生物信息学技术范文

导语：如何才能写好一篇生物信息学技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：生物技术;生物信息学;教学;实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）47-0123-02

生物信息学（Bioinformatics）是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学，是一门新兴的交叉学科。生物信息学针对生物学问题，发展各种算法及软件，对迅速增长的浩如烟海的核酸和蛋白质序列进行收集、整理、储存、、加工等，目的在于通过生物信息学手段及分析，逐步认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质，破译隐藏在DNA序列中的遗传语言，揭示生物体生理和病理过程的分子基础，为探索生命的奥秘提供合理和最有效的方法或途径[1]。作为当今生命科学和自然科学领域发展最为迅速的学科之一，生物信息学已成为介于生物学和计算机科学前沿的重要学科。实验室的每一项技术，从简单的克隆、PCR到基因数据分析都需要在计算机上应用生物信息学的方法进行处理。因此，对生物技术专业的学生而言，具备一定程度的理解和应用生物信息学方法和技术的能力是十分必要的。

目前，国内外许多高等院校相继开设了生物信息学课程，我校也于2007年针对生物技术专业学生开设了此门课程。该课程不仅是一门新兴的学科，而且学习难度大，理论课内容相对枯燥，如何让学生更好地掌握本门课程的内容，是教师在教学过程中值得深思的问题。实验教学是帮助学生理解抽象理论知识的有力手段，在教学中显得尤为重要，但由于开设专业的特殊性，生物信息学实验教学一直比较薄弱。本文对过去实验教学中存在的问题进行了分析，并针对问题结合《基因工程原理》课程以及自己的科研对教学内容进行了优化和教学方法上的改进，取得了一定的成效。

一、过去教学中存在的问题

（一）实验课教学学时偏少

生物技术专业五年制生物信息学课程总学时为72学时，其中理论48学时，实验24学时。生物信息学课程最主要的目标是培养学生通过在线程序或利用生物信息学软件来分析生物学问题的能力，有效解决学生实验学时不足，实际操作时间少，解决实际问题能力较弱的问题。

（二）与其他课程联系较少

生物信息学课程开设在生物技术专业教学进程的第6学期，此时学生已具备普通生物学、细胞生物学、分子生物学、生物化学、医学免疫学、遗传学、基因组学、基因工程原理等生命科学的基础知识。但是，在生物信息学理论课和实践课学习的内容，如查阅的文献、分析的目的则由授课教师自行指定，忽略了与其他课程的联系，不利于学生系统地学习专业课的知识。

二、教学体系的改革和完善

（一）增加实验课教学学时

从2012年起，我校生物技术专业由五年制调整为四年制，同时在修订教学进程的时候将学时调整为理论36学时，实验36学时，理论课结束后即为该内容的实践部分，以此增加学生的实践训练时间。

（二）将基因工程原理实验课程与生物信息学实践相联系

在基因工程原理的实验中，我们把家蝇防御素基因作为目的基因，主要设计的实验内容包括：（1）目的基因的获得：利用PCR技术扩增已经克隆到pMD-18T载体上的家蝇防御素基因;（2）pSK质粒载体的小量制备;（3）目的基因与载体的酶切;（4）目的基因与载体的连接;（5）大肠杆菌感受态细胞的制备;（6）重组质粒的转化;（7）重组子的蓝白斑筛选;（8）菌落PCR鉴定重组子[2]。

在学生对基因工程实验内容熟悉的基础上，我们在生物信息学的教学过程中对学生提出问题：家蝇防御素基因现有的研究现状是怎样的？PCR扩增目的基因的过程中引物该如何设计？获得阳性重组子后我们如何判断获得的插入序列就是目的基因呢？

针对这样的疑问，我们结合基因工程实验对教学内容进行适当的调整：（1）PUBMED获取文献信息：由学生通过PUBMED查找近五年发表的有关家蝇防御素基因研究的文献;（2）核酸序列分析：以家蝇防御素基因为对象，分核酸序列的检索、搜索开放阅读框（ORF）、限制性酶切分析、引物设计、载体序列识别、核酸序列的比对、分子质量/碱基组成/碱基分布分析和序列转换共8大部分内容进行讲解和学生实践操作;（3）蛋白质序列分析：同样以家蝇防御素蛋白为对象，分蛋白质序列检索、蛋白质序列比对、蛋白质基本性质分析（蛋白质的氨基酸组成、分子量、等电点、亲疏水性分析、跨膜区分析、信号肽分析）、蛋白质功能预测、蛋白质结构预测（蛋白质二级结构和三级结构预测）共5大部分内容进行讲解和指导学生进行实践操作。

