技术也存在一些不足的问题，因此，在教学过程中，为了避免出现“为追求外在的形式而不顾教学效果”的错误现象，必须注意以下两点：第一，要以课程教学大纲及学生接受能力为主。在备课时，一定要遵循适量原则，切不可贪多求快――信息量要适当，要利于学生在课堂内完成记录、思考和接受。第二，课件制作一定要适度。课件应主要针对某个教学难点、重点来设计，紧扣教学内容，切忌为追求视听效果而使课件内容华而不实。

2．主体性原则

新课标要求在教学中要使学生成为学习的主体，教师成为学生学习的组织者、引导者和合作者。要增强教与学的主动性与互动性，激发学习兴趣和热情，提高教学效率。

3．开放性原则

现代生物课堂教学的显著特点是教师教学观念的开放，这是一种相对而有限的开放：在观念上，教师与学生是合作学习的伙伴；在教学内容和学习方式上，不要局限于教材、课堂，不要依赖于教师的传授，途径更多，范围更广。

4．互补性原则

任何教学媒介既有长处，又有其局限性。有些内容运用传统媒体就能取得良好效果，如习题解析、原理推导等；而有些内容如动态的、微观的、抽象的生物情景就运用现代媒体去展示。因此，需要教师从实际出发，合理优化选用教学媒介，综合发挥各自优势，才能获得理想的教学效果。

二 遵循信息技术与生物学科的整合原则，真正促进学生三维目标的达成

1．信息技术与生物学教学的整合有利于知识目标的达成

由于信息技术所具有的科技特点，把信息技术用作辅助教学手段，有利于认识事物、理解知识，有利于促成学生巩固所学知识，有利于生物教学重点、难点的突破。

生物学科教学的重难点，比如人体细胞的呼吸、光合作用、生命活动的调节、生态系统等，其特点是细微、动态、抽象，看不见、摸不着，理解有一定困难。而把信息技术引进课堂教学，通过视听媒体提供通常难以看到或难以看清的一些事物的结构、形态或现象等，就能化难为易、化繁为简、化抽象为具体，可帮助分析特征、寻找规律、加深理解。

2．信息技术与生物学教学的整合有利于促成能力目标的实现

第一，利用信息技术手段让学生自主地学习。生物新课程倡导探究性学习，以达到培养学生的观察思维能力和概括能力的目的。近年来出现的WebQuest Learing是一种很受欢迎的网上探究学习方式，这种学习活动有以下特点：（1）围绕一个明确的主题或问题；（2）此类问题可以通过寻求信息而得到解答；（3）答案没有唯一性。一个典型的WebQuest教学设计包括介绍、任务、资源、过程描述、学习建议、评价和总结七个部分。如兴奋在神经纤维上的传导，其中兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导的，还有兴奋在神经元之间的传递，要通过神经递质的释放、传递和突触后膜的接受，通过了电信号、化学信号和电信号的转变，从而使后一个神经元兴奋或抑制等不易看到生物现象，运用Flash制作相应教学软件，可以简单方便地将上述兴奋的传导展示出来，且可以分步控制。通过课件、录像、电影等动态的画面，从感性认识上升到理论认识，有效地训练了学生的概括能力。

第二，利用信息技术引导学生提出问题、引发创新意识、提倡创新精神。中学生具有好动、好学、好奇的特点，乐于接受新鲜事物，具有发明创造的潜能。一个有创造性的教师不仅是上好一节课，而是怎样充分应用启发式、讨论式、参与式的教学方法，发挥学生的聪明才智，开拓学生思维，把获得知识的过程交给学生。

3．信息技术与生物学教学的整合有利于促成情感目标的实现

热爱自然、珍爱生命的情感、态度和价值观，热爱祖国的真挚情感、辩证唯物主义的科学认识与实践观点，是生物学教学中要求促成学生实现的情感目标。

在生物新课程标准中，提出了热爱自然、珍爱生命、理解人与自然和谐发展的意义，树立可持续发展的观念；引导学生关注我国生物资源、人口、环境、科技发展水平，关心家乡建设以及认同我国科技、经济、社会发展的巨大成就，在潜移默化中渗透热爱祖国的情感；渗透生物与环境是一个统一整体的观点，要求学生达成结构和功能相适应、局部和整体相协调以及多样性与共同性相统一的辩证唯物主义观点。在运用信息技术开展生物学教学的过程中，应注意这些观点、观念的启发和培养，以期促成学生情感目标的实现。

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中图分类号:Q811.4;TP311 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2009)20-160-03

Data Integration Model of Biological Information Based on XML

PAN Xuefeng

(Wuhan Bioengineering Institute,Wuhan,430415,China)

Abstract:In Internet biological information database,among the major research institutions and bio-informatics data is remote,heterogeneous,high degree of autonomy,and the stored information is scattered between the disorder.In order to full use resource,integration model of biological information data is built.A new XML-based and orderly expression of data-level fractal model of the existing data structure is proposed,through the use of internal models BXEEM pointer references and external links to the method of data integration,it is more conducive to bio-informatics data integration and fusion.

