数学模型在生物信息学教学中的应用

数学模型在生物信息学教学中的应用（共11篇）

1.数学模型在生物信息学教学中的应用 篇一

生物多样性信息学及其在地质学研究中的应用

对生物多样性信息学做了简要介绍,并说明了其在生物学与地质学交叉领域研究中的.应用现状,指出了生物多样性信息学发展过程中存在的困难及其在地质学研究中的应用前景.生物多样性信息学在生物多样性信息数据库和生物多样性信息处理程序2方面取得了很大的进展,而古生物学、生物与环境协同演化、地质生态学等研究领域的一些课题已经应用了生物多样性信息学的成果.

作 者：程丹丹 赖旭龙 张克信 CHENG Dan-dan LAI Xu-long ZHANG Ke-xin 作者单位：程丹丹,CHENG Dan-dan(中国地质大学,环境学院,武汉,430074)

赖旭龙,张克信,LAI Xu-long,ZHANG Ke-xin(中国地质大学,地球科学学院,武汉,430074)

刊 名：地质科技情报 ISTIC PKU英文刊名：GEOLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：25(4)分类号：Q939.99关键词：生物多样性 信息 地质学

2.数学模型在生物信息学教学中的应用 篇二

1 云计算定义

“云”是一个通过虚拟技术把云端计算机或是服务器连接在一起的服务网络。存储和分析数据都由“云”端的服务器或是计算机完成。中国云计算专家刘鹏给出如下定义:“云计算是一种商业计算模型, 它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上, 使用户能够按需获取计算力、存储空间和信息服务。”

按照资源的共享水平, 云计算的服务模式分为三种, 基础架构即服务 (Infrastructure as a service) , 平台即服务 (Platform as a service) 和软件即服务 (Software as a service) 。

Iaa S (Infrastructure as a service) Service:基础架构即服务。它整合了基础设施如虚拟主机、存储设备、网络设备等资源成为一个服务平台提供给用户使用。Iaa S位于网络的底层, 向用户提供按需分配、按需付费的计算设备和存储设备。

Paa S (Platform as a service) 提供服务平台, 用户掌控运作应用程序的环境, 可以在平台上应用, 测试和开发软件。

Saa S (Software as a service) 即在服务平台上提供软件供用户使用, 用户只使用软件, 不掌握操作系统、硬件等网络基础架构。用户不必自己安装软件, 只需要浏览器连接到公共的服务平台即可。供应商会按照用户的要求安装所需的软件, 并负责软件的升级和维护。

云计算的主要优点:

(1) 把用户从安装和测试软件的工作中解脱出来。云计算平台可以按照用户的需求提供软件及硬件的服务。用户不需要考虑网络下面复杂的硬件架构, 仅仅需要关注计算和分析就可以。

(2) 按需租用计算资源可以让用户支付更少的费用。在云计算平台上, 用户在最初时可以租用少量的机器, 以后随着需求的增加或减少相应的增加或减少租用的机器。用户所付的费用就是实际租用机器的费用。

(3) 云计算方便研究人员之间的数据共享和分析。不同研究者在本地服务器上安装的软件版本可能不同, 所以共享数据和软件很困难。云计算可以使登录同一个平台的用户共享操作系统和所有的软件数据, 保证了软件的版本同步更新。

2 云计算在生物信息中的应用

我们把云计算在生物信息学中的应用按Iaa S, Paa S和Saa S三个方面分别介绍。

2.1 Iaa S

用户租用云计算上的虚拟主机可以自己控制计算、存储等硬件设备, 建立需要的计算环境。并且大量的生物信息学工具可以打包为虚拟镜像用于租用的云计算的虚拟主机上, 可以很方便的进行多种数据分析。如Clo VR提供的一个包含预配置和自动的生物信息学流程的虚拟主机, 可以运行在本地的计算机上也可以运行在云计算平台上。这个虚拟机以Ubuntu和Bio Linux为基础, 安装了Grid Engine和Hadoop作为作业调度, Ergatis作为工作流系统, 还有很多开源的生物信息学软件, 如BLAST、16S r RNA等。用户也可以开发自己的软件运行在虚拟机上。Bioconductor是一个开源的关于R语言的生物信息学库, 提供了一系列的软件包用于微阵列数据分析。用户可以下载Bioconductor提供的镜像安装到租用的云计算平台上。

2.2 Paa S

Galaxy Cloudman和Eoulsan可以看做Paa S。Galaxy整合了一系列的简单易用的工具, 提供一个简易的网页用来分析数据。Galaxy Cloudman把Galaxy的软件工具打包成一个镜像, 可以在AWS (Amazon Web Service) 上应用。用户可以将其他安装在Galaxy平台上的软件安装到自己的云计算平台上, 甚至可以在Galaxy Cloudman上定义插件。通过添加额外的工具, 可以扩展默认函数并测试和使用。从这个意义上说, Galaxy Cloudman可以看做Paa S。

Eoulsan整合了很多下一代基因数据分析工具, 如BWA, Bowtie, SOAP2, GSNAP, edge R, 和DEdeq于一个框架内, 同时, 它也支持用户自己开发的插件用于数据分析。

2.3 Saa S

很多传统的生物信息学工具如BLAST、UCSC Genome Browser仅仅用一个浏览器就可以登录到服务器使用相应的服务, 它们也可以称为Saa S。这些服务一般由软件工具的开发者提供, 伸缩性很差。我们主要介绍应用于云计算平台上可以伸缩的生物信息学工具。

短序列 (读段) 匹配是指将测序得到短序列匹配到参考基因组上, 这是许多测序数据分析的第一步, 如SNP识别和基因表达谱分析。Cloud Burst, Cloud Aligner, SEAL和Crossbow都是应用于云计算基于Map Reduc的软件, 可以匹配数以百万计的序列。Schat用”seed-and-extend”算法开发的Cloud Burs可以确定错误匹配的数目。Cloud Burst模仿了RMAP的算法, 但速度提高了30倍。但是Cloud Burst不支持fastq文件, 并且不能处理重亚硫酸盐测序和 (双) 末端测序产生的数据。Cloud Aligner弥补了这个缺点, 并且比Cloud Burst快35%到80%。SEAL整合了BWA, 在序列匹配时可以去除重复的序列, 这对SNP识别和以后分析很有用。应用Map Reduce的Crossbow整合了Bowtie和SOAPsnp, 可以在几个小时内匹配数以十亿计的序列。

差异表达分析可以用来寻找不同样本中表达有明显差别的基因, 而RNA测序 (RNA seq) 用来量化样本中的基因表达水平。Myrn是一个云计算平台上计算大规模RNA测序的软件。它整合了序列匹配、归一化、聚类分析和统计模型, 直接输出不同样本的基因表达水平和不同表达水平的基因。然而, Myrna最大的缺陷是不能正确地将短序列匹配到外显子拼接位点上。但FX弥补了这个缺点。FX用改进的匹配函数分析RNA数据, 以RPKM或是BPKM的格式输出不同基因的表达水平。

3 云计算面临的问题

云计算提供了强大的计算能力, 但云计算自身的特点也使它的发展面临了一些困难和制约。云计算在生物信息学上的应用尚处于初期阶段, 尽管已经出现了一定数量的生物信息学工具, 但仍有很多的分析无法完成, 很多的工具还需升级或者开发。云计算上数据的隐私性和安全性也是用户需要考虑的方面。特别是一些生物数据涉及到病人的隐私, 但很多国家还没有保护这种数据隐私的法律。云计算服务提供商需要制定一些规则来保护用户的数据。

4 对应用云计算的建议

对于将要使用云计算的用户, 需要考虑以下三个方面:数据规模、安全隐私和费用。

数据规模及安全隐私:首先要考虑你的数据规模是否超过了本地计算机的处理能力。现在本地的个人电脑可以处理数千兆的数据, 服务器一次可以处理数百G的数据。如果用户熟悉并行计算的技术, 可以处理数TB的数据。但如果你的数据更大并且不精通并行计算, 本地计算机和服务器就很难处理了, 就可以考虑云计算。用户如果要向云计算平台上传输数据, 需要考虑数据的安全性和隐私性。比如涉及病人的隐私是否会泄露, 云计算服务提供商是否可以保证数据的安全等。

费用:云计算的费用一般是按照使用的计算资源的多少和使用时间的长短计算的。使用云计算前应该评估其使用费用。用户应该考虑所有阶段的费用, 如数据传输、保存、分析等。

目前, 云计算和生物信息学都处在快速发展当中, 云计算在生物信息学中的应用也越来越广泛和深入。特别是生物数据的大规模增涨, 生物学家必须从大量的数据当中分辨出有用的信息。这就需要强大的存储能力和计算分析能力, 云计算可以很好的解决这个问题。云计算和生物信息学的结合将极大的促进生物学的发展。

摘要：生物信息学的发展产生了大量的生物数据, 为分析生物问题提供了大量的信息, 但也对数据的存储和计算能力提出了更高的要求。云计算可以提供无限制的存储和计算能力, 并且有低廉高效、简单易用的优点, 被视为解决大数据问题的一个强有力的工具。本文分析了云计算的特点, 并介绍了其在生物信息学中的应用, 对需要应用云计算的研究者提出了一些建议。

关键词：云计算,生物信息学

参考文献

[1]刘鹏主编.云计算 (第二版) [M].北京:电子工业出版社, 2011 (05) .