（三）以科研促进生物信息学的教学改革

笔者所在课程组主要集中于功能基因组学的研究，涉及了功能基因的获取、生物信息学分析、功能验证等方面的内容。学生在课程学习中，参与到教师的科研课题中，学会运用生物信息学所学知识实际解决科研问题。学生可自行完成从文献的查阅、目的序列的获取（由公共数据库获得或实验室测序获得）、基因序列的分析、理论推导氨基酸序列基本性质的分析及结构和功能的预测、系统发育分析，如有可能，学生可通过实验的方法验证生物信息学分析的结果，同时鼓励学生自主选择感兴趣的基因、蛋白进行课程设计研究，实践结束后学生将结果以论文形式提交给教师。

三、教学探索的成效

生物信息学是一门实践性很强的学科，实验教学作为培养学生的重要手段，在该门课程学习中有着举足轻重的作用。在医学院校生物技术专业生物信息学课程的教学中，立足于生物医学视角的实践教学，以与医学相关的基因、蛋白质等数据作为研究的主体，结合基因工程实验教学改革生物信息学的授课内容，有利于学生对专业课程知识的系统学习。同时，结合生物信息学研究前沿和自主科研课题成果，形成科研教学相融合的实践性教学，能够充分调动学生学习的主动性和积极性，进而激发学生的求知欲和创新能力。教学与科研形成相辅相成的互助关系，科研成果转化为教学资源，明显充实了教学内容，提升了教学水平和学生能力。在教学改革探索过程中，已有学生参与到课题组的科研工作中，利用所学的生物信息学知识，通过指定题目或自主选题，顺利完成毕业实习并发表了科研论文《印鼠客蚤线粒体COⅡ基因的克隆、序列测定和分子系统学分析》[3]、《美洲大蠊i型溶菌酶基因的克隆及其功能预测》[4]、《致倦库蚊防御素基因的克隆与原核表达及蛋白纯化》[5]、《德国小蠊致敏原Blag 2的Glu 233突变的分子对接研究》[6]、《伏马菌素B1特异单链抗体的同源建模及分子对接模拟研究》[7]等，证明生物信息学课程教学改革切实可行。

参考文献：

[1]郭丽，赵杨，柏建岭，等.医学院校生物统计学专业生物信息学教学探索[J].南京医科大学学报（社会科学版），2013，10（5）：457-460.

[2]张洁，王S，刘红美.结合科研改进基因工程实验教学的教学实践[J].教育教学论坛，2012，28（42）：70-71.

[3]王S，张迎春，张春林，等.印鼠客蚤线粒体COⅡ基因的克隆、序列测定和分子系统学分析[J].贵州科学，2012，30（5）：35-39.

[4]王S，龙高群，张春林，等.美洲大蠊i型溶菌酶基因的克隆及其功能预测[J].动物医学进展，2012，33（9）：21-27.

[5]王S，王吉平，张春林，等.致倦库蚊防御素基因的克隆与原核表达及蛋白纯化[J].动物医学进展，2012，33（11）：45-50.

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(一)背景及意义

二十一世纪我国将面临人口众多、交通拥挤、医院容量有限,以及由于独生子政策导致的日益严重的人口老龄化等一系列严重的社会问题,远程医疗技术的发展可望为我们提供一个缓解上述问题的有效途径。最简单的远程医疗形式是通过PSTN(公共电话网络)进行心电(ECGs)的远程解释,但目前的远程医疗技术研究与试验则是伴随当前IT技术的发展而发展的一个范围更加广泛,意义更加深远的新兴领域。它是现代通讯技术和计算机与现代医学相结合的产物,它利用电子通讯及多媒体技术实现远距离医学检测,监护,咨询,急救,保健,诊断,治疗,以及远距离教育和管理等等。远程医疗旨在通过提供一种管理良好、高效和跨越时空障碍的全新医疗保健服务模式,最终达到共享医疗保健资源,降低医疗保健费用,提高医疗效率和质量的目的。另外,在战场救护,交通等意外事故危重病人的紧急处理等方面,远程医疗技术也有很大的应用价值!广义地讲,远程医疗是指医护人员利用通讯和电子技术来跨越时空障碍、向人们提供医疗保健服务。根据不同的应用,远程医疗又可分类为远程监护,远程治疗,远程会诊和远程教育等等。