Keywords:XML;semi-structure;heterogeneous data integration;data model;data integration

0 引 言

生物信息学(Bioinformatics)是通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析,达到揭示数据所蕴含生物学意义的目的[1,2]。

生物信息数据源的主要特点是:国际化生物数据库相互独立而又利用协议统一维护原始数据,而各实验室的数据库就各有特色;数据量庞大且增长速度很快;数据通过Internet进行,格式复杂多样[3,4]。目前非常必要的课题之一是将各自的、独立的、分散的基因组信息整合到一起,并且可以最大限度地消除冗余数据,保证数据的可靠性和准确性[5]。

本文重点讨论将XML作为中间媒介,建立新的生物信息公共数据模型,使异构生物信息数据的提取与集成更方便。

1 XML的特点

扩展标记语言(eXtensible Markup Language,XML)是一门新兴的面向Internet应用的标记语言,它将数据信息本身的存储和关联与表现形式相分离,且具有强大的可扩展性[6]。生物信息学的发展同样引入了XML技术。XML的特点如下:

(1) XML数据的自描述性。它指XML中的语义标识,一方面限定了元素的层次结构,另一方面也说明了元素的含义[7,8]。

(2) 内容的独立性。它将成为跨平台数据交换和操作的标准模式。实现异构数据集成中数据的互操作性。

(3) 能描述不同复杂程度的数据。XML提供了数据的结构化表示,并且易于操作。

(4) 可扩展性。XML可以在不破坏现有结构和系统的情况下增加新的数据字段。应用服务器利用XML对所有数据建模,若要改变数据模型只需改变数据模型定义。

(5) 结构性。数据存储格式不受显示格式制约。一般包括三要素:数据、结构以及显示方式。

因此,运用XML可以有效地解决新旧系统、不同应用系统之间或数据源之间的数据共享与交互问题。XML和数据库之间是互补的关系,在不同的场合有不同的优势[9,10]。可以很方便地交换复杂数据在不同平台上的浏览。

2 基于XML的生物信息数据模型

实际上,在此提出的半结构化数据模型是一种基于带标签、带根的有向有序树(An Labeled Rooted Directed Ordinal Tree)数据模型BXEEM(Based XML Extensible Exchange Model)。下面给出相关定义:

定义1 有向图G是一个有序四元组,G=(V,E,vr,Ψ)。其中:V是一个非空的有向图中根结点的所有结点集合;E V×V是此有向图中边的集合;(V,E)代表一个有向多重图(Directed Multi-graph);vr∈V表示根结点,并且满足该结点的入度为0;d(vr,vi)>0,vi∈(V-{ vr }),i=0,1,2,…,n,即vr到V中任意一个结点vi都有一条通路;Ψ为关联函数,是边集合E到(V×V)的一个映射,是带信息标签约束的映射。称G为带标签、带根的有向连通图,表示为G(V,E,vr,Ψ)。

定义2 在带标签、带根的有向连通图G(V,E,vr,Ψ)中,根结点(vr∈V)~V中任意一结点vi都恰有一条单向通路,称此有向图为有向树,记为T(V,E,vr,Ψ),vr为T的根结点。其中,如果结点的度d(vi)>1,vi∈(V-{ vr }),i=0,1,2,…,n,则称vi为内点或分支点;如果结点的度d(vj)=1,vj∈(V-{ vr }),j=0,1,2,…,n,则称其为叶结点。Ψ为关联函数,是边集合E到(V×V)的一个映射,是带信息标签约束的映射。

定义3 在带标签、带根的有向树T(V,E,vr,Ψ)中,存在vi∈(V-{ vr }),i=0,1,2,…,n。从vi出发的带标签连通的最大有向树,记为T′(Vi,Ei,vr,Ψi)。其中,Vi表示T(Vi,Ei,vr,Ψi)树的结点集;Ei表示T(Vi,Ei,vr,Ψi)树的边集;Ψi为关联函数,是边集合Ei到(Vi×Vi)的一个映射,是带信息标签约束的映射,称T′为T的子树。当T′的出度数为0时,T′是个结点;当T′的出度数不为0时,T′是个复杂树。