[2]Schatz MC, Cloud Burst:Highly sensitive read mapping with Map Reduce, Bioinformatics25 (11) :1363-1369, 2009.

[3]Nguyen T, Shi W, Ruden D, Cloud Aligner:A fast and full-featured mapreduce based tool.for sequence mapping, BMC Res Notes 4:171, 2011.

3.数学模型在生物信息学教学中的应用 篇三

关键词： 生物信息学 案例教学法 实践教学

1.生物信息学学科特点

生物信息学是当今生命科学的重大前沿领域之一，是一门交叉学科，包含生命过程中各种信息的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面，综合运用数学、计算机科学和生物学等方法与技术，阐明和理解大量数据包含的生物学意义[1]。随着20世纪80年代人类基因组计划的实施，生物信息学蓬勃发展，并渗透到生物学研究的各个领域。掌握生物信息学相关技术及分析能力已成为生物专业本科毕业生的必要要求[2]。因此，做好生物信息学教学工作对提高生物信息学研究水平具有重要的理论和实践意义[3]。然而由于学科的综合性和学科本身的迅猛发展，生物信息学课程教学仍然处于探索阶段，目前还没有成熟的生物信息学教学模式，各高校尚处于摸索探讨阶段。

2.案例教学法概述

案例教学法（Case-Based Learning），指在教师的指导下，根据教学目的，通过呈现案例材料，组织学生以团体和小组讨论、角色扮演等方式对案例进行调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动；经过分析讨论，将课本中的理论与案例材料结合起来，并利用理论分析说明复杂的案例内容。案例教学法引导学生学习新的知识，加深对理论的认识，训练学生运用所学知识分析和解决实际生物学问题[4]。

不同于传统教学模式注重“知识的传授”，案例教学法更注重“能力培养”。案例教学法不直接给学生提供解决案例问题的标准答案或者具体方法，而通过教师引导学生积极讨论得出问题的解决方法，侧重于理论应用，是一种“以学习者为中心的学习方法”。

案例教学可划分为讲解定义型、综合分析型和操作技能型三种类型。（1）讲解定义型，引入案例，对基本概念和原理进行讲解；（2）综合分析型，提出问题，学生通过讨论给出解决案例问题的方案或者对已有方案进行评价；（3）操作技能型，引入案例，使学生掌握相关理论课程的基本应用技能。案例教学还可以综合其他教学方法，如以问题为基础的教学法共同改善课堂教学效果[5]。

案例教学法基本环节包括：教师根据学科特点提出案例；引导学生辩论交流、提出解决方案；完成与解决案例；教师评价与总结[4]，[6]，[7]。案例教学过程中，首先教师把握整体教学进度，选用与本专业课程有关的案例，案例选择要具体、易于学习和理解，能够引起学生的兴趣，调动学生学习主动性；其次，将案例分解，从子案例中提出问题，启发学生思考，鼓励学生对案例进行分析、讨论甚至辩论，提出解决方法，逐步完成案例；最后，引导学生完成和解决案例，分析点评整个案例教学过程及结果[4]。

3.案例教学法应用于生物信息学本科教学的意义

生物信息学课堂讲授以介绍生物信息学的相关算法、原理、方法为主，这也是教学的重点和难点。传统“知识传授”型讲课方式容易让学生觉得枯燥乏味、晦涩难懂，产生畏惧心理[8]。运用案例教学法，能够帮助学生更深入理解算法的思想，真正掌握解决问题的思路，培养科学的思维能力。

另外，生物信息学是一门实用性较强的学科，大学本科阶段开设生物信息学课程主要目的不是开发新的数据库和发展新的生物数据分析方法，而是如何利用现有数据库资源查找特定数据，并根据科研实践需要分析整合数据资源，为后续科研奠定基础，具有极强的实践意义。要达到实践目的，除了让学生掌握生物信息学的基本理论和方法、数据库和软件的原理外，更重要的是让学生亲身实践，在实践中对所学理论进行验证、对数据和软件的使用加以熟悉[9]。但生物信息学涉及专业领域内容广泛，学生不可能做到完全亲身实践，因此，案例教学法能替代亲身实践，吸取前人经验，是理论联系实践的一个便捷通道，是培养学生解决实际问题能力的好方法[7]。

4.案例教学法在生物信息学本科教学中的应用

4.1 案例选择

笔者针对生物信息学本科的教学大纲和知识体系，以及多年从事昆虫线粒体基因组分析的科研工作情况，精心选择了一系列分析案例，其中以鳞翅目灰蝶科线粒体基因组[10]数据分析为例说明。

4.2 教学过程

4.2.1学生分组。根据学生专业、兴趣分组，每组6人，统一采用同一案例。

4.2.2案例背景介绍。让学生了解该论文的目的、操作过程及意义。学生查找相关文献资料，归纳总结知识背景。

4.2.3案例分解。将整个案例分为若干个子案例：①序列数据来源；②序列比对分析③计算遗传距离；④分子系统发育重建；⑤蛋白质家族和基序与结构域分析；⑥蛋白质三级结构与结构分类分析。对每一个子案例完成的关键步骤提出问题，启发学生思考，鼓励学生对案例进行分析、讨论甚至辩论，提出解决方法，逐步完成案例。每个子案例的顺利完成都需要特定的生物信息知识作为基础，对应于教学大纲中完整的知识体系。

4.2.4评价考核。引导学生完成案例，教师归纳学生在整个案例教学过程中出现的普遍性问题并进一步讲解，对于个别小组在解决案例过程中展现出来的创造性解决方案进行分享学习。采用PPT成果展示、提交每一个子案例生物信息分析结果和解释报告，考查学生对案例设计的相关生物信息学理论知识和操作技能的掌握情况。

案例教学法作为一种具有启发性和实践性的教学方法，有效提高学生利用生物信息学工具获取相关知识解决生物学问题的学习兴趣和能力，增强教学效果。然而实践过程中还存在一些问题，例如：如何选择合适的案例既能激发学生的学习兴趣又反映生物信息学教学大纲的知识体系内容、如何有效把握课堂讨论的节奏和方向及与其他教学方法的融合，在今后教学工作中还需要不断改进教学方法，优化教学模式，丰富教学案例库，在实践中不断探索案例教学法在生物信息学本科教学中的适用性和有效性。

参考文献：

[1]石生林，韩艳君，刘彦群等.非专业研究生生物信息学课程教学中存在的问题及对策[J].生物信息学，2009，7（2）：125-127.

[2]袁道军，杨细燕.农学专业生物信息学概论本科教学实践探讨[J].安徽农业科学，2016，44（13）：304-305.

[3]李广林.大数据背景下的生物信息学教学探索[J].教育教学论坛，2015，（29）：210-211.

[4]张林，柴惠.CM教学法和PBL教学法的结合应用研究——以医学生物信息学为平台[J].中国高等医学教育，2012（8）：116-117.

[5]武亚军，孙轶.中国情境下的哈佛案例教学法：多案例比较研究[J].管理案例研究与评论，2010，3（1）：12-25.

[6]吴东，王福成，孙畅等.案例教学法在计算机绘图课程中的应用[J].山东工业技术，2016（1）：145-146.

[7]胡珊珊，刘兴起.案例教学法在水文学教学中的应用[J].首都师范大学学报（自然科学版），2016，37（2）：93-95.

[8]高亚梅，韩毅强.《生物信息学》本科教学初探[J].生物信息学，2007，5（1）：46-48.

[9]郭艳芳，李金明.PBL教学法在医学生物信息学实践教学中的应用[J].基础医学教育，2011，13（11）：1007-1008.

[10]Yang，L.，Wei Z.J.，HongG.Y.，et al.The complete nucleotide sequence of the mitochondrial genome of Phthonandria atrilineata （Lepidoptera： Geometridae）[J].Mol Biol Rep，2009， 36：1441-1449.