(二)发展过程

最早的远程医疗雏形可以追溯到1905年Einthoven等人利用电话线进行的心电图数据传输实验。但真正具有一定实用价值的远程医疗系统在50年代才开始出现,该系统可以通过电话线和专用线传送简单的医学数据。而在70~80年代远程医疗开始利用电视系统传输医学图像,即以远程放射医学(Tele-radiology)为主。随着现代微电子学、通讯技术、计算机及网络技术的发展,在90年代人们开始实践与评估该系统在远程医疗咨询、远程教育、远程专家会诊等多方面的应用。近几年来,随着医用数字影象设备如CT、MRI、B超以及DSA等的迅速普及,促使越来越多的医院采用数字图像存储通讯系统(PACS,PictureArchivingandCommunicationSystem),逐步实现医院的无胶片管理,为普及远程医疗奠定了良好基础。当前,远程医疗系统技术的技术支持有:交互视频影像设备(interactivevideo),高分辨监视器(high-resolutionmonitors),计算机网络(computernetworks),蜂窝电话(cellulartelephones),高速开关系统(high-speedswitchsystems),以及以光纤和卫星通信为核心的信息高速公路等。需要说明的是,在目前的中国,由于网络的普及面仍然十分有限,在一些中小县城市,既缺少高水平的医疗专家又缺少足够带宽的信息网络,患者的经济能力也十分有限。在这种背景下,基于电话线的远程医疗服务在一定程度上满足了当前的需求,显示出了一定的发展空间,值得国内的医疗电子企业重视。

(三)适宜范围和初步的临床效果

远程医疗技术(Tele-medicine)最大的作用在于它对农村和不发达国家的那些得不到良好服务的人群提供健康护理服务。在这些地方,合格医生的缺乏是一个很大的问题。其他需要远程医疗的地方包括:边远的兵站,需要保密的地方,出院后病人的监护,家庭监护,病人教育,医学教育等。有些医学部门,如放射学(radiology),病理学(pathology)和心脏病学(cardiology),他们需要高保真的电子医务数据和图像为诊断服务,因而特别适合于采用远程医疗。随着远程医疗技术的成熟,它能够提供服务的医学部门和范围也会随之相应地增加。比如,以下这些领域的远程医疗实践正在逐步增多:矫形外科学(orthopedics),皮肤病学(dermatology),精神病学(psychiatry),肿瘤学(oncology),神经病学(neurology),儿科学(pediatrics),产科学(obstetrics),风湿病学(rheumatology),血液学(hematology),耳咽喉科学(otolaryngology),眼科学(ophthalmol-ogy),泌尿科学(urology),外科(surgery)等。总的来说,有关报告显示,远程医疗提供了医生与远端之间的可靠的高质量的数据和音频视频通信。通过将远程医疗和直接的医生诊断相比较发现,二者没有大的差异。这些初步的结果说明,远程医疗提供了与医院相当的服务质量。目前,远程医疗已被成功地用于直接的病人监护,它明显地改进了医生的诊断能力和对病人的处理选择。远程医疗在临床医学中的作用已被完全证实,它的使用情况已经超过了立法和行政部门的步伐。因此,在未来健康监护工业的发展策略中,远程医疗应是一个不可忽略的因素。一个重要的目标是实现两个“所有”:方便地实现所有的医学服务和面向所有的地方。

