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關(guān)鍵詞：生物技術(shù);生物信息學(xué);教學(xué);實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）47-0123-02

生物信息學(xué)（Bioinformatics）是在生命科學(xué)的研究中，以計算機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析的科學(xué)，是一門新興的交叉學(xué)科。生物信息學(xué)針對生物學(xué)問題，發(fā)展各種算法及軟件，對迅速增長的浩如煙海的核酸和蛋白質(zhì)序列進行收集、整理、儲存、、加工等，目的在于通過生物信息學(xué)手段及分析，逐步認識生命的起源、進化、遺傳和發(fā)育的本質(zhì)，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語言，揭示生物體生理和病理過程的分子基礎(chǔ)，為探索生命的奧秘提供合理和最有效的方法或途徑[1]。作為當(dāng)今生命科學(xué)和自然科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一，生物信息學(xué)已成為介于生物學(xué)和計算機科學(xué)前沿的重要學(xué)科。實驗室的每一項技術(shù)，從簡單的克隆、PCR到基因數(shù)據(jù)分析都需要在計算機上應(yīng)用生物信息學(xué)的方法進行處理。因此，對生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生而言，具備一定程度的理解和應(yīng)用生物信息學(xué)方法和技術(shù)的能力是十分必要的。

目前，國內(nèi)外許多高等院校相繼開設(shè)了生物信息學(xué)課程，我校也于2007年針對生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生開設(shè)了此門課程。該課程不僅是一門新興的學(xué)科，而且學(xué)習(xí)難度大，理論課內(nèi)容相對枯燥，如何讓學(xué)生更好地掌握本門課程的內(nèi)容，是教師在教學(xué)過程中值得深思的問題。實驗教學(xué)是幫助學(xué)生理解抽象理論知識的有力手段，在教學(xué)中顯得尤為重要，但由于開設(shè)專業(yè)的特殊性，生物信息學(xué)實驗教學(xué)一直比較薄弱。本文對過去實驗教學(xué)中存在的問題進行了分析，并針對問題結(jié)合《基因工程原理》課程以及自己的科研對教學(xué)內(nèi)容進行了優(yōu)化和教學(xué)方法上的改進，取得了一定的成效。

一、過去教學(xué)中存在的問題

（一）實驗課教學(xué)學(xué)時偏少

生物技術(shù)專業(yè)五年制生物信息學(xué)課程總學(xué)時為72學(xué)時，其中理論48學(xué)時，實驗24學(xué)時。生物信息學(xué)課程最主要的目標是培養(yǎng)學(xué)生通過在線程序或利用生物信息學(xué)軟件來分析生物學(xué)問題的能力，有效解決學(xué)生實驗學(xué)時不足，實際操作時間少，解決實際問題能力較弱的問題。

（二）與其他課程聯(lián)系較少

生物信息學(xué)課程開設(shè)在生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)進程的第6學(xué)期，此時學(xué)生已具備普通生物學(xué)、細胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)免疫學(xué)、遺傳學(xué)、基因組學(xué)、基因工程原理等生命科學(xué)的基礎(chǔ)知識。但是，在生物信息學(xué)理論課和實踐課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，如查閱的文獻、分析的目的則由授課教師自行指定，忽略了與其他課程的聯(lián)系，不利于學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)專業(yè)課的知識。

二、教學(xué)體系的改革和完善

（一）增加實驗課教學(xué)學(xué)時

從2012年起，我校生物技術(shù)專業(yè)由五年制調(diào)整為四年制，同時在修訂教學(xué)進程的時候?qū)W(xué)時調(diào)整為理論36學(xué)時，實驗36學(xué)時，理論課結(jié)束后即為該內(nèi)容的實踐部分，以此增加學(xué)生的實踐訓(xùn)練時間。

（二）將基因工程原理實驗課程與生物信息學(xué)實踐相聯(lián)系

在基因工程原理的實驗中，我們把家蠅防御素基因作為目的基因，主要設(shè)計的實驗內(nèi)容包括：（1）目的基因的獲得：利用PCR技術(shù)擴增已經(jīng)克隆到pMD-18T載體上的家蠅防御素基因;（2）pSK質(zhì)粒載體的小量制備;（3）目的基因與載體的酶切;（4）目的基因與載體的連接;（5）大腸桿菌感受態(tài)細胞的制備;（6）重組質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化;（7）重組子的藍白斑篩選;（8）菌落PCR鑒定重組子[2]。

在學(xué)生對基因工程實驗內(nèi)容熟悉的基礎(chǔ)上，我們在生物信息學(xué)的教學(xué)過程中對學(xué)生提出問題：家蠅防御素基因現(xiàn)有的研究現(xiàn)狀是怎樣的？PCR擴增目的基因的過程中引物該如何設(shè)計？獲得陽性重組子后我們?nèi)绾闻袛喃@得的插入序列就是目的基因呢？

針對這樣的疑問，我們結(jié)合基因工程實驗對教學(xué)內(nèi)容進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整：（1）PUBMED獲取文獻信息：由學(xué)生通過PUBMED查找近五年發(fā)表的有關(guān)家蠅防御素基因研究的文獻;（2）核酸序列分析：以家蠅防御素基因為對象，分核酸序列的檢索、搜索開放閱讀框（ORF）、限制性酶切分析、引物設(shè)計、載體序列識別、核酸序列的比對、分子質(zhì)量/堿基組成/堿基分布分析和序列轉(zhuǎn)換共8大部分內(nèi)容進行講解和學(xué)生實踐操作;（3）蛋白質(zhì)序列分析：同樣以家蠅防御素蛋白為對象，分蛋白質(zhì)序列檢索、蛋白質(zhì)序列比對、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析（蛋白質(zhì)的氨基酸組成、分子量、等電點、親疏水性分析、跨膜區(qū)分析、信號肽分析）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測（蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)預(yù)測）共5大部分內(nèi)容進行講解和指導(dǎo)學(xué)生進行實踐操作。

（三）以科研促進生物信息學(xué)的教學(xué)改革

筆者所在課程組主要集中于功能基因組學(xué)的研究，涉及了功能基因的獲取、生物信息學(xué)分析、功能驗證等方面的內(nèi)容。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中，參與到教師的科研課題中，學(xué)會運用生物信息學(xué)所學(xué)知識實際解決科研問題。學(xué)生可自行完成從文獻的查閱、目的序列的獲?。ㄓ晒矓?shù)據(jù)庫獲得或?qū)嶒炇覝y序獲得）、基因序列的分析、理論推導(dǎo)氨基酸序列基本性質(zhì)的分析及結(jié)構(gòu)和功能的預(yù)測、系統(tǒng)發(fā)育分析，如有可能，學(xué)生可通過實驗的方法驗證生物信息學(xué)分析的結(jié)果，同時鼓勵學(xué)生自主選擇感興趣的基因、蛋白進行課程設(shè)計研究，實踐結(jié)束后學(xué)生將結(jié)果以論文形式提交給教師。

三、教學(xué)探索的成效

生物信息學(xué)是一門實踐性很強的學(xué)科，實驗教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生的重要手段，在該門課程學(xué)習(xí)中有著舉足輕重的作用。在醫(yī)學(xué)院校生物技術(shù)專業(yè)生物信息學(xué)課程的教學(xué)中，立足于生物醫(yī)學(xué)視角的實踐教學(xué)，以與醫(yī)學(xué)相關(guān)的基因、蛋白質(zhì)等數(shù)據(jù)作為研究的主體，結(jié)合基因工程實驗教學(xué)改革生物信息學(xué)的授課內(nèi)容，有利于學(xué)生對專業(yè)課程知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。同時，結(jié)合生物信息學(xué)研究前沿和自主科研課題成果，形成科研教學(xué)相融合的實踐性教學(xué)，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，進而激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新能力。教學(xué)與科研形成相輔相成的互助關(guān)系，科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，明顯充實了教學(xué)內(nèi)容，提升了教學(xué)水平和學(xué)生能力。在教學(xué)改革探索過程中，已有學(xué)生參與到課題組的科研工作中，利用所學(xué)的生物信息學(xué)知識，通過指定題目或自主選題，順利完成畢業(yè)實習(xí)并發(fā)表了科研論文《印鼠客蚤線粒體COⅡ基因的克隆、序列測定和分子系統(tǒng)學(xué)分析》[3]、《美洲大蠊i型溶菌酶基因的克隆及其功能預(yù)測》[4]、《致倦庫蚊防御素基因的克隆與原核表達及蛋白純化》[5]、《德國小蠊致敏原Blag 2的Glu 233突變的分子對接研究》[6]、《伏馬菌素B1特異單鏈抗體的同源建模及分子對接模擬研究》[7]等，證明生物信息學(xué)課程教學(xué)改革切實可行。

參考文獻：

[1]郭麗，趙楊，柏建嶺，等.醫(yī)學(xué)院校生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)生物信息學(xué)教學(xué)探索[J].南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2013，10（5）：457-460.

[2]張潔，王S，劉紅美.結(jié)合科研改進基因工程實驗教學(xué)的教學(xué)實踐[J].教育教學(xué)論壇，2012，28（42）：70-71.

[3]王S，張迎春，張春林，等.印鼠客蚤線粒體COⅡ基因的克隆、序列測定和分子系統(tǒng)學(xué)分析[J].貴州科學(xué)，2012，30（5）：35-39.

[4]王S，龍高群，張春林，等.美洲大蠊i型溶菌酶基因的克隆及其功能預(yù)測[J].動物醫(yī)學(xué)進展，2012，33（9）：21-27.

[5]王S，王吉平，張春林，等.致倦庫蚊防御素基因的克隆與原核表達及蛋白純化[J].動物醫(yī)學(xué)進展，2012，33（11）：45-50.

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(一)背景及意義

二十一世紀我國將面臨人口眾多、交通擁擠、醫(yī)院容量有限,以及由于獨生子政策導(dǎo)致的日益嚴重的人口老齡化等一系列嚴重的社會問題,遠程醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展可望為我們提供一個緩解上述問題的有效途徑。最簡單的遠程醫(yī)療形式是通過PSTN(公共電話網(wǎng)絡(luò))進行心電(ECGs)的遠程解釋,但目前的遠程醫(yī)療技術(shù)研究與試驗則是伴隨當(dāng)前IT技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的一個范圍更加廣泛,意義更加深遠的新興領(lǐng)域。它是現(xiàn)代通訊技術(shù)和計算機與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物,它利用電子通訊及多媒體技術(shù)實現(xiàn)遠距離醫(yī)學(xué)檢測,監(jiān)護,咨詢,急救,保健,診斷,治療,以及遠距離教育和管理等等。遠程醫(yī)療旨在通過提供一種管理良好、高效和跨越時空障礙的全新醫(yī)療保健服務(wù)模式,最終達到共享醫(yī)療保健資源,降低醫(yī)療保健費用,提高醫(yī)療效率和質(zhì)量的目的。另外,在戰(zhàn)場救護,交通等意外事故危重病人的緊急處理等方面,遠程醫(yī)療技術(shù)也有很大的應(yīng)用價值!廣義地講,遠程醫(yī)療是指醫(yī)護人員利用通訊和電子技術(shù)來跨越時空障礙、向人們提供醫(yī)療保健服務(wù)。根據(jù)不同的應(yīng)用,遠程醫(yī)療又可分類為遠程監(jiān)護,遠程治療,遠程會診和遠程教育等等。

(二)發(fā)展過程

最早的遠程醫(yī)療雛形可以追溯到1905年Einthoven等人利用電話線進行的心電圖數(shù)據(jù)傳輸實驗。但真正具有一定實用價值的遠程醫(yī)療系統(tǒng)在50年代才開始出現(xiàn),該系統(tǒng)可以通過電話線和專用線傳送簡單的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。而在70~80年代遠程醫(yī)療開始利用電視系統(tǒng)傳輸醫(yī)學(xué)圖像,即以遠程放射醫(yī)學(xué)(Tele-radiology)為主。隨著現(xiàn)代微電子學(xué)、通訊技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,在90年代人們開始實踐與評估該系統(tǒng)在遠程醫(yī)療咨詢、遠程教育、遠程專家會診等多方面的應(yīng)用。近幾年來,隨著醫(yī)用數(shù)字影象設(shè)備如CT、MRI、B超以及DSA等的迅速普及,促使越來越多的醫(yī)院采用數(shù)字圖像存儲通訊系統(tǒng)(PACS,PictureArchivingandCommunicationSystem),逐步實現(xiàn)醫(yī)院的無膠片管理,為普及遠程醫(yī)療奠定了良好基礎(chǔ)。當(dāng)前,遠程醫(yī)療系統(tǒng)技術(shù)的技術(shù)支持有:交互視頻影像設(shè)備(interactivevideo),高分辨監(jiān)視器(high-resolutionmonitors),計算機網(wǎng)絡(luò)(computernetworks),蜂窩電話(cellulartelephones),高速開關(guān)系統(tǒng)(high-speedswitchsystems),以及以光纖和衛(wèi)星通信為核心的信息高速公路等。需要說明的是,在目前的中國,由于網(wǎng)絡(luò)的普及面仍然十分有限,在一些中小縣城市,既缺少高水平的醫(yī)療專家又缺少足夠帶寬的信息網(wǎng)絡(luò),患者的經(jīng)濟能力也十分有限。在這種背景下,基于電話線的遠程醫(yī)療服務(wù)在一定程度上滿足了當(dāng)前的需求,顯示出了一定的發(fā)展空間,值得國內(nèi)的醫(yī)療電子企業(yè)重視。

