生物生物的特征教案

生物生物的特征教案（精选8篇）

生物生物的特征教案 篇1

学习目标：

1.观察生物和非生物，比较它们的区别。

2.能够举例说明生物具有的共同特征。

3.通过本课的学习，逐步提高我们自身的观察和分析问题的能力。

学习流程：

任务一：自主探究完成学案

1.要求：阅读教材划出自认为重点的句子。

2.在我们的校园里哪些是生物?哪些是非生物?

2是科学探究的基本方法。科学观察可以直接用、也可以借助

等仪器，或利用照相机、录音机、摄像机等工具。

3.生物是由构成的。

任务二：合作交流研究生物的.生命现象

要求：指出那些是生物并说明存活的理由

(一)水面上有一只母鸭领着一群小鸭。水中有游鱼、水草、小虾，草地上还有野兔、蛇，腐烂的老鼠上面有苍蝇等昆虫飞舞。另外，草地上还有大大小小的蘑菇、含羞草和花朵。

(二)区别生物与非生物。

(三)你能总结出生物的基本特征了吗?

生物的生活需要生物能排出身体内产生的生物能和生物还具有其它特征：如

1.

2.

任务三：拓展训练

1.下列现象中，属于生长和繁殖的是-------()

A蘑菇从小到大B人手被刺后缩回

C植物落叶D人体排汗

2.下列哪些不属于生物的特征()

A能排出身体内的废物B能对外界刺激作出反应

C能生长和繁殖D能进行光合作用

3.生物都是由细胞构成的，但有一类生物例外，它是()

A含羞草B狮子C蘑菇D病毒

4.下列那一特征不是所有生物都有的()

A能进行呼吸B需要营养物质

生物生物的特征教案 篇2

关键词：生物特征识别,掌纹识别,人脸识别,多模态生物特征识别,计算机舌象诊断,人脸美学计算

0 引言

生物特征包括人体固有的生理特征(如人脸、指纹、虹膜和掌纹)和行为特征(如步态、语音和签名)。由于生物特征具有“人人拥有,人各不同,长期不变”等优点,早期的生物特征计算研究主要集中在生物特征识别(Biometric Recognition)方面,研究基于生物特征的高可靠自动身份鉴别方法[1]。美国911事件和英国伦敦地铁爆炸案等恐怖袭击事件使得世界各国更加深刻地认识到了身份识别技术的重要性和必要性。作为目前最为安全、可靠和便捷的身份识别技术,生物特征识别技术已成为保障国家和公共安全的有力措施和核心战略技术。目前,指纹、人脸和虹膜识别系统已经在反恐、海关和刑侦等多个领域得到了较大规模的应用,但在应用中也暴露出这些系统在准确性、安全性和易用性方面的不足。发展非限定生物特征识别技术,扩展生物特征识别家族成员,以及研究多模态生物特征识别技术已成为新的热点。

然而,生物特征的应用并不仅局限于身份识别领域,人类还具有基于人脸、语音和步态等生物特征的美学评价、行为和情感分析的功能,中医专家能够通过分析人的舌象、脉象和气味进行辨症和诊病。因而,作为生物特征识别的扩展,旨在利用计算机技术手段实现人体生物特征的自动感知与分析,建立基于生物特征信息的身份识别、情感和行为分析、健康情况和美学评价的生物特征计算(Biometric Computing)技术,将在信息科学、公共安全、人机交互和生物医学等领域的应用中发挥更为重要的作用。

近年来,随着传感器、计算机视觉和模式识别技术的发展,针对公共安全中日益迫切的高可靠身份识别需求,不仅传统的生物特征识别技术取得了许多新的进展和大规模应用,还涌现出了掌纹、步态、耳朵、指蛐掌脉和指关节识别等一系列新兴生物特征识别技术。在视觉监控、人机交互、疾病诊断和美学计算等领域,生物特征计算也获得了广泛的关注并取得了一定的进展。总而言之,生物特征计算旨在实现人或专家的部分功能,利用计算机和信息科学手段实现基于生物特征的身份识别、疾病诊断、美学评价、行为和情感分析,必将对人们的工作和生活方式产生重大而深远的影响。

结合近十余年来在生物特征计算方面的研究,本文从生物特征识别、医学和美学生物特征计算三个方面对生物特征计算的进展和趋势进行介绍。

1 生物特征识别

生物特征识别主要从生物特征采集、鉴别特征提取和快速匹配以及检索等方面,研究基于生物特征的身份鉴别和身份辨识技术。与基于知识的和基于标志物的身份认证手段相比,生物特征识别具有安全便捷、不会丢失和遗忘等优点,被认为是身份识别的终极解决方案。随着模式识别、计算机视觉和信号处理等相关学科的发展,一些生物特征识别方法如指纹识别和虹膜识别等在技术上已较为成熟,出现了一些代表性的产品并在出入境管理和智能身份证等重要领域中得到了较大规模的应用。

考虑到各种应用领域的特殊需求,以及目前生物特征识别技术在易用性、准确性和安全性方面的问题和不足,目前的生物特征识别技术还远远不够成熟和完善,仍需进一步的深入研究,具体体现在以下几个方面:

(1)任何一种生物特征都不是完美无缺的,都存在着各自的缺陷和不足[1]。如指纹并不能严格满足“人人拥有”和“长期不变”特性,年龄的增长、某些类型的长期劳动都会导致指纹的磨损和退化。据统计,2%~5%的人不能提供满足要求的高质量指纹图像[2]。此外,针对某些特殊应用环境,传统的生物特征识别技术可能不再适用。因此,扩展生物特征识别家族成员,发展与已有技术良好互补的新型生物特征识别技术一直以来都是一个重要方向。

(2)目前的研究仍主要集中在限定环境和用户配合条件下的生物特征识别方面,而不可控环境和非用户配合情况下的生物特征识别技术(即:非限定生物特征识别)将有助于提升系统的易用性和适用范围,因而更符合实际需求[3]。在监控和刑侦领域,非限定生物特征识别更可能成为唯一可行的身份认证手段。

(3)针对单一模态的生物特征识别技术的的缺陷和不足,另一种可行的解决方案是发展多模态生物特征采集和识别技术,综合利用不同模态生物特征的冗余性和互补性来改善系统的识别精度和防伪造攻击性能[4]。

针对上述问题,生物特征识别技术的发展越来越呈现出泛在感知、非限定应用和融合计算的趋势。下面作者将从生物特征识别家族新成员、非限定生物特征识别和多模态生物特征识别三个方面分别加以介绍。

1.1 生物特征识别家族的新成员

本节首先以掌纹识别为例,给出了一个生物特征识别家族新成员从提出到发展的具体例子,然后简要总结了近年来出现的几种主要的新成员。

针对指纹、人脸和虹膜等主流生物特征识别技术的问题和不足,作者1998年在国际上首次提出了掌纹识别技术[5]。掌纹是手掌皮肤上所有纹路的统称,主要包括乳突纹、主线和皱褶等。与其它生物特征识别技术相比,掌纹识别具有其独到的优势,在某些场合下可能会成为用户的最佳选择。

掌纹识别一般包括掌纹图像采集、预处理、特征提取和匹配等几个主要方面。掌纹图像采集方式主要有脱机和联机两种方式。由于传感器和计算机处理速度等硬件限制,早期的掌纹图像采集方式多为脱机采集,一般采用油墨摁压法或数码相机来获取脱机图像。2002年后,联机掌纹识别逐渐成为掌纹识别的主流[6]。联机方式一般采用CCD成像设备或扫描仪来获取数字掌纹图像。为了采集掌纹的多光谱信息和三维信息,作者及其研究团队还设计了多光谱掌纹采集设备[7]和基于结构光的三维掌纹采集设备[8]。为了获取高分辨率图像,Dai和Zhou设计了一个接触式高分辨率掌纹采集设备[9]。为了改善系统的易用性,非接触采集和处理成为近年来掌纹采集的重要发展方向。需要指出的是,虽然基于低分辨率掌纹图像的联机识别已成为掌纹识别的主流,在刑侦领域,基于现场掌纹痕迹提取高分辨率残缺掌纹图像进行身份认证仍然具有迫切的现实意义[10]。图1给出了几种代表性的联机掌纹图像采集设备。

为了消除掌纹的位置、方向和大小等因素的不利影响,需要进行掌纹图像预处理,实现手掌检测与分割、感兴趣区域(ROI)定位、归一化处理等。在非接触掌纹图像识别中,手掌的自动检测和分割将愈加重要。利用掌纹的肤色信息和形状信息,借鉴人脸检测技术,研究人员已经提出了一些手掌检测方法。针对ROI定位和归一化问题,目前主流的方法是检测手掌上的关键点(或稳定点)并建立局部坐标系来实现掌纹图像的定位和归一化的[6],如图2(a)所示。一般包括以下五个步骤:二值化、手掌边缘检测、关键点检测、建立局部坐标系和提取掌纹中心块。图2(b)所示为提取出的掌纹中心块。在步骤“关键点检测”中,研究人员分别提出了基于小波变换、基于切线和基于角度等分线等各种不同的关键点检测算法。

