生物的特征

生物的特征（通用7篇）

生物的特征 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

生物的特征 篇2

远程身份认证是保护用户在网络活动中的隐私和安全的首道防线。生物特征认证技术以其便携, 不易遗忘, 状态定, 不易伪装且“人人都有, 人各不同”的优势在身份认证领域中广受关注, 并被引入到远程认证环境中。本文在对国内外基于生物特征的远程认证技术的基础上, 分别针对单服务器和多服务器两种环境认证流程进行探讨。

单服务器环境

在单服务器环境中, 用户与服务器的关系为多对一, 即多个用户寻求一个服务器的服务, 用户只有经过服务器认证后才能获取服务。在基于生物特征的单服务器认证中, 使用的安全因素包括口令、智能卡、生物特征, 参与方是客户和服务器如图模式1, 有些认证也包括注册中心如图模式2。

模式1中认证中心充当服务器, 客户向认证中心注册, 认证中心向用户颁发包含认证信息的智能卡。用户请求服务时, 客户首先通过智能卡认证, 然后客户和认证中心进行身份认证。Chang等提出了一个使用模式1的保护用户隐私的远程医疗认证方案。Chang等的方案在注册阶段口令信息以明文形式传输, 生物特征提取算法使用不当, 双因素退化认证, 不能抵抗篡改攻击, 未实现密钥协商, 并且在口令更改阶段存在漏洞。

模式2中, 服务器与注册中心是相互独立的, 客户和服务器分别向注册中心注册, 注册中心向用户颁发认证使用的智能卡。服务器同样向注册中心注册, 获取认证信息。用户需求服务时, 客户首先通过智能卡认证, 客户和服务器之间进行身份认证, 注册中心并不参与其中。Lee等提出的一种使用模式2的有效使用智能卡的单服务器环境的认证方案。然而该协议不能抵抗用户伪装攻击、口令猜测攻击和生物特征猜测攻击、缺乏三因素认证、服务器密钥不安全。

多服务器环境

分布式环境是服务和资源分布于多个服务器上, 这些服务器共同向用户提供服务, 它属于多服务器范畴。无论是安全性和实用性, 多服务器认证比单服务器认证具有更高的要求。目前已有的基于生物特征的多服务器认证模式如图3所示。

Chen等基于该模式提出一种能保证前向安全和有效性的三因素 (指纹特征, 智能卡, 口令) 多服务器远程认证方案。在注册时, 用户向注册中心注册, 并获取注册中心颁发的智能卡, 每个服务器同样需要向注册中心注册, 获取注册中心颁发的身份认证信息。在认证时, 用户向需求服务的服务器请求身份认证, 并向服务器发送身份认证信息, 用户发送的信息经过服务器处理后连同服务器的身份认证信息一起, 由服务器发送给注册中心, 注册中心通过接收的信息对服务器和用户的身份进行认证, 并将认证结果返回给服务器, 再由服务器将结果反馈给用户。然而该协议在登录过程无口令验证, 口令更改阶段存有漏洞, 生物特征直接存储, 用户需进行记忆的数据多, 且无法识别相同用户与服务器的ID重复注册, 未实现用户或服务器的匿名。

总结与展望

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.