(三)適宜范圍和初步的臨床效果

遠程醫(yī)療技術(shù)(Tele-medicine)最大的作用在于它對農(nóng)村和不發(fā)達國家的那些得不到良好服務(wù)的人群提供健康護理服務(wù)。在這些地方,合格醫(yī)生的缺乏是一個很大的問題。其他需要遠程醫(yī)療的地方包括:邊遠的兵站,需要保密的地方,出院后病人的監(jiān)護,家庭監(jiān)護,病人教育,醫(yī)學(xué)教育等。有些醫(yī)學(xué)部門,如放射學(xué)(radiology),病理學(xué)(pathology)和心臟病學(xué)(cardiology),他們需要高保真的電子醫(yī)務(wù)數(shù)據(jù)和圖像為診斷服務(wù),因而特別適合于采用遠程醫(yī)療。隨著遠程醫(yī)療技術(shù)的成熟,它能夠提供服務(wù)的醫(yī)學(xué)部門和范圍也會隨之相應(yīng)地增加。比如,以下這些領(lǐng)域的遠程醫(yī)療實踐正在逐步增多:矯形外科學(xué)(orthopedics),皮膚病學(xué)(dermatology),精神病學(xué)(psychiatry),腫瘤學(xué)(oncology),神經(jīng)病學(xué)(neurology),兒科學(xué)(pediatrics),產(chǎn)科學(xué)(obstetrics),風(fēng)濕病學(xué)(rheumatology),血液學(xué)(hematology),耳咽喉科學(xué)(otolaryngology),眼科學(xué)(ophthalmol-ogy),泌尿科學(xué)(urology),外科(surgery)等?？偟膩碚f,有關(guān)報告顯示,遠程醫(yī)療提供了醫(yī)生與遠端之間的可靠的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和音頻視頻通信。通過將遠程醫(yī)療和直接的醫(yī)生診斷相比較發(fā)現(xiàn),二者沒有大的差異。這些初步的結(jié)果說明,遠程醫(yī)療提供了與醫(yī)院相當(dāng)?shù)姆?wù)質(zhì)量。目前,遠程醫(yī)療已被成功地用于直接的病人監(jiān)護,它明顯地改進了醫(yī)生的診斷能力和對病人的處理選擇。遠程醫(yī)療在臨床醫(yī)學(xué)中的作用已被完全證實,它的使用情況已經(jīng)超過了立法和行政部門的步伐。因此,在未來健康監(jiān)護工業(yè)的發(fā)展策略中,遠程醫(yī)療應(yīng)是一個不可忽略的因素。一個重要的目標是實現(xiàn)兩個“所有”:方便地實現(xiàn)所有的醫(yī)學(xué)服務(wù)和面向所有的地方。

(四)遠程醫(yī)療系統(tǒng)與信息技術(shù)

很顯然,遠程醫(yī)療(Tele-medicine)應(yīng)當(dāng)有許多不同的系統(tǒng)和技術(shù)要求(分級的)。但大致可分為兩類:實時的(RealTime,RT)和先收集后處理的(store-and-forward,SAF)。對于RT交互模式,病人與現(xiàn)場醫(yī)生或護理人員一起在遠處,專家在醫(yī)學(xué)中心。對于SAF模式,所有相關(guān)的信息(數(shù)據(jù)、圖形、圖像等)用電子方式傳到專家處,在這里,專家的反應(yīng)不必是立即的。在大多數(shù)情況下,幾小時或幾天后才能收到專家的報告。一種理想的遠程醫(yī)療系統(tǒng)當(dāng)然是同時具備RT和SAF兩種模式,但顯然這種復(fù)合模式意味著顯著增加的費用。例如,一個理想的RT-SAF組合,需要在急診室內(nèi)或附近有一個基站,并在遠處有多個對病人實施治療計劃的地方,那里帶有診斷室或移動的監(jiān)護單元。基站需要有控制系統(tǒng)或工作站、在線的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫、視頻相機和監(jiān)護儀、微型耳機和話筒以及圖形圖像輸入設(shè)備。在遠端,需要有完全可移動的視頻相機和監(jiān)護儀、各種診斷設(shè)備、圖形圖像輸入設(shè)備、PC或工作站等。如上所述,當(dāng)前的技術(shù)可以使得遠程醫(yī)療系統(tǒng)具有可靠的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和視頻-音頻通信(在醫(yī)學(xué)中心的醫(yī)生和遠端病人之間),能夠提供與到醫(yī)院就診相當(dāng)?shù)姆?wù)。隨著遠程醫(yī)療的范圍和廣度的擴展,需要進一步關(guān)注的技術(shù)和臨床問題包括:傳輸?shù)膱D像、視頻信息的知覺質(zhì)量以及其他臨床完善性所要求的程序;當(dāng)前技術(shù)能夠提供的檢查的透徹性,以及遠程醫(yī)療服務(wù)和當(dāng)前臨床常規(guī)檢查的有機結(jié)合問題等。遠程醫(yī)療當(dāng)中的一個重要技術(shù)成份是通信系統(tǒng),它的基本的傳輸介質(zhì)是銅質(zhì)電纜、光導(dǎo)纖維,微波中繼,衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)。一個混合的網(wǎng)絡(luò)可能是,衛(wèi)星傳送用于很遠距離的情況,光纖用于視頻圖像,銅電纜傳數(shù)據(jù)、信號和控制信息。RT、SAF兩種模式的通信要求都可以預(yù)測。RT模式要求短時間內(nèi)傳送大量的信息,它強調(diào)的重點是傳輸、交換和交互的時間。它的決定性因素是容許能力(傳輸速率和帶寬)。而SAF模式則對傳輸速率和帶寬的要求不大。只要能將整塊的數(shù)據(jù)傳送就行。一般的多媒體遠程醫(yī)療系統(tǒng)應(yīng)具有獲取、傳輸、處理和顯示圖像、圖形、語音、文字和生理信息的功能。按照遠程醫(yī)療系統(tǒng)的組成劃分,它一般由三個部分構(gòu)成:用戶終端設(shè)備,醫(yī)療中心終端設(shè)備和聯(lián)系中心與用戶的通訊信息網(wǎng)絡(luò)。不同的遠程醫(yī)療應(yīng)用,對通訊系統(tǒng)和系統(tǒng)終端設(shè)計又有不同的要求。相應(yīng)的設(shè)備費用也依要求的不同而變動較大。

(五)相關(guān)的有待解決的技術(shù)問題

仍然有待解決的,與遠程醫(yī)療全面、廣泛地實施有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)問題包括:數(shù)碼醫(yī)院的建立,目前有些醫(yī)院己有醫(yī)院信息系統(tǒng)(HIS)和圖像歸檔與通信系統(tǒng)(PACS—picturearchivingandcommunicationsystem)和DICOM(Digitalimagingandcommuni-cationsinmedicine)。醫(yī)院現(xiàn)有的這些系統(tǒng)是遠程醫(yī)療的重要組成部分,它們的擴展是建立遠程醫(yī)療系統(tǒng)的一個有利條件。此外,還需要建立標準的醫(yī)學(xué)信息庫;開發(fā)功能可靠、操作方便的終端設(shè)備•以及接口技術(shù)問題,因為遠程醫(yī)療系統(tǒng)涉及多種醫(yī)療設(shè)備與通訊系統(tǒng)的連接,建立通用的標準接口將會減少系統(tǒng)建立時的復(fù)雜程度和節(jié)省費用;系統(tǒng)加密問題,以確保醫(yī)療數(shù)據(jù)在通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸中的安全性,維護病人的隱私權(quán);家庭以及偏遠地區(qū)的寬頻通訊問題,初期通訊網(wǎng)絡(luò)的鋪建應(yīng)考慮到遠程醫(yī)療的用途。目前,有關(guān)研究主要集中在:(1)人-機接口和通訊網(wǎng)絡(luò)的研究,主要解決各種信息的有效上網(wǎng)和傳送;(2)傳感器技術(shù)的研究,目標在于研制有源、無線和小型的換能器,實現(xiàn)生理信號的方便而可靠、準確而無損的測量;(3)各種先進的數(shù)據(jù)與圖像壓縮方法的研究,在盡可能減低有用信息丟失的同時,達到盡可能高的壓縮率,最終實現(xiàn)遠程醫(yī)療數(shù)據(jù)與圖形圖像信息的的高效傳輸;(4)醫(yī)學(xué)信息與數(shù)據(jù)傳輸安全問題的研究,為相應(yīng)的立法等提供技術(shù)保證。

二、醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與三維醫(yī)學(xué)圖像處理

(一)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)

1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線,并被應(yīng)用于醫(yī)學(xué),產(chǎn)生了以X光照片為標志的醫(yī)學(xué)影象學(xué)。此后的整個20世紀可以說是醫(yī)學(xué)成像的盛世。面對各種紛紛涌現(xiàn)的眾多成像模式,我們不僅要問:這些成像技術(shù)各有何特點?它們的發(fā)展前景又如何呢?到目前為止出現(xiàn)的所有成像方法,幾乎都與核或電磁有關(guān)。如果從利用的電磁波的頻率高低上對醫(yī)學(xué)成像模式進行分類,在靜態(tài)場領(lǐng)域有電生理成像,低頻領(lǐng)域有阻抗CT,高頻領(lǐng)域有微波CT,光領(lǐng)域有光學(xué)CT,在更高的頻率領(lǐng)域有X線CT。其中X線CT早已進入實用的階段。此外還有利用磁場相互作用機制的磁共振成像技術(shù)(MRI)。加上最近受到重視的一些功能成像方法,如功能磁共振成(fMRI)和正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)(PositronEmissionTomography,PET)等,如此眾多的醫(yī)學(xué)影象手段提供了大量的有關(guān)病人的各種信息,包括形態(tài)的和功能的、靜態(tài)的和動態(tài)的等,被廣泛應(yīng)用于診斷和治療,成為現(xiàn)代化中必不可少的手段和工具。

1•電阻抗斷層成像技術(shù)

電阻抗斷層成像技術(shù)(ElectricalImpedanceTomography,EIT)是近些年來興起的一項醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。其基本思想是利用人體組織的電特性差異形成人體內(nèi)部的圖像。它通過體表電極向人體送入一交流電流,在體表不同部位測量產(chǎn)生的電壓值,由此重檢一幅電極位置平面的人體組織電特性圖像。這種圖像不僅包含了解剖學(xué)信息,更為重要的是,某些組織和器官的電特性隨其功能狀態(tài)而改變,因此圖像也包含了功能信息在內(nèi)。此外加上對人體幾乎無創(chuàng)傷、廉價、操作簡便等優(yōu)點,EIT受到了日益廣泛的關(guān)注。但由于受到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和算法等因素的限制,目前該技術(shù)并不十分成熟,基本處于實驗室階段。EIT技術(shù)根據(jù)測量目標的不同可以分為兩類:靜態(tài)EIT和動態(tài)EIT。靜態(tài)EIT以測量對象內(nèi)部電阻(導(dǎo))率的分布為成像目標;而動態(tài)EIT則是測量對象內(nèi)部的電阻(導(dǎo))率的相對變化量的分布為成像目標。由于動態(tài)EIT技術(shù)只需反映阻抗的相對變化量,相應(yīng)地,其算法簡便、快速,可以實時成像,而且系統(tǒng)對具體目標形狀有較高的魯棒性。雖然由于假設(shè)條件難以滿足、推導(dǎo)過程不嚴格等缺點使得動態(tài)EIT的成像質(zhì)量不高,但由于其對人體形狀和電極擺放位置的適應(yīng)性強、能反映變化的信息等優(yōu)于靜態(tài)EIT的這些優(yōu)點,它已被用來進行臨床研究。相信隨著算法的改進和成像質(zhì)量的提高,動態(tài)EIT有望在臨床上發(fā)揮更大的作用。

2•電生理成像技術(shù)

電生理成像技術(shù)指基于體表電磁信號的觀測,進行的體內(nèi)電活動情況成像的技術(shù)。具體有心電磁和腦電磁問題兩大類。但兩類問題在技術(shù)上是密切相關(guān)的,它們分別是利用測量得到的心電圖(Electrocardiogram,ECG)和腦電圖(Electroen-cephalogram,EEG)來研究人體的功能。這里以腦電為例,其中又可以分為兩個層次,一為腦電源反演,一為成像。在成像方面,人們希望能從頭皮上獲得的空間分辨率較低的電位分布推算出皮層表面上空間分辨率較高的腦電電位分布,因也稱為高分辨率EEG成像。人們相繼發(fā)展了等效源方法(Sidmanetal,1992;Yao,2000),有限電阻網(wǎng)絡(luò)法(楊福生等,1999),和球諧譜分析方法(Yao,1995)。腦電源反演就是利用測得的頭皮電位,推算顱骨內(nèi)腦電活動源的空間位置的一項技術(shù)。其具體方法有非線性優(yōu)化算法和子空間分解算法。在這些方法中,大都是以某一時刻的電位觀測值為已知信息,唯有子空間分解算法是直接建立在一段觀測記錄之上,從而較好地同時利用了觀測記錄中的時間和空間信息,因而受到了廣泛的重視(Mosher,1992;堯德中,2000)。電生理成像技術(shù)與其它的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)如CT、MRI等相比,具有其不可替代的獨特功能。它檢測的是生物體的自發(fā)(或誘發(fā))的功能信息,是一種真正的非損傷性的成像技術(shù),且可以進行長期檢測,而fMRI等只能檢測誘發(fā)的間接的功能信息。另外一個優(yōu)點就是它具有很高的時間分辨率。目前的一個重要發(fā)展方向是,電生理成像技術(shù)與其它影像技術(shù)相結(jié)合(如EEG與fMRI結(jié)合),實現(xiàn)優(yōu)勢互補,以得到兩“高”(高時間分辨率和高空間分辨率)的結(jié)果,幫助研究人員進行更精確的分析和判斷。