4.数学模型在生物信息学教学中的应用 篇四

【摘 要】信息社会的飞速发展全面推动了新型教学模式的构建，为创建新的教学模式搭建了广阔的工作平台。教育改革以培养创新型人才为主要目标，利用先进的信息技术条件来改变学生的学习方式和教师方式，整合课程内容，营造整体氛围，从而提高了教育质量和管理水平。

【关键词】信息化环境；新型教学方式；运用

在信息化飞速发展的今天，网络的发展对教学、学习的影响越来越大。以往我们的教学手段单一，一个黑板、一盒粉笔、基本教材，靠老师不厌其烦的讲解、演练，抽象性很大，教学质量受到很大的约束。学生们接收着“填鸭式”教学，对抽象的知识也难以掌握。充分利用多媒体教学、及网络技术所带来的丰富的资源，对我们的教学、学习模式改革提供了便利条件。如何将原来以教师讲授为主的单一课堂教学模式、如何利用现代化的网络技术与教学融合，促进教育手段的改进、促进学习模式的变革成了各级学校重点研究实施的方向与重点。多媒体计算机具有形象直观、内容丰富、动态呈现等特点，它所提供的外部刺激（包括文字、图片、声音、视频、动画效果等）的多样性有利于知识的获取与保持。并通过计算机进行综合处理和控制，在屏幕上将多媒体各个要素有机的组合，来完成一系列随机性交互操作的信息技术。

一、信息化环境下的“教”

（1）利用自制或网络上的动画：多媒体网络技术是一种把文本、图像、动画和声音等运载信息的媒体结合在一起，形象直观、内容丰富、动态呈现，有利于帮助学生理解抽象的知识。例如：在教学《血液循环》时，过去我们通常是借助心脏模型，在黑板上用利用红色粉笔笔迹表示动脉血，利用蓝色的粉笔笔迹表示静脉血。画出体循环和肺循环，可是学生老是还是难以理解血液是不断循环流动，通过血液循环为组织细胞运输营养物质和氧气，并且把细胞呼吸作用所产生的二氧化碳、尿素等废物带走。而现在有了动画就能理解这一内容。

（2）热点聚焦，关注新闻：生活中处处都有生物学，通过报纸、电视等媒体播放的有关生物的知识进行导课。

二、信息化环境下的“学”

在全面推进素质教育的今天，主体教育、自主探索、合作学习、研究性学习是当今教师谈论最多的话题。然而在现实中许多学校，许多教师只是轰轰烈烈地讲，却没有实实在在地做，老传统、老方法照用不误。信息技术的运用使新型的教学模式取代了主要靠教师讲授、板书的灌输式教学模式，对学生的探究性学习和自主性学习有着十分重要的促进作用。学生根据自己的实际知识能力水平与独特的学习方式去选择适当的学习内容和形式，自主地决定学习进度，主动探寻、发现自己所需要的知识和信息：网络打破了学生原有的学习模式，为学生创新思维的发挥提供了广阔的空间。

三、新型课堂教学方法的优势是

（1）它具有丰富生动的教学资源，友好的人机界面，能充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生课堂的学习效率，提高教学质量和教学效率。（2）在教师指导下学生自己动手，查找资料，分析归纳，得出结论，有利于实现因材施教的个别化教育。（3）它能充分体现以教师为主导、以学生为主体的教学思想。（4）它有助于师生对计算机基本知识的掌握和基本操作技能的培养，提高师生教育技术素质和能力。（5）它还将推动教学资源和教学环境的建设。

四、信息化时代的教学方式研究

（1）信息化时代的教学改革是要改变教育的主体，变教师为主体的填鸭式教学为以学生为主体的协作教学。首先教师要充分了解、领悟透教学任务与目标，根据任务与目标有目的的引导学生进行自主学习。发掘学生们的个人潜能，将不同特质的学生引导到健康的学习氛围中。新的教学模式里，教师更多的是起到引导、指导、评价、解疑的作用。

（2）改变课堂教学方式。教学方式的变革，需要老师充分利用好现代化的信息手段与设备，大量运用幻灯片、ppt、多媒体等手段进行直观、形象、丰富多彩的教学。教师要注重协作教学模式的应用。利用网络平台和数字资源，遵循学生的认识水平，实施素质教育，让学生得到全面发展。以网络化技术、在协助学生自主学习的基础上培养学生自主学习能力，实践能力和创新能力。教师应在网上找到相关的知识内容，给学生共享在网络上使学生能够很快的找到自己所需的知识。在教学过程中学生可以把自己的选择和想法直接在网络平台上进行交流，教师可以随时了解学生学习的效果和思想动态，及时发现学生学习中出现的问题，同时及时给以解决。学生之间能够清晰的看到其他同学的想法，对知识的思考和提出的问题，在相互交流的过程中互相帮助、指引、碰撞，引出新的思考或修改自己的意见。

（3）新的教学模式下，教师的指导与监控作用要发挥好。教师在学习过程中注意学生学习问题的发现、发掘，及时掌握学生的学习情况，及时对他们做出指导。还要通过监督减少学生在学习中的非学习行为的发生几率。确保学生在自主学习、协作教学中的有效性与高效性。教师的指导与监督还应体现在对学生的心理导向上。教师教授的不但是知识、还有正确的世界观、价值观，以及健康人格的培养。

总之，信息化时代的学与教，更要重视授学生以“渔”。只有学生掌握了“渔”的技巧，才能更多的捕到“鱼”。自主学习与协作教学是相辅相成的，他们的共同点与是：在老师的指导下开发学生的自主学习能力。构建新型教学方式方法有利于在学校教育中实现学生全面发展、全体发展、个体发展。提高学生的整体素质，有利于培养学生学会学习、学会做事、学会合作、学会生存的本领。信息技术渗透在信息化社会的方方面面，信息素养是每个公民必须具备的一种素养。教师必须切实转变教育观念，致力改变学生学和教师教的方式，把信息技术作为促进学生自主学习的认知工具、情感激励工具和丰富的教学情境的创设工具，革新课堂教学，以实现课程的最优化，真正把信息技术融入到课堂教学中去，创建一种新型的课堂教学方法。

【参考文献】

[1]刘惠愤，陈含章译.《个别指导式远程学习：教育体系的重构》清华大学出版社2004年版

[2]吴洁，盛琳阳.网络环境下自主协作教学模式研究[j].计算机教育，2010（14）

[3]教育部北京师范大学基础教育课程研究中心编写.《新课程的理念与创新》

5.信息技术在生物教学中的应用研究 篇五

关键词：多媒体；信息技术；初中生物；课堂教学

中图分类号：g633.91；g434 文献标志码：a 文章编号：1008-3561（2016）18-0075-01

在初中生物教学中，运用多媒体技术进行生物教学，有效地引起了学生的注意力，调动了学生学习的积极性，使学生对学习产生浓厚的兴趣，并在轻松愉快的环境中动脑、动手接受知识，进而促使学生对生物知识的理解和接受能力有所提高。在实际教学中，教师要根据生物学科的自身特点，量身定做适合于该学科的教学方法，才能发挥多媒体信息技术的作用，实现理想的教学效果。

一、利用信息技术，可以突出教学重点，突破教学难点

生物课程教学的难点在于有很多内容都比较抽象难懂，而中学生的生长发育特点又决定了其理解能力有限，对于一些教学难点并不能在短时间内加以透彻理解，多媒体信息技术的运用则从一定程度上解决了这一问题。利用多媒体手段可以将生物知识的重点和难点较为形象地展示在学生面前，让学生从感性上获取生物知识，并加深对知识的理解层次，使教学难点问题迎刃而解。例如，在讲授“血液循环”这一课时，心脏结构和血液循环的过程是重点和难点，学生在理解上面会有困难。因此，教师在开展教学前，要尽量多搜集相关的教学资料，并将难点部分用多媒体的方式进行演示。对于循环过程及血液成分的变化，可以使用flash动画课件演示，用红色表示动脉血、蓝色表示静脉血，再将整个循环过程进行动态显示。在此过程中，教师要在适当的时机插入内容讲解，以帮助学生理清思路，获得较好的课堂教学效果。

二、利用信息技术，可以将抽象知识形象化

在生物教学过程中，采用多媒体技术进行教学能够把文字、声音、图片、动画等信息资料进行整合，通过给学生提供实物图像、运动过程，重复、慢放等特技手段来使抽象的教学内容更加直观化、形象化，进而将知识较为生动地展现在学生面前。在多媒体教学环境下，学生的视觉、听觉等多个感官同时受到刺激，比起传统的单一刺激模式更能够调动学生的学习兴趣，使学生对生物学习产生探究的欲望。例如，在讲解“神经调节的基本方式”这一内容时，教师可以利用多媒体技术模拟演示兴奋在神经中的传导过程。通过形象的画面展示，对学生多种感官产生刺激，学生参与课堂学习的积极性也会大大提升。这时，只要教师稍微加以引导，学生就能够较为轻松地掌握新的知识，而且对新知识的理解和记忆也更加扎实。