(四)远程医疗系统与信息技术

很显然,远程医疗(Tele-medicine)应当有许多不同的系统和技术要求(分级的)。但大致可分为两类:实时的(RealTime,RT)和先收集后处理的(store-and-forward,SAF)。对于RT交互模式,病人与现场医生或护理人员一起在远处,专家在医学中心。对于SAF模式,所有相关的信息(数据、图形、图像等)用电子方式传到专家处,在这里,专家的反应不必是立即的。在大多数情况下,几小时或几天后才能收到专家的报告。一种理想的远程医疗系统当然是同时具备RT和SAF两种模式,但显然这种复合模式意味着显著增加的费用。例如,一个理想的RT-SAF组合,需要在急诊室内或附近有一个基站,并在远处有多个对病人实施治疗计划的地方,那里带有诊断室或移动的监护单元。基站需要有控制系统或工作站、在线的医学数据库、视频相机和监护仪、微型耳机和话筒以及图形图像输入设备。在远端,需要有完全可移动的视频相机和监护仪、各种诊断设备、图形图像输入设备、PC或工作站等。如上所述,当前的技术可以使得远程医疗系统具有可靠的高质量的数据和视频-音频通信(在医学中心的医生和远端病人之间),能够提供与到医院就诊相当的服务。随着远程医疗的范围和广度的扩展,需要进一步关注的技术和临床问题包括:传输的图像、视频信息的知觉质量以及其他临床完善性所要求的程序;当前技术能够提供的检查的透彻性,以及远程医疗服务和当前临床常规检查的有机结合问题等。远程医疗当中的一个重要技术成份是通信系统,它的基本的传输介质是铜质电缆、光导纤维,微波中继,卫星转发。一个混合的网络可能是,卫星传送用于很远距离的情况,光纤用于视频图像,铜电缆传数据、信号和控制信息。RT、SAF两种模式的通信要求都可以预测。RT模式要求短时间内传送大量的信息,它强调的重点是传输、交换和交互的时间。它的决定性因素是容许能力(传输速率和带宽)。而SAF模式则对传输速率和带宽的要求不大。只要能将整块的数据传送就行。一般的多媒体远程医疗系统应具有获取、传输、处理和显示图像、图形、语音、文字和生理信息的功能。按照远程医疗系统的组成划分,它一般由三个部分构成:用户终端设备,医疗中心终端设备和联系中心与用户的通讯信息网络。不同的远程医疗应用,对通讯系统和系统终端设计又有不同的要求。相应的设备费用也依要求的不同而变动较大。

(五)相关的有待解决的技术问题

仍然有待解决的,与远程医疗全面、广泛地实施有关的关键技术问题包括:数码医院的建立,目前有些医院己有医院信息系统(HIS)和图像归档与通信系统(PACS—picturearchivingandcommunicationsystem)和DICOM(Digitalimagingandcommuni-cationsinmedicine)。医院现有的这些系统是远程医疗的重要组成部分,它们的扩展是建立远程医疗系统的一个有利条件。此外,还需要建立标准的医学信息库;开发功能可靠、操作方便的终端设备•以及接口技术问题,因为远程医疗系统涉及多种医疗设备与通讯系统的连接,建立通用的标准接口将会减少系统建立时的复杂程度和节省费用;系统加密问题,以确保医疗数据在通讯网络传输中的安全性,维护病人的隐私权;家庭以及偏远地区的宽频通讯问题,初期通讯网络的铺建应考虑到远程医疗的用途。目前,有关研究主要集中在:(1)人-机接口和通讯网络的研究,主要解决各种信息的有效上网和传送;(2)传感器技术的研究,目标在于研制有源、无线和小型的换能器,实现生理信号的方便而可靠、准确而无损的测量;(3)各种先进的数据与图像压缩方法的研究,在尽可能减低有用信息丢失的同时,达到尽可能高的压缩率,最终实现远程医疗数据与图形图像信息的的高效传输;(4)医学信息与数据传输安全问题的研究,为相应的立法等提供技术保证。

二、医学成像技术与三维医学图像处理

(一)医学成像技术

1895年德国物理学家伦琴发现了X射线,并被应用于医学,产生了以X光照片为标志的医学影象学。此后的整个20世纪可以说是医学成像的盛世。面对各种纷纷涌现的众多成像模式,我们不仅要问:这些成像技术各有何特点?它们的发展前景又如何呢?到目前为止出现的所有成像方法,几乎都与核或电磁有关。如果从利用的电磁波的频率高低上对医学成像模式进行分类,在静态场领域有电生理成像,低频领域有阻抗CT,高频领域有微波CT,光领域有光学CT,在更高的频率领域有X线CT。其中X线CT早已进入实用的阶段。此外还有利用磁场相互作用机制的磁共振成像技术(MRI)。加上最近受到重视的一些功能成像方法,如功能磁共振成(fMRI)和正电子发射断层扫描技术(PositronEmissionTomography,PET)等,如此众多的医学影象手段提供了大量的有关病人的各种信息,包括形态的和功能的、静态的和动态的等,被广泛应用于诊断和治疗,成为现代化中必不可少的手段和工具。