3•微波CT

微波CT可以說是一種比較新的成像模式,它是1978年才被提出來的。它的基本原理是:利用電磁波的傳輸特性,通過測定透過身體的電磁波來重建體內(nèi)圖像。微波CT大體可以分為兩大類:被動測定型和主動測定型。被動測定型也可以稱為無源型,利用的是由生物體發(fā)出的屬于微波范圍的那一部分電磁波,如人體熱輻射等,最終獲得熱圖像(因此,類似的還有紅外成像);主動測定型也叫有源型,是用外部入射微波照射生物體,然后利用透過微波和反射微波重構(gòu)圖像,獲得的是形態(tài)圖像。微波CT作為一種醫(yī)學(xué)成像模式,它的主要特點是,同X-CT相比更容易查出癌變組織;與超聲相比更有利于肺的診斷;不存在電離輻射的危險性。微波CT需要解決的最大問題是如何提高空間分辨率。要想提高分辨率,必須縮短波長,提高頻率,但波長愈短其在體內(nèi)的衰減愈大。同時,微波在介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生的衍射和散射會造成重建圖像的模糊。所以提高微波CT的圖像分辨率是一件極為困難的工作。隨著技術(shù)的進步和圖像分辨率的提高,微波CT將很有希望成為新一代的醫(yī)學(xué)成像手段。

4•光學(xué)CT

光學(xué)CT也將是21世紀的重要研究領(lǐng)域。其基本思路是將光輸入待測組織,測量其輸出,重建該組織。由于人體對可見光是屏蔽的,但對紅外或紅外波段的光有一定的穿透能力,利用它進行斷層成像。光學(xué)CT大致可以分為內(nèi)稟(Intrinsic)光學(xué)成像、光學(xué)相干層析成像、光子遷移技術(shù)成像等幾種。內(nèi)稟信號指的是,由組織活動(如神經(jīng)元活動)引起的有關(guān)物質(zhì)成分、運動狀態(tài)的改變而導(dǎo)致起光學(xué)特性發(fā)生變化,而這種變化在與某些特定波長的光量子相互作用后得到的包含了這些特性的光信號。通過成像儀器探測到這些光信號的某一時間間隔內(nèi)的空間分布,進而重建組織圖像。無損傷內(nèi)稟光學(xué)成像方法近年來正加緊研究,以期用于人腦功能的研究。光學(xué)相干層析成像,即將光學(xué)相干剖析術(shù)(OCT)用于成像,它是采用低相干的近紅外光作為光源,采用特制干涉儀完成光的相干選通,這樣接收到的信號就只包含尺度相應(yīng)于相干長度的一薄層生物組織的信息。若同時加以掃描,就能得到三維剖析圖像。OCT技術(shù)從提出至今雖然只有短短幾年的時間,但已表現(xiàn)出極為誘人的應(yīng)用前景。目前它已在視網(wǎng)膜及黃斑疾病的早期診斷,皮膚、腸、胚胎檢測等領(lǐng)域發(fā)揮出巨大的作用。這種技術(shù)已成為國內(nèi)外在生物光學(xué)方面的一個活躍點。利用靈敏的探測器和適當(dāng)?shù)闹貦z算法,就可以確定測量組織的光學(xué)特性。通過檢測組織的光學(xué)特性,可用于腫瘤診斷、代謝狀態(tài)動態(tài)監(jiān)護、藥物分析及光動力學(xué)治療等場合。光子遷移技術(shù)成像(PhotonMigrationImaging,PMI)利用的是在紅光和近紅外光譜區(qū),生物組織的某些不同成分對于光的散射和吸收表現(xiàn)出不同特性,而且在不同生理狀態(tài)下的組織光學(xué)參數(shù)也不大相同。高頻調(diào)控的正弦入射光經(jīng)組織傳播后,由于吸收和散射延遲了光子行程時間,引起了相位和光子能量密度的變化,顯著和精確的相位變化體現(xiàn)了吸收的變化。光學(xué)方法正處于迅速發(fā)展之中,一方面,與XCT、MRI等其它成像方法相比,光學(xué)CT具有價格低廉、運行安全,另一方面,它體積小重量輕,特征信號容易獲得,技術(shù)發(fā)展成熟。光學(xué)CT還有一個吸引人的優(yōu)勢是,它在空間分辨力和時間分辨力這兩個基本的成像性能上可以說是首屈一指,目前已達約5mm的物方象素和每秒25幀以上的視頻速度。因而可以預(yù)料,光學(xué)CT會在醫(yī)學(xué)研究和臨床等方面發(fā)揮越來越大的作用。

5•正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)

正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)(PositronEmissionTomography,PET)作為一種傳統(tǒng)的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù),它的歷史可以追溯到1932年,在那一年CarlAnderson在研究宇宙射線所拍的云室照片時發(fā)現(xiàn)了β+的存在;此后不久ErnestLawrence發(fā)明了可發(fā)射β+核素的回旋加速器,這些是實施PET的兩個不可缺少的前提條件。PET的成像原理是,將由發(fā)射正電子β+的核素標記的藥物由靜脈注入人體,隨血液循環(huán)至全身。正電子與人體內(nèi)的電子相遇并湮滅產(chǎn)生兩個背對背的γ光子,這對具有確定能量的光子可以穿透人體,被體外的探測器接收,從而得到正電子在體內(nèi)的三維密度分布及這種分布隨時間變化的信息。PET的標記藥物很豐富,且這些核素的半衰期都很短,病人所受到的輻射劑量可以說是微乎其微,并可在短期內(nèi)進行重復(fù)測量。盡管PET具有近乎無損的測量、三維動態(tài)成像、定量檢測化學(xué)物質(zhì)分布及實現(xiàn)真正的功能成像等獨特的優(yōu)點,但早期由于對短壽命核素認識的不足及探測技術(shù)缺乏等原因,直到1976年第一臺全身(whole-body)PET才正式投入市場并應(yīng)用于臨床。此后PET才真正開始進入了一個蓬勃發(fā)展的時期。目前全世界已有上百家的PET中心,利用PET進行臨床醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、腦科學(xué)等方面的研究。在臨床方面,主要用于診斷神經(jīng)類疾病、心臟疾病、癌癥等,也可輔助設(shè)計治療方案和評估藥物療效,并可用于探討一些神經(jīng)類疾病的發(fā)病機制。因為各種精神類疾病,如癲癇、精神分裂癥、癡呆等,以及腦腫瘤、腦血管病等,都將引起血流、葡萄糖和氧代謝的異常,PET即可通過測量這些生理參數(shù)來診斷疾病。同時,PET的獨特優(yōu)點也給神經(jīng)科學(xué)提供了觀測手段,被越來越多地用來研究人類的學(xué)習(xí)、思維、記憶等的生理機制,幫助人類進一步了解自身。因為給正常人不同的刺激(如光、語言等)或讓其進行不同的活動(如記憶、學(xué)習(xí)、喜怒哀樂等),也將引起不同腦區(qū)域的血流和代謝的變化,進而幫助研究腦的功能。相信在不遠的將來,隨著PET技術(shù)的進一步成熟,PET將會成為診斷和研究上不可缺少的工具。

6•X-線成像技術(shù)

X-線成像技術(shù)可以說是在醫(yī)院當(dāng)中應(yīng)用的最傳統(tǒng)、最廣泛的一種醫(yī)學(xué)影象技術(shù)。X-線圖像建立在當(dāng)X-線透過人體時,各種臟器與組織對X-線的不同吸收程度的基礎(chǔ)上,因而接收端將得到不同強度的射線,傳統(tǒng)的做法是將之記錄在膠片上得到X膠片。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,這種傳統(tǒng)方法的弊端日趨突顯出來。當(dāng)X-線圖像一旦形成,其圖像質(zhì)量便不能做進一步改善;不便于計算機處理,也不便于存儲、傳輸和共享等。在評價20世紀X成像技術(shù)時,多數(shù)資深專家均認為影像的數(shù)字化是最新、最熱門及最重要的進展。數(shù)字化成像可以利用大容量磁、光盤存儲技術(shù),以數(shù)字化的電子方式存儲、管理、傳送、處理、顯示醫(yī)學(xué)影象及相關(guān)信息,使臨床醫(yī)學(xué)徹底擺脫對傳統(tǒng)硬拷貝技術(shù)的依賴,真正實現(xiàn)X-攝影的無膠片化。目前采用的直接數(shù)字化X-線影象的方法主要有兩種:直接X-線影象探測儀(DirectRadiographyDetector,DRD)和平板探測儀(FlatPanelDetector,FPD)。DRD最早由Sterling公司申請專利,現(xiàn)已進入商品化階段。FPD由Trexell公司研制成功。這兩項技術(shù)的發(fā)展方向均是設(shè)法進一步提高分辨率和實時性。數(shù)字影像可以說是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運而生。1981年第15屆國際放射醫(yī)學(xué)會議上首次展出了數(shù)字放射新產(chǎn)品。進入90年代中后期,國外已經(jīng)推出了多種新型的數(shù)字化X-線影象裝置;傳統(tǒng)X-線裝置中的X-線乳腺影像設(shè)備也已數(shù)字化。到目前為止,市場上的數(shù)字化的X-線影像設(shè)備已占70%以上?？梢灶A(yù)期,數(shù)字化的X-線影像設(shè)備將逐步成為市場的主宰,并將使21世紀的X-線診斷發(fā)生令人矚目的變化。

7•磁共振成像(MRI)

在磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)領(lǐng)域,自從1946年哈佛大學(xué)的E•M•Purcell和斯坦福大學(xué)的F•Bloch發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象并因此獲得1952年諾貝爾物理獎起,直到70年代初,它一直沿著高分辨核磁共振波譜學(xué)的方向發(fā)展,成為化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域研究分子結(jié)構(gòu)不可缺少的分析工具。1972年R•Damadian注冊了第一個關(guān)于核磁共振成像的專利,提出了磁共振成像的思想,并指出可以用磁共振成像儀掃描人體檢查疾病。1982年MRI掃描儀開始應(yīng)用于臨床。由于質(zhì)子(1H)結(jié)構(gòu)簡單,磁性較強,是構(gòu)成水、脂肪和碳水化合物的基本成分,所以目前醫(yī)學(xué)上主要利用質(zhì)子(1H)進行MRI成像。其成像主要利用磁共振原理,以一定寬度的射頻脈沖磁場使具有磁性核的原子產(chǎn)生共振激發(fā);被激發(fā)的原子核的退激時間的長短反映了磁性核周圍的環(huán)境情況。通過測量生物組織退激過程中磁化強度的變化,即可獲取反映內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像。磁共振成像由于其空間分辨率高、對人體危害性小、又能提供大量的解剖結(jié)構(gòu)信息等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于臨床診斷。隨著技術(shù)的發(fā)展和需求的提高,動態(tài)成像或功能成像是未來世紀MRI的研究方向(functionalMRI,fMRI)。一個成功的應(yīng)用是用外面的造影劑或內(nèi)生的血氧度相關(guān)效應(yīng)(BOLD)描述視覺皮層的活動。BOLD的成像原理是基于血紅蛋白的磁化率隨脫氧過程而急劇變化。在靜脈血管內(nèi)脫氧血紅蛋白濃度發(fā)生變化時,會在血管周圍引起磁場畸變,而這種變化可以被探測記錄下來。在功能神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域中,BOLD成像有很多優(yōu)點。這類研究完全非侵入性,產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)與解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)是完全配準的。BOLD技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較好,它在解釋大腦在正常和病理狀態(tài)的功能方面很有前途。迄今為止,fMRI雖然只有短短幾年的歷史,但理論與實驗都已取得了許多有重要意義的結(jié)果。它的最大優(yōu)點是無損傷(不用外源介質(zhì)),可以直接進行反復(fù)的非侵入性的功能測量。與同樣屬于功能成像的PET相比,fMRI則是更新的技術(shù),成像速度比PET快,而且提供了更好的空間分辨率。fMRI未來的發(fā)展方向是,一要進一步加強對fMRI信號的實質(zhì)的認識和理解,這是基本的前提。另一方面,從實驗設(shè)備的硬件和軟件的結(jié)合上進一步提高靈敏度和分辨率(包括時間分辨率和空間分辨率),這是核磁共振現(xiàn)象的本質(zhì)決定的一個永恒的研究主題。除了以上與電磁或射線相關(guān)的成像技術(shù)外,還有基于超聲波的多種結(jié)構(gòu)、組織和功能的成像技術(shù),這里不再詳述。

(二)三維醫(yī)學(xué)圖像處理

醫(yī)學(xué)圖像處理是指對已獲得的圖像作進一步的處理,其目的或者是使不夠清晰的圖像復(fù)原,或者是為了突出圖像中的某些特征信息,或者是對圖像做模式分類等。隨著技術(shù)的發(fā)展,醫(yī)學(xué)圖像的處理已開始從二維轉(zhuǎn)向了三維,以求從中獲得更多的有用信息。三維醫(yī)學(xué)圖像分析所包含的研究問題很廣,目前主要有:圖像的分割、邊緣檢測、多模式圖像和數(shù)據(jù)的配準(Registration)和融合(Fusion)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、圖像的快速重建和顯示、圖像處理算法性能評估、信息集成(Informationintegration)和傳輸技術(shù)等。所有這些的研究都可以集中到如下兩個方面:

1•圖像的融合和可視化

醫(yī)學(xué)影象技術(shù)的發(fā)展為臨床診斷和治療提供了包括解剖圖像和功能圖像在內(nèi)的多種圖像模式。臨床上通常需要將同一個病人的多種成像結(jié)果結(jié)合起來進行分析,以提高醫(yī)學(xué)診斷和治療水平。比如在放射治療中,CT掃描可以用于計算放射劑量的分布,而MRI可以很好地定位病灶區(qū)域的輪廓。常規(guī)的方法(如將幾張圖像膠片掛在燈箱上)使醫(yī)生很難對幾幅不同的圖像進行定量分析,首先要解決的這幾幅圖像的嚴格對準問題。所謂醫(yī)學(xué)圖像配準與融合,就是通過尋找某種空間變換,用計算機圖像處理技術(shù)使各種影象模式統(tǒng)一在一個公共坐標系里,融合成一個新的影象模式顯示在計算機屏幕上,使多幅圖像的對應(yīng)點達到空間位置和解剖結(jié)構(gòu)上的完全一致,并突出顯示病灶或感興趣部位,幫助醫(yī)生進行臨床診斷,制定放射治療計劃和評價等。近年來醫(yī)學(xué)圖像配準和融合技術(shù)的研究和應(yīng)用日趨受到醫(yī)學(xué)界和工程界的重視。對醫(yī)學(xué)圖像匹配方法的分類可以有多種不同的標準。1993年,VandenElsen等人對醫(yī)學(xué)圖像匹配的方法進行了分類,歸納出了多達七種分類標準。一般的匹配方法的實現(xiàn)步驟為:特征提取;特征配對;選取圖象之間的幾何變換、確定參數(shù);執(zhí)行變換?；谔卣鼽c選取的不同,匹配算法可以分為兩種:基于外部特征的圖像配準方法和基于內(nèi)部特征的圖像配準方法?；谕獠刻卣鞯膱D像配準通常是在研究對象上設(shè)置一些標志點(如采用螺絲植入骨頭方法固定立體定位框架等),使這些標志點在不同的影象模式中均有顯示,然后以這些共同的標準點為標準對圖像進行配準。這種配準方法因為不受圖像畸變等因素的影響,所以精度很高,可達1~2mm,可以作為評估基于內(nèi)部特征的圖像配準方法的標準。但其植入式的特點會給患者帶來一定的痛苦,一般僅限于手術(shù)室使用。目前的研究集中在基于內(nèi)部特征的圖像配準方法上,這種方法一般是用圖像分割方法提取醫(yī)學(xué)圖像中相對運動較小的解剖結(jié)構(gòu),如點(血管分叉點等)、2D輪廓線、3D曲面等。用這些提取出來的特征對之間的位置變化和變形來確定圖像之間的變換和配準。配準的精度取決于圖像分割的準確性。這種方法優(yōu)點之一就是其回溯性,即以前獲取的圖像(沒有外標記點)也可以用內(nèi)部特征點進行匹配。目前,基于內(nèi)部特征的圖像配準方法比較成熟并已廣泛應(yīng)用于臨床。但目前大多數(shù)模糊動態(tài)圖像的精確分割和特征提取仍是一個尚未完全解決的問題。最近又發(fā)展了一種直接利用所謂的基于體素相似性的配準方法,又稱為相關(guān)性方法,它是直接利用不同成像模式的灰度信息的統(tǒng)計特性進行全局最優(yōu)化匹配,不需要進行分割和特征提取。因此這種方法一般都較為穩(wěn)定,并能獲得相當(dāng)準確的結(jié)果。但是它的缺點是對圖像中的噪聲信號敏感,計算量巨大。在目前出現(xiàn)的各種相關(guān)性算法,如互相關(guān)法(correlation)、聯(lián)合熵法(jointentropy)、相對熵法(relativeentropy)等算法當(dāng)中,臨床評估的結(jié)果是相對熵法(又稱為互信息法,mutualinformation)是最精確的。醫(yī)學(xué)影像的三維重建和可視化也是一個值得關(guān)注的問題。常規(guī)影像如CT、MRI等得到的均為組織的二維切片,醫(yī)生很難直接利用它們進行分析、診斷和治療。三維醫(yī)學(xué)圖像的重建將有助于觀察復(fù)雜結(jié)構(gòu)的立體形態(tài);有利于醫(yī)生制定放射治療計劃;有助于神經(jīng)外科手術(shù)的實施;有助于對不同治療方案進行評估等。對三維圖像重建算法的研究,近幾年來國內(nèi)外學(xué)者進行了許多探討。目前通用的做法是,先從切片圖像中提取出物體輪廓信息,重建三維結(jié)構(gòu),再由計算機圖形學(xué)中的光線跟蹤法(RayTracing),根據(jù)一定的光照模型和給定的觀察角度、光源強度和方位來模擬自然景物光照效果,計算物體表面各點的灰度值,最終構(gòu)成一幅近似自然景物的三維組織或器官圖像。目前各種各樣的圖像所涉及的數(shù)據(jù)量越來越大,各種算法也越來越復(fù)雜,所以處理時間也較長,而用戶則希望實時、快速地得到圖像處理結(jié)果,及時用于診斷與治療。因此,醫(yī)學(xué)圖像處理的加速也是一個主要的研究方向。為了提高系統(tǒng)的運行速度,當(dāng)然有許多方法可以考慮。除了算法上的改進外,應(yīng)用多處理器進行醫(yī)學(xué)圖像處理與分析的加速是一種不錯的方法。在有些情況下可以直接利用DSP進行加速。

2•基于影象的計算機輔助治療方法及系統(tǒng)

發(fā)展各種醫(yī)學(xué)影象的最終目的就是為了更細致的了解人體的結(jié)構(gòu)和功能,輔助醫(yī)生對病人做出診斷和治療,提高人類的生活質(zhì)量。目前以此為目標的研究主要有:基于影象的三維放療計劃系統(tǒng)、立體外科手術(shù)仿真系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)中的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等。在過去的放射治療時,先有醫(yī)生根據(jù)CT或MRI膠片上的定位標志點來計算病灶的三維坐標,然后根據(jù)病灶位置和形狀布置焦點,經(jīng)計算機計算出等劑量線,在燈箱上用打印輸出的劑量線與膠片上的病灶進行對比,如不吻合則重新規(guī)劃焦點。反復(fù)重復(fù)直到滿意為止。最后計算出每個焦點的治療時間?？偟恼f來這個過程很不方便,而且可能會引起很大的誤差。目前臨床上開始采用的三維放射治療計劃系統(tǒng)則大大方便了腫瘤醫(yī)師的工作。在整個治療計劃的計算機化過程中,可以說是涉及到了三維醫(yī)學(xué)圖像處理的各個環(huán)節(jié),如圖像配準與融合、輪廓提取、三維重建等。三維放療計劃系統(tǒng)的推出不僅提高了醫(yī)生的工作效率,而且精度大大提高,是以后腫瘤治療中心制定放療計劃的常規(guī)工具。今后放射治療的方向是適形放射治療(ConformalRadiotherapy,CR)。該方法通過旋轉(zhuǎn)照射或靜態(tài)多射野照射,使得高劑量區(qū)劑量分布的形狀在三維上與靶區(qū)(病灶)的實際形狀一致,同時盡可能地降低靶區(qū)周圍的健康組織和重要器官(如脊髓)的照射量,從而大大提高治療效果。CR由于能夠調(diào)整射野內(nèi)的射線強度分布,故又稱為調(diào)強放療(Intensity-modulationRadiotherapy,IMRT)。調(diào)強算法根據(jù)醫(yī)生指定的限制因素計算每個射野的最接近醫(yī)生要求的強度分布,是一個典型的多參數(shù)優(yōu)化問題。1989年,英國科學(xué)家S•Webb首次提出采用模擬退火法求解最佳強度分布。此后各種調(diào)強算法可以說是層出不窮,成為當(dāng)今放療中的一個熱點。隨著多葉準直器技術(shù)(Multiple-LeafCollimator,MLC)的發(fā)展,醫(yī)生可望給出單次腫瘤致死劑量,起到外科手術(shù)的效果。虛擬現(xiàn)實(VirtualReality,VR)就是力求部分或全部地用一個計算機合成的人工環(huán)境代替一個現(xiàn)實世界的真實環(huán)境,讓使用者在這個三維環(huán)境中實時漫游和交互操作。VR是綜合人機界面、圖形學(xué)、傳感技術(shù)、高性能計算機和網(wǎng)絡(luò)等的一門新興學(xué)科,涉及學(xué)科面廣且發(fā)展十分迅速。VR在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣泛,Rosen認為,VR將構(gòu)成最終實用的手術(shù)模擬器。隨著醫(yī)學(xué)成像可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展,科學(xué)家們已經(jīng)有可能建立起一個具有部分人體特性的虛擬人體。由美國國家醫(yī)學(xué)圖書館(NLM)發(fā)起的可視人計劃(VisibleHumanProjects,VHP)正是基于這樣的目的。虛擬人體可以提供模擬的診斷、治療、計算機成像、內(nèi)窺鏡手術(shù)等等。例如在內(nèi)窺鏡手術(shù)中,外科醫(yī)生通過觀察電視屏幕來操作插入病人體內(nèi)的手術(shù)器械。虛擬環(huán)境技術(shù)可大大改善這種手術(shù)過程。事實上,虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(Virtualendoscopy)是目前發(fā)展比較快的一個方面。

三、網(wǎng)絡(luò)化醫(yī)學(xué)儀器人才的培養(yǎng)

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的范疇很廣,各高校的側(cè)重點各不相同。我校本學(xué)科專業(yè)與其它高校相比具有明顯的時代特色。我們一向以電子學(xué)、計算機科學(xué)為支撐平臺,強調(diào)與生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)療儀器相結(jié)合,在醫(yī)療儀器的智能控制、管理方面有很強的優(yōu)勢。隨著以上醫(yī)學(xué)信息技術(shù)的發(fā)展,我們提出了依拓本校的優(yōu)勢專業(yè)如通信、計算機、自動控制、儀器測試等,在我校生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)化、智能化醫(yī)學(xué)儀器方向人才的設(shè)想。

(一)培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)化醫(yī)學(xué)儀器人才的依據(jù)

計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展,世界正進入一個數(shù)字化的時代。在醫(yī)療領(lǐng)域,數(shù)字診斷設(shè)備也逐漸成為一種新標準,被越來越多的醫(yī)院和用戶所接受。各大廠商相繼推出數(shù)字X光機、CT、B超等,在一些發(fā)達國家,已經(jīng)取代常規(guī)設(shè)備成為臨床診斷的主流。醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)到了一個更新?lián)Q代的時期。而DICOM標準的制訂,則使醫(yī)療信息實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)模式的資源共享和遠程傳輸。無疑,數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化將是21世紀醫(yī)學(xué)發(fā)展的主流。而遠程醫(yī)療系統(tǒng)則以其迅猛的發(fā)展勢頭為人們勾畫出了一幅“讓每一位醫(yī)生都成為專家,讓每一位患者都能請得到專家”的美好前景。社會的需求為高等院校的人才培養(yǎng)提出了新的要求,同時具有醫(yī)學(xué)知識和網(wǎng)絡(luò)技能的復(fù)合型人才將會受到社會的廣泛青睞?！熬W(wǎng)絡(luò)化醫(yī)學(xué)儀器”作為本學(xué)科領(lǐng)域出現(xiàn)的新方向,在國內(nèi)外沒有現(xiàn)成的模式可以借鑒,為此我們提出了以下建設(shè)計劃。

篇3

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；生物；CAI；整合

隨著課程改革的全面實施，現(xiàn)代信息技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于教育教學(xué)中，這已經(jīng)成為當(dāng)今教育發(fā)展與改革的一個顯著標志。我們可以把信息技術(shù)與生物教學(xué)整合的概念界定為：在先進的教育思想、教學(xué)理論指導(dǎo)下，通過在生物學(xué)科教學(xué)中有效地學(xué)習(xí)和使用信息技術(shù)，促進生物教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式和師生互動方式的變革，為學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)創(chuàng)造環(huán)境，使信息技術(shù)真正成為學(xué)生認知、探究和解決問題的工具，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)以及利用信息技術(shù)自主探究、解決問題的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的層次和效率。

一、信息技術(shù)與生物教學(xué)的整合的必要性

在許多學(xué)校的生物課上，教師照本宣科，學(xué)生用筆勾畫重點。相當(dāng)數(shù)量的生物教師理論聯(lián)系實際的能力不符合素質(zhì)教育的要求，列舉現(xiàn)實生產(chǎn)和生活的實例較少。因此，生物學(xué)教學(xué)要打破傳統(tǒng)的由教師單一指向?qū)W生的接受式教學(xué)模式，將教學(xué)過程設(shè)計為一種師生間、生生間相互交流、相互啟迪的教學(xué)實踐活動。要做到這一點，很重要的就是要進行信息技術(shù)與生物教學(xué)的整合。

二、信息技術(shù)與生物教學(xué)的整合的關(guān)鍵手段

生物學(xué)課并非是信息技術(shù)課，傳授信息技術(shù)的量、切入點等要恰到好處，有機地溶入生物學(xué)教學(xué)中。整合也并非只用計算機作為解決手段，要最大限度地發(fā)揮其作用與效益，必須與教材相適應(yīng)，與學(xué)生的認知水平相適應(yīng)。整合的關(guān)鍵就是計算機輔助教學(xué)。