定义4 在带标签、带根的有向树T(V,E,vr,Ψ)中,T={t1,t2,…,tn},ti{i=0,1,2,…,n}是T的子树。当t1,t2,…,tn是按照一定顺序规则排列时,则称T为有序树。

定义5 在带标签、带根的有向树T(V,E,vr,Ψ)中,v0,v1,…,vn∈V,e1,e2,…,en∈E。其中,ei是连接vi-1,vi的边,交替序列v0 e1v1 e2…vn-1 en vn就称为联结v0~vn的路径。v0与vn分别称为路径的起点和终点。

这里的BXEEM(Based XML Extensible Exchange Model)数据模型就是基于带标签、带根的有向有序树(An Labeled Rooted Directed Ordinal Tree)的数据模型。树的每一个节点都有一个惟一的标识符(ID)。这个标识符可以显示用XML文档中某一元素的ID属性来标识,也可以为其分配一个惟一的ID来标识。然而点和边的交替序列可以惟一表示节点之间的路径。用标签表示信息的类别、标签标记标签之间的信息应如何被处理。

XML文档的数据模型的示意图如图1所示。

图1 XML文档的数据模型的示意图

3 BXEEM数据模型在XML中的应用

XML虽然与HTML属于半结构化数据,但之所以比HTML更具有数据描述和数据识别能力在于它自身可以定义严格的层次结构,如通过XML的DTD或Schema定义。因此在面向XML表达的数据建模过程中,必须具有描述表达XML元数据结构的能力。

模型对XML定义语法描述为:

〈! ELEMENT基元(基元头体,基元主体,关联基元)〉

〈! ATTLIST基元标识符ID#REQUIRED名字CDATA#REQUIRED引用IDREFS#IMPLIED

〈! --内部链接关系--〉〉

〈! ELEMENT基元头体(基元指针,(#PCDATA|empty|基元)*)*〉〈! --外部超链关系--〉

〈! ELEMENT基元主体(#PCDATA|empty基元描述内容)*〉

〈! ELEMENT基元描述内容(#PCDATA|empty)*〉

〈! ELEMENT关联基元(#PCDATA|empty|基元主体)*〉〈! --层次分形关系--〉

不同的BXEEM对象,其结构是相似的,其自我嵌套、自我描述的特性使得BXM对象在纵向呈现严格的层次树结构,而对处于同一层次或非同类路径的BXEEM对象之间关系,横向是由链接关系实现的,由BXEEM模型可知,链接关系存在不同类型的链接。由此可归纳出这种描述元数据的结构共性,称之为层次分形-多级超链的基元。

各对象之间关系动态改变时,通过基元头体可动态关联和建立新的链接关系,根据不同的需求实现基元的重组织,从而透明映射到BXEEM对象,重新组合形成新的有向图。基元指针的指向为一个新的出口,该出口可对应于另一个XML文档。它可采用物理路径或采用惟一的ID表示。

此模型建立的基元具有以下特性:

(1) 层次树自我递归生长的特性。一个基元通过其关联基元能够衍生出新的子基元,多次递归生长成树型结构的组织,由此形成BXEEM模型的对象层次结构关系。此特性实现了对整个BXEEM对象的描述。

(2) 自我重组织特性。一个基元通过基元头体实现与外部的动态导航功能,利用其属性建立内部链接关系,从而根据不同的需求实现基元的动态重组织。此特性实现了BXEEM对象间链接关系的动态改变。

通过基元的操作,可保证BXEEM对象代数操作的一致性。对XML文档而言,则确保了该文档的一致有效性和合法性。

3.1 根据BXEEM模型对象的定义,在描述表达BXM数据模型时,又做了一些规定

规定1 BXEEM模型用有向树的节点和有向实边的标识(Label)表示被描述对象(数据)。结点用圆表示。结点必须含有标识符oid以及标记名(Labelname),有向实边表示对象与其子对象间的嵌套关系,有向实边的标识表示对象的Labelname。

规定2 BXEEM模型用有向虚边表示对象属性以及对象间的链接引用关系。

规定3 BXEEM模型的复杂对象结点可以具有多个引出向的实边,但只能有惟一引入向的实边表明,该对象仅能有一个父对象来反映XML文档严格的层次嵌套关系。

规定4 BXEEM模型中规定结点在同一层按照从左到右的顺序依次排列,以此来表明BXEM数据模型与XML文档的匹配。

根据BXEEM模型的定义,层次分形-多级超链的基元描述了XML文档的DTD以及XMLSchema,保证了在该基础上BXEEM模型表达XML文档的一致有效性和合法性。与XML文档匹配有如下关系:XML元素采用XOEM对象表达,XML的子元素嵌套关系反映了BXEEM的子对象关系。XML元素之间的顺序不是任意的,因此BXM模型中规定各结点按照从左到右的顺序作为XML元素表达的顺序。