三、利用信息技术，可以突破时空的限制

生物知识和人们的生活有着密切的联系，教师在进行生物教学时应该不仅限于对课本知识的传输，还要根据课本上的教学内容对生物知识进行开发和拓展。在生物教学中常常有因受时空限制而无法观察到的动植物或现象，遇到这种情况时，教师就可以运用多媒体技术进行教学，突破时空的局限，把各种生物及现象通过多媒体展示搬到课堂上，通过呈现各种生动、形象的画面，来弥补实际教学中的缺陷，既丰富了学生的知识结构，开拓了学生的视野，又能够为教师的教学增添素材，提高教师的教学水准。例如，在学习“生物对环境的适应”这一部分的教学内容时，教师可以利用信息技术将辽阔的海洋、常年冰雪覆盖的雪山、广阔的森林、茫茫的草原、干燥炎热的大沙漠等景观形象直观地展示在学生面前，这样有利于学生清楚、形象地了解不同的自然环境状态，打破教学空间的限制，为后续的学习奠定基础。

四、利用信息技术，可以化微观为宏观，突破观察范围的限制

多媒体信息技术的运用，不仅能够降低学习难度，而且还有助于突破观察范围的限制，弥补传统教学的不足。自然界中大多数生物的生理活动过程都是在微观连续的状态下进行的，其变化过程通常比较细微和迅速，常规教学无法直观地、科学地将其展示出来，而信息技术则能有效地解决这一问题。运用信息技术技术教学可以化微观为宏观，将微观的变化通过宏观的方式进行再现，消除了学生抽象思维、逻辑思维等方面的障碍，同时也使学生产生耳目一新的感觉，进而激发学生的学习兴趣，使教学难点的讲解变得较为容易。如在学习病毒的相关知识时，由于病毒个体非常小，学生只有在电子显微镜下才能看见。因此，教师可以利用多媒体设备播放一段由超微摄影技术记录的病毒的录像，化微观为宏观，使学生在欢快的气氛中学到知识。

五、结束语

6.数学模型在生物信息学教学中的应用 篇六

摘要：将中学生物学教学与信息技术相结合，提供图、文、声、像等多元化的教育情境，以及启发式、交流式的学习环境，能够培养学生的自主学习能力、合作精神和创新意识，从而激发学生学习生物学科的兴趣。

关键词：信息技术

生物学教学

多媒体

创新意识

整合网络 在当今的信息时代，网络技术和多媒体传播技术在各个领域中都得到了广泛的应用，在学校教学中更起到了不可替代的作用。而教育的本质，是通过有价值的文化信息的传递，为学生的个体发展和社会进步服务。从文化传递的角度讲，信息技术具有高效率和高效能，使信息技术与学科课程有机地结合起来，成为学科课程和教学中不可缺少的重要要素。教学活动一般都要借助于一定的手段、工具展开的。教学活动的具体组织过程、形式及效果的反馈等都与教学手段、教学工具密切相关。而以个人电脑、网络技术和多媒体为主要内容的现代信息技术的出现，为教学方式与教学模式的变革提供了新的平台。

生物学是一门理论性、实践性、社会性很强的自然学科，所包含的知识内容非常广泛。现代信息技术与生物学教学结合起来，可将生物学知识的表达多媒体化，使知识的呈现更加生动、形象化。不仅可以提高学生的学习兴趣，同时还提高了教学质量，更重要的是通过多媒体配合教学，一可以充分利用各种生物教学资源，让生物教师改进了教学方法和教学策略；二有助于培养学生的创新意识、探究能力和合作精神，从而培养了学生的生物学科素养和综合素质。

信息技术应用于生物学科课堂，无疑是一场教学的革命，它使学生手、脑、眼、耳并用，能充分地唤起学生课堂学习的兴趣，从而达到优化课堂结构，提高教学效率，激发学生的创造性思维的良好教学效果。多媒体课件上直观的画面，对于生物学中抽象内容的教学，起到了很好的辅助作用。因此，将信息技术与生物学科相整合的教学模式，既能够给课堂教学注入新的活力，又能够让老师从繁重的教学中得到某种程度的解放，不失为一种受老师和学生欢迎的新教学模式。

一、利用多媒体手段，再现学习情景。生物学是一门十分广博而复杂学科，具有许多其他学科没有的特点。如时空性、微观性、宏观性、运动性等。这些特点使得许多生物学的真实情景不能直观地展现在学生面前，然而多媒体技术的应用，却可以让这些难师题迎刃而解。

1、多媒体技术能化远为近。如学习《空中飞行的动物》这一节书时，由于现在的鸟类较少，教师不可能带学生去野外等待观察，但教师可以利用多媒体播放有关鸟类的各种生活的情景，再插入一些音像，同学们边看边听，感觉身临其境，情景直观而生动，从而激发学生热爱大自然、热爱生命的情感。

2、多媒体技术可以化大为小，也可以化小为大。如学习病毒知识，病毒个体非常小，只有在电子显微镜下才能看见。教师可以通过多媒体播放一段利用超微摄影记录下来的光盘再现学习情景。再如细胞观察实验，由于用显微镜观察细胞的结构是一个人观察，又是首次观察微观结构，许多学生不能区分看到的是气泡还是细胞。我们可用显微投影通过大屏幕把细胞图像气泡的图像都展现给学生，就不会出现上述问题了。还有，生态系统是一个宏观的问题，教师可以通过多媒体的形式，把它展现在学生的面前。

3、多媒体技术可以快慢互化。如开花的过程是很慢的，教师可以利用摄像机记录下来，经过技术处理，将几个小时的过程浓缩为几十秒种，通过多媒体呈现在学生面前，大大节约了教学时间。再如，动物的运动，动物的运动是很快的，很难观察清楚，教师可以利用多媒体以慢放和定格展现给学生。

4、多媒体技术能够突破时空限制，随时随地的将学习情景展现在学生面前。如，在学到《昆虫的生殖和发育》这节时，家蚕蚕吐丝做茧的过程，是受时间的限制的，不可能随时出现。教师可以事先用摄像机把这些过程记录下来，以后就可以随时通过多媒体展现给学生了，从而打破了时空的限制。

多媒体的利用，能够把教学内容形象直观的展现给学生，提高了学生学习的积极性，对教学任务的完成有极大的促进作用。

二、制作多媒体教学课件，揭示客观规律。在生物教学中，许多内容通过口述的方式很难表达清楚。但又是本节的教学重点和难点，缺乏形象性、直观性、生动性，学生感到枯燥无味，难以理解。给教师的教学带来很大困难。要想变抽象为直观，最好的方法就是利用多媒体课件教学。为了更合乎自己教学方法和意图，教师应该自己制作一些多媒体教学课件。例如，在学到《免疫和计划免疫》这节时，吞噬细胞吞噬病菌的过程，学生较难理解，为此，教师可通过制作多媒体课件，以动画的形式放慢吞噬过程给学生观察，这样不仅可以很好地揭示吞噬细胞吞噬病菌的规律，而且还激发学生学习的兴趣。

三、运用计算机网络，倡导学生自主学习。

随着校校通工程的开展，许多学校都已经接入INTERNET网，或有了自己的校园网，或有了自己的网络教室等。在网络环境下，学生拥有极大丰富的学习资源，通过超连接方法，信息检索变得非常快捷，大大提高了学习效率。同学之间还可以进行在线讨论与交流，进行分工与协作，培养学生的合作精神。最后，学生还可以把自己的学习内容，结合文本的形式或电子文稿形式展现给大家，供同学和老师评价与共享。学生们尽展才华，心中充满了成就感。

四、恰当合理的运用多媒体技术，避免多媒体手段万能化。

多媒体技术是很神奇，只要你想到的它都能做到。我们有的老师觉得上实验太麻烦，组织教学困难，不如从网上下载一些演示实验在大屏幕上放放。用计算机播放或模拟一些复杂的实验有利于学生理解知识。但是它无法全面代替生物实验的作用。生物学是一门以实验为基础的科学，在实验中可以培养学生动手能力和实践能力，调动学生的各种感官，激发学生的思维能力，让学生在实践中运用知识，学习知识，理解知识，体验知识。培养学生实事求是的科学作风和团结协作的精神.。教师要始终明白多媒体展现的终究不是现实，无法取代学生亲身实践探究的学习效果，这有违学习的探究性原则和实践性原则。

五、生物学教学中现代信息技术应用时应注意的问题。

1、生物学教学中信息技术的正确使用。教学手段是由教学内容决定的，在教学过程中不可滥用信息技术而且在应用的过程中不可哗众取宠，为了应用而应用，流于形式，教师应该明确，应用信息技术的重要意义，在于充分而又恰当地应用它来增强教学的有效性，提高教学质量，全面提高学生的综合素质。