計算機輔助教學(xué)的交互性、知識的大容量性為教師進行課堂教學(xué)提供了廣闊的空間。它集文字、聲音、圖像、圖形、視頻、動畫等多種傳播媒介于一體，并可以靈活地把它們組合到一起，多方位、多角度、多途徑地向?qū)W生傳遞信息，以其良好的交互性為老師和學(xué)生提供了生動活潑、靈活多樣、豐富多彩的人機交流的多媒體教學(xué)環(huán)境，較好地完成教與學(xué)、學(xué)與練的全過程，具有極佳的教學(xué)效果。

三、計算機輔助教學(xué)的制作過程

計算機輔助生物教學(xué)的課件制作過程主要包括課件腳本創(chuàng)作、素材準備、課件編制等環(huán)節(jié)。

1.腳本創(chuàng)作

通常腳本創(chuàng)作分兩步進行。第一步是文字腳本，第二步為制作腳本。

文字腳本就像建筑的設(shè)計圖一樣，是CAI課件最初階段的總設(shè)計。文字腳本的基礎(chǔ)是教材。教材是教學(xué)的基本依據(jù)，也是CAI課件設(shè)計的藍本。文字腳本的編寫是教師依據(jù)教學(xué)內(nèi)容及要求，按照教學(xué)過程的先后順序，把知識內(nèi)容及呈現(xiàn)方式描述出來。文字腳本應(yīng)包括重難點分析、教學(xué)目標分析、師生交流情境分析、媒體的選擇及聲音和動畫的要求等，這些都應(yīng)該盡量詳細地描述出來。

制作腳本在CAI課件設(shè)計中占有非常重要的地位，它是設(shè)計階段的工作總結(jié)，是教學(xué)內(nèi)容和方法的載體，是課件開發(fā)階段的依據(jù)，也是課件制作的技術(shù)施工圖。制作腳本的編寫主要是要寫出CAI課件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，流程分析，超鏈接關(guān)系等。編寫制作腳本最好是用箭頭將各個知識板塊間的鏈接關(guān)系、交互切換關(guān)系描述出來，在重難點板塊上還可以用文字或符號注明，這樣容易使設(shè)計思路清晰。

2.生物課件的素材采編

生物教學(xué)用的內(nèi)容，可以從以下的幾個途徑去收集。

首先是利用現(xiàn)成的教學(xué)課件，如果現(xiàn)成的課件不是很適合自己的教學(xué)，則可以用這些課件里的素材制作適合自己教學(xué)風(fēng)格的課件。

其次生物科教類VCD也是很好的素材，如《動物世界》、《人與自然》等，另外，網(wǎng)上資源非常豐富，如K12、科普博覽等教育網(wǎng)站，都有專門的生物內(nèi)容，可以為我們提供很多精美的圖片。

3.課件的編制

選擇何種多媒體集成軟件開發(fā)課件，首先取決于軟件的功能、效率以及使用難易等元素。通常的方法有三種。

（1）直接使用通用的計算機語言。例如Visual Basic、VisualC++等，此方法開發(fā)成本低，但是編程量大。對于沒有計算機專業(yè)知識的人來說是較為困難的。

（2）選擇現(xiàn)成多媒體開發(fā)工具。常見的有：AuthorWare，PowerPoint、Flash、宏圖、方正奧斯、Multimedia，Toolbook、Action等。

（3）綜合開發(fā)系統(tǒng)。實際上目前課件的開發(fā)方法都是根據(jù)課件的類型，將以上各種方法綜合采用。這就是以多媒體開發(fā)工具為主、寫作工具為輔，利用這些工具的方便高效特性，相互補充。

綜上所述，信息技術(shù)與生物課程整合的實質(zhì)就是生物課程信息化，即生物課程內(nèi)容信息化、課程實施過程信息化、課程評價信息化?！罢稀彼磉_的是一種全新的教育思想和教育理念，變革傳統(tǒng)教學(xué)中的課程內(nèi)容、課程實施、課程資源和課程評價，改變了傳統(tǒng)的認知模式，拓展了學(xué)生搜集、處理、消化信息的空間，重新定位了師生角色，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標。

參考文獻：

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[3]秦東方.信息技術(shù)與生物教學(xué)的整合探索[J].中學(xué)生物學(xué)，2005（10）

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一、信息技術(shù)與生物課程整合的目的

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是信息技術(shù)與課堂教學(xué)整合的根本目的：

1、構(gòu)建新的教學(xué)模式。

當(dāng)前人們在不斷探索如何以互聯(lián)網(wǎng)和計算機多媒體技術(shù)為突破口，建構(gòu)一種全新的教學(xué)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的全新的教學(xué)方法和全新的教學(xué)設(shè)計思想。學(xué)生必須會合理利用各種技能進行學(xué)習(xí)、合作和交流并解決問題。

2、促進個性化的自主學(xué)習(xí)。

我們已經(jīng)步入了個性化的學(xué)習(xí)時代，網(wǎng)絡(luò)交互式教育環(huán)境能最大限度地發(fā)揮每個學(xué)生的主動性，開發(fā)每個學(xué)生的潛能，使學(xué)生通過自我學(xué)習(xí)各得其所各得其樂，形成良好的學(xué)習(xí)心理與學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3、提升學(xué)生的綜合能力。

把信息技術(shù)作為認知工具，以各學(xué)科知識為載體，教師根據(jù)各自情況，吸納最先進的最新鮮的內(nèi)容，讓學(xué)生在玩中學(xué)習(xí)學(xué)科知識，學(xué)習(xí)信息技術(shù)，學(xué)習(xí)做事，學(xué)習(xí)解決問題的方法。

二、如何將信息技術(shù)與生物學(xué)科整合

1、運用教育理論指導(dǎo)課程整合的實踐。行為主義學(xué)習(xí)理論，在對需要機械地記憶知識或具有操練和訓(xùn)練教學(xué)目標的學(xué)習(xí)中突顯出來。認知主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)作用，則主要體現(xiàn)在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、控制和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，提倡給學(xué)生提供建構(gòu)理解所需要的環(huán)境和廣闊的建構(gòu)空間，讓學(xué)生自主、發(fā)現(xiàn)式地學(xué)習(xí)。如利用信息技術(shù)進行適當(dāng)?shù)膬?nèi)容重復(fù)，幫助學(xué)生記憶知識。通過信息技術(shù)設(shè)置情景，讓學(xué)生便于意義建構(gòu)。

2、根據(jù)生物學(xué)科特點選擇有效的整合方式

生物的微觀性、生物的運動性、生物的多樣性是生物學(xué)科的特點。這些特點很難用普通的教學(xué)方法讓學(xué)生們認識，這時候入借助信息技術(shù)這個平臺就可以很好地展示，實現(xiàn)微觀的東西宏觀化，生動形象，感染力強，使學(xué)生易懂好記，動感化表現(xiàn)手段和藝術(shù)的完美結(jié)合，使學(xué)生看得透徹，聽得明白，優(yōu)化了教學(xué)過程。通過學(xué)科整合來領(lǐng)略世界的博大、生物精彩，掌握自然科學(xué)的最新、最前沿的知識。在日常的教育教學(xué)過程中，實現(xiàn)信息技術(shù)與生物學(xué)科的整合的方式主要是運用多媒體課件進行教學(xué)。課件的類型一般可以分為兩種：一種是以輔助教師講解為目的開發(fā)的多媒體課件，這類課件一般呈現(xiàn)一條主線，按照教師的講解過程逐步演示，突出教材的重點和難點，內(nèi)容詳細；另一種是以學(xué)生為主體開發(fā)的多媒體課件，它可以按照學(xué)生不同的學(xué)習(xí)情況，由學(xué)生自己選擇適合自己的教學(xué)方法。相比之下，后一種課件更能體現(xiàn)對學(xué)生的因材施教，也是今后信息技術(shù)與課程整合發(fā)展的方向。

三、信息技術(shù)與生物課堂整合的優(yōu)勢

1、突出教材重點難點，提高教學(xué)效率。生物學(xué)包括的內(nèi)容非常廣闊，時空跨度很大，小到動植物的細胞，大到包含世間所有生物：近到我們?nèi)吮旧恚h到世界各大洲，凡是有生物存在的地方，他都無所不在，這就為教師的教，學(xué)生的學(xué)帶來了難度。并且有些生物現(xiàn)象實在不是一些簡單的標本或掛圖所能展示清楚的，也不是教師用語言所能描述的?，F(xiàn)代計算機技術(shù)在圖形處理上具有高強的能力，利用這個特有的強大功能可以變抽象為具體、變靜態(tài)為動態(tài)，將微觀過程加以宏觀模擬，把宏大場景作微觀場面處理，對于瞬間變化過程作定格分析，化枯燥為生動，極大地消除了學(xué)生的“學(xué)習(xí)障礙”。如“家鴿”的雙重呼吸這一重難點極其抽象，利用動畫展示其過程，學(xué)生就一目了然，很清楚地發(fā)現(xiàn)每呼吸一次，在家鴿的肺里進行了兩次氣體交換?？梢姡谏锝虒W(xué)中運用多媒體技術(shù)可把重難點直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使教學(xué)效益得到很大提高。

2、展示復(fù)雜的實驗過程。如筆者在“影響酶活性的因素”的探究教學(xué)中，安排學(xué)生通過實驗定量探究pH對過氧化氫酶活性的影響。由于該實驗的程序精細復(fù)雜，教師講解困難。教師課前組織部分學(xué)生精心拍攝了實驗錄像，引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考，教會學(xué)生基本方法以后，學(xué)生獨立實驗后，再引導(dǎo)學(xué)生進入更深入的討論和思考，最后讓學(xué)生去獨立地完成溫度對酶活性影響的實驗設(shè)計。既保證了課堂教學(xué)的高效有序，又給學(xué)生充分展示自己的設(shè)計和思想的空間。在探究教學(xué)和學(xué)習(xí)課堂上，由于時間和條件限制，對于不能讓全體同學(xué)進行的實驗，可以由教師組織部分學(xué)生課下進行，而通過錄像或圖片來記錄實驗的過程，再在課堂上呈現(xiàn)錄像資料，同樣會達到好的教學(xué)效果，促進探究教學(xué)。

3、能開闊學(xué)生視野，增加信息量。在教學(xué)中如何加大課堂教學(xué)密度，增大信息量，這是時代對教育的呼喚和要求，應(yīng)當(dāng)是教育工作者必須認真考慮的問題。利用多媒體技術(shù)可以進行高密度的知識傳授，大信息量的優(yōu)化，大大提高課堂效率。圖形不是語言，但比語言更直觀和形象，包容的信息量更大、動畫比圖形更生動形象，利用文字閃爍，圖像縮放與移動，顏色變換等手段，不僅容量大，速度快，效果也更好，以圖像動畫代替語言的描繪，化虛為實，化繁為簡，使教學(xué)過程呈現(xiàn)出極強的直觀性、活潑性和教育性，課堂教學(xué)效率大大提高，增加了信息量，為學(xué)生積累信息開闊了視野空間。

4、有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲。學(xué)習(xí)的最好動力，是興趣。興趣的力量是巨大的。生物課件運用大量的圖形、圖像、三維動畫，加上運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使教學(xué)內(nèi)容表現(xiàn)得豐富多彩、生動形象，使情境學(xué)習(xí)在其中得到體現(xiàn)，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)。比如在“人體內(nèi)的氣體交換與運輸”一節(jié)中，課件運用了大量的三維動畫，形象地描繪了人體中氣體的交換和運輸，使學(xué)生對照自身的體驗，能很快的體會到人體內(nèi)氣體交換的真諦。這樣，可以快速的調(diào)動起學(xué)生的求知欲望和學(xué)習(xí)興趣。

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關(guān)鍵詞： 信息技術(shù) 課程整合 生物教學(xué)

一、信息技術(shù)與課程整合的目的

課程整合，指的是各學(xué)科之間（包括各學(xué)科內(nèi)部各分支之間）的整合，即各學(xué)科互相聯(lián)系地加以學(xué)習(xí)。

從這層意義上講，整合應(yīng)是將某一學(xué)科或多個學(xué)科的知識與信息技術(shù)相融合，從學(xué)生已經(jīng)熟悉的知識入手，讓學(xué)生運用信息技術(shù)解決其他學(xué)科的問題或者學(xué)習(xí)其他學(xué)科的新的知識。在這一過程中課程各要素形成了有機的聯(lián)系和結(jié)構(gòu)，它不是簡單地將不同的學(xué)科相加在一起，而是將課程看成一個整體，根據(jù)某一要點，將不同的知識貫穿在一起，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不知不覺地從不同的知識領(lǐng)域及層面掌握，從而提高對問題認識的全面性。