生物的特征教学反思 篇4

其次，在讲述生物的生活需要营养时，我提问：“植物是怎样获取营养物质的?”答案，有阳光，空气，水，无机盐，土壤等等，我告诉他们，土壤只是给植物提供水和无机盐的载体，而阳光仅仅提供能量，但植物的生存是需要物质的，仅有水和无机盐是远远不够的，还需要有机物，那有机物将从何来?有同学就说：“植物可以自己制造有机物。”于是同学们结合小学学的光合作用知道的植物获得营养的途径：吸收外界的水无机盐和二氧化碳通过光合作用制造出葡萄糖，淀粉等有机物。“动物是怎样获得营养物质的?”同学们根据生活中的一些动物获得营养的方式总结出：动物不能自己制造有机物，它需要以植物或其它动物为食来获得营养。在讲生物能排出身体里产生的废物时，我发问：“动物怎样排出身体里产生的废物?”同学们结合自己的生理现象得出人和动物排出废物的方式：排尿，出汗，呼出气体。植物能否排出身体里产生的废物?有同学回答：“植物通过落叶带走部分废物”.在讲述生物能对外界刺激作出反应时，我请同学们找出动物等对外界刺激作出反应的例子，同学们回答踊跃，如兔子看见狼会跑，猫看见老鼠会追。。。。。。我又问，是不是不能移动的植物对外界刺激不能做出反应?回答是否定的，同学们很快找出植物也能对外界刺激作出反应的例子，像含羞草被触动叶子会卷起来，向日葵会葵花朵朵像太阳，植物的向水性，向光性。接着我出示多媒体课件，让学生了解病毒，植物细胞，动物细胞，同学们知道了病毒是生物，但不具有细胞结构。也知道除病毒以外，生物都是由细胞构成的。

最后是总结和检查效果阶段，通过提问及做练习，检查学生的课堂效果。

我在教学中把握整个课堂，适当地激发学生的思维，多让学生用身边的例子进行讨论，自己得出结论。扎扎实实抓好生物概念，生物规律等基础知识的教学，在具体教学中，充分利用实物，对生物规律的讲解中，注意引导学生通过分析，概括，抽象，推理，归纳等思维活动得出结论。通过教学，培养学生科学的思维方法，收集资料的能力，语言表达等方面的能力和良好的学习习惯。

生物的特征教学设计 篇5

我说课的内容是人教版生物学六年级上册第一单元第一章的第一节《生物的特征》。我想从以下几个部分来进行我今天的说课，说教材、说教法、说教学设计。

一、说教材

（一）教材分析

新教材的生物学，它是以人与“生物圈”为主线，所以把生物圈放在了第一单元，我们知道生物圈是由生物和非生物组成的，而这个生机勃勃的生物圈主导者是：生物。把“认识生物”作为第一章是情理之中的事，为了让学生更好的认识生物，掌握生物的基本特征就显得非常必要，所以“生物的特征”便顺理成章地成了初中生物学的第一单元第一章中的第一节，可见本节课的教学内容在初中生物学中占有举足轻重地位。因为只有了解了什么是生物，并掌握了生物的基本特征，才能为以后生物学的学习打下了良好的基础。本课教材内容的按排也独具特色，首先，通过简单明了而又通俗易懂的文字逐一描述了生物的基本特点，符合初一新生的认识水平，达到了过目不忘的效果。其次，每一基本特征都配有学生耳熟能详的相关图片，丰富了学生的感性认识，加深了学生对生物各种基本特征的理解。

（二）教学目标 根据课程标准，教参分析，以及教材内容分析，学生实际情况，确定以下教学目标：

1、知识目标

（1）通过辩认具体事例，区别生物与非生物。（2）举例说明生物的基本特征。

2、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。

3、情感目标

通过本节课的学习，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。

（三）教学重点、难点

根据教材编写意图，以及学生的认知能力，确定以下教学重点，难点。

1、教学重点

学生能够举例说明生物的各种基本特征。

2、教学难点 作为生物之一植物的各种基本特征的理解。

二、说教法

本节课所采用的教学法主要有以下几种：观察法，同桌讨论，小组合作交流等教学法。在这些教学法的引导下，充分调动了学生主动探索的热情，不同层次的学生都利用自己已有的知识和生活经验积极思考，畅所欲言，与同学一起共同理解了什么是生物，也掌握了生物的基本特征。同时学生的观察能力，语言表达能力，分析问题、解决问题的能力在不知不觉中得到提高，也让学生深刻地体验到了自主获取知识的成就感，学习热情、学习积极性进一步被激发。