2、信息技术要与传统教学手段和方法相结合。

尽管信息技术作为直观的教学工具，具有很大的优势，为学生的学习和发展提供了丰富多彩的教学资源。但是传统的黑板、粉笔、挂图、模型等工具，录音机、幻灯机、放映机等电化教学手段仍有用武之地。只有把各种教学工具和教学手段充分结合使用才可起到最佳的教学效果。

3、注意生物学科的特点。

信息技术的应用可以帮助师生完成许多原先没法亲自动手完成的实践活动,可以通过影像等手段模拟各项生命活动,然而生命的活性是任何模拟图像无法取代的。而且生物学是一门实践性很强的学科，有些能让学生亲手完成的实践活动或实验就应该让学生亲自去做，因为“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，听来的忘的快、看到的记得牢、动手做的学得快。如有条件更应带学生走进大自然，去亲身感受、观察和热爱真实的生物。

信息技术的飞速发展，必然会带动教育从目的、内容、形式、方法到组织的全面改革。信息技术与学科教学的整合，融入日常教学可为我们教与学构建新的平台。因为网络的交互性有利于激发学生的学习兴趣，计算机的超文本性可实现课堂的高效能管理，多媒体的外部刺激多样性容易激活学生的积极思维。教师在教学中利用信息技术，可以将知识的表达多媒体化，利用信息技术，既可以构建个别化学习环境，也可以营造协作化学习氛围。信息技术教育与其它学科课程的整合，是培养具有创新精神和学习能力的人才的有效方法，是提高教学效率的重要途径。但是，教师要清楚的认识到多媒体信息技术只不过是一种有效的教学辅助手段。目的在于促进学生自主学习，改变传统的学习方式，扩大信息时空，提高学习效率。它是教学手段的一部分，而不是全部。我们要在先进的教学理念和教育思想的指导下，恰如其分地发挥多媒体信息技术在生物教学中的作用。参考文献：

[1] 柳海民.现代教育理论进展[M].长春:东北师范大学出版社,2001年。[2]傅道春.新课程中教师行为的变化[M].北京：首都师范大学出版社,2001年。

7.实物模型在生物教学中的应用 篇七

在一般意义下, 实物模型是指模仿实物或设计中的构造物的形状制成的雏形。模型是抓住原型的本质特征, 对原型进行抽象, 把复杂的原型客体加以简化和纯化, 并对抽象的假设或命题进行逻辑转换, 以构建一个能反映原型本质的模型。模型可使抽象的研究对象直观化、简约化, 具体化, 便于引导学生进行探究和学习。

一、实物模型的分类

实物模型按照其来源不同分为自然模型和人造模型两类。

自然模型, 在研究人体的时候, 特别是人的生理现象时, 出于对人身健康、安全和伦理道德方面的考虑, 不便直接对人体进行实验操作。因此, 科学家常常用其他与人相似的哺乳类动物来代替, 如狗、猫、鼠等作为人体模型进行研究, 从而获得人体生理学的有关知识。如利用线虫进行细胞凋亡的研究, 利用果蝇进行遗传和变异的研究等, 这里线虫、果蝇即是一些自然模型。

人造模型, 即人为制造的科学模型。在科学认识活动中, 为了更好地研究微观世界和宏观世界, 采用制造实物模型进行模拟研究。高中生物学中的细胞模型、细胞器模型、生物大分子模型、生物膜模型等均属于人工模型。

二、实物模型的构建

随着科学技术的进步, 人们将研究的对象看成是一个系统, 从整体的行为上对它进行研究, 对于所研究的系统可以通过类比、抽象等手段建立起各种模型, 这称为建模。

模型的建立要根据研究的任务、目的抽象出被研究对象的本质特征, 舍去许多次要的细节和非本质的属性, 把要研究的现象、问题从纷繁复杂的关系中明确、清晰地显示出来, 并制订出解决问题的程序, 从而充分地发挥思维的能动作用, 达到认识原型的目的。

在建立模型的过程中, 老师提供一定的指导, 给学生提供充足的用具和材料, 由学生采用合作学习的方式动手动脑建构模型, 并带着问题来探究有关教学内容。这样的教学方式, 不仅把探究活动落到了实处, 让学生领悟建构模型的方法, 而且也有利于学生合作意识和创新精神的培养。下面以“制作植物真核细胞模型”为例来演示模型的制作过程。“真核细胞模型”属于实物模型, 是对原型的模仿和抽象。

(1) 分组进行讨论:植物细胞的结构主要包括哪些, 设计制作模型方案。植物细胞主要结构有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核, 其中细胞质中含的细胞器主要有线粒体、内质网、高尔基体、核糖体、溶酶体等。

(2) 需要的用具和材料:泡沫塑料、木板、纸板、橡皮泥、线绳、布、塑料袋、细铁丝、大头针等。

(3) 知识准备: (1) 课前预习资料, 明确模型构建的概念、种类等内容。 (2) 小组讨论制作模型规格 (大小, 展示的是全部还是局部, 平面图还是立体图等、模型包含的结构等) 与材料的使用。各种细胞结构用何种材料, 细胞结构如何制作, 细胞结构之间如何连接等都要讨论、细化。

(4) 学生以小组形式合作完成真核细胞的模型制作。

(5) 对照设计方案进行检查修补, 并交流成果, 做出评价。

(6) 最后比一比哪个小组制作的模型既快速、美观、实用, 又有特色?

细胞的结构和功能是细胞生物学的基础, 也是学生学习其他知识的基础, 在实际学习过程中十分抽象, 通过模型制作活动, 能使学生进一步探究细胞的结构及功能, 使学生由理性认识转向感性认识, 更容易把握细胞结构的完整性以及与其功能相适应的结构特点;而且通过分组活动, 小组成员能分工合作, 积极思维, 相互促进和提高。

三、构建实物模型的注意事项

在构建实物模型时, 应注意以下几点。

(1) 相似性。即所构建的实物模型要与其模拟对象相似, 使模型与实物产生关联。

(2) 易行性和经济性。在制作实物模型时, 建模的方法应尽量做到容易执行, 采用的材料容易找到, 并且经济实惠。

(3) 可重复性。每一种模型的制作是可重复的, 并且能按一定的程序进行。

8.模型建构在生物教学中的应用实例 篇八

关键词 模型构建 生物教学 遗传规律现代解释

中图分类号G633.91

文献标识码 B

模型是人们为了某种特定目的而对认知对象所做的一种简化的描述。通过建构模型，可排除、舍弃事物的非本质因素，突出事物的本质特征，使生命现象或过程得到纯化和简化，让学生更容易掌握知识之间的本质联系和内在规律。我国的《普通高中生物课程标准》中也指出：“要让学生领悟建立模型的科学方法及其在科学研究中的作用。”因此，模型建构是学生必须掌握的科学方法之一。

高中生物教学中利用的模型主要有概念模型、物理模型、数学模型。概念模型是指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型，一般用梳理知识结构，如构建知识结构图。物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型，其最显著的特点是形象直观。物理模型既包括静态的结构模型，如细胞的结构模型，又包括动态的过程模型，如细胞增殖过程中染色体形态变化的模型。数学模型是指用来描述一个系统或它的性质的数学形式，如构建种群数量的增长模型。

在生物学教学中，如果能在教师的引导下，让学生在一定的情境中通过自己思考或动手，建构相关模型来学习生物学知识，将会提高学习效果和学习效率。下面笔者以“孟德尔遗传定律的现代解释”的教学为例，谈谈在生物教学中对模型构建的应用。

1 教材分析

此部分内容安排在《遗传与进化》模块的第二章第2节“基因位于染色体上”的后面，即学完“孟德尔的杂交实验”和“减数分裂与受精作用”，并认同基因位于染色体上之后。其实“孟德尔的遗传规律的现代解释”就是对以上知识内容的相互联系、综合、总结，使学生能在细胞水平上理解孟德尔的遗传规律，并深化和巩固减数分裂的过程。这是一个对已有知识进行融会贯通的过程。虽然，教材上没有对这部分内容作很多的讲解，只是用文字描述了一下，但这部分内容的学习效果将决定着前面内容的总体学习效果。

2 教学目标

在“孟德尔的杂交实验”和“减数分裂与受精作用”的知识背景下，借助基因与染色体的关系，运用模型构建的方法，模拟减数分裂过程中基因、染色体的行为变化，阐明孟德尔遗传规律的实质。