在整合過程中，我們要把信息技術(shù)有機地融入到生物教學(xué)中，切忌為了整合而整合，生搬硬套，不考慮生物與信息技術(shù)之間的關(guān)系與聯(lián)系。同時，我們要以系統(tǒng)的觀點綜合應(yīng)用傳統(tǒng)媒體和信息技術(shù)手段，不能因為信息技術(shù)的興起而擯棄傳統(tǒng)媒體，因為有些教學(xué)問題仍然適合采用傳統(tǒng)媒體解決。例如“植物的蒸騰作用”這一內(nèi)容，可用計算機模擬植物體內(nèi)蒸騰作用發(fā)生的過程，但要使學(xué)生直觀地感受蒸騰作用產(chǎn)生的現(xiàn)象，還是應(yīng)該由學(xué)生自己動手進行實驗操作。這樣才能促進學(xué)生觀察能力、思維能力及獨立工作能力的發(fā)展，這是一般信息技術(shù)不能替代的，所以信息技術(shù)的使用不能削弱甚至完全替代傳統(tǒng)媒體，我們應(yīng)使多種教學(xué)媒體相結(jié)合，做到優(yōu)勢互補，相得益彰。另外，還可利用信息技術(shù)手段積極改變課堂教學(xué)模式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，改善傳授式教學(xué)和接受式學(xué)習(xí)，加強指導(dǎo)性教學(xué)和探究式學(xué)習(xí)，使信息技術(shù)既應(yīng)用于教師的教，又應(yīng)用于學(xué)生的學(xué)，并開發(fā)出更有效的運用形式。

二、信息技術(shù)與課程整合在教學(xué)過程中的作用

信息技術(shù)與生物教學(xué)整合使信息技術(shù)以一種智能化的教、學(xué)的平臺出現(xiàn)，真正地實現(xiàn)個別化的教學(xué)，真正地成為學(xué)習(xí)的認知和思維工具。信息技術(shù)與生物教學(xué)的整合在教學(xué)過程中的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

計算機多媒體集文字、圖形、圖像、聲音、動畫、影視等各種傳輸手段為一體，具有很強的真實感和表現(xiàn)力，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。興趣是學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極思考、勇于探索的內(nèi)在動力。學(xué)生對某種事物的興趣越濃厚，其注意力就越集中，致使其觀察細致、記憶深刻、想象豐富，從而呈現(xiàn)最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)。如在學(xué)習(xí)《花的結(jié)構(gòu)》一節(jié)課時，筆者截取了一段科教影片作為多媒體課件的開始，反復(fù)展示花朵開放的過程。學(xué)生一走進教室，便一下子被屏幕上各種花蕾爭相怒放的畫面吸引住了。上課時，筆者發(fā)問：“屏幕上的畫面顯示的是植物的哪一個生理過程？”學(xué)生異口同聲地回答道：“是開花。”“那么什么是開花？”“植物為什么要開花？”“為什么開了花才會結(jié)果？”……一連串的問題從畫面上引出，學(xué)生邊看邊思考，自然而然地進入到新的一課的學(xué)習(xí)中。

（二）突破教學(xué)難點

例如，初中二年級的血液循環(huán)的教學(xué)，以往盡管教師盡可能地采用了多種教學(xué)方法和教具，但是血液在整個循環(huán)管道中的流動，以及物質(zhì)的交換仍然要憑借學(xué)生的想象力自己去想象，這對于只掌握了些生理、解剖知識皮毛的初中學(xué)生來說，抽象的仍然抽象，枯燥的依然枯燥。若采用信息技術(shù)制成多媒體課件，進行動態(tài)的演示，學(xué)生便可非常直觀地看到血液在循環(huán)管道中的流動過程，以及循環(huán)管道的具體分布；可一目了然地看到物質(zhì)的交換過程，再配合小組的討論和教師適當(dāng)精辟的講解，學(xué)生就會輕而易舉地理解和掌握。這樣，原本抽象、枯燥的內(nèi)容變得簡單有趣了，課程的動態(tài)性也體現(xiàn)了，教學(xué)目標便很容易就達到了。又如草履蟲的螺旋式前進，傳統(tǒng)的輔助教學(xué)方法就是一邊用手比劃，一邊引導(dǎo)學(xué)生想象，因而學(xué)生往往不能形成正確的概念和影響，有的只是自己的想當(dāng)然，這不符和科學(xué)的嚴謹性。若采用Flash做成動畫，生動地顯現(xiàn)它們是如何運動的，這樣的課件一播放，教師甚至不用解釋，學(xué)生便會一清二楚。筆者在具體的教學(xué)實踐中深深地體會到了這種做法的優(yōu)越性和良好的教學(xué)效果：教師只需適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)，學(xué)生便可以自主而高效地完成學(xué)習(xí)。

生物課程中有許多內(nèi)容和自然節(jié)氣及氣候的變化有著密切的關(guān)系，盡管在課程編排時盡量地使內(nèi)容與相應(yīng)的節(jié)氣和氣候特點同步，但我國幅員遼闊，地域差異很大，往往無法采用傳統(tǒng)的實驗等形式進行輔助教學(xué)，而不采取一定的輔助形式或手段，又不能達到好的教學(xué)效果。這在無形之中就成了障礙，影響了教學(xué)。又如有些課程內(nèi)容本身就是歷史，或深埋于地下，或只是以文字的形式記載于書本中，在課堂上以常規(guī)的方法也根本無法讓學(xué)生了解、探索、掌握，例如生物的進化、物種的發(fā)展、演變的歷史等內(nèi)容，在傳統(tǒng)的教學(xué)中往往是很枯燥的一部分。但如果采用多媒體課件集中展現(xiàn)物種的產(chǎn)生并由低級到高級、由水生到陸生、由簡單到復(fù)雜的過程，便可使學(xué)生形成非常直觀的印象，很形象地理解物種的進化及演變，同時還可以很容易地找到進化過程中各種物種的聯(lián)系，以及各種器官等的進化過程，掌握物種進化的證據(jù)。這樣既能激發(fā)學(xué)生的興趣，也能讓他們很輕松地掌握知識。

（三）創(chuàng)造實驗

生物學(xué)中有大量的實驗，但都設(shè)計好了實驗的步驟、結(jié)果，這樣雖然告訴了學(xué)生這個實驗如何做、結(jié)果應(yīng)該如何，但既顯得呆板，又限制了學(xué)生的活躍思維。在明確實驗規(guī)律和實驗?zāi)康牡那疤嵯伦冎v實驗或演示實驗為學(xué)生自己設(shè)計實驗、創(chuàng)造實驗，結(jié)果會怎樣呢？實踐證明，這樣學(xué)生的興趣將會被很好地激發(fā)，他們的思維將會被很好地開發(fā)，而他們自己設(shè)計實驗的結(jié)果是：既掌握了實驗原理，又熟悉了實驗過程，更重要的是他們還發(fā)明了一些很好的實驗設(shè)計。

（四）能力培養(yǎng)

整合授課在取得好的效果的同時，也給了學(xué)生一定的啟發(fā)。首先，使學(xué)生知道實現(xiàn)一個目標有很多種方法和途徑，不能拘泥于一種；其次，在學(xué)觀察課件、形成結(jié)論的同時，也很好地培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、邏輯思維能力、縱橫聯(lián)系能力等；再次，整合授課過程中，教師只是適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)，學(xué)生才是學(xué)習(xí)真正的主人，因此，也就培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，使他們學(xué)會學(xué)習(xí)，真正成為學(xué)習(xí)的主人，體現(xiàn)了新的課堂觀和學(xué)生觀。整合教學(xué)在提高了生物課程的教學(xué)效益和質(zhì)量的同時，也綜合發(fā)展了學(xué)生的其他素質(zhì)。如學(xué)生信息素養(yǎng)、個性思維能力、審美能力、協(xié)作能力、資源的利用、創(chuàng)造能力等，非常有利于學(xué)生的后期發(fā)展。

當(dāng)然，信息技術(shù)與學(xué)科課程教學(xué)的整合仍在不斷的探索當(dāng)中，它的前景將會是無比美好的。相信在不久的將來，信息技術(shù)與課程整合將廣泛地應(yīng)用到各科教學(xué)過程中，成為學(xué)科教學(xué)的最主要形式。

參考文獻：

［1］何克抗.關(guān)于信息技術(shù)與課程整合的理論思考.中小學(xué)電教，2001，（1）.

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關(guān)鍵詞：信息技術(shù) 生物學(xué)科 信息素養(yǎng) 培養(yǎng)

一、信息素養(yǎng)的含義

信息素養(yǎng)是一個內(nèi)容豐富的概念。它不僅包括對信息的選擇、獲取、識別、加工、處理、傳遞、創(chuàng)造的能力，還包括對信息道德倫理的了解與遵守。就本文所涉及的內(nèi)容來說，它主要包括信息意識、信息能力、信息道德倫理等三個方面。信息意識是先導(dǎo)，信息能力是核心，信息道德倫理是保證。

二、生物學(xué)科對學(xué)生信息素養(yǎng)需求的迫切性

（一）生物學(xué)科知識對學(xué)生信息素養(yǎng)的要求是實現(xiàn)課程目標的必然選擇

由于生物學(xué)科的特點，在具體教學(xué)過程中對學(xué)生信息素養(yǎng)的要求，有著較其他學(xué)科更為重要的作用。生物的細胞結(jié)構(gòu)是極其微小，肉眼無法觀察的，所以通過掛圖和語言描述，學(xué)生難以理解。但如果通過自己動手操作生物實驗室中的數(shù)碼放大鏡，可以在電腦屏幕上放大顯示細胞結(jié)構(gòu)的各個部件，極大地增加了學(xué)生探索知識的熱情，方便了學(xué)生探究生物的精彩。

（二）生物教學(xué)中學(xué)生信息素養(yǎng)的提高有利于師生互補開放式教學(xué)模式的形成

現(xiàn)代社會倡導(dǎo)生態(tài)式教育：教學(xué)關(guān)系被看成配合式、對話式、合作式的關(guān)系，即在教學(xué)中根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，適應(yīng)自然、尊重自然、人為調(diào)控，既促進了師生的互動，又順應(yīng)學(xué)生的發(fā)展，有序地開發(fā)人的潛能，從而達到教學(xué)相長的目的。尤其是針對生物這門學(xué)科，其學(xué)科特點決定了教師和學(xué)生在教學(xué)過程中必須要具備一定的信息素養(yǎng)，無論是動手操作，還是到數(shù)據(jù)分析，無不離不開信息技術(shù)的支持。

（三）信息素養(yǎng)有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，促進生物教學(xué)內(nèi)容進度的優(yōu)化組合

學(xué)生并非一張白紙，寓知識于探索中，尤其是相對于生物學(xué)科的特點，讓不同層面的學(xué)生都能從探索中獲得快樂，獲取知識。學(xué)生在探究的過程中學(xué)會在網(wǎng)上搜尋有用信息，并對這些信息進行初步的整合，在探究中形成各自獨立的見解。充分利用網(wǎng)絡(luò)的交互性，進行學(xué)生和學(xué)生之間、學(xué)生和教師之間的交流。通過交流，增加學(xué)生之間知識的溝通，激發(fā)創(chuàng)新的熱情，有利于問題的解決和思維的發(fā)展，促進了學(xué)生在認識和情感方面的升華。

三、信息素養(yǎng)提升的具體方法或詳細措施

中學(xué)信息技術(shù)的課程標準或要求之一，就是培養(yǎng)、提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。在信息技術(shù)課程的教學(xué)過程中，信息技術(shù)教師的工作重點就是培養(yǎng)以及提升學(xué)生信息素養(yǎng)，在對學(xué)生今后的發(fā)展有著非常重要的作用。以下主要談?wù)勱P(guān)于生物學(xué)科教學(xué)中學(xué)生信息意識、信息能力和信息道德的培養(yǎng)。

（一）信息意識

信息意識是人們在信息活動中產(chǎn)生的認識、觀念和需求的總和，主要包括對信息重要性的認識，對信息的內(nèi)在需求以及對信息所具有的特殊的、敏銳的感受力和持久的注意力。

1.信息意識的建立。中學(xué)生應(yīng)具有強烈的信息意識，在生活和學(xué)習(xí)中，善于搜集、整理、加工信息，并且將其與自己所關(guān)心的問題、所要完成的任務(wù)聯(lián)系起來，取決于生活并用之于生活，為能成為才思敏捷、善于捕捉、挖掘信息并善于創(chuàng)造信息的新型人才打下現(xiàn)實的基礎(chǔ)。

2.信息意識的培養(yǎng)。信息技術(shù)教師在培養(yǎng)或者提升學(xué)生信息素養(yǎng)的過程中，需要按照該課程的新標準去執(zhí)行，尤其是針對不同的學(xué)科，需要學(xué)生具備什么樣的信息素養(yǎng)，這是特別需要我們信息技術(shù)教師去摸索的。

（二）信息能力

信息能力包括信息獲取能力、信息加工分析能力、信息評價能力、信息應(yīng)用能力、信息交流和創(chuàng)新能力。信息能力是信息素養(yǎng)諸要素中的核心，也是信息時代重要的生存和發(fā)展能力。

1.利用生物教材中的圖表資料和欄目培養(yǎng)學(xué)生的信息能力。人教版生物新教材內(nèi)容豐富、生動直觀，增加了很多圖表信息和欄目，為信息素養(yǎng)教育的開展提供了主要切合點。教材中大量精美的圖片蘊涵著大量的顯性信息和隱性信息，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，豐富的圖片大大吸引了學(xué)生的眼球，有強烈的視覺沖擊，在讀圖過程中，增加學(xué)生對信息的處理熱情，從而進一步鍛煉了他們對信息分析、處理的能力。

2.利用現(xiàn)代教育技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容的整合培養(yǎng)學(xué)生的信息能力?，F(xiàn)代教育手段如計算機輔助教學(xué)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的運用，使得教師教學(xué)方法更加豐富，學(xué)生在學(xué)習(xí)信息的過程中更為積極，充分調(diào)動學(xué)生的感官系統(tǒng)增加對信息的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)信息及處理運用的能力。現(xiàn)代教育的培養(yǎng)讓學(xué)生為適應(yīng)社會的飛速發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生成為全方面發(fā)展的人才做了充足的準備。