掌纹图像的特征提取和识别方法是掌纹识别的研究重点。针对高分辨率和现场(Latent)掌纹图像,目前主要是根据掌纹图像特点,借鉴和发展指纹识别中的细节点提取和匹配方法。针对3D掌纹和多光谱掌纹,一般的做法是在二维掌纹识别的基础上发展新的识别方法和融合策略。因此,现在将主要回顾面向二维低分辨率掌纹图像的特征提取和识别方法。

根据掌纹特征的表示方式,目前掌纹识别方法大致可分为全局方法、局部方法和混合方法三类[11]。下面分别进行介绍。

1.1.1 全局方法

全局方法是通常将掌纹图像视为一个二维图像、高维向量或二阶张量,利用一些全局特征提取方法来提取掌纹特征。例如,可以提取图像不变矩特征或小波变换、傅里叶变换等变换特征;如将掌纹图像视为一个高维向量,可以利用一些子空间学习方法如主成分分析(PCA)、费希尔判别分析(FLD)、独立成分分析(ICA)等将掌纹图像从原始高维图像空间投影到低维特征空间来提取掌纹图像的全局特征;如将掌纹图像视为二阶张量,可以利用一些张量子空间方法来提取掌纹图像的全局特征。此外,一些共生滤波器方法如有限带宽相位共生法(BLPOC)和优化折中综合鉴别函数滤波器法(OTSDF)也应属于全局方法。

1.1.2 局部方法

局部方法是通过提取掌纹图像的局部纹理或线特征,实现掌纹特征的简洁表示和有效识别。掌纹图像的局部特征主要有边缘、纹线和纹理特征等。局部方法一般都能获得较高的识别精度。针对掌纹纹理特征,国内外研究人员分别提出了小波变化、傅里叶变换、Gabor相位编码、融合编码、竞争编码等方法来提取和表达掌纹的纹理特征。针对掌纹纹线,也提出了若干种掌纹线特征提取与表达技术。当前的局部掌纹识别方法相关研究主要集中在纹线方向编码、线特征提取和局部纹理描述子等方面。

1.1.3 混合方法

由于人类的视觉认知过程中会同时利用图像的全局特征和局部特征,因此,近年来也出现了一些混合掌纹识别方法。混合方法可以被用于综合利用多种掌纹特征的互补性来改善掌纹识别精度,或者用于基于分层匹配技术以提高掌纹辨识和检索速度。

在上述掌纹识别方法中,基于方向特征的编码方法如竞争编码、鲁棒线方向编码[12]和序数编码[13]等一般都具有特征模板小、匹配速度快等优点,近年来获得了较多关注,陆续出现了一些改进的编码和匹配算法[14,15]。经过10余年的发展,掌纹识别技术已经日臻成熟,在生物特征识别领域获得了广泛认可。

除掌纹识别外,针对应用领域的活体认证或视觉监控等需求,近年来还涌现了手部静脉识别、步态识别、人耳识别和指关节纹识别等新兴的生物特征识别技术以进一步改善身份识别的精度和稳健性、提升系统的识别速度和增强防伪能力。

1.2 非限定生物特征识别

在监控和刑侦等领域,往往不能要求用户配合和保证数据的采集质量,有时候甚至需要比对专家绘制的人脸素描和监控系统采集到的人脸图像来进行身份鉴别。即使对于普通的生物特征识别系统,非限定生物特征识别也有助于改善系统的易用性和稳健性,拓展系统的适用范围和自适应性。因而,非限定生物特征识别成为近年来本领域研究人员关注的一个热点问题。

非限定环境下采集到的生物特征往往会出现数据缺失、变形和老化等情况,数据的质量和系统的识别性能可能会大幅度下降;有些时候数据的来源不同(如人脸素描和监控图像),导致传统方法不再适用。本节将以人脸识别为例,重点介绍近年来国内外学者针对光照和姿态等非限定环境下导致的识别性能下降提出的一些典型解决方案。

针对光照问题,目前主要有两种解决思路。第一种方法是发展新型传感器,采集对可见光照环境不敏感的人脸图像。Li等[16]提出利用近红外成像技术来避免环境光照对识别性能的不利影响,改善人脸识别的光照鲁棒性。Di等[17]进一步建立了一个多光谱人脸图像数据库,采集了波长为400~720nm之间的33个谱段下的人脸图像,并研究了面向人脸识别的特征谱段选择和融合问题。图3所示为同一个人在33个不同谱段下的人脸图像。

此外,还可以采用建模的思路来解决光照问题。2001年,Shashua和Riklin-Raviv[18]提出了一个商图像模型(QI)来从原始图像估计出反射率图像,基于反射率图像的人脸识别具有较好的光照不敏感性。随后,一些学者提出了广义QI模型[19]、全变分QI模型(TVQI)和对数全变分模型(L-TV)[20]。图4所示为几幅自然光照下的人脸图像以及使用LTV模型得到的光照不变人脸图像。基于朗伯(Lambertian)光照模型,不同光照下凸物体的图像组成了一个光照椎。Georghiades等[21]利用若干幅人脸图像来重建光照椎,并基于光照椎表示进行人脸识别。随后,基于球面谐波方法,Ramamoorthi[22]、Basri和Jacobs[23]分别证明了不同光照下同一个人脸的图像近似分布在一个9维子空间内。

基于建模的方法不仅可以估计反射率,还可以估计人脸的三维几何信息,因此可以用于解决不同姿态下的人脸识别问题。Blanz和Vetter[24]提出了一种三维形变模型方法,利用光照模型和人脸三维形状的先验模型,能够从单幅人脸图像中恢复出人脸的反射率、三维模型、光照条件与姿态。最近,Wang等[25]提出了三维球面谐波基形变模型对任意未知光照条件和姿态下的人脸进行建模,能够处理极端光照情况下人脸纹理变化幅度较大的问题。

除了光照和姿态外,针对表情和年龄等因素,国内外已开展了一些研究工作并出现了一些解决方法,但仍不够系统和完善。针对非限定环境和用户不配合造成的图像质量下降问题,研究人员从图像复原、图像超分辨以及基于图像序列的识别方法等角度进行了分析。

近年来发展起来的现场指纹识别(Latent Fingerprint Recognition)[26],其目标是实现现场采集指纹与指纹库中的指纹模板的自动比对,实质上是一种非限定生物特征识别技术。此外,鉴于目前虹膜识别对用户配合和采集环境要求较高,为了提升系统的易用性,及将虹膜识别推广到远距离监控等应用中,研究人员近年来从非限定图像采集、稳健虹膜检测、特征提取与匹配算法等方面对非限定虹膜识别开展了研究。

1.3 多模态生物特征识别

单一模态的生物特征识别在识别精度、安全性或防伪造攻击等方面往往不能完全满足应用需求,因而多模态生物特征识别近年来逐渐引起了研究人员的关注,目前已出版了第一本多模态生物特征识别方面的专著[4]。通过有效地采集、分析和综合利用人体的多模态生物特征信息,多模态生物特征识别技术可以改善系统的识别精度、安全性能和便利性。

多模态生物特征识别通过融合多种生物特征识别技术来改善身份识别性能,主要包括不同生物特征、同类生物特征的多模态表示或多特征表示、同一生物特征的多种识别算法的融合等。就融合层次而言,有数据层融合、特征层融合、匹配层融合和决策层融合四种[4]。下面分别加以介绍。

1.3.1 传感器层融合

在传感器层,可以通过融合不同传感器或同一传感器采集到的生物特征数据序列来改善系统的识别性能。目前的传感器层融合算法仍主要针对的是同一生物特征的多种数据,比较有代表性的方法有指纹图像拼接和人脸图像超分辨算法。图5所示为指纹图像拼接方法的主要计算过程[4]。给定同一个手指的若干幅指纹图像,指纹图像拼接首先对其进行比对,将其归一化到一个统一的坐标系下融合成一个拼接指纹图像,然后基于拼接图像来提取细节点特征。与简单的各幅图像的细节点特征的增广相比,图像拼接方法能够获得更为简洁的特征表示和识别精度。对于不同模态生物特征(如人脸和掌纹),也出现了一些相应的传感器层融合算法[27],但仍有待深入研究。

1.3.2 特征层融合

不同模态或不同特征提取算法得到的特征具有一定的互补性和冗余性,如何挖掘和利用这些关联特性获得更具鉴别能力的简洁特征表示是特征层融合的主要研究内容。不同特征之间的异质性、特征之间关联的复杂性使得特征层融合非常具有挑战性。近年来发展起来的维数约简和特征选择方法,也可以被借鉴于发展新的特征层融合算法。根据其工作模式,特征层融合主要有并行和串行两种。

1.3.3 匹配层融合

根据不同算法在匹配层得到的匹配分数,可以设计有效的融合规则和策略进行融合决策。基于规则的融合方法往往需要对匹配分数进行归一化处理,常用的融合策略主要有加法、乘法、最大、最小以及加权平均等。Kittler等分析和比较了这些融合规则的鲁棒性问题[28]。因而可以将不同方法得到的匹配得分视为一个特征向量,使用支持向量机、神经网络、费希尔判别分析或最近邻分类器等方法。此外,还可以利用高斯混合模型(GMM)等估计真实和假冒匹配分数的概率分布,基于似然比检验方法进行融合[29]。基于工作模式,匹配层融合主要有并行、级联和树形三种。图6给出了一个掌纹识别中综合使用了加法和乘法准则的级联融合的例子[30]。