3 学情分析

学生已经学习基因分离定律、基因自由组合定律和减数分裂过程中染色体的数目、行为变化等知识，为本节课的学习打下基础，但理解不够透彻，知识零散没有联系，需进一步将知识进行整合。同时，高中学生具备了一定的认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还不够完善，在模型构建的目的性和方向性上需要教师指导。

4 教具准备

用两种不同颜色的剪纸剪出两对同源染色体，两对进行大小区分，每对一红一白表示一条来自父方.一条来自母方。在两对同源染色体E标记出两对等位基因，准备8个磁铁石，作为染色体的着丝点。

5 教学过程

教师导入：既然基因位于染色体上，那我们再来回顾下减数分裂的过程，把基因加到染色体上去，看看基因是如何分离和自由组合的？

5.1 学习基因的分离定律（一对等位基因）

假设一个细胞只有一对同源染色体，上面只有一对等位基因Aa，请一位学生到讲台前演示减数分裂过程（图1），其他学生和教师一起回顾减数分裂过程各时期的特点，为演示的学生做引导：间期（染色体复制）→减I前期→减I中期→减I后期（同源染色体分离，非同源染色体自由组合）→减Ⅱ前期（无同源染色体，有染色单体）→减Ⅱ中期→减Ⅱ后期（着丝点分裂）→减Ⅱ末期（无同源染色体，无染色单体）。每演示一步，将前一个步骤的印记用红白粉笔画下，最后在黑板上呈现出一个完成的减数分裂过程图（图2）。

设问：①Aa这对等位基因是在细胞分裂的什么时期分离的？

②Aa这对等位基因是由于什么原因分离的？

③减数分裂得到的4个配子，每个配子得到一对等位基因的几个？有几种类型？

④等位基因分离的实质是什么？（总结出分离定律的现代解释）

设计说明：采用物理模型，用剪纸和磁石模拟染色体，将染色体形象具体化，利用剪纸的活动变化来模拟减数分裂中染色体的变化，给学生直观的过程印象，更易理解和记忆。在演示染色体变化的同时，将每一步的印记留下，最后可以展示出完整的减数分裂过程，便于学生对整体过程的把握，同时，在让学生回答问题时，黑板上完整过程的呈现可提供提示信息。由于高中生的逻辑思维能力还不够完善，探究能力还在培养当中，所以让每个学生独立完成这个过程模型的建构，难度较大。因此，采取一个学生上台演示，教师调动所有的学生一起参与，并适时给予提示和帮助的方式。

5.2 基因的自由组合定律（两对等位基因）

在图2的基础上，如果再加一对同源染色体，这对同源染色体上有一对Bb的等位基因，那么在减数分裂的过程中，基因是如何分离和组合的呢？请一位学生上黑板演示（图3），并在黑板上呈现出一个完成的减数分裂过程图。其他每位学生画在学案上（图4）。 设问： ①Aa、Bb两对等位基因是在什么分裂时期自由组合的？

②两对等位基因是由于什么原因自由组合的？

⑧除了黑板上的组合方式，还有什么样的组合方式？（请在学案上画出来）

④基因自由组合的实质是什么？（总结出自由组合定律的现代解释）

设计说明：此处同样也是利用剪纸的活动来模拟减数分裂过程，不同的是，由于有前一次的基础，学生已经学习到这种构建模型的方法，可以让每位学生独立完成过程模型的构建，并且可以进一步把它转化为图画模型，呈现在学案上。此时学生不仅利用了实物模拟的物理过程模型，还利用了图画过程模型，巩固和深化了物理模型构建方法的学习，同时，又通过自己的构建模型，获得了相关的科学知识。

6 教学反思

本节内容的教学利用了实物模拟、图画等物理过程模型的构建。物理模型最显著的特点是形象直观，让那些学生看不见摸不着的知识变得形象、具体，让学生从形象思维入手，降低了学习难度。本节课中学生通过实物演示的过程，很快理解了等位基因为什么分离，非等位基因为什么能自由组合，什么样的非等位基因才能自由组合，并能自己初步总结出基因的分离和自由组合定律的实质，不再像以前那样似懂非懂的死记硬背，提高了学习兴趣。

模型的建立过程实际上是一个科学探究的过程，在构建模型时，学生在亲历思考和探究中完成知识体系的构建，领悟到科学探究的方法。因此，利用模型进行探究性学习，能够让学生置身于探索科学现象、发现科学规律的活动中，培养了学生的科学探究能力。模型构建的教学方式提高了学生在教学中的参与度，充分发挥了学生的主观能动性。在模型建构教学活动中，要以学生为主体，以建构模型为主线，让学生去探索、交流和学习，所有的学生都积极参与其中。就像本节课，第一次构建过程模型时，虽然只有一个学生在演示，但其他学生都为他出谋划策，表达自己的构建思路，其实也是每个人都在构建。

通过建构模型还可以让学生在自主探究又合作交流的环境中进行学习，在培养学生严谨的科学态度和科学精神、增强合作意识等方面都有重要意义。

9.数学模型在生物信息学教学中的应用 篇九

小学数学教学论文-例谈“数形结合”在数学教学中的应用人教版新课标 数学是研究现实世界的空间形式和数量关系的科学，数学中的数和形关系非常密切。在小学数学教学中运用数形结合，符合儿童的认知规律。笔者在教学中深深地体会到在数学教学中用“数形结合”的思想引导学生思考，用“数形结合”的技巧去训练学生解题，能够促进学生学习数学的兴趣，提高学生的思维能力。

一、应用“数形结合”，激发学生的学习兴趣

学生对学习的需要和兴趣是调动学生积极学习的动力。数形结合，创设与知识信息相关的各种情景，可激活学生学习的内驱力，产生学习热情。例如：在教学“比例尺”时，老师先出示一张我们国家的地图，指出我国面积约有960万平方千米，从东到西最长的距离有5500千米，还有辽阔的海域，是世界上的大国。正当学生为祖国疆域的广大而感到自豪时，老师话锋一转：“这么广大的疆域怎样才能画在一张纸上呢?”学生强烈的好奇心和求知欲被调动起来，教学过程在轻松愉快的气氛中自然而然地继续。

二、应用“数形结合”，提高学生的能力

科研表明，大脑的两半球具有不同的功能。“数形结合”就同时运用了左、右半脑的功能，在培养形象思维能力的同时，也促进了逻辑思维能力的发展。

l.“数形结合”有助于对数学知识的理解记忆

教学中运用形象记忆的特点，使抽象的数学尽可能地形象化，有利于学生在脑海中形成数学的模型，有利于学生对数学知识的理解和记忆。例如在异分母分数加减法的教学中，利用直观图使学生从中领会异分母分数加减法的2.应用“数形结合”，训练学生直觉思维能力

在数学里，存在着大量的直觉思维。这就是人们在求解数学问题时，运用已有的知识，从整体上对数学对象及其结构迅速识别、判断，进而作出大胆的猜想，合理的假设，并作出试探性的结论。它具有顿悟、飞跃的特征。例如：计算图中阴影部分的面积（单位：厘米）。

直觉告诉学生面积一定与4厘米和6厘米有关，很有可能就是24平方厘米。根据长方形对角线的性质，可以看出图中阴影部分的面积与新构的长方形面积是相等的，所以阴影部分的面积是24平方厘米。

3.应用“数形结合”，培养学生的发散性思维能力

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在教学中要常借助于“一题多解”、“一题多变”的形式来引发学生提出新的思想、新的方法、新的问题，提高解决问题的应变能力。

例：大球、小球共100个，取出大球的75%，取出小球的一半，还剩30个球，大球、小球各有几个? 一般的学生用方程或假设法来做。大正方形ABCD的面积表示大、小球的总个数，小正方形EFGH的面积表示小球的个数，于是，大、小正方形的面积差则表示大球的个数。用阴影部分的面积表示取出的个数，很显然如果都取75％，应剩下25个，30-25＝5（个）是小球的“75％-50％”，则小球的个数是5÷（75％-50％）＝20（个），大球的个数是100-20＝80（个）。

4.应用“数形结合”，培养学生的创造性思维能力

在数学教学中，教师可通过编选一些探索性的题目，让学生去研究，去探讨，去发现，让他们不是从头脑中已有的思维形式和思维方法中去找答案，而是从问题的本身进行具体的分析，将已有的思维方式大跨度地迁移，从可供选择的途径中筛选出解决问题的方法。例：一个筑路队原计划20天修完一条公路。实际每天比原计划多修45米，提前5天完成任务。原计划每天修路多少米? 这道题的数量关系比较隐蔽，可以借助长方形来帮助分析、理清思路。AB表示原计划修路的天数，AD表示原计划每天修路的米数，AE表示实际修路的天数，EB就是实际比原计划提前完成的天数，AG表示实际每天修路的米数，DG就是实际每天比原计划多修的米数，因为修路的总米数不变，所以“原计划每天修路的米数×原计划修路的天数=实际每天修路的米数×实际修路的天数”，即长方形ABCD的面积等于AEFG的面积，由此可推出长方形EBCH的面积等于长方形DHFG的面积，即BC×EB=DH×DG，也就是AD×EB=AE×DG，AD=AE×DG÷EB，因此，原计划每天修路的米数是：（20-5）×45÷5=135（米）。