XML的链接引用存在两种方法:一种是内部指针引用,即通过ID与IDREF(S)实现的,在BXM模型中对象的oid与ID相匹配,对象的引用属性名均可作为IDREF(S)的类型。因此有向虚边与实圆构成内部链接引用。另一种是外部链接,即通过Xlink/Xpointer。外部链接分为两级即link=1时表示线性超链(简单链接),link=2时表示扩展超链。

3.2 实例

以下是一个XML数据文档实例。以信息为例,其BXEEM有向树如图2所示。现以XML描述如下:

1rgf

< list > XVSGTVCLSALPPEATDTLNLIASDGPFPYSQDGVVFQNRESVLPTQSYGYYHEYT

VITPGARTRGTRRIITGEATQEDYYTGDHYATFSLIDQTC

……

cccceeeccccccccchhhhhcccceeccccccccccccceeeeeeecccccccceeeeeccccccceeeccccceeeeeece

…

< reference >

… …

… …

…

… …

… …

…

图2 蛋白质信息文档的数据模型的示意图

4 结 语

异构数据集成是一项复杂的技术,由于异构数据源和异构数据之间的众多差异,使得异构数据集成成了一个难以解决的问题。这里建立的基于XML的生物信息模型,为各异构生物信息数据的集成奠定了基础,提供了一条有效的解决途径。

参考文献

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[2]高明,陈晰,李炜,等.基于XML实现异构数据源的联合使用[J].计算机科学,2002,29(3):83-84.

[3]孙宏伟,张树生,周竞涛,等.基于模型驱动的XML与数据库双向映射技术[J].计算机工程与应用,2002,38(4):25-27.

[4]王照岳,孙建伶,董金祥.XML数据库管理系统研究[J].计算机科学,2002,29(1):115-118.

[5]吴渝,王成良.基于EAI的企业数据集成技术的研究[J].微计算机信息,2006,22(15):32-34.

[6]袁晓洁,于士涛,李志梁.基于Mediation的异构数据集成系统HDIS设计与实现[J].计算机工程与应用,2006(1):162-165.

[7]何红波,谭晓超,李斌,等.生物信息学对计算机科学发展的机遇与挑战[J].生物信息学,2005(1):37-41.

篇（8）

引言：

初中生物是一门以研究生物本质和生命现象的学科，从教学内容上来看，这门课程应该是与学生生活联系紧密且趣味性很强的学科。但从实际教学效果来看，学生生物学习的兴致并不高，参与的积极性也不强。究其原因，主要是在很长一段时间里，初中生物的教学形式都比较单一，更多是依靠教师的讲授，及时是一些需要观察和实践的环节，最多也就是通过显微镜观察一下实验现象，学生课堂参与度低，无与课程建立起有效互动和联系，感受不到生物学科的真谛和内涵。而在信息技术的辅助下，能够将知识转化为图形、动画等不同的方式呈现出来，让知识的呈现方式更加立体和多元化，帮助学生在脑海中构建起知识结构，让课堂教学内容更加丰富，形式更加多样。从而激发学生的学习兴趣，引导学生主动参与到课堂互动和知识探索中，促进学生科学素养的提升。

一、信息技术在初中生物教学中应用的意义

实际上，初中生物课程的教学内容对于学生来说具有一定的抽象性，比如细菌的繁殖、动植物细胞的形态等等，而这些内容如果仅通过教师的讲解是很难让学生有很全面和深入的了解。一般来说，对于这部分教学内容，通常都会通过组织学生利用显微镜和仪器设备观察的方式开展。但面临的现实问题是，从我国现阶段的初中教学仪器的配备情况来看，能够为学生提供的实验仪器设备数量有限，因此，学生亲自操作观察的课时十分紧张，大部分时间还是要依靠教师的讲解。在这样的客观环境下，信息技术在教学中的优势就得到了极大的凸显，利用信息技术，教师可以通过多媒体的演示将微观世界展示给学生，让知识更加具体和形象化，帮助学生更好理解知识点的同时，让课堂教学形式更加多样化，增加了课堂的趣味性，这对于学生学习积极性的调动也具有极大的促进作用，同时，能够有效增加课堂互动，促进生物课堂教学有效性的提升[1]。