（三）信息道德的培養(yǎng)

信息道德是指在信息的獲取、處理和運用的過程中必須遵守道德倫理規(guī)范，不得侵害他人的合法權(quán)益。根據(jù)中學(xué)生年齡小、生活閱歷不豐富的特點，信息技術(shù)教師在教導(dǎo)過程中要正確引導(dǎo)學(xué)生在信息獲取和運用過程中要符合道德倫理標準，從而減少以及達到避免學(xué)生觸犯心理道德倫理規(guī)范。教師在對學(xué)生講授相應(yīng)的信息技術(shù)專業(yè)知識的過程中，要根據(jù)學(xué)生個人的實際情況，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，抓住時機及時對學(xué)生進行信息道德教育。

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【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；課程整合；學(xué)科改革；教學(xué)環(huán)境

1、“整合”與生物學(xué)科改革

多年來學(xué)科改革始終沒有停止過。就生物學(xué)科來講，許多省市都進行過各種改革的嘗試，譬如一些省從九十年代初期就著手初中教材的改革，引進STS 【1】、BSCS等先進教育理念和教材，在課堂教學(xué)中提倡和推進生物學(xué)科學(xué)方法訓(xùn)練和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，以提高學(xué)生的學(xué)科能力等 【2】。近十年的教改，不能說沒有成績，一批生物教師在教學(xué)觀念上有了較新的理念，從而也出現(xiàn)了一些很有新意的研究課和有價值的教法探索。但是，從總體上看改革沒有重大的突破，尤其是高中生物教學(xué)，改革甚微。為什么會出現(xiàn)這種情況，這與當(dāng)時的整個環(huán)境條件有關(guān)，但主要還是對信息技術(shù)與教育教學(xué)之間的重要關(guān)系的認識相對滯后。從學(xué)科教學(xué)改革的角度看，“整合”有以下三方面的特點：

1.1信息技術(shù)促進教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式的變革

生物學(xué)是門實驗科學(xué)，當(dāng)今生命科學(xué)發(fā)展迅猛，生物教學(xué)隨之也融入了許多研究生命本質(zhì)的問題，傳統(tǒng)的教學(xué)手段，如掛圖、幻燈等，很難達到良好的教學(xué)效果。如若在教學(xué)過程中恰當(dāng)?shù)厥褂靡曨l、動畫、課件等，就可以產(chǎn)生非常好的直觀效果，從而激發(fā)學(xué)生求知的欲望。

1.2信息技術(shù)促進教與學(xué)方式的變革

利用信息技術(shù)可使教案的編寫從手寫到鍵盤輸入，從純文本到多媒體，從線性結(jié)構(gòu)構(gòu)思到超文本結(jié)構(gòu)構(gòu)思。這樣不僅提高了教案的質(zhì)量和實用性，還大大提高教師備課的效率，減輕教師的負擔(dān)。從學(xué)習(xí)方式的變革看，信息技術(shù)可以在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)逼真的情境，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)；可以為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源以實現(xiàn)自主性學(xué)習(xí)。例如，通過一些生物虛擬實驗，為學(xué)生提供動手和思考的機會，以提高學(xué)生分析實驗和改進實驗的能力。

1.3信息技術(shù)可促進師生間、生生間關(guān)系的轉(zhuǎn)變

信息技術(shù)隱蔽性的特點，可使學(xué)生將某些難于公開表達的話，直接與教師、同學(xué)進行交流。例如，男女學(xué)生各自在計算機上按照教師的設(shè)問，搜尋自己需要的信息，并就自己難于啟口的問題，通過計算機查尋自身性發(fā)育過程中疑惑的問題，同時還可以就某些問題與教師與同學(xué)進行交流，達到了很好的教學(xué)效果。這節(jié)課不僅解決了多年來生物教師難以解決的教學(xué)實際，同時也充分證明了運用信息技術(shù)可實現(xiàn)教學(xué)中多年夢寐以求的分層教學(xué)和真正平等的師生、生生關(guān)系。

2、“整合”的外部條件與內(nèi)在因素

專家認為：如果將“信息技術(shù)與課程整合”這個大工程比喻為“一張桌子”，那么它需要三條腿――第一條是硬件（計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）；第二條是教育素材庫；第三條是具有先進教學(xué)理念和現(xiàn)代信息素質(zhì)的教師。每一條腿都是支好“整合”這張桌子的必要條件。

教師必須具有先進的教學(xué)理念。我們知道信息技術(shù)只是一種教學(xué)工具或教學(xué)手段，如果教師觀念先進，它就可以推動教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量；如果教師的觀念很傳統(tǒng)，那么也可能素材、課件就會變?yōu)榻處煛半姽唷钡墓ぞ?。由此，除了需要進一步普及計算機及其網(wǎng)絡(luò)設(shè)施外，更需加強的是教師自身的信息素養(yǎng)。

3、“整合”的實踐和研究

3.1“整合”的現(xiàn)狀

自80年代中期起，就有一些生物教師與電教教師合作，開展CAI的工作，至90年代末，很多省市和地區(qū)的學(xué)校，隨著多媒體和網(wǎng)絡(luò)教室的出現(xiàn)，涌現(xiàn)出了一批在“計算機輔助教學(xué)上”做出了一定成績的生物教師。但是，當(dāng)前無論是計算機在教室中配置的狀況還是教師在教學(xué)中運用計算機的情況，以及教師自身的信息技術(shù)理念和素養(yǎng)，都與中央和教育部提出的要求有較大的差距。

3.2“整合”的實踐

近年來一些地區(qū)的一些中青年骨干教師，積極投入到“整合”這一課題的研究中來，進行不同形式的“整合”探索，并取得了很好的教學(xué)效果。這些課從整合的角度體現(xiàn)了三個特點：

①將微觀世界或宏觀現(xiàn)象，通過視頻、動畫等形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，加強了教學(xué)的直觀性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，有利于揭示事物的本質(zhì)，提供由形象信息到抽象思維的橋。

②分層教學(xué)、因材施教，傳統(tǒng)教學(xué)也曾努力過，但通過實踐證實，在學(xué)生人數(shù)很大的今天，實施因材施教、分層教學(xué)，只有使信息技術(shù)成為學(xué)習(xí)的工具、創(chuàng)新的工具，才能得以實現(xiàn)。

③現(xiàn)代信息技術(shù)的使用給教師的教和學(xué)生的學(xué)帶來了更為廣闊的探討空間。

3.3“整合”的環(huán)境

現(xiàn)代教育思想的重要一點就是個性化，個性化不僅體現(xiàn)在學(xué)生的學(xué)習(xí)上，同樣也體現(xiàn)在教師上，包括每個教師教育活動的方法、風(fēng)格以至模式。我們需要發(fā)揮廣大教師的創(chuàng)新精神，通過實踐探索驗證多種整合模式的設(shè)想，進行廣泛的交流、探討，取長補短，共同提高。經(jīng)過一段時間的研究探討、分析總結(jié)，信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的應(yīng)用環(huán)境大致分為以下三種：

A、教師使用信息技術(shù)為主的演示型教學(xué)環(huán)境：將素材庫、計算機、大投影等作為新的教學(xué)媒體，應(yīng)用于教學(xué)。

B、學(xué)生使用信息技術(shù)為主的自主學(xué)習(xí)型教學(xué)環(huán)境：按學(xué)習(xí)內(nèi)容它又可分為局域網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)教室的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和開放式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

C、學(xué)生自主學(xué)習(xí)與教師演示相結(jié)合的教學(xué)環(huán)境：這種教學(xué)環(huán)境下的教學(xué)既能充分體現(xiàn)教師的引導(dǎo)作用又給學(xué)生一定使用信息技術(shù)的機會。

當(dāng)然“整合”課題目前還處于探索階段，它既是一項理論性較強的課題，同時也是實踐性很強的課題。在信息技術(shù)與生物課堂教學(xué)整合的過程中，我們還需在實踐的基礎(chǔ)上，檢驗關(guān)于“整合”的各種認識，進一步理清觀念，不斷建設(shè)與改善環(huán)境條件。實踐是檢驗真理的唯一標準，通過生物學(xué)科“整合”的實踐，將會更好地推動“整合”理論的不斷充實和完善。

【參考文獻】

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一、科學(xué)地認識信息技術(shù)與生物教學(xué)的整合

現(xiàn)在一些老師和學(xué)生，對于信息技術(shù)與生物學(xué)科教學(xué)的整合認識存在著很多誤區(qū)：有的認為為直接照搬網(wǎng)絡(luò)上下載的課件上課就是整合課了；有的認為課堂上只要用了多種電教媒體，就是整合課；有的認為在機房上課，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下上課，就是整合課。在此，我們先要認識整合和信息技術(shù)，信息與電腦的概念。

1.整合≠信息技術(shù)。

整合是指可聯(lián)合實施以確保實現(xiàn)共同成果的。我認為生物學(xué)科課程整合的關(guān)鍵是教師的教學(xué)藝術(shù)，體現(xiàn)在如何有效應(yīng)用學(xué)科技術(shù)、信息技術(shù)、學(xué)生的研究學(xué)習(xí)素質(zhì)，更好地達到生物課程學(xué)習(xí)的目標。

信息技術(shù)是主要用于管理和處理信息所采用的各種技術(shù)的總稱。它主要是應(yīng)用計算機科學(xué)和通信技術(shù)來設(shè)計、開發(fā)、安裝和實施信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。

2.信息技術(shù)≠電腦技術(shù)。

信息：一般來說，信息是指與客觀事物相聯(lián)系，反映客觀事物的運動狀態(tài)，通過一定的物質(zhì)載體被發(fā)出、傳遞和感受，對接受對象的思維產(chǎn)生影響并用來指導(dǎo)接受對象的行為的一種描述。從本質(zhì)上說，信息是反映現(xiàn)實世界的運動、發(fā)展和變化狀態(tài)及規(guī)律的信號與消息。信息包括以下幾個要件：信源、語言符號、載體、信道、信宿、媒介。

電腦：是一種利用電子學(xué)原理根據(jù)一系列指令來對數(shù)據(jù)進行處理的機器。因此，信息技術(shù)≠電腦技術(shù)，它的范圍要寬廣的多。

3.生物科學(xué)整合課≠生物多媒體課。

生物整合課與生物多媒體課不相同：生物整合課不僅信息技術(shù)手段、方法與學(xué)科教學(xué)手段、方法的整合，還包括教師教的藝術(shù)，學(xué)生學(xué)的方法，注重學(xué)生的認知學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)評價，師生溝通。生物多媒體課為教師的“教”提供方便支持。“生物整合課”更是對整個教與學(xué)過程的滲透，對整個教與學(xué)過程、評價、延伸學(xué)習(xí)的整合。

二、如何上生物整合課？

生物學(xué)科整合：是指課堂教學(xué)中把課程內(nèi)容和方法與信息技術(shù)、信息方法、信息資源、人力資源有機結(jié)合，共同完成生物課程教與學(xué)。目的是把信息等各種先進技術(shù)應(yīng)用到生物學(xué)科教學(xué)過程中，使各種教學(xué)資源、教學(xué)要素和教學(xué)環(huán)節(jié)經(jīng)整理、組合，相互融合，在整體優(yōu)化的基礎(chǔ)上產(chǎn)生聚焦效應(yīng)，從而促進生物傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)與教學(xué)模式的根本提升，達到實現(xiàn)課程教與學(xué)的目標。

1.認真選擇整合的點：整合是廣義的整合，可以是課堂某個環(huán)節(jié)、某個知識點的整合，不一定是全過程的整合，可以是課堂上不同手段的整合，更不要錯誤地認為整合就是要電腦，就要網(wǎng)絡(luò)，要先進的軟件，沒有電腦就不是整合了。

《消化吸收》：材料多，素材多，但是消化、吸收很少直觀動態(tài)的內(nèi)容，使用flas，數(shù)碼攝像技術(shù)等進行整合，使學(xué)生看到家兔腸胃的蠕動，消化過程消化液的分泌和消化物的移動等等；

《空中飛行的動物》：為什么鳥能飛行？如何適應(yīng)飛行？與飛機有什么不同？選用flas整合飛行原理。擺脫了學(xué)生問：為什么能飛？有翅膀的答案。

……

2.發(fā)動學(xué)生，精心整合。整合最簡單的目的是為了學(xué)生，我們上整合課我都是引導(dǎo)學(xué)生加入整合課的研究行列：

在發(fā)動學(xué)生方面有很多東西學(xué)生是可以完成的：生物標本的采集、收集、購買；生物視頻的拍攝；生物圖片的照相；生物實驗的模擬；生物的調(diào)查、數(shù)據(jù)的分析；生物現(xiàn)象的觀察等，都可以發(fā)動學(xué)生的參與，讓學(xué)生參與整合。

作為教師要備好課。備課不僅僅要備重點、難點，備學(xué)生，還要把知識呈現(xiàn)的手段、方法、時間備進去（何時呈現(xiàn)，怎樣呈現(xiàn)，重點內(nèi)容多幾個方式呈現(xiàn)和互動）。

因此，不是整堂課都要用信息技術(shù)或者某項技術(shù)，其實引導(dǎo)學(xué)生參與研究性學(xué)習(xí)小組就是很重要的整合手段之一，這就重視了人的資源，重視了以人為本。