10.信息技术在数学教学领域中的应用 篇十

信息技术在数学教学领域中的应用

摘 要：教育技术的发展要求教师的角色发生根本性变化，作为教师要改变传统的教育观念，努力学习新的先进的教育教学理论，积极进行教学改革与实验。随着现代信息技术的发展，计算机这种媒体以其生动的图像、声音等多媒体效果已越来越受到各学科教师的欢迎。传统的教学强调教师讲的作用，在课堂上利用的媒体也多是粉笔、黑板和幻灯，教学过程显得非常单调；而运用多媒体信息技术进行教学，可使学生手、脑、眼、耳并用，使学生有新颖感、惊奇感、独特感、直观感，能唤起学生的情趣，激发他们的兴趣，从而提高教学效率。

关键词： 信息技术

数学教学

优化激活

以计算机技术和网络技术为代表的信息技术，已逐步渗透到社会的各个领域，正日新月异的改变着人们的生产与生活、工作与学习方式。教育作为全社会的一个重要领域，当然也不例外，最令人瞩目的信息技术与学科的整合。而对于数学，面对21世纪的挑战，学生数学方面发展的愿望和能力最重要的基础之一就是现代信息技术与新的数学课程理念的融合，现代信息技术为数学教学改革提供了切实可行的方案、方法和工具，营造了新的数学学习环境。教师运用现代多媒体信息技术对教学活动进行创造性设计，发挥计算机辅助教学的特有功能，在数学课堂上，为学生传递了形、声、光、色、意等大量信息，将枯燥抽象的概念、复杂的计算过程，转换成形象的画面，生动地展现在学生面前，使数学与生活融为一体，学生津津乐 “看”、乐“思”、乐“学”。可以使教学的表现形式更加形象化、多样化、视觉化，有利于充分揭示数学概念的形成与发展，数学思维的过程和实质，展示数学思维的形成过程，激活我们的数学课堂，使数学课堂教学收到事半功倍的效果。

一、合理利用信息技术，可以激发学生的学习积极性。

“兴趣是最好的老师”，有良好的兴趣就有良好的学习动机，但不是每个学生都具有良好的学习数学的兴趣。“好奇”是学生的天性，他们对新颖的事物、知道而没有见过的事物都感兴趣，要激发学生的学习数学的积极性，就必须满足他们这些需求。而传统的教学和现在的许多教学都是严格按照教学大纲，把学生 1 封闭在枯燥的教材和单调的课堂内，使其和丰富的资源、现实完全隔离，致使学生学习数学的兴趣日益衰减。将多媒体信息技术融于教学课堂，利用多媒体信息技术图文并茂、声像并举、能动会变、形象直观的特点为学生创设各种情境，可激活学生的各种感官的参与，调动学生强烈的学习欲望，激发动机和兴趣。

二、合理利用信息技术，可以激活学生的自主探究。

要充分发挥学生的主动性，要让学生能根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案。强调和利用各种信息资源来支持学生的学。为了支持学习者的主动探索和完成意义建构，在学习过程中要为学习者提供各种信息资源。

在教学实践中，老师们充分利用现代信息技术，结合教学内容和学生的认知特点最大限度地为学生提供自主学习、自主探索的活动机会。如在教学《圆的周长》一课时，我首先通过电脑屏幕演示“圆一周的长”，使学生产生形象的感知，然后让学生动手操作，将课前准备好的圆分别沿直径滚动一周，观察讨论，滚动一周的长度与圆有什么关系？通过交流小结圆不论大小，圆的周长总是它直径长度的3倍多一些，这个倍数是一个固定不变的数，这就是圆周率。最后推导公式，通过以上的观察、操作、讨论、小结，引导学生用简洁、完整的语言表达“圆的周长”的计算公式。这样不仅使学生主动参与公式的推导过程，而且让学生体验知识由未知、探索、已知的学习过程，培养学生自主探索的精神。在现代信息技术与数学教学整合的教学模式中，我们要充分利用信息技术的优势，充分调动学生认识与实践的主观能动性，让学生真正成为数学学习的主人。

三、合理利用信息技术，可以激活学生的发散性思维。

数学教学过程，事实上就是学生在教师的引导下，对数学问题的解决方法进行研究，探索的过程，继而对其进行延拓，创新的过程。于是，教师如何设计数学问题，选择数学问题就成为数学教学活动的关键。而问题又产生于情境，因此，教师在教学活动中创设情景就是组织课堂教学的核心。现代多媒体信息技术如网络信息，多媒体教学软件等的应用为我们提供了强大的情景资源。数学是集严密性、精确性、逻辑性、创造性于一身的一门基础科学，要想让学生逐渐掌握这门科学，就应该注重在教学过程中培养学生的思维能力，特别是发散思维能力。教学《用地砖密铺》时，我用心质疑，启发学生放飞思维：地砖的形状往往是正方 2 形的，也有长方形的，我们还见过正六边形的地砖。无论是正方形、长方形还是正六边形的地砖，都可以将一块地面不留空隙也不重叠地铺满，也就是密铺。还有什么形状的图形可以密铺地面呢？你知道这些多边形能铺满地面的奥秘吗？然后借助多媒体课件，通过各种图片的 “飞”入“飞”出，把各种颜色的多边形铺成各种美丽的图案，并让学生自己亲自操作键盘，进行有趣的拼图。这样，学生很快在动手操作、仔细观察中揭开了多边形能够铺地面的奥秘，教学内容就由难变易了。

四、合理利用信息技术，可以优化教学内容。

如在教学《亿以内数的读法和写法》时，课前，我安排学生自己通过各种途径（包括上网），搜集有关数据，课上学生代表汇报。上课时，学生带来的材料：有的是查阅课外书籍，世界珍奇树木的种类，某两个星球之间的距离，中国土地面积大小等；有的是上网查询，今年中央电视台春节晚会的收视率，今年报名参加成人高考的人数，近期游览九寨沟风景区游客的人数等„„通过生动、富有教育意义、有说服力的数据和统计材料，学生不仅轻松的完成本节课的教学任务，而且成功地接受了一次爱祖国、爱社会主义、爱科学的思想教育。教师这样有意识地让学生自己去查阅资料或进行社会调查，把学习数学由课内延伸到课外，不仅开阔学生的知识视野、丰富了课余知识，并且培养学生自主探求知识的能力，提高学生搜集和处理信息的能力。我们正是利用网络信息丰富、传播及时、读取方便、交互性强及信息资源跨越时空界限等特点，将传统的课堂教学模式引向计算机多媒体网络信息领域，将信息技术融合到小学数学教学中来。充分利用各种信息资源，引入时代活水，与小学数学教学内容相结合，使学生的学习内容更加丰富多彩，更具有时代气息、更贴近生活，使教材“活”起来。从而促进学生对数学产生强烈的求知欲。

五、合理利用信息技术，可以优化教学反馈。

知识的掌握、技能的形成、智力的开发、能力的培养，以及良好的学风的养成，必须通过一定量的练习才能实现。所以，练习是学生学习过程中的重要环节。在教师的主导作用下，发挥计算机容量大，信息的检索、提供、显示及信息类型的转换方便迅速，信息传播速度快的功能优势，巧妙设计练习，激发学生“乐学乐做”的情感非常重要。因此，在教学中，应广泛借助多媒体为学生提供更多的 3 练习素材，更多的练习和表现自己能力与成就的机会。同时，也为教师提供及时获得学生准确、真实的学习成效和学习态度及反馈信息的方法和途径。

时代的发展，要求竞争者提高自身素质，也要求学校教育走在发展的最前端，学校发展的方向要求教师更新教学手段，教学手段的更新首先要教师们转变教育观念，真正把现代信息教育技术融入到我们新课标所倡导的合作，探究性学习模式之中。在师生互动的教与学过程中，信息技术已成为产生数学问题，促进学生思维扩散的路标。

不过它仅仅是课堂教学的一个辅助工具，我们不能盲目的使用信息技术，用它来取代教师在教学活动中的地位。所以，正确客观合理的将信息技术应用于课堂教学，积极探索现代信息技术于课堂教学整合方法，才是现代教师在新课标教学活动中应转变的观念。