二、信息技术与初中生物教学整合的优势

现阶段，信息技术已经成为社会进步发展过程必不可少的要素，而信息技术在教育领域的应用更是为教育改革和创新提供了新的思路。具体到初中生物教学中，信息技术也体现出了其优势，推动了初中生物教学质量的提升。

2.1促进学生学习积极性的提升

在信息技术还没有全面推行的时代，课堂教学的开展只能通过教师的传授和教材的学习，换句话说，知识和信息的传递主要依靠学生的听觉来完成，学生首先要将所听到的信息进行记忆，再将所记忆的信息转化为大脑能够理解的内容之后再进行储存，这中间要经历很多的步骤，而每一个步骤由于个体差异性都会产生一定比例的信息丢失，因此，真正能够存储到大脑中的可以被理解的信息十分有限。不仅如此，这个过程中，需要学生全程保持专注力，否则就会丢失掉一些信息。从对学生对这种教学模式的反馈情况来看，“学习兴趣不高”是主要问题，大部分同学对于这种完全依靠听力来获取知识的方式表示了极大的质疑，他们更期待一种直观、生动的教学方式。这种需求正是以信息技术为代表的多媒体时代所能够满足的，在多媒体教学时代，教师的授课可以借助图形、图像、动画、视频、音频、文字等多种模式，让信息通过视觉直达大脑，更加的形象、生动，再辅以听觉，从而构造了立体化课堂教学氛围。这个时候，学习不再只是面对冰冷的文字，还增添了有温度、有情感的、动态的形式，这种视觉的冲击所带来的抽象知识的具体化，更易被学生所接受。

2.2有助于知识的理解

上面就提到过，生物虽然是一门与学生日常生活联系紧密的学科，但其教学内容的抽象性也是学生学习过程中的最大问题和阻碍。尤其面对一些微观世界知识的时候，如果没有直观的认识，那只能依靠学生的想象，这对于学生来说，是有一定难度的。而且，在多媒体信息技术还没有全面融入生物课堂的时候，学生的思维只能被动的跟着教师的思路走，缺乏独立思考和探索的时间，导致学生对生物知识的理解仅能停留在表面。而在多媒体时代，教师的讲解可以辅以生动形象的图片，甚至教师可以将课堂的主动权移交给学生，让学生通过自学来完成对知识的学习和理解，而这更有助于学生自学能力的提升和思维的发展，更是提升学生科学素养和探究精神的重要途径。信息技术的优势不仅体现在多媒体教学这个层面，“微课”“在线沟通平台”等方式的融合，让学生体会到了“主动学习”的乐趣，思维能到了发展，实现了对知识的真正掌握。

2.3知识面的拓展

信息技术与初中生物课堂的融合的优势还在于能够为学生提供海量的知识库，学生知识的来源不再局限于教师和教材。无论教师还是学生都可以从互联网上获取更多的知识和信息，还可以将所获取的信息在课堂进行分享和讨论，构建起平等的师生关系和开放性课堂，体现学生教学主体地位的同时，也让“教学相长”得到了充分的践行[2]。

三、信息技术与初中生物教学整合的策略

3.1创设教学情境

利用多媒体技术创设教学情境，营造课堂氛围可以说是信息技术在初中生物课堂教学中价值的最直接体现。教师可以将本节课的知识点融入到视频、动画中，以多种形式呈现给学生，尤其是一些难以理解的、抽象的知识点。通过变换形式的讲解方式，以更受学生喜爱和接受的角度传递给学生，从而实现较好的教学效果。教学情境的建立能够帮助学生更好的融入课堂学习，更积极的参与和思考，动画和视频的播放让原本抽象的、难以理解的知识变得更加具体和形象，有助于学生对知识点的理解，有助于学生思维的开拓和教学效果的提升。以初中生物中“生物和细胞”为例，这个章节的知识点包括对动物细胞和植物细胞的观察。课堂教学可以将细胞的生长过程和细胞的结构通过一个小短片的形式播放出来，视频中再配以相应的解释说明。通过这样的方式，一下子就让原本紧张的课堂氛围轻松了下来，通过视频的观看，学生很容易就能够了解到有关细胞的知识。之后，再组织学生利用显微镜观察真正的细胞结构，这样相辅相成的过程，能够实现知识由抽象到具体，由虚拟到实际的过程，从而让学生更好的理解和掌握知识点，同时能够对生物学习产生浓厚的兴趣。