三、说教学设计

（一）创设情境，导入课题

1.多媒体课件呈现《超震撼----毁灭世界的力量》由于人类对自然界的破坏，导致了自己生存家园的毁灭。培养学生热爱大自然，保护大自然的情感。

2.多媒体课件呈现本校园景色，老师叙说，我们美丽的校园，是一个由生物和非生物组成的生态系统。那么，我们怎样来区分生物圈中生物与非生物？生物具有哪些基本特征？这是我们今天这节课所要学习的内容，板书课题：生物的特征。设计意图：对刚入学的初一新生来说，把自己校园当成情景引入课堂，使他们感到非常的亲切，同时让同学们感知到，生物学离我们们并不遥远，就在我们身边，从而激发学生学习生物的兴趣，同时也让学生明确了本节课的学习内容。

（二）区分生物与非生物

学生同桌讨论交流，我们校园里哪些是生物？哪些是非生物？并根据自己已有的知识和生活经验说一说自己判断的理由。

设计意图：从学生身边的熟悉事物说起，学生容易从脑海中提出生活经验，经过讨论得出校园的生物有：人、树、鸟等，非生物有桌子、黑板、石块等，并根据这些丰富的表像推导总结得出：像人、鸟、树这样有生命的物体就是生物。并且这些问题是在与同桌讨论交流过程中，不知不觉中得到解决的，从而让学生体验到学习的乐趣。结论：生物的概念：生物是有生命的物体。

（三）生物特征的学习

1、创设情境，激起疑问

通过同学们在日常生活中的常识学生同桌讨论交流，我们校园、教室里哪些是生物？哪些是非生物？并根据自己已有的知识和生活经验说一说自己判断的理由。（以教室里的学生和课桌为例）设计意图：学生和课桌对于我们的学生来说是非常熟悉的，学生能很快的分辨出学生是生物，课桌是非生物。但是让他们找出区别，学生的第一反应就是人会动而桌子不会动。为此我又列出一组图片让学生分析。所以此环节把学生带入疑惑之中，激起学生进一步探究的欲望。

2、过渡语：你若要准确地判断桌子是不是生物？还得进一步掌握生物的基本特征。

设计意图：通过简单明了的过渡语，引导学生自然过渡到生物的基本特征这知识点的学习。

3、初步感知生物的基本特点

学生根据老师以及学生自己课前准备的各种各样生物实物、以及大屏幕展示的插图，并结合自己已有的知识、生活经验，以小组合作讨论交流的方法，初步探讨生物具有哪些基本特征。

设计意图：小组合作交流是学生最喜欢的一种学习方式，它能为学生营造一个轻松愉快的学习氛围，在这样的氛围中不同层面的学生都能畅所欲言，说出自己的所思所想，与同学的思维发生碰撞，所以在此教学过程中生物能呼吸、生物能排出体内废物、生物能对外界刺激作出反应，生物能生长、繁殖，生物的生活需要营养等基本特征，不知不觉地在学生头脑中形成表像，获取了丰富的感性认识，从而为进一步深刻地理解生物的基本特征打下伏笔。设计意图：先让学生根据小组讨论的结果回答问题，后仔细观察多媒

4、逐一理解生物的各种基本特征。（1）、理解生物的生活需要营养

提名小组代表发言，举例说明生物圈中的生物要生存需要最基本的物质基础是什么？随后利用多媒体呈现：人为了生存要吃饭等食物，食肉性动物要以其它动物为食；食草性动物如：马、牛、羊要吃草等植物才能维持生命。同时利用多媒体演示绿色植物光合作用的过程，让学生仔细观察这些图片及动画，再引导学生总结得出：生物的生活需要营养物质。

设计意图：体呈现的相关图片，动画。特别是植物吸收无机物，创造有机物的动画演示，使植物的生存也需要营养物质，这看不见、摸不着的生命现象，活灵活现地展现学生面前，丰富了学生的感性认识，随后在老师的引导下，把感性认识上升为理性认识，概括得出：生物的生活需要营养物质。这样层层推进教学程序，符合学生的认知能力，利于学生知识的构建。（2）、理解生物能进行呼吸