3.選擇自己適合的媒體技術(shù)。不要盲目的追求好看，追求很高的信息技術(shù)，而要實用，要自己最擅長的技術(shù)。目前很多老師都掌握了PPT、flash等較高級的軟件的使用，但在制作是往往要化大量的時間。這就讓老師準備一節(jié)課往往要花一、兩個禮拜的時間甚至更長，很多老師不愿意上整合課。其實PowerPoint、OFFICE、ACDsee等軟件的使用也很簡便，花的時間也很少，我們不要盲目跟風(fēng)做復(fù)雜的課件，做適合自己的課件，整合適合自己使用的技術(shù)和素材就行。

生物復(fù)習(xí)課，我就用WPS進行整合，把練習(xí)和提綱整合；學(xué)習(xí)細胞的結(jié)構(gòu)，我們不但讓學(xué)生看顯微細胞攝影、細胞模型、細胞圖片、還要進行細胞結(jié)構(gòu)圖的繪畫，這也是很好的整合，這個整合不用電腦就可以，因此，我們選用合適的技術(shù)整合是看自己的技術(shù)水平，也看實際的需要，做到簡單、快捷，突出重點就行。

整合不一定要有課件，我們要把握一個原則：要符合學(xué)生的認知規(guī)律；要便于學(xué)生理解老師授課意圖；要有一定的交互性；要有一定的拓展性；要適合自己。

三、正確的評價導(dǎo)向。

一節(jié)生物課，是具有生物課的基本要求，生物整合課，也有基本的導(dǎo)向，才能引導(dǎo)老師朝著一定的目標努力，有方向，有技術(shù)，有積極性，是保證生物學(xué)科整合課能正常開展的關(guān)鍵。

1.貫徹新課程標準。包括認知、情感、技能、學(xué)生自主學(xué)習(xí)和發(fā)展等目標，反映教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，體現(xiàn)多智力因素。

2.符合學(xué)生發(fā)展的實際水平，注重學(xué)生創(chuàng)新能力和信息技術(shù)能力的培養(yǎng)。

3.要求內(nèi)容與課程設(shè)計，能適合學(xué)生的經(jīng)歷、興趣、知識水平、理解力和其他能力，吸引學(xué)生適當(dāng)參與課程整合的過程，促進學(xué)生個性發(fā)展。

4.發(fā)揮生物學(xué)科整合的優(yōu)勢，教學(xué)方法適宜、靈活、有創(chuàng)意，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用。

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有些高中生物教師受傳統(tǒng)教學(xué)模式影響太深，短時間內(nèi)無法轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念．雖然在課堂教學(xué)中引入了信息技術(shù)，但是對多媒體課件材料的重視度不夠，準備不充分，有些僅僅是相關(guān)圖片或資料的簡單羅列．很多老師未能從學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位出發(fā)，課堂上仍是以教師講授為主，缺乏師生之間的必要交流，忽略了學(xué)生的學(xué)習(xí)感受，導(dǎo)致學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣，甚至產(chǎn)生厭學(xué)和抵觸的情緒．有些教師在將信息技術(shù)與高中生物教學(xué)進行整合時忽略了有效性因素．所有的教學(xué)手段都應(yīng)為最終的教學(xué)目的服務(wù)，信息技術(shù)在高中生物課堂教學(xué)當(dāng)中的運用恰當(dāng)與否，主要是看其對教學(xué)過程有無輔助作用．

信息技術(shù)的運用與教學(xué)大綱的內(nèi)容要求關(guān)聯(lián)性不強，課堂表面上看起來有聲有色、熱熱鬧鬧，多媒體課件圖文并茂，但是實際上能傳達給學(xué)生的有效信息量很少，大部分內(nèi)容游離于教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目的之外，無法引發(fā)學(xué)生積極思考．雖然信息技術(shù)在高中生物教學(xué)中起著十分重要的作用，但這絕不意味著信息技術(shù)可以取代其他教學(xué)手段的作用．有些教師認為有了多媒體課件就可以完全放任學(xué)生自由活動，這是十分錯誤的．生物是一門實驗類學(xué)科，觀察和實驗在生物科學(xué)中起著十分重要的作用．多媒體課件演示和運用決不能完全取代演示實驗、學(xué)生實驗和教師板書等教學(xué)手段．

二、高中生物教學(xué)中信息技術(shù)整合的優(yōu)化策略

將信息技術(shù)與高中生物課堂教學(xué)相整合，創(chuàng)設(shè)輕松愉快的教學(xué)情境，化抽象為具體，激發(fā)學(xué)生的探索欲和求知欲．只有在輕松愉快的教學(xué)情境下，學(xué)生才能真正進入學(xué)習(xí)狀態(tài)．教師要利用多媒體課件直觀生動的圖像和視頻形象，充分調(diào)動學(xué)生的感官來接受知識信息，激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想和想象，集中學(xué)生的注意力，將學(xué)生已掌握的知識和經(jīng)驗等與新導(dǎo)入的知識相融，建立起新舊知識之間的聯(lián)系．利用多媒體技術(shù)可以跨越時間和空間對課堂教學(xué)的限制，將復(fù)雜晦澀的理論知識化為直觀易懂的圖像視頻信息，讓學(xué)生一目了然．例如，植物種子的萌芽過程，僅僅通過教師講解學(xué)生很難理解和掌握．但是借助信息技術(shù)可以將種子萌發(fā)過程拍成視頻并運用快放模式，讓學(xué)生直觀地觀察到種子萌發(fā)的全過程．

將信息技術(shù)與高中生物課堂教學(xué)相整合，用計算機多媒體技術(shù)輔助高中生物實驗教學(xué)，增強學(xué)生的實踐動手能力．在傳統(tǒng)的高中生物課堂上，通常是教師演示實驗，之后學(xué)生對演示的實驗進行機械重復(fù)．然而實驗中任何一點微小的差異都會導(dǎo)致實驗效果的誤差．在信息技術(shù)的輔助下，教師可以將實驗操作的具體過程通過視頻播放出來，有些需要特別注意的實驗細節(jié)可以用放大照片等形式展示給學(xué)生，讓學(xué)生事先了解實驗過程和注意事項，減少學(xué)生實際實驗時的出錯率，節(jié)省實驗時間，增強實驗教學(xué)效果．另外，高中生物課中有些無法在課堂上實現(xiàn)的實驗，例如脊蛙的反射實驗、家鴿的解剖實驗等．用多媒體課件可以演示這些實驗過程，既能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)生物知識的需求，又能培養(yǎng)學(xué)生保護動物和保護生態(tài)環(huán)境的意識．

三、總結(jié)

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關(guān)鍵詞：初中生物；課堂教學(xué)；信息技術(shù)；整合

整合是現(xiàn)代教育發(fā)展的需要，靈活利用信息技術(shù)運用在生物教學(xué)中，可改變教學(xué)環(huán)境，使教學(xué)內(nèi)容直觀生動形象，不拘泥教材，擴大學(xué)生知識面，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。 以計算機為核心的信息技術(shù)具有多媒體集成性、交互性等特點，能有效地激發(fā)學(xué)生興趣，使學(xué)生產(chǎn)生強烈的學(xué)習(xí)欲望，從而形成學(xué)習(xí)動機。

一、科學(xué)地認識什么是信息技術(shù)與生物教學(xué)的整合

現(xiàn)在一些老師和學(xué)生，對于信息技術(shù)與生物學(xué)科教學(xué)的整合認識存在著很多誤區(qū)：有的認為為直接照搬網(wǎng)絡(luò)上下載的課件上課就是整合課了；有的認為課堂上只要用了多種電教媒體，就是整合課；有的認為在機房上課，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下上課，就是整合課。在此，我們先要認識整合和信息技術(shù)，信息與電腦的概念。

（一）整合≠信息技術(shù)。 整合是指可聯(lián)合實施以確保實現(xiàn)共同成果的，我認為生物學(xué)科課程整合的關(guān)鍵是教師的教學(xué)藝術(shù)，體現(xiàn)在如何有效應(yīng)用學(xué)科技術(shù)、信息技術(shù)、學(xué)生的研究學(xué)習(xí)素質(zhì)，更好地達到生物課程學(xué)習(xí)的目標。信息技術(shù)（Information Technology，簡稱IT），是主要用于管理和處理信息所采用的各種技術(shù)的總稱，它主要是應(yīng)用計算機科學(xué)和通信技術(shù)來設(shè)計、開發(fā)、安裝和實施信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。它也常被稱為信息和通信技術(shù)（Information and Communications Technology， ICT）。主要包括傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)。

（二）信息≠電腦。 信息：一般來說，信息是指與客觀事物相聯(lián)系，反映客觀事物的運動狀態(tài)，通過一定的物質(zhì)載體被發(fā)出、傳遞和感受，對接受對象的思維產(chǎn)生影響并用來指導(dǎo)接受對象的行為的一種描述.從本質(zhì)上說，信息是反映現(xiàn)實世界的運動、發(fā)展和變化狀態(tài)及規(guī)律的信號與消息。信息包括以下幾個要件：信源、語言符號、載體、信道、信宿、媒介； 電腦：是一種利用電子學(xué)原理根據(jù)一系列指令來對數(shù)據(jù)進行處理的機器。因此，信息技術(shù)≠電腦技術(shù)，它的范圍要寬廣的多。

（三）生物科學(xué)整合課≠生物多媒體課。 生物學(xué)科整合課的定位是生物學(xué)科課，不是電腦課，不是信息技術(shù)課，不是生物多媒體課，目的是讓學(xué)生通過整合各種手段、方法，使學(xué)生自主、高效地學(xué)習(xí)生物學(xué)科知識，培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科的能力，促進學(xué)生生物學(xué)科素質(zhì)的提高。 生物整合課與生物多媒體課不相同：生物整合課不僅信息技術(shù)手段、方法與學(xué)科教學(xué)手段、方法的整合，還包括教師教的藝術(shù)，學(xué)生學(xué)的方法，注重學(xué)生的認知學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)評價，師生溝通。生物多媒體課為教師的“教”提供方便支持?！吧镎险n”更是對整個教與學(xué)過程的滲透，對整個教與學(xué)過程、評價、延伸學(xué)習(xí)的整合。 生物整合課是生物課，要注重教學(xué)內(nèi)容的拓展探究，學(xué)科的特點和功能不能削弱，課就是課，不能上成遠程教育。

二、如何上生物學(xué)科整合課

生物學(xué)科整合是指課堂教學(xué)中把課程內(nèi)容和方法與信息技術(shù)、信息方法、信息資源、人力資源有機結(jié)合，共同完成生物課程教與學(xué)。目的是把信息等各種先進技術(shù)應(yīng)用到生物學(xué)科教學(xué)過程中，使各種教學(xué)資源、教學(xué)要素和教學(xué)環(huán)節(jié)經(jīng)整理、組合，相互融合，在整體優(yōu)化的基礎(chǔ)上產(chǎn)生聚焦效應(yīng)，從而促進生物傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)與教學(xué)模式的根本提升，達到實現(xiàn)課程教與學(xué)的目標。

（一）認真選擇整合的點。 整合是廣義的整合，可以是課堂某個環(huán)節(jié)、某個知識點的整合，不一定是全過程的整合，可以是課堂上不同手段的整合，更不要錯誤地認為整合就是要電腦，就要網(wǎng)絡(luò)，要先進的軟件，沒有電腦就不是整合了。 七年級下冊新人教版《消化和吸收》：材料多，素材多，但是消化、吸收很少直觀動態(tài)的內(nèi)容，使用flas，數(shù)碼攝像技術(shù)等進行整合，使學(xué)生看到人體腸胃的蠕動，消化過程消化液的分泌和消化物的移動等等。

（二）發(fā)動學(xué)生，精心整合。 整合最簡單的目的是為了學(xué)生，我們上整合課要引導(dǎo)學(xué)生加入整合課的研究行列： 在發(fā)動學(xué)生方面有很多東西學(xué)生是可以完成的：生物標本的采集、收集、購買；生物視頻的拍攝；生物圖片的照相；生物實驗的模擬；生物的調(diào)查、數(shù)據(jù)的分析；生物現(xiàn)象的觀察等，都可以發(fā)動學(xué)生的參與，讓學(xué)生參與整合。

（三）作為教師要備好課。備課不僅僅要備重點、難點，備學(xué)生，還要把知識呈現(xiàn)的手段、方法、時間備進去（何時呈現(xiàn)，怎樣呈現(xiàn)，重點內(nèi)容多幾個方式呈現(xiàn)和互動）。 因此，不是整堂課都要用信息技術(shù)或者某項技術(shù)，其實引導(dǎo)學(xué)生參與研究性學(xué)習(xí)小組就是很重要的整合手段之一，這就重視了人的資源，重視了以人為本。

（四）選擇自己適合的媒體技術(shù)。 不要盲目的追求好看，追求很高的信息技術(shù)，而要實用，要自己最擅長的技術(shù)。目前很多老師都掌握了PPT、flash等較高級的軟件的使用，但制作往往要花大量的時間。這就讓老師準備一節(jié)課往往要花一、兩個禮拜的時間甚至更長，很多老師不愿意上整合課。

（五）精用多媒體整合于課堂教學(xué)，快速突破教學(xué)難點。 俗話說：用得好不如用得巧，但用得巧不如用得精，教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)的依據(jù)，多媒體的使用必須與教學(xué)內(nèi)容相統(tǒng)一。使用多媒體課件是為了突出重點，突破難點，如果教學(xué)難點在課件使用過程中迎刃而解，那么這就是成功的。

三、正確的評價導(dǎo)向