3.2“微课”在初中生物课堂的有效应用

现代教育观念强调了“以生为本”的重要性，也更加注重学生学习主动性和知识探索欲望的引导和激发。而“微课”教学模式的提出能够极大扭转过去由教师把握课堂教学主动权的局面，从而让学生学习的热情和主动性得以唤起，思维得以发展。“微课”简单来说，就是教师提前将下一节课的重、难点内容以课件的形式提前发给学生，作为学生课前预习的指导，学生在“微课”的指引下，按照自己的思路开展自主学习，并将自主学习过程中的问题进行记录，自行寻找问题的答案。而课堂教学时间，教师一方面组织学生分享自己的学习过程和心得，另一方面，针对学生自学过程中的问题进行有针对性的解答。通过这样的方式，记为学生提供了独立学习、思考和探索的空间，也让课堂的互动和教学更加高效。以“人体的营养”为例，这是一节与学生日常生活联系紧密的知识，均衡饮食、绿色生活也是现代人所提倡的。教师可以通过“微课”的形式，引导学生开展课前预习，包括“饮食中的营养物质都包括什么，不同的营养物质所起到的作用分别是什么”？让学生带着问题和提示进行知识的学习。学生可以通过教材、网络等方式进行相关内容的查找和学习，从而完成教师布置的任务。针对学生自学过程中遇到的问题，同学可以通过观看教师所提供的课件，还可以通过沟通平台与教师和同学进行探讨，最终完成对问题的理解。课堂上，教师可以让同学来分享对这个章节知识点的理解和疑问，共其他同学参考，针对问题，大家共同进行讨论，教师再针对同学的分享进行指导，从而构建高效、互动、开放性的课堂[3]。

3.3信息技术提升实验效果

篇（9）

一、运用电教媒体，激发学习兴趣，突破教学重点难点

兴趣是最好的老师，作为一名教师，要善于运用各种媒体激发培养学生学习的兴趣。电教媒体以其形、光、声、色、字、特技手段等多种功能集一体，不仅为学生提供丰富、直观、多角度的感知材料，刺激多种感官，吸引注意力，激发求知欲，而且能调动起学习的主动性，使之呈现最佳学习状态。如：高中生物（必修本）《动物胚胎发育》这一节，关于青蛙受精卵的特征和受精卵分裂的方式是学习重点。教师通过播放青蛙生长发育过程的课件，要求学生注意观察青蛙受精卵的特征和受精卵分裂的方式。这样不仅提高了学生的注意力，激发了他们学习的兴趣，而且顺利地实现了重点、难点的突破。

二、运用电教媒体，可以跨跃时空、扩大课堂容量

电教媒体可以突破时空的局限，把生动、鲜明、形象的教学内容展现在学生面前，吸引学生的注意力，培养良好的观察品质。如：初中生物《果实的形成》一节，绿色开花植物的双受精作用是学习难点，而且这一过程是植物生理微观过程，用语言描述学生很难理解。教师运用电教媒体进行教学，学生可以看到植物花粉管萌发-花粉管破裂-形成受精卵、受精极核-花的各部分发育成为果实这一微观生理动态的全过程。而在上植物的生长发育总复习课时，更加是可以把种子的结构、种子萌发的条件、光合作用、蒸腾作用、花的结构、传粉和开花、果实的形成等多个知识点，用植物生长发育过程为主线联系起来，帮助学生梳理知识网络，从而实现大容量教学内容浓缩，真正实现提高教学效率的目的。

三、利用网络设施，促进师生互动和生生互动

网络教学过程中要努力创设有利于人际沟通与合作的教学环境，使学生学会交流和分享研究信息，尊重他人的想法，发展乐于合作的团队精神。由于传统的教学模式只能提供单一的教师与单一班级的学生之间的交流途径，缺乏在不同教师与不同学生之间以及不同教师之间开展交流的机制。没有一个教师能对这么广泛的问题作全面的解答，也很难在同一时间、同一地点召集不同班级的学生进行集中解答，更不可能随时随地提出问题和交流讨论，由于时间有限，也不可能对有关问题进行深入的讨论和及时的交流。

四、运用信息技术，进行学习评价和成果展示

教师在帮助学生进行知识建构过程中，教师对学生的总结性评价、过程评价，以及学生之间的相互评价、学生自我评价都很重要。这就要求学生在学习过程中，把对一些思维火花和情感的体验都及时记录下来，并能进行相互的交流。北师大提供的VCLASS平台上就具备聊天室的功能，教师可以针对某一主题要求学生展开讨论，或者学生可以通过留言版自定讨论主题。学生的想法是否有意义，会接受更多现实的评判，老师和同学会对此提出自己的评价。对于各方面的评价，被评价者又有权利进行取舍，这样评价就可以较好地实现自我反思和激励的作用。