参考文献：

11.数学模型在生物信息学教学中的应用 篇十一

1 当今医学高等教育的重要特点——学科交叉

交叉学科是以单学科或多学科结合为表现形式的由两门或两门以上的学科相互渗透、融合而成的综合学科[1]。学科的综合、交叉、融合已经成为当代科学的发展趋势。生物、医药、健康、环境等关系到人类生存和发展的领域不断给我们提出单一学科的知识所不能解决的复杂课题，学科之间因此相互融合与渗透，涌现出众多的新兴交叉学科，并使得各种高水平的创新成果应运而生。这种学科发展趋势是高等教育面临的新特点，同时也对高等教育提出了新要求。

2 当今医学人才培养的特点——创新人才培养

培养创新人才已经成为高等教育界共同的价值追求，其不仅是理论问题，更是重要的实践课题[2]。2006年1月26日中共中央、国务院做出了关于“实施科技规划纲要，增加自主创新能力”的决定。确定要“全面实施规划纲要，经过15年努力，到2020年使我国进入创新型国家行列”，并强调要“深化教育改革，加快教育发展，推进素质教育和创新教育，为建设创新型国家培养结构合理、素质优良的各级各类人才”。培养创新人才已是高校构筑人才培养模式的根本目标。

3 带来的挑战

在上述背景下，交叉学科的教育开展与创新人才培养成为亟待解决的问题。要解决这个问题，必须从人才培养方案、教学计划修订、课程体系改革、课程教学改革等多方面入手。但无论如何改革，最终的落脚点都是课程的教与学。因此，如何根据时代发展的需要，采用高质量的交叉学科课程教学方法、改革课程重知识传承的单一功能、培养医学创新人才是摆在我们面前的一个不可回避的课题。本文从课程教学改革的角度和层面，来探索新形势下大学课程的教学模式。

二 改革研究载体课程——生物信息学

生物信息学是典型的交叉学科课程，是用数理和信息科学的观点、理论和方法去研究生命现象、组织和分析呈现指数增长的生物医学数据的一门学科[3]。它主要包括两重含义：一是对海量数据的收集、整理与服务，即管理好这些数据;二是从中发现新的规律，即利用好这些数据。在基因组和蛋白质组研究时代，它是医学、药学、生物学的研究载体和必要工具。与其他的生物医学学科相比，主要有以下三大特点：第一，以生物医学数据库为基础，数据极其庞大复杂。第二，操作分析主要依靠计算机为工具，在互联网环境中运行，通过网络强大的搜索功能实现数据收集、储存、管理与提供。第三，是一门生物医学、信息科学、计算机科学等诸多学科综合交叉的前沿产物，与其他学科相比，综合交叉性强、难度大、发展时间短、还在不断完善与更新中。因而目前还没有成熟的生物信息学教学模式，各高校、尤其是医学院校，尚处于摸索探讨的阶段。

三 生物信息学教学改革详述

1 课程改革（教学）目标

探索CM教学法与PBL教学法结合应用模式，并以交叉学科课程“生物信息学”为研究平台，将CM教学法与PBL教学法结合应用于生物信息学教学。从具体的操作层面上探讨教学模式的变革这个涉及人才培养活动中最基本、最直接、最核心的问题，构建一种可操作性很强、关键能力培养效果显著、以能力培养为中心的新的教学模式。

2 课程教学模式运用

CM教学法与PBL教学法结合使用。教学分小组进行，以“自主式学习”为核心，以教师的辅助、指导与管理为学生保驾护航，按照CM和PBL的特点进行无缝连接，形成一种包含自主式、启发式、探究式、参与式、讨论式等多种方式的新的教学实施模式。

3 问题集和案例集的制定

（1）问题集的制定

问题集分为A、B、C、D、E五大模块，具体如下。

A：生物数据库的检索和使用。

A1：如何利用Entrez系统检索和使用常用生物数据库？A2：如何利用SRS系统检索和使用常用生物数据库？

B.生物数据库的理解和识别。

B1：如何理解和识别基因序列数据库Genbank、EMBL、DDBJ？B2：如何理解和识别蛋白质序列数据库PIR、SwissProt？B3：如何理解和识别蛋白质模体功能数据库Prosite？B4：如何理解和识别大分子结构数据库PDB？B5：如何理解和识别生物功能数据库KEGG、GO？B6：如何理解和识别基因组数据库GDB？

C：生物序列比对分析。

C1：什么是双序列比对和多序列比对？C2：如何利用blast软件进行双序列比对？C3：如何利用Clustal W/X软件进行多序列比对分析？

D：核酸序列分析。

D1：如何进行重复序列分析？D2：如何利用数据库搜索比对确定编码序列？D3：如何利用编码区统计特性分析确定编码序列？D4：如何进行启动子分析？D5：如何进行内含子/外显子剪接位点分析？D6：如何进行翻译起始位点和翻译终止信号分析？D7：如何人工翻译基因？D8：如何利用序列综合分析软件进行核酸序列综合分析？

E：蛋白质序列分析。

E1：如何从氨基酸组成辨识蛋白质？E2：如何预测蛋白质的物理性质？E3：如何进行蛋白质二级结构预测？E4：如何进行蛋白质特殊局部结构预测？E5：如何进行蛋白质空间结构预测？E6：如何利用空间结构互补进行药物设计？

上述每个问题下还有子问题，因篇幅原因，不在此一一详述。

（2）案例集的设定

根据学生分组数设置相应的案例集，每个案例要涵盖上述A到E五大模块的问题集，且涵盖顺序要符合课程内容的教学规律。因为篇幅原因，这里仅以其中一个案例为例来说明。

案例：乳腺癌相关致病基因的生物信息分析及潜在药物设计。备注：已有研究表明，某基因X在乳腺癌患者中常常呈现特异性表达，该基因序列如下（***），请分析该基因的相应情况，并设计抑制该基因表达的药物。提示：首先，在数据库中检索到该基因（要完成该步骤需先解决A1、A2）。其次，对该基因进行基本解读（需先解决B1）。第三，要将该基因进行序列比对分析其总体特征（需先解决C1、C2）。第四，分析该基因的特征并翻译成蛋白质（需先解决D1-D6）。最后，分析其蛋白质相关特征并进行药物设计（需先解决B2、B4、E1-E6）。endprint

4 教学实施策略

分组：根据能力和兴趣分组，选择能力互补且有共同兴趣的学生组成不同学习小组，一般以4～6人为一组，对于总体能力特别强的小组可以适当减少人数。

学习策略：对每组学生分发问题集，并针对每组布置不同的案例。给所有学生提供学习资源，包括书本、资料、网络学习地址、网络资源、软件资源等。让学生根据案例、提示和问题集，参考相关的学习资源，自主学习。学习方式以自主探究、小组讨论为主。教师全程参与指导、启发和答疑，并定期组织集中讨论。在课堂时间外，全程开放实验室，供学生学习、讨论和探究。

5 教学评价体系设置

制定以能力为本位的、多样式的教学考核评价体系。第一，理论考试分，占50分，考查重点是在完成案例过程中，通过系统性解决问题集，所获得的基本概念、基本思路、总体架构等理论性知识体系。第二，案例完成分，占30分，包括案例解决过程15分（过程记录）、案例最终完成报告文档15分，主要考查在完成案例过程中的学习过程，以及边学习边解决实际案例的能力。第三，拓展测试分20分，在此项考查中，会给学生布置一个新的案例，让学生去解决，考查学生利用所学知识解决实际科研、应用问题的能力。

6 教学效果

在此次课程教学改革中，我们以2个班为对象。其中一个班为实验班，采用CM和PBL结合教学。另一个班为对照班，采用普通教学，进行教学实施和对照。对普通班只进行第一、三项教学评价。

在两个班的对比中，我们发现，第一项理论考试，普通班的平均成绩为82.45，实验班的平均成绩为83.52，实验班的成绩略好，经T检验分析，两者无显著性差异。第三项拓展测试中，普通班的平均成绩为62.76，实验班的平均成绩为88.95，经T检验分析，其P值小于0.01，有显著性差异。从评价结果中可看出，与普通教学形式相比，实验班的理论考试成绩并不逊色，反而还略有优势。更为重要的是，在解决实际科研与应用性问题能力的测试中，实验班占据明显优势。此外，在课程结束后，实验班的30位同学均组成科研团队（每队5人），先后参加了校生命科学竞赛和浙江省第六届生命科学竞赛（生物与健康竞赛），1队获省竞赛一等奖、1队获省竞赛三等奖、1队获校竞赛二等奖，为我校创造参与该项赛事取得历史最好成绩做出了重要的贡献。

参考文献

[1]姜维寰.科学分类的历史沿革及当代交叉科学体系[J].科学学研究，2013（3）.

[2]朱崇实.研究型大学与创新人才培养[J].国家教育行政学院学报，2014（9）.