首先全班学生玩憋气游戏，看谁坚持得更久。如果卧室放很多植物有什么危害？分析原因小组讨论。然后多媒体展示植物呼吸实验。设计意图：通过游戏，让学生身临其境地体会到人必须呼吸才能生存，随后的动画演示以及学生的讨论，让学生更加深刻地理解到，不仅动物要呼吸，植物同样也要进行呼吸，最终在头脑中汇总得出：生物能进行呼吸。

（3）、理解生物能排出身体内产生的废物

提名小组代表回答：你自己通过什么方式把体内的废物排出？植物又是如何排出废物的？随后多媒体课件出示动、植物排出体内废物的图片，学生认真观察。

设计意图：通过学生根据自己的生活经验回答以上问题，以及对多媒体课件图片的观察，认识到动物通过出汗、呼吸、排尿等方式排出体内废物，而植物是通过落叶把体内废物带走，从而学生水到渠成地感悟到：生物能把自己身体内产生的废物排出。（4）、理解生物能对外界刺激作出反应，老师轻拍一位学生的头，学生抬头，问：“他为何抬头？在展示一些关于动物和植物对于外界刺激做出反应的图片。

设计意图：通过眼前情境，实物演示，学生在这些教学资源的引领下，自然而然总结出：生物对外界刺激能作出相应的反应。（5）、理解生物能生长和繁殖 老师提问：你们一生下来就这样大吗？随后多媒体课件动画演示红狐的成长过程；菜豆的生长、鳄鱼的产卵等图片学生观察，然后小组讨论这些生物是怎样繁殖后代的？

设计意图：首先联系学生生活实际，从学生自身说起，再通过多媒体动画演示学生不易觉察的多种生物的生长和繁殖过程，使这些微观的生命现象，直观地呈现在学生眼前，丰富了学生的知识，拓展了学生视野，从而理解了生物能生长和繁殖这一基本物征。（6）、理解生物具有遗传和变异的特征

老师提问：想一想自己与父母有哪些地方长得相似，又有哪些不同？随后多媒体课件动画演示猪的一家、一株玉米长出的不同颜色的籽粒。学生观察，然后小组讨论找相同点和不同点。引用生活谚语 “龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞”、“种豆得豆，种瓜得瓜”和 “一母生九子，九子各不同”让学生分析这几句谚语的意思。

设计意图：首先联系学生自己，从学生自身说起，再通过多媒体动画演示学生平时经常见到的而且又没有注意观察的一些生物现象，从而找出相同的特征和不同的特征。提高了学生的观察能力。通过一些生活谚语让学生了解遗传和变异这两概念。

5、总结：生物的特征

6、补充（1）生物既能适应环境，也能影响环境。

案例1：水葫芦的过度繁殖引起水生动物的大量死亡 案例2：人类的过度砍伐导致大量野生动物灭绝

设计意图：让学生意识到人类活动是影响生态系统的最大因素。人们在发展经济的同时应当遵循生态系统的发展规律，保持生态系统的稳定，以达到人与自然的和谐发展。

（2）除病毒以外，生物都是由细胞构成的。

（四）、课堂小结：

与同桌说一说，你今天的收获。然后全班交流总结本节课所学内容，多媒体课件呈现什么是生物，及生物的基本特征等知识点。设计意图：学生通过对本节课所学内容的回顾，巩固了所学知识，同时使知识条理化，利于知识的构建，学生的归纳概括能力也得到相应提高。

（五）、巩固练习

1、多媒体课件重新呈现珊瑚与珊瑚虫图片，再次让学生判断它们是生物还是非生物？为什么？

2、以自己或选一种生物，与同桌说一说，自己或其它生物是否也有这些基本特征？

设计意图：巩固运用所学内容，体会到学以至用的乐趣，体验到获取知识的成就感。

（六）、课外拓展

生物特征计算进展 篇6

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

生物的特征 篇7

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