五、应用网络技术，提高学生综合素质

（一）应用网络技术，拓展学生知识面

篇（10）

信息技术与生物教学融合是指利用计算机技术、网络技术、多媒体技术、视听技术等与生物课程内容、课程结构、课程实施、课程资源等有机地融合在一起，成为一种和谐互动、全方位、立体化的教学模式。

一、信息技术与高中生物课程整合的优势分析

1.交互性教学利于激发学生的生物学学习动机和体现学生自主地位

人机交互、及时反馈是多媒体显著的特征，利用交互式电子白板技术可以将课程目标与多媒体相结合，产生出全新的图文并茂，丰富多彩的人机交互方式，并且及时反馈。对于学生主动学习有很重要作用。

例如，在教师讲授《伴性遗传》一节时，首先讲授“基因位于染色体上”，并且“红绿色盲基因b决定着性状”，同时在电子白板上写出女性色盲患者的基因型和表现型，这即是为学生的主动学习建构的“锚”，然后让学生到电子白板前尝试写出人类红绿色盲相关所有的基因型和表现型。最后，教师根据学生完成情况进行过程性评价，当学生完成较好时，要采取“鼓励性”评价：“很好的写出了各种基因型和表现型，你真棒！”这样，在学生亲自动手过程中完成了人机交互，实现了以“学生为主，教师为辅”的教学，而教师及时的评价使得学生体验自主学习成功带来的快乐，提高了自我效能感，激发了生物学学习动机。

2.创设情境教学有利于激发学生学习的兴趣，从而促进有效的学习

情景化学习是利用多媒体计算机技术创设接近实际的情景进行学习利用生动、直观的形象有效地激发联想，唤醒长期记忆中有关知识、经验和表象，从而是学生能利用原有认知结构中的有关的知识和经验，去同化当前学习到的新知识，并赋予新知识以意义。利用信息技术将教学内容以“故事或者童话”的形式展现给学生，这样通过充分调动学生的视觉、听觉感官来建构知识，吸引学生。

例如，在讲解《果酒和果醋的制作》一节时，教师创设了一个“猴子酿酒”的故事情境：在很多古籍中都有过记载，相传一千多年前，在人类还不懂得酿造糯米酒时，有位老人就发现了猴子会从山上采摘各种山果，并且扔到树洞中，一段时间后便可得到清纯而陶醉的汁液，后来老人学着猴子的方法成功的制作纯香的米酒。教师在一边展示图片一边讲解后引出果酒制作方法和原理。因为有故事情境的引入，激发了学生学习的生物学的热情，并在轻松的气氛中很掌握所学内容。

3.信息技术辅助生物实验教学有助于提高学生的实验探究能力

生物学是一门以实验为基础的学科，许多生物学知识都需要通过实验得到数据、现象和结果加以证实。在以往的生物教学中，由于教学资源有限，实验室配置较低，缺少很多的实验器材，使得“探究实验”变成了“讲实验”，导致教学效果不佳，降低了学生对生物学习的兴趣。通过利用多媒体资源可以展示每个实验的过程，这样可以帮助学生认识实验操作要点，提高学生实验观察能力，掌握正确的实验基本技能，并且重要的是能够直观的体验科学探究的奥妙。

例如，在教材中关于“叶绿体色素的提取和分离”实验，主要以文字形式介绍实验原理、步骤，实验结论：叶绿体色带自下而上分布是橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a，黄绿色的叶绿素b。教材缺少图片等资源，使得学生很真正理解实验原理，同时也很难想象叶绿体色带的分布。教师利用多媒体技术展示专业人员操作过程，在这一过程中，学生会仔细观察，如何捣碎叶片？如何制备滤纸条？如何提取、分离色素？并且多媒体还可以模拟四种色素的在滤纸条上出现的先后顺序及颜色。展示结束后，学生亲自动手进行实验。因为已经具备了一定的观察能力和掌握了操作要点，因此实验中就比较容易获得成功，同时提高了学生的成就动机，激发了进一步学习生物的热情。

二、信息技术与生物教学整合过程中需要注重的问题

由于信息技术具有传统教学无法比拟的优点，所以信息技术无论是对辅助教师的“教”，还是对促进学生的自主学习的“学”来说，都能够提供强大的支持。但是，在信息技术与生物教学的融合过程中存在以下几点问题：