1.3.4 决策层融合

在决策层,可以综合利用不同分类器的决策结果进行融合判断。由于可利用的信息有限,决策层融合主要有与、或、投票和加权投票等规则。

目前,已出现了一些多模态生物特征识别系统,如指纹+掌纹、人脸+语音、人脸+虹膜、人脸+指纹等,国内外也相继发布了一些大规模多模态生物特征数据库,为多模态生物特征识别技术的进一步发展提供了良好的前提条件。

2 医学生物特征计算

对于生物特征识别而言,一个完美的生物特征需要满足“终生不变”特性。实际上,绝大多数用于身份识别的生物特征都不完全满足这一特性,健康状况、年龄和工作环境等因素都会对生物特征产生一定程度的影响。医学生物特征计算正是通过研究疾病和健康状况对人的舌象、脉象和气味等生物特征的影响,利用信号/图像处理和模式识别技术建立起基于生物特征计算的医学诊断模型。

中医诊断专家能够根据人的舌象、脉象和气味等生物特征进行辨症和诊病,能够为医学生物特征计算的可行性提供保障和必要的分析依据。传统的中医诊断往往过于依赖医生的个人经验,在一定程度上存在诊断结果可重现性不强和主观化等问题。因而,在保持中医诊断自身优势基础上,发展医学生物特征计算技术,实现中医诊断的客观化和标准化,将具有重要的研究价值和应用前景。

与生物特征识别技术类似,医学生物特征计算一般包括数据采集与预处理、病理特征提取、诊断分析等几个重要模块。由于关注的是病理特征的量化分析和诊断,医学生物特征计算中的数据采集模块更关注采集环境的标准化和稳定性,特征提取和诊断分析模块往往需要借鉴相关的诊断理论和专家知识。

以下将结合计算机舌象诊断,对医学生物特征计算的几个模块进行介绍和分析。舌象能够反映人体的生理和病理的变化,有助于分析人体的病变部位和局部病变程度。近年来,国内外许多研究人员先后开始运用图像处理和模式识别技术开展计算机舌象诊断研究,取得了一定的进展和成果。下面将从舌图像获取、预处理、特征提取和诊断分析几个方面来进行回顾和总结。

2.1 舌图像获取

舌图像获取是计算机舌象诊断的基础。为了稳定地获得高质量的舌色、纹理和局部特征信息,需要研制高清晰、高保真的舌象采集设备。具体而言,为了保证舌色的高保真成像和纹理的可分辨性,舌象采集设备研制需要通过构建稳定的封闭/半封闭舌图像信号获取环境、选择满足成像要求的稳定光源和CCD传感器来满足这些要求。此外,还需要考虑采集的实时性和设备的易用性等因素。目前哈尔滨工业大学/香港理工大学、北京工业大学、厦门大学、台湾逢甲大学、美国卡耐基梅隆大学等研究机构都研制了舌图像采集设备。图7所示为作者及其研究团队研制的舌图像采集设备。

2.2 预处理

舌图像预处理主要包括舌图像分割、舌颜色校正和舌体校正等。舌图像分割的目标是将舌体区域从背景中分离出来[31,32]。虽然目前已有一些分割算法,但由于舌象纹理的复杂性以及嘴唇和肤色的干扰等因素,舌图像分割算法仍然值得进一步改进。不同的采集设备获得的舌图像颜色可能不具有可比较性,需要利用舌颜色校正将采集到的舌图像从实际光照环境(通常指非理想采集环境)校正到参考光照环境下。舌颜色校正可以表示为一个回归分析问题,可以利用支持向量回归或多项式回归方法进行颜色校正。舌图像中的舌体可能是歪斜的,可以利用舌体轮廓的长度、舌体面积和角度等信息进行舌体歪斜校正。

2.3 病理特征提取

中医舌象诊断所依赖的特征主要有颜色特征、纹理特征、其它舌面局部特征和舌体动态特征等。(1)舌象颜色一般分为舌苔和舌质两种,通过建立舌苔和舌质颜色模型,可以首先进行苔质分离,再基于颜色直方图等方法实现颜色特征提取。(2)针对舌苔厚薄、舌质老嫩等纹理特征,可以分别设计相应的纹理特征描述和分类方法。如舌苔厚薄特征可以利用多分辨分析及粗糙集理论对不同的舌苔形态进行分类,并利用统计纹理描述子对相关特征进行量化。舌质老嫩特征则可利用分形几何方法进行提取。(3)舌体上还有一些可用于舌象诊断的局部特征,如舌裂纹、红星、红刺、瘀斑瘀点、齿痕等。因而可以根据这些局部特征的特点设计相应的图像特征提取算法进行提取。(4)舌体动态特征包括舌体的运动状态、灵活程度等动作和行为特征等。舌体动态特征的提取需要采集舌图像序列,得到舌体形状的动态变化特征的量化表示。

2.4 舌象诊断分析

舌象诊断分析主要包括疾病分类和症侯诊断两个方面。针对疾病分类问题,作者基于贝叶斯网络对疾病和量化特征之间的关系进行了分析建模[33],如图8所示。图8(a)所示为肠梗阻、胆囊炎、阑尾炎和胰腺炎患者的典型舌图像,图8(b)为基于颜色特征和纹理构建的贝叶斯网络诊断模型。Watsuji等人研究了采用部分舌象颜色和纹理特征的简单“寒-热”、“虚-实”症候的辨症诊断系统[34]。Chiu等提出了一种基于舌体和舌苔颜色以及空间纹理特征的结构识别算法,并建立了一个旨在定量化分析舌象特征的计算机化舌象诊断系统[35]。

除舌象外,研究人员还研究了计算机脉象分析[36]、气味分析[37]和视网膜病变分析等医学生物特征计算技术。图9所示为作者及其研究团队研制的脉搏压力信号采集设备和提取的典型时域特征示意图。图10所示为作者及其研究团队研制的呼吸气体数据采集设备以及健康人和糖尿病患者的呼吸气体响应信号。然而,目前的医学生物特征计算技术仍主要集中在单一模态生物特征的诊断分析上,融合多种模态的医学生物特征计算技术将有助于进一步提高诊断精度,这也是未来的发展方向。

3 美学生物特征计算

人类具有对生物特征(如人脸)进行美学评价的能力。心理学研究成果表明人的美感的产生遵循一定的客观普适规律,而如何建立大脑对人脸等生物特征的美学认知计算模型并发展有效的人脸美化算法则是美学生物特征计算的目标。

美学计算不仅在认知和计算科学领域具有重要的科学意义,在手术整形美容等领域也有着重要的应用前景。近年来美容外科发展迅猛,由于术后美容效果得不到患者的认同而造成医疗纠纷也随之增多,如何设计有效的美化算法并提供一种有说服力的容貌美的标准显得尤为重要。下面以人脸为例,简要总结一下作者近年来在人脸美学计算方面的研究进展。

容貌美是美学的重要内容,早期的人脸美学研究注重将感性认识总结为简单几何关系,近年来出现了若干种人脸美学假说,如平均脸假说、对称性假说和性别二态性假说。随着图像处理、计算机图形学和模式识别的发展,出现了一些人脸检测、关键点定位和形变模板方法来辅助人脸美学分析,验证上述假说和发展人脸自动美化算法[38,39]。

由于美学感知本身是一个不确定性较强的抽象认知过程,与其它生物特征计算相比,美学生物特征计算由于其自身独特性而更具挑战性。针对美学感知的主观性和个体差异问题,主要参考了以下三种搜集审美数据的方式。

(1)通过具有打分功能的网站(如HOTor NOT)来搜集人脸图像和对应的打分。由于互联网的开放性和随意性,这种方式获得的审美数据噪声比较大。

(2)组织一定数量的志愿者依据容貌美规范对人脸图像进行分类。这种方法的缺点是比较耗时耗力。

(3)在互联网上搜集知名美丽人脸的照片,如影视剧明星、模特等。

对搜集到的审美数据需要进行归一化和转换为统一的表示形式以满足后续处理要求。

为了自动提取人脸美学特征,作者标定了人脸图像上具有生物学意义的点(如眼角,鼻根等),从而得到不同形式的几何特征。具体实现时,可采用人脸识别中最常用的68点模型,用Ada Boost人脸检测方法和主动形状模型来提取人脸图像中的特征点,进行归一化处理并提取几何特征[40]。图11给出了算法对一幅人脸图像的特征点检测结果。

归一化后的特征点位于一个平移、尺度和旋转不变的人脸形状空间SFS中。基于人脸形状空间SFS,作者验证了平均脸假说,具体做法是:

(1)利用移动最小二乘法(MLS,Moving Least Sq-uare)[41]实现图像变形,将原始图像分别沿靠近平均形状和远离平均形状的两个方向变形。公平起见,沿两个方向形变的程度是相同的。图12给出了一个图像变形的具体例子。

(2)给定测试数据集,使用上述方法获得一组靠近平均形状的变形图像和一组远离平均形状的变形图像。结合原始图像,构造零假设和对立假设,使用假设检验的方式验证平均脸假说。

实验结果表明,对很大一部分人脸来说,向靠近平均脸方向变形是可以使其更美,从而验证了平均脸假说的有效性。

总而言之,生物特征计算技术将令人脸美学研究逐步走向客观化和精确化,相关研究成果还可以应用于整容化妆、艺术设计、游戏娱乐等多个领域。然而,美学生物特征计算仍是一个新兴的研究领域,仍有许多关键科学和技术问题值得进一步深入研究,如基于认知科学的美学计算模型、美学特征的定义和选择以及人脸美化算法等。