1.注意正确运用多媒体

课堂教学中学生是学习的主体，教师起主导作用，而多媒体可以起辅助教学作用。但是，在进行教学设计时要依据具体教学内容确定是否使用多媒体。基于生物学科特点，在学习细胞显微结构、生物体结构与功能、实验探究等方面恰当使用多媒体可以起到画龙点睛的作用，同时化抽象为直观，突破教学难点。在课堂教学中，合理使用多媒体技术辅助教学很重要，但是不考虑教学内容而滥用信息技术教学，结果不会提高教学效果，反而会使得教学效果不佳。

2.注意多媒体技术与传统教学相结合

多媒体技术具有声音、图像、视频、文本等多种展现方式，在教学中可以产生各种视听信息，吸引学生注意力，激发学生学习的兴趣。但是，在课堂教学中要将信息技术（如幻灯、投影、录像等）与传统媒体（如板书、挂图、模型等）恰当的结合，充分发挥传统教学的有效作用，各展所长，互为补充，相辅相成，从而达到优化教学过程的目的。在课堂教学中，如果完全依赖多媒体进行教学，而忽略了传统教学媒体的作用，结果只会使得学生像观看影片一样，很难真正理解和掌握学习内容，这样多媒体技术不但不能优化教学，相反会影响学生学习效果。

3.注意要运用“学教并重”教学设计理论进行“信息技术与生物教学融合”的教学设计

对于以计算机为核心的信息技术不仅可以作为辅助教师“教”的形象化工具，而且还可以作为促进学生自主学习与探究的认知工具和协助交流工具。但是，从长期实践来看，多数教师主要通过利用多媒体课件来辅助教学，较少考虑是否促进学生自主学习和探究学习。因此，并没有很好的充分发挥信息技术与生物教学融合的优势。所以，在“融合”过程中，要基于学生自主学习和探究学习，合理利用各种信息技术，即包括多媒体课件也包括基于网络的研究性学习，如Webquest等，这样才能营造一种更好的信息化教学环境，实现新型教与学方式，转变传统教学结构。

篇（11）

2.演示图片

在初中生物课本中有大量演示生物多样性的的图片，合理适时的在课堂中演示它们，可以拓展学生的视野，丰富学生的阅历，还可以加深他们对知识的记忆。在演示时可利用PPT的带背景的文本框，将需要记忆的部分遮住，再有顺序的设置文本框的“自定义动画”，“退出”效果，演示课件时随着文本框的退出，图中需强调，记忆的部分也就逐个显示出来。

3.演示实验

学生在初中阶段的生物学习中会接触到大量的实验，因为生物学科是以实验为基础的学科，大部分实验学生都应亲手操作，不能以模拟操作完全代替学生实际操作。但有个别实验却例外，如耗时很长的“观察青霉和匍枝根霉”，我们可将整个实验过程录制下来，并且插入课件中。在播放课件时，可放大学生操作中的优点和存在的问题，这更有利于分析和解决问题，提高学生的实验能力。实验情境中是学生熟悉的同学和环境，他们还会有身临其境的感觉，增加实验的真实、可信度。

4.演示知识结构及练习

由于课堂时间有限，教师以传统的板书形式展示知识太耗时费力，针对这一情况，教师在课前可将知识结构集成课件，课堂播放，这无形之中也增大了课堂容量，以便课堂留出更多时间开展有意义的教学活动。另外，讲授新课时的知识结构也可保存至复习时做回顾用。

5．突破重难点

对信息技术与生物教学融合最大的肯定应该就是它能突破课的重难点。如讲“绿色植物的生长需要水和无机盐”一节时，要认识到：无土栽培成功的原因是本节的重点。可安排“三种培养液中培养青菜植株”实验，让学生先增加感性认识。方法是：提前一个星期让学生按课本进行操作，记录自己在试验过程中存在的收获和困惑。在讲课时教师将对比实验带到讲台上，让学生亲自看一看，哪株青菜长势好？哪株青菜长势弱？同时播放三种培养液中培养青菜植株的录像片，解决学生做实验的困惑。学生通过实验与多媒体相结合完成了实验，并得出正确的结论。这种实验教学有利于学生理解和掌握重点又符合初中学生的思维方式。录像通过听觉、视觉和思维感官功能，使学生分散了知识难点，化难为易，从而突破了教学难点。再如，动画“人体呼吸运动”可动态的展示人体呼吸过程中肋骨、膈、胸廓、空气进出肺的情况；“家兔内部结构示意图”可以图形的形式展示家兔的内部结构；视频“细菌的形态”可把只有用高倍显微镜才能观察到的细菌的形态以动态的方式，清楚的向学生展示，这些都可以突出重点、突破难点。