4 结束语

试论生物学科高效教学模式的特征 篇3

关键词：生物学；高效教学模式；意义

一、教学模式的内涵

模式化方法是现代教学论研究中的重要方法，运用这种方法，在一定教育思想或教学理论的指导下，为实现特定的教学目标，对教学过程进行优化设计而形成的比较稳定、系统、简明的教学活动结构框架和活动程序，即为教学模式。作为结构框架，突出了教学模式从宏观上把握教学活动整体及各要素之间内部的关系和功能；作为活动程序则突出了教学模式的有序性和可操作性。教学模式包含有一种或多种教学策略选择。

国内外的学者根据不同的理论、为了不同的目标提出了许许多多的教学模式。其中高中生物学教学中出现的教学模式也数不胜数。我国学者胡继飞、郑晓蕙在《生物学教育心理学》中对近20年来发表在各种杂志期刊上的近百种生物教学模式进行收集和整理，并将其概括为五大类：讲授与启发教学模式、自学与辅导教学模式、目标与掌握教学模式、探究与发现教学模式、活动与训练教学模式。

二、生物学科高效教学模式的特征

要想界定高效教学模式有些困难，但高效教学模式都应该具备以下特征：

1.与课标理念相一致。教学模式种类繁多，各种模式有其理论基础。但高效教学模式背后暗含的理念应与课标理念保持一致。比如课标提倡探究教学，布鲁纳的发现式教学模式以及基于此发展的学习环、5E教学模式等都是符合新课程要求的，而机械式接受的教学模式则与新课程背道而驰。

2.符合学生的能力水平和发展需求。每个教学模式都是基于一定教学思想或理论，为达成一定目标而存在的。不同学校、不同班级的学生基础不同，需要发展的方面不同，比如有些推理思维弱些，而有些自主学习能力弱些。即使有相同的发展需求，但由于学生已有的水平存在差异，因此在选取和使用教学模式时也需考量。

3.最容易达成教学目标。达成知识目标时还能兼顾能力和情感目标。所有的教学都为达成某些教学目标而服务，因此选择的教学模式应该是最适合落实某教学目标的，当然这里有个前提——教学目标的设计应具科学性，符合课标要求。另外，虽然一种教学模式不可能达到各种教学目标，但应达成尽可能多的目标，尤其要统筹知识、能力和情感、态度、价值观三维目标的落实。

4.保证学生知识的构建有意义。教学模式应该符合建构主义理论，保证学习者在新知识与其认知结构中已有的适当概念间建立起非人为的、实质性联系，达到奥苏贝尔倡导的有意义学习，而非机械学习。

5.体现“以学生为主体，教师为主导”的思想。虽然教学不应该满堂灌，教师需学会“放手”，应引导学生主动学习，培养其自主学习能力，但这不意味着教师完全将整节课交给学生自学。虽然学生是课堂的主体，是课堂最重要的参与者，但是教师仍然是课堂的主导者、设计者，即使有些课堂表面上是学生在主导，实际上仍是教师事先设计、暗中推动的。

6.一系列的课堂教学的教学模式需系统设计。有效平衡好有意义地接受学习和有意义地发现学习的权重。每个教学模式都有其侧重点和局限性，没有办法通过一种教学模式达到高中生物学课程要求的所有目标。因此，理想状态下教师应该从整个高中生物学课程的高度，综合系统地设计整个课程的教学模式体系，保证各种各类目标的有效落实。另外，需要注意的是，有意义的学习包括接受式的和发现式，后者在达成能力和情感目标等方面有天然的优势，但耗时太长，若大量采用此类教学模式势必影响课程的实施进度。而接受式的有意义学习虽在能力和情感的培养上稍显薄弱，可在知识的传授上极其高效，因此需要协调好这二者比例，既保证教学目标的高效完成，又不影响教学进度。

7.学生的学习成果保持较为持久。一个教学模式是否有效，关键得看学生学习成果的评价结果。而评价又是与教学目标相一致的，即检测目标是否达成。因此高效教学模式必然需保证学生达成课程所要求的目标，同时其学习成果应该可以保持比较长久的时间，即知识不是容易遗忘的，而是长久地理解性、结构性、系统性的记忆；能力和情感方面也是经得起时间的考验的。

三、探讨生物学科高效教学模式特征的意义

生物学科课程教学的有效性一直是生物教师和专家们探讨的热点，其中从高效教学模式的角度进行研究是一条非常可行的途径。而此领域的研究绝对有必要从理论上探讨高效教学模式的特征，它将有以下几点意义：

1.理论上弥补了相关领域的不足，丰富了高效教学模式的内涵。教学模式确实有高效和低效的区别，但是要想真正为高效教学模式设定一个定义是相当困难的，那从特征的角度进行描述反而是解决的途径，让大家能更清晰高效教学模式为何物。

2.实践上使设计出真正意义上的高效教学模式成为可能。很多生物教师都希望他的课堂是高效的，但是似乎在他们心中这个高效太抽象、太模糊，甚至很多老师在理论上对此还不清楚时就已经研究并提出很多所谓的高效教学模式，这是相对危险和可怕的。因此，只有清晰地提出高效课堂所具备的特点，教师们才有努力的方向，才有能力探索出具科学性的“理想”教学。也只有提出高效教学模式的特征才能为下一步研究其标准以及评价方案奠定基础，而后者的实现才能保证设计出的教学模式具高效性。

参考文献：

胡继飞.我国生物学科教学模式的理论与实践[J].培训与研究-湖北教育学院学报，1999（2）：72-74.

生物生物的特征教案 篇4

为什么说机器人不是生物?请说出你的理由。

答：因为机器人不像其他生物一样是由细胞构成的(除病毒以外，生物体都是由细胞构成的)，也不存在构成细胞的有机物，同时，机器人不具有营养、呼吸、排泄、对外界刺激作出反应、生长和繁殖、遗传和变异的特性，因此机器人不是生物。

1．生石花的肉质叶看起来像石头，为什么说它是生物?

答：尽管生石花的肉质叶看起来像石头，但生石花具有生物的基本特征。例如，从观察中可以看出，生石花的肉质叶与仙人球的肉质茎类似；生石花能从小长大；生石花能开出各种颜色的花，还能结出种子，表明它能进行繁殖；生石花长有根，可以从土壤中获取水和无机盐，等等。查阅生石花的资料可知，生石花是一种植物，因此，它就是生物。

2．岩洞里的钟乳石能慢慢长大，为什么说它不是生物? 答：岩洞里的钟乳石尽管能慢慢长大，但这种长大与生物的生长是不同的，它是一些无机物慢慢堆积的结果。同时钟乳石没有生物所共有的特征，如具有营养、呼吸、排泄、对外界刺激作出反应、繁殖、遗传和变异的特性，因此钟乳石不是生物。

3．怎样判断一个物体是否有生命?生物有哪些基本特征?

答：要判断一个物体是否有生命，可以看它是不是“活”的，看它是不是具有生命现象。即看它是否具有生物的基本特征。

生物的共同特征： 生物的生活需要营养； 生物能进行呼吸；

生物能排出身体内产生的废物； 生物能对外界刺激作出反应； 生物能生长和繁殖； 生物都有遗传和变异的特性； 生物都是由细胞构成（除病毒以外）。

3．(1)珊瑚不是生物，是珊瑚虫分泌的外壳堆积在一起慢慢形成的，不具有生物的基本特征；珊瑚虫才是生物，是一种生活在海洋中的动物，具有生物的基本特征。

解析：珊瑚是珊瑚虫的尸体和珊瑚虫排泄物堆积形成的。因为生物体

具有共同的物质基础和结构基础。生物体都有新陈代谢作用。新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础。也是生物最基本的特征。生物体都有应激性。生物体都有生长，发育和生殖的现象。生物体都有遗传和变异的特征。生物体都能适应一定的环境，也能影响环境。生物生活中需要营养物质，生物生命活动需要进行呼吸。珊瑚不具有以上特征，所以珊瑚不是生物。

(2)浅水区可获得较多的阳光，有适宜的温度，有利于藻类的生长，可以为珊瑚虫提供更多的氧气。因此，珊瑚虫一般生长在温暖的浅水区。

解析：首先需要说明，其实一般珊瑚都是在寒潮和热流中间地带比较多，并不是温暖水域，温度过高珊瑚就会死亡。之所以是中间地带是因为寒潮和暖流交汇的地方富含大量的养分，这时会出现大量的浮游生物，而这些浮游生物就是珊瑚虫的食物，这样就便于生长。并且珊瑚虫是一种古老生物，对环境的依赖很强，所以对温度非常的敏感，温度过高过低都会引起死亡。之所以在浅水区，是由于珊瑚虫是和一些藻类共生的，珊瑚虫的排泄物就是藻类的有机肥，而藻类通过光合作用提供珊瑚虫氧气，而光合作用必须要有阳光，而深水区域阳光是很少的。

第二节 调查周边环境中的生物 想一想．议一议

这段文字中说到哪些植物?又提到哪些昆虫和鸟类?它们栖息的环境有什么不同? 答：文中提到的植物，有的是具体的植物名称．如皂荚树、桑椹，有的是一类植物的总称，如菜、树、菜花、草。文中提到的昆虫及其栖息环境是：蝉(树上)、黄蜂(伏在菜花上)、油蛉(泥墙根处)、蟋蟀(泥墙根处)。文中提到的鸟类及其栖息环境是：叫天子(云雀)(草从中)。

第一节 生物的特征 教学设计 山东省阳谷第三中学 高级教师 王文芳

教学目标

知识目标：

1、能对生物与非生物区别并举例，归纳出生物的基本特征。

2、学生能够举例说明生物具有的共同特征。

能力目标：

培养学生的观察能力、发散思维能力、分析问题的能力和表达能力。

情感目标：

增强热爱大自然、保护大自然的情感，更加热爱生活，珍爱生命。

难点和重点

重点：

1、学生能够举例说明生物具有的共同特征。

2、增强热爱大自然，保护大自然的情感。

难点：

培养学生的发散思维能力、观察能力和分析问题的能力。

重难点突破方法：

通过观察图片和阅读资料来突破。教学方法：

观察法、讨论法、比较法 教材分析

《生物的特征》这节课是七年级生物上册的起始，主要介绍了什么是生物及生物具备的共同特征从而为本学科指出了研究的对象。本节从学生的生活经验和认知水平出发，通过实例来说明生物的特征，这就要求教师要充分利用学生的好奇心，让学生通过充分讨论，来区分生物和非生物，引发学习探究自然界生物的愿望和积极性。学情分析

本节教学授课的对象是七年级新生，他们具有强烈的好奇心，但持久性不强。具一定的感性认识能力，但理性认识不强。学生自主学习能力和合作能力还要加强。学生具有一定的小学自然基础，但缺乏正确的生物科学的学习方法。教学策略

结合学生和课本内容的特点，本节课采用的教学方法是“讨论、探究法”，充分体现新课标的“自主、合作、探究”精神。在整堂课中主要以

学生讨论、探究、合作学习为主，把学生生活中熟悉的东西拿来做教具，引导学生去认识生物，激发他们主动探究生物的特征，从而真正理解“生物”的意义所在。通过师生间的交流、讨论，培养学生的探究能力、合作能力、实践能力与创新意识，从而实现课堂教学的根本转变与学生方式的变革，优化学生的学习策略。教学过程

1.创设情境，引入新课

导入： 假如你乘坐宇宙飞船从太空中遥望地球，映入你眼帘的将是一幅由蓝色、绿色和白色等编织而成的美丽图案。蓝色是浩瀚的海洋，绿色是广袤的森林和原野，白色是飘动在海洋和陆地上空的云彩。师：我们生活在一个异常美丽的星球上，你们知道是什么将我们的环境点缀得如此绚丽多彩吗？

生：花、草、树、山石、河流等等。

师：同学们回答得很好，我们的环境就是因为有这些花、虫、鸟、兽和它们栖息的环境，才构成了一幅幅美丽的图画。播放生物与非生物视频。

生：欣赏屏幕上所呈现出的绚丽多彩的大自然。

师：请同学描绘大屏幕中的图像。

师：这些形态各异的物体各自具有不同的形态，但是又都具有共同的特征，它们有的具有生命，有的没有生命。画面中哪些是生物，那些

是非生物？怎样区分？它们有共同特征吗？引出课题──认识生物。小组竞赛，激发兴趣

将师生课前准备的实物放在一起，让各小组将它们按生物与非生物分开，写在纸上，看哪组正确率高。3．质疑启思，讨论问题：

简介科学探究的一种基本方法──观察。简要说明观察主要有哪些方法，观察的过程中要注意哪些问题。

让学生自学课本3-7页，完成第3页“想一想，议一议”和讨论题。尝试说出生物具有哪些共同的特征。

请同学们分组讨论。①怎样区分生物和非生物？②生物有哪些共同特征？

4．讨论与游戏，突破重难点：

师：出示图I-6，I-1，I-10图片中的狮在追辅斑马，植物光合作用，小鸡觅食等等都是生命现象，到底什么是生物呢？生物有哪些共同特征？怎样判断一个物体是否具有生命？请同学们分组讨论。

生：讨论后回答。

学生1回答：“活着的，具有生命的物体是生物。”

学生2回答：“有感情的物体。”

学生3回答：“生物的存活需要养料，要吃东西。”

（1）讨论：植物和动物等都需要什么才能存活？

生：人和动物需要蔬菜、瓜果、肉、粮食等食物，马、牛、羊需要吃草，虎、狼、豹要吃小动物。

师：出示吃饭和饥饿的人图片，让学生得出营养对人很重要的结论。师：人和动物需要营养，那么植物需要营养吗？

生：植物也需要营养，它们需要阳光、空气、水和土壤中的肥料。

师：生物只有在营养充分的情况下才能健康地成长。

总结出：生物的生活需要营养。

（2）游戏：全班进行憋气比赛，看哪位同学憋气时间长。讨论问题是：我们为什么只能短时间的憋气？能否列举一些动物如何进行呼吸？

展示因疾病等原因缺氧的病人用呼吸机抢救的情景，反方面说明呼吸的重要。

师：很好！那么，同学们再思考一下，植物呼吸吗？

生：植物也呼吸，比如夜晚睡觉的屋子里摆放很多的花，容易使人憋闷，贮存白菜的地窖里也是这样。

师：对，植物在有光的情况下，光合作用强于呼吸作用，需要吸收大量的二氧化碳，释放大量的氧气，而夜晚正好相反。

总结出：生物能进行呼吸，绝大多数生物需要吸入氧气，呼出二氧化碳。

（3）提出问题：“为什么要给养鱼缸的鱼经常换水”。

人是有生命的，进行新陈代谢，排出体内废物，其他的生物会排出废物吗？

出示小狗排尿、人流汗等图片，让学生思考讨论的问题：我们每个人自己排出废物的方式有哪几种？

生：“其他的生物也能排出体内产生的废物。例如，小动物可以通过出汗、呼出气体和排尿等方式将废物排出体外。总结出：生物能排出体内产生的废物。（4）猜物品游戏：

课前准备好几个纸箱子，其内放几种动物（如青蛙、蚯蚓等），让学生上台用手摸后猜里面是什么动物。要求全班学生注意观察猜物品的学生碰到动物时产生的缩手反应。学生观察做此游戏的学生反应。简单归纳出人对外界刺激会做出反应。植物等其他生物对刺激是否会做出反应？

学生1回答说：“含羞草的叶子被碰到后，它会合起来。”

学生2回答说：“生物还能对外界刺激发生反应。例如，人用苍蝇拍打苍蝇，苍蝇会立即飞走。”

学生3回答说：“狗看到骨头就会流口水。”

师：这些都属于应激性。教师补充说明含羞草的叶子合起并垂下，其实是在保护叶片。让学生用手碰一下盆栽含羞草的叶子，亲自感受一下。继续说明多数情况下动物的应激性比较明显，植物的应激性大多

表现在向光生长、向地生长和向水生长等方面。总结出：生物都能对外界刺激做出反应。

（5）展示蘑菇生长、种子萌发、菜豆的生长、婴儿的发育、破壳而出的幼鳄等图片。学生讨论后回答。

学生1回答说：“生物体可以从小长大。”

学生2回答说：“生物还可以繁殖。”

师：接着启发学生思考生物还有哪些繁殖方式。想一想动物、植物、细菌怎样繁殖。

学生思考后回答。

总结出：生物能生长和繁殖。

（6）讨论：狗的一家、同一株碧桃上的花、“一猪生九子、连母十个样”等说明生物具有什么现象？ 总结：生物都有遗传和变异的特性

（7）讨论：艾滋病病毒模式图表明，病毒有无细胞结构呢？

总结出：除病毒以外，生物都是由细胞构成的。

请学生思考：自己是否也有这些特征？任举一种你熟悉的生物，它也有这些特征吗？

生：学生思考后回答。

学生回答说：“有。例如，图片中的猎豹，它有情感，也要呼吸，也要营养，也有对外界刺激作出反应的能力，遇到情况会发出声音来传递信息，也能从小长大并繁殖后代。”

5.课堂小结，课后延伸：

师：我们留意了这么多生命现象，相信你们一定会利用这些生物的特征去判断一个物体是否是生物了吧。我们来练习一下。教师打出课本第6页的图片，让学生指出图中钟乳石、珊瑚和珊瑚虫，哪个是生物，为什么？

生：学生讨论后回答。

珊瑚虫是生物，因为只有它具备了生物的特征，具有生命。而钟乳石和珊瑚是没有生物特征的。

师：教师小结：学完这节课后，你们该知道什么是生物了吧？

生：学完这节课后，我知道了什么是生物，凡是具有生命的物体都是生物。它们都具有共同的结构基础，都要进行一系列的生理活动：需要呼吸，需要营养，进行新陈代谢，有生老病死，有传递信息的本领，活动有规律性，可以适应环境，还可以影响环境……

师：今天我们接触到这么多的小生命，看到它们的生命现象，你还认为路旁的一棵树，道边的一朵花，都是那么微不足道吗？

生：不是，它们都有生命。

师：那么我们应该怎样去对待那些具有生命的物体呢？

生：我们应该热爱和保护那些生命，让我们的世界变得更加丰富多彩。

课后练习：1．要了解青蛙与蟾蜍在外形上的异同，应采用的研究方法是＿＿＿＿。

2．下列现象中的物体属于生物的是（）

A． 机器人弹钢琴

B． 火山爆发时岩浆喷出

C ．馒头上长出“白毛”

D． 钟乳石在慢慢长大

3．下列属于生物共同特征的是（）

A．都能运动

B．都能呼吸

C．都有细胞结构

D．都生活在水中

4．下面是猫和鼠的部分生命现象，请分析说明它们各属于生物的何种基本特征

（1）小猫长成大猫属于＿＿＿＿＿。（2）猫生小猫属于＿＿＿＿＿。

（3）猫生猫，鼠生鼠属于＿＿＿＿。

（4）一窝猫中有白猫、黑猫和花猫，这种现象属于 ＿＿＿＿。（5）鼠听到猫叫，立即躲进洞里的现象属于_________________。参考答案：1．观察法 2．C 3．B 4．生长现象 繁殖现象 遗传现象 变异特性

（5）对外界刺激作出反应。

板书设计： 第一节 生物的特征

一、观察：是科学探究的一种基本方法。

二、生物：凡是有生命的物体都叫生物。

三、生物的特征：

1、生物的生活需要营养。

2、生物能进行呼吸。

3、生物能排出身体内产生的废物。

4、生物能对外界刺激做出反应。

5、生物能生长和繁殖。

初一生物 第一节 生物的特征 篇5

生物的特征

教材分析

本节是学生学习生物学的起始节。本节课的主要内容是引导学生在识别身边生物的基础上，描述生物的生命现象，是从学生的生活经验和认知水平出发，让学生在常见的生命现象层面上说出生物的基本特征。学生对于生物的生命现象已有不少感性认识，在教学过程中，教师要充分引导学生联系生活实际，理解生物的基本特征，并能运用所学知识分析某些自己熟悉的生物，从而形成一个基本观点：只有具备这些特征的物体，才是生物。

学情分析

《生物的特征》是本书的开篇之作，教学的对象是刚刚步人中学的七年级学生，这样安排的目的是使学生从生活经验和认知水平出发，了解了什么是生物、生物具备哪些特征，为进一步学习生物打下坚实的基础，并以此激发学生学习生物的兴趣，所以，本课在教材中占有举足轻重的地位。

教学目标 知识与技能

1．通过观察、讨论，理解生物具有的基本特征，并能举例说明。2．理解生物和非生物，学会比较、区分生物和非生物。

3．在观察、讨论和分析的活动中，逐渐培养学生认真观察、积极思维、分析综合的能力。

过程与方法

1．通过观察周围的物体（或教师提供的物体），了解什么是生物。

2．通过观察教材中展示的图片资料和文字资料，尝试说明生物的共同特征包括哪些。

情感、态度与价值观

通过观察教材中的图片资料，了解绿色植物能进行光合作用制造有机物，为自身和其他生物提供有机物。养成爱护植物的习惯，增强热爱大自然、保护大自然的情感，更加热爱生活、珍爱生命。

教学方法

讨论、探索实验式与讲解。

重点难点

重点

1．学生能够举例说明生物具有的共同特征。

2．增强热爱大自然，保护大自然的情感。

难点

培养学生的发散思维能力、观察能力和分析问题的能力。

教学过程

一、导入新课

1．请每名学生说出一种自己熟悉的生物。（不能重复）

2．这些生物有什么共同特征？你是怎样区分它们的？

3．自然界有生物和非生物，生物有哪些共同特征？怎样将不同的生物区分开来？从今天开始，我们来进一步学习《生物学》。（板书课题）

二、融会贯通

什么是生物

师：我们生活在一个异常美丽的星球上，你们知道是什么将我们生活的环境点缀得如此绚丽多彩吗？

生：花、草、树、山石、河流，等等。

师：同学们回答得很好，我们的周围就是因为有了这些花、虫、鸟、兽和它们栖息的环境，才构成了一幅幅美丽的图画。今天我们就来关注一下生物及其生存的环境，进一步了解生物的共同特征。请同学们观看大屏幕。

生：欣赏屏幕上所呈现出的绚丽多彩的大自然。

师：请同学描绘大屏幕中的图像。

生1：空中有白云、飞机、太阳，以及鹰、蝴蝶和蜜蜂。

生2：远处有山林、草地，草地上还有被豹子追赶的羚羊群。

生3：近处一座农家小屋，门前一只母鸡领着一群小鸡在觅食，农夫在种地，小狗趴在门旁吐着舌头，树上有一只小鸟正在巢中休息。农家的不远处有小桥，桥上有车辆和行人。

生4：水面上有一只母鸭领着一群小鸭。水中有游鱼、水草、小虾，草地上还有野兔、蛇，腐烂的老鼠上面有苍蝇等昆虫飞舞。另外，草地上还有大大小小的蘑菇、含羞草和花朵。

师：这些形态各异的物体具有着不同的形态，但是又有共同的特征，它们有的有生命，有的没有生命。请同学们想一想哪些物体是非生物，为什么。

生1：飞机、白云、房屋、太阳、山石、车辆等是非生物，因为它们没有生命。

生2：还有小桥、流水、土地和农具。

师：教师同时单击这些图像，学生都答出后，屏幕显示：“祝贺你，答对了！’’并出现掌声鼓励。

生物的生活需要营养

师：图片中的小鸟在树上休息、小狗跟随主人、母鸡领着小鸡觅食等等都是生命现象，到底什么是生物呢？生物有哪些共同特征？怎样判断一个物体是否具有生命？请同学们分组讨论。

生1：活着的、具有生命的物体是生物。

生2：能对外界作出反应的物体。

生3：生物的存活需要养料、要吃东西。

师：你们列举一下所知道的生物，说说他（它）都需要什么才能存活。

生：需要蔬菜、瓜果、肉、粮食等食物，马、牛、羊需要吃草，虎、狼、豹要吃小动物。

师：人和动物需要营养，那么植物需要营养吗？

生：植物也需要营养，它们需要阳光、空气、水和土壤中的肥料。

师：请大家给予掌声鼓励。生物只有在营养充分的情况下才能健康地成长。生物还有什么共同特征？请举例加以说明。

生物能进行呼吸

生：生物能进行呼吸，如鲸在呼气时产生雾状水柱。

师：很好！那么，同学们再思考一下，植物会呼吸吗？

生：植物也呼吸，比如夜晚睡觉的屋子里摆放很多的花，容易使人憋闷；贮存大白菜的地窖里也是这样。

生物能排出体内的废物

师：对，植物在有光的情况下，光合作用强于呼吸作用，需要吸收大量的二氧化碳，释放大量的氧气，而到夜晚则正好相反。人是有生命的，能进行新陈代谢，排出体内废物．其他的生物也会排出废物吗？

生物能对外界刺激作出反应

生：其他的生物也能排出体内产生的废物。例如，小动物可以通过出汗、呼出气体和排尿等方式将废物排出体外。

师：那么植物呢？也是出汗、排尿吗？点击一片叶子，叶片落下，同时出现声音：“再见，我带一点废物先走了。”

生：植物通过落叶能带走一部分废物，植物也能通过呼吸排出废物。

师：点击多媒体图片中的含羞草，含羞草的叶片合拢起来，同时发出声音：“别碰我，我怕羞！’’引导学生继续思考，并举例说明生物还有哪些特征。

生1：含羞草的叶子被碰后，它会合起来。

生2：生物还能对外界刺激发生反应。例如，人用苍蝇拍打苍蝇，苍蝇会立即飞走。

生3：狗看到骨头就会流口水。

师：这些都是应激性。含羞草的叶子合起并垂下，其实是在保护叶片。

师：让学生用手碰一下盆栽含羞草的叶子，亲自感受一下。继续说明多数情况下动物的应激性比较明显，植物的应激性大多表现在向光生长、向地生长和向水生长等方面。继续让学生思考生物还有哪些特性。

生物能生长和繁殖

师：利用多媒体课件，点击一个鸭蛋，蛋壳破碎后出现一只小鸭。点击水面上的鸭群，伴随着配乐童谣：“门前大桥下，游过一群鸭，快来快来数一数，二、四、六、七、八。”

生1：生物体可以由小长大。

生2：生物还可以繁殖。

师：接着启发学生思考生物还有哪些繁殖方式。想一想动物、植物、细菌怎样繁殖。

生1：除了鸡、鸭可以产卵之外，猫、狗可以产仔。

生2：有的植物用种子繁殖，有的用根繁殖，有的用茎繁殖，还有用叶繁殖的。

生3：还有用细胞繁殖的。

师：生物的繁殖方式有两种：有性生殖和无性生殖。高等的生物一般进行有性生殖，而低等的生物一般进行无性生殖。

补充说明细菌可以进行分裂生殖、酵母菌进行出芽生殖等。

师：生物还有哪些课本没有说到的特征？

生1：生物还有寿命，有生老病死。另外生物也要休息。

生2：生物也会传递信息。例如，蜜蜂发现蜜源后，会回到蜂巢附近跳“8”字形舞，然后引导蜂群飞到目的地采集花蜜。

生3：我从一本刊物上看到有一种高大的树，在长颈鹿吃它的叶子时，它的叶子会产生一种物质，使长颈鹿胃涨难忍，只好吃另外一棵树，结果一样难‘受，原来第一棵树已经把信息传给了附近的树。后来长颈鹿发现了这个秘密，它就跑到更远一点的地方去吃树叶，等树发觉时它就又跑到更远一点的地方去了。

师：同学3的说法是否可信，还有待验证。从同学们的叙述中，不仅可以看到生物之间传递信息这一本领，还可以看出生物适应环境这一本领。另外生物也能影响环境。例如，植被可以保持水土，增加大气湿度，从而可以减少沙尘暴的发生，改善空气质量。接着鼓励学生多观察生物，从而提出更多更新颖的建议。

师：你身边的小动物是否也有这些特征？任举一种你熟悉的生物来说明

生：有。例如：图片中的狗，它有情感，也要呼吸，也要营养，也有对外界刺激作出反应的能力，遇到情况能通过狂叫来传递信息；也能由小长大并繁殖后代。

师：我们观察了这些生命现象，相信你们一定会利用这些特征去判断一个物体是否是生物了吧。我们来练习一下。

师：打出图片，让学生说出图中钟乳石、珊瑚和珊瑚虫哪个是生物，为什么。

生：珊瑚虫是生物，因为只有它具备了生物的特征，具有生命。而钟乳石和珊瑚是没有生物特征的。

师：点击按钮，出现文字：“祝贺你，答对了！”同时发出掌声。

师：学完这节课后，你们该知道什么是生物了吧？

生：凡是具有生命的物体都是生物。它们都具有共同的结构基础，都要进行一系列的生理活动：需要呼吸，需要营养，需要进行新陈代谢，有生老病死，有传递信息的本领，活动有规律性，可以适应环境，还可以影响环境„

生物都有遗传和变异的特性

师：生物体的子代与亲代之间，在很多方面表现出相同的特征，但总有一部分特征并不相同，请告诉我这属于什么现象？

生：这属于生物表现出来的遗传和变异的现象。

师：让我们归纳一下（板书）：

生物的生活需要营养

生物能进行呼吸

生物能排出身体内产生的废物

生物能对外界刺激作出反应

生物能生长和繁殖

除病毒外，生物都是由细胞构成的 生物具有遗传和变异性

师：今天我们接触到这么多的小生命，看到它们的生命现象，你还认为路旁的一棵树、道边的一朵花还是那么微不足道吗？

生：不是，它们都有生命。

三、课堂小结

《生物的特征》说课稿 篇6

松山外国语学校 王巍巍

一、说教材

1．教材所处的地位

依据新课标的设计理念，打破了以往植物学、动物学和生理卫生等学科的编排体系，构建了以人与生物圈为主线的体系，所以把生物圈作为第一单元，把《认识生物》作为第一章，把《生物的特征》作为第一节，说明了本节课在教材中占有举足轻重的地位，只有了解了什么是生物，生物具备哪些特征，才能为进一步学习生物学打下坚实的基础，并以此激发学生学习生物的兴趣。

2．教学目标

根据素质教育的要求和新课标的精神，我确定教学目标如下： 知识目标：了解生物和非生物，比较它们的区别，说明生物具有的共同特征。能力目标：通过观察、讨论，交流，培养学生的观察能力，语言表达能力，以及分析问题和解决问题的能力。

情感目标：培养学生热爱大自然，保护大自然的情感，同时提高学生珍爱生命的意识。

3、教材的重点和难点

根据教材编写意图，以及学生的认知能力，我确定以下教学重点、难点。教学重点：引导学生观察生命活动的现象，并得出生物的基本特征。教学难点：培养学生的发散思维能力及观察、分析问题的能力。

突破重点和难点的关键：通过观察、讨论、分析教材P3-P5的彩图让学生充分观察、思考，并利用已有的知识和生活经验，归纳、总结出生物的共同特征，来突破重点和难点。

二、说学情

本节课的授课对象是还带着稚嫩、具有强烈的好奇心的初一新生，他们还不懂什么是生物学，虽然具有一些小学自然课基础，但对生物的特征只具朦胧的认识，自主、探究、合作学习的能力不强。

三、说教法、学法

针对本节课的教学内容和学生实际，我采用的是观察法、讨论法、探究法等教学方法。把学生生活中熟悉的东西拿来做教具，充分设疑，让学生主动思考，引导学生认识生物，激发他们主动探究生物的特征，以学生自主、探究、合作学习为主，培养他们的学习能力。

四、说教学过程

1、导入新课

一开始上课，先进行一个小组竞赛，教师把师生课前准备的实物放在一起，要求各小组把它们分成生物和非生物两类写在纸条上，看哪组正确率最高，然后排列名次。这种导入新课的方法，抓住了初一学生争强好胜的心理，既激发了学习的兴趣，又增长了学生的竞争意识，而且能提高学生自主、合作的学习能力。

2、合作探究 从上面的竞赛内容，顺理成章地提出本节课要讨论的重点问题：（1）怎样区分生物和非生物？（2）生物有哪些共同的特征？

然后分小组进行讨论，讨论后全班交流，让所有的学生都有发表意见的机会。这样不仅有利于解决问题，还能使不同层次的学生都得到锻炼，真正体现新课标面向全体学生的宗旨。通过这一过程，教师收集学生的正确观点，纠正学生错误的观点，使生物的共同特征在学生头脑中渐渐清晰，以利于接下来的教学顺利进行。

3、教师引导，学生讨论，突破重难点

通过以下的教学过程，使学生进一步理解生物的共同特征，培养和提高学生自主、合作、探究的学习能力，从而突破本节的重难点。

（1）小组讨论：如人为什么要吃饭？动物都要吃东西吗？植物也“吃饭”吗？它们吃什么？这些都说明了什么问题？

问题一出，学生一下子活跃起来，纷纷亮出自己的看法，有的学生还争得面红耳赤。这样既调动了学生的积极性，又能培养他们自主探究的学习能力，使学生在轻松愉快中获得了知识，最后在教师适当的讲解下各小组达成共识，得出结论：生物的生活需要营养。

（2）小组讨论：动物都要排出体内的废物吗？动物还有哪些排出废物的途径？植物是怎样排出废物的？这说明生物都有什么现象？

通过学生的讨论，最后得出：生物都要排出体内的废物。

（3）小游戏、小讨论：拿东西在小组成员眼前晃一下，他会怎样？或拿东西想打他的头，他会怎样？为什么会这样？植物会对刺激做出反应吗？怎样证明你的说法？

对这些现象的原因，学生能解释的很少，而且解释的也不够到位，特别象植物对刺激有明显反映的例子少。这时教师做适当的解释得出结论即可。更多的疑问作为质疑留给学生，激发学生继续学习和探究的欲望。最后总结出：生物能对刺激作出反应。

（4）小竞赛：举例说出生物繁殖的方式，看哪组举的多。谁能说出生物体是由什么组成的？生物都能由小长大吗？

让学生根据已有的知识和生活经验来回答这些问题，比谁的知识丰富，谁为小组作出的贡献大。由此启迪学生，平时要多用功学习，将来才有胜过别人的希望。“教育的艺术不在于传授知识，而在于唤醒、激发、鼓舞”，在学生热情高涨的时候，由学生总结出：生物都能生长和繁殖，除病毒外生物体都是由细胞构成的。细胞是什么样的，学生并不清楚，由此设疑，为以后的学习设下伏笔。

（5）学生讨论：小猫掉到水里，长时间出不来会淹死，死亡原因是什么？植物也要进行呼吸吗？由此你得到什么结论？

通过学生分析讨论，让学生把所知道的告诉给其他同学。通过表达和交流解决实际问题，从而得出：生物能进行呼吸，绝大多数生物需要吸入氧，呼出二氧化碳。

因学生知识有限，只要求知道什么是呼吸，而不能对呼吸进行深入地探究。

4、课堂小结 课后延伸

通过以上的学习，让学生总结出生物的特征，教师进行板书。

同时提示学生通过本节课的学习，我们知道了什么是生物，如果你对课本中提出的生物的特征有什么不同意见而需要补充和建议的话，课后可以进一步观察生物，查阅相关资料。

5、课堂练习

根据学生对本节知识的掌握情况，当堂练习，当堂检测。加强对所学知识的巩固与落实。

五、说教学反思

浅谈生物特征识别 篇7

关键词：生物特征,指纹,虹膜,人脸,声音,签名

身份识别是人类社会生活的一个最基本问题,每一个人,每一天都会遇到,无处不在。早在3000多年前,人类就开始使用机械钥匙,这是最早的身份识别技术。随着近代电子科技的发展,密码、条形码、磁条卡、射频卡、证件走进了人们的生活,但这类身份识别技术都是通过“what you have?”或者“What you know”来实现,其易被伪造、丢失、遗忘,且不方便、不安全,不能真正认证到人本身。于是最新一代的身份识别技术———生物特征识别技术应运而生,它是利用人类固有的生理或行为特征来识别与验证身份的技术,具体包括:生理特征:指纹、人脸、掌纹、掌形、虹膜、视网膜,静脉、耳廓。行为特征:签字、步态、语音、按键力度等。

基于这些特征,人们已经发展了指纹识别、掌纹识别、掌形识别、人脸识别、发音识别、虹膜识别、静脉识别、签名识别等多种生物识别技术。生物特征识别技术被列为21世纪对人类社会带来革命性影响的十大技术之一。

生物特征识别技术是目前最为方便、安全的身份识别技术,它辨识的是人身的固有特征,不需要身外的其他标识物。随着近代科技的发展,这些新型的身份识别方式不断走入人们的日常生活,其带来方便和安全的同时,也带来了对传统物理识别方式的冲击和思考,下面笔者就当前生物特征识别技术的市场现状与发展趋势,做一个粗浅的分析。

人的许多生物特征包括指纹、DNA等是终身不变的,而且这些生物特征具有个体唯一性。因此,相比于,比如密码等技术而言,生物特征识别具有可靠性高,重复率小的特点。由于这些特点。生物识别技术是目前最为方便与安全的识别技术,它不需要记住复杂的密码,也不需随身携带钥匙、智能卡之类的东西。生物识别技术认定的是人本身,没有什么能比这种认证方式更安全、更方便了。由于每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性,不易伪造和假冒,所以利用生物识别技术进行身份认定,安全、可靠、准确。此外,生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现,很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合,实现自动化管理。

生物特征识别技术是根据每个人独有的可以采样和测量的生物学特征和行为学特征而进行身份识别的技术。从而生物特征就不像各种证件类持有物那样容易被窃取,也不像密码、口令那么容易遗忘或破解,所以在身份识别上体现了独特的优势,近年来在国际上被广泛研究,并且也具有广阔的应用领域和市场前景。随着计算机和网络技术的发展,信息安全显示出前所未有的重要性,而身份识别作为保证信息安全的必要前提,也越来越受到重视。

指纹识别是使用最早也是最成熟的生物特征识别技术。指纹是手指末端正面皮肤上的呈有规则定向排列的纹线。采集得到的指纹图像是手指表面脊和谷的映像组合。一般情况下每个人都有其独特的指纹,但是其不足是:某些人或群体的指纹特征很少,难以成像。

虹膜是位于眼睛黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分,总体上呈现一种由里到外的放射状结构,包含有很多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等细节特征,医学上认为这些特征在出生之前以随机组合的方式确定下来,一旦形成终生不变。虹膜识别技术是利用虹膜终身不变性和差异性的特点来识别身份的,自然界不可能出现2个一样的虹膜,其准确性是各种生物识别中最高的。其识别技术主要有:图像获取、模式识别匹配。图像人脸识别的准确性虽然不如虹膜、指纹等的识别,但是由于其直观性和无侵害性而最为人们所接受。根据人脸表征方式的不同,通常将人脸正面识别技术分为三大类:基于几何特征的识别方法、基于代数特征的识别方法和基于连接机制的识别方法。

随着网络经济和互联网技术的发展,我国的经济、军事、社会各方面活动都越来越依赖于互联网,特别是电子商务和金融方面。与此同时,计算机网络上出现利用网络窃取盗用他人信息的电子攻击现象也越来越多。非法登录计算机的案件正呈上升趋势,在电子商务中假冒当事人上网采购所造成的欺诈案也在逐渐增多,甚至有孩子假充家长上网采购的案例。另外,我国也出现了使用盗窃来的身份证造成移动电话通信的损失和用他人信用卡疯狂透支的案件。

在进行身份认证时,相对传统的身份认证技术生物特征识别技术还是有一定的优势的,但其也存在着一定的缺陷。任何技术都存在着一定的针对性和局限性。比如说,人手指受伤时,指纹这个生物特征在被识别过程中的准确性就可能受到影响。非法用户制造有着相同指纹的“橡胶手指”冒认合法用户在技术上也是可以实现的。同传统身份认证技术一样,生物特征信息在传输过程中也有可能被截获或篡改,存储在数据库中的信息也可能会被修改,这些都会使得合法用户的身份认证受到影响。这种跨系统攻击是今后生物特征识别技术面临的主要问题。

虽然存在很多原因导致生物特征识别技术的应用不够普遍,当很多这方面的专家学者都已经提出了很成熟的理论和设想,特别是在指纹识别方面,可行性非常大,有着异常巨大的市场前景。我相信不出5年,这项技术将大范围地应用到电子商务领域。

参考文献

[1]张鹏飞,李德胜,王祁.一种新颖的虹膜识别方法[J].光电工程,2005,(05).

[2]张军华,袁理.2010年生物特征识别国内外标准化动态[J].信息技术与标准化,2010,(12).

[3]生物特征识别技术应用及发展[J].中国安防,2009,(04).

[4]田启川,张润生.生物特征识别综述[J].计算机应用研究,2009,(12).

生物生物的特征教案 篇8

关键词：生物化学；说课；DNA复制；基本特征

中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）18-002-01

说课是教师将自身现有的知识储备经过再加工，设计出一套易于接受、理解的方案，通过课堂教学传授给学生，达到传递知识的初衷。设计方案主要为了让学生能充分利用短暂且有限的课堂教学，理清知识，整合体系。之于教，这是提升的途径；之于学，这是反刍的过程。

生物化学与分子生物是一门基础性学科，主要研究生命物质的结构及功能、物质代谢及其调控和遗传物质的传递（分子生物学）三部分。对于医学院校学生，修学生物化学与分子生物学这门课程，有助于整体性、概括性的理解生命体，进一步探讨疾病、亚健康和健康间异同点，指导临床实践中的诊断、治疗。

一、说教材

1、教学内容及作用

《DNA复制的基本特征》是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材《生物化学与分子生物学》（人民卫生出版社）第十四章第一节的内容。本节是遗传信息的传递部分，关于复制特征的总领性概括，是学习分子生物学的开始。就知识体系而言，承接构成生命的物质、机体代谢及其调控两部分学习之后，围绕中心法则展开对生命的探索。

接触任何知识，搭建整体框架尤为重要。DNA复制作为遗传信息传递的基础，其特征是分子生物学部分的总概。首先了解一般性、基础性规律，有助于知识从共性到个性的迁移；有助于理论从浅显到深入的探讨，有助于教学从灌输式到启发式的转变。

2、教学目标

学习的目标：根据遗传信息的传递（分子生物学）学习特点，围绕中心法则逐步展开。掌握DNA复制的三大基本特征，同时着重强调遗传的保真性。

教学的目标：通过基本特征的讲授，启发学生发散思维，整合知识体系。将DNA复制的基本特征与之后学习的RNA的生物合成、蛋白质的生物合成进行联系；与之前学习的核酸相关知识进行整合。教会学生自主学习的方法，培养学生自主学习的能力。梳理知识、体系间巧妙的相关性，建立一套适宜的思维体系。

3、教学重难点

课程的教学对象是中医院校二年级学生，已经对生物体内的化学组成，健康与疾病问题有了相关了解。鉴于本部分内容从微观分子水平阐述遗传物质的传递，掺杂较多新名词、新概念且需要一定的空间思维想象，学生理解上存在一定难度。通过对教学内容的全面分析，结合教学大纲要求，以复制叉为主线，串联讲解重难点。

二、说教法

根据教学要求及具体讲授专业情况，将本章节（第十四章第一节《DNA复制的基本特征》）安排为1课时（40min）。教学内容设计为：新课导入（5min），主要内容教学（30min），归纳总结（5min）。整体采用“总—分—总”的模式推进。

首先引导学生对已学知识回顾、总结，将《生物化学》大致分述为三部分，前两部分已完成学习，而后接触到遗传物质传递（分子生物学）部分相对较为微观、抽象，联系中学阶段已接触到的重要概念——“中心法则”进行讲解。其次通过“中心法则”叙述的DNA、RNA、Protein引出三条主线，而本次课程讲授DNA的生物合成。最后利用“复制叉”串联第一节DNA复制基本特征。

三、说学法

课堂上主要采用课件加板书形式呈现教学内容。利用学科特点（从实验归纳出结论）从经典实验入手，学习DNA复制的三个基本特征。同时，利用“复制叉形象的记忆，达到课后复述、应用目的。

四、说教学过程

1、引入（5min）

回顾中学阶段“中心法则”内容，构建基本学习框架，即DNA、RNA及蛋白质相关内容。本课时以DNA复制的基本特征为主。通过引导学生对相关经典实验回顾、分析，梳理DNA复制基本过程，导出“复制叉”概念。

2、讲授新课（30min）

围绕“复制叉”，以课件加板书的形式呈现其图例。依次结合常用实验技术（同位素标记、示踪，密度梯度离心，放射自显影等），从经典实验中得出相关结论。教学过程以启发式为主，给予学生充分的时间思考，理性推导，自我总结。从原核体系入手，由简到繁，将相关结论推及真核体系。全过程充分调动学生积极性，避免“填鸭式”，增加讲授趣味性。

3、归纳总结（5min）

DNA复制的基本特征是复制过程的综合提炼，利用“复制叉”这一重要概念将全过程串联，便于学生记忆的同时，也能拓展涵盖相关知识，如冈崎片段、前导链、后随链等。

参考文献：

[1] 查锡良.药立波.生物化学与分子生物学学[M]. 北京：人民卫生出版社，2013

[2] 唐炳华. 生物化学[M]. 北京：中国中医药出版社，2012

[3] 林 凡.高冬.王一峥.等.生物化学“糖代谢”说课设计方案[J].卫生职业教育，2013，13：54-55

[4] 姜小军.高校教师说课技巧刍议[J].教育与职业，2012，3：176-177