1•电阻抗断层成像技术

电阻抗断层成像技术(ElectricalImpedanceTomography,EIT)是近些年来兴起的一项医学成像技术。其基本思想是利用人体组织的电特性差异形成人体内部的图像。它通过体表电极向人体送入一交流电流,在体表不同部位测量产生的电压值,由此重检一幅电极位置平面的人体组织电特性图像。这种图像不仅包含了解剖学信息,更为重要的是,某些组织和器官的电特性随其功能状态而改变,因此图像也包含了功能信息在内。此外加上对人体几乎无创伤、廉价、操作简便等优点,EIT受到了日益广泛的关注。但由于受到数据采集系统和算法等因素的限制,目前该技术并不十分成熟,基本处于实验室阶段。EIT技术根据测量目标的不同可以分为两类:静态EIT和动态EIT。静态EIT以测量对象内部电阻(导)率的分布为成像目标;而动态EIT则是测量对象内部的电阻(导)率的相对变化量的分布为成像目标。由于动态EIT技术只需反映阻抗的相对变化量,相应地,其算法简便、快速,可以实时成像,而且系统对具体目标形状有较高的鲁棒性。虽然由于假设条件难以满足、推导过程不严格等缺点使得动态EIT的成像质量不高,但由于其对人体形状和电极摆放位置的适应性强、能反映变化的信息等优于静态EIT的这些优点,它已被用来进行临床研究。相信随着算法的改进和成像质量的提高,动态EIT有望在临床上发挥更大的作用。

2•电生理成像技术

电生理成像技术指基于体表电磁信号的观测,进行的体内电活动情况成像的技术。具体有心电磁和脑电磁问题两大类。但两类问题在技术上是密切相关的,它们分别是利用测量得到的心电图(Electrocardiogram,ECG)和脑电图(Electroen-cephalogram,EEG)来研究人体的功能。这里以脑电为例,其中又可以分为两个层次,一为脑电源反演,一为成像。在成像方面,人们希望能从头皮上获得的空间分辨率较低的电位分布推算出皮层表面上空间分辨率较高的脑电电位分布,因也称为高分辨率EEG成像。人们相继发展了等效源方法(Sidmanetal,1992;Yao,2000),有限电阻网络法(杨福生等,1999),和球谐谱分析方法(Yao,1995)。脑电源反演就是利用测得的头皮电位,推算颅骨内脑电活动源的空间位置的一项技术。其具体方法有非线性优化算法和子空间分解算法。在这些方法中,大都是以某一时刻的电位观测值为已知信息,唯有子空间分解算法是直接建立在一段观测记录之上,从而较好地同时利用了观测记录中的时间和空间信息,因而受到了广泛的重视(Mosher,1992;尧德中,2000)。电生理成像技术与其它的医学成像技术如CT、MRI等相比,具有其不可替代的独特功能。它检测的是生物体的自发(或诱发)的功能信息,是一种真正的非损伤性的成像技术,且可以进行长期检测,而fMRI等只能检测诱发的间接的功能信息。另外一个优点就是它具有很高的时间分辨率。目前的一个重要发展方向是,电生理成像技术与其它影像技术相结合(如EEG与fMRI结合),实现优势互补,以得到两“高”(高时间分辨率和高空间分辨率)的结果,帮助研究人员进行更精确的分析和判断。

3•微波CT

微波CT可以说是一种比较新的成像模式,它是1978年才被提出来的。它的基本原理是:利用电磁波的传输特性,通过测定透过身体的电磁波来重建体内图像。微波CT大体可以分为两大类:被动测定型和主动测定型。被动测定型也可以称为无源型,利用的是由生物体发出的属于微波范围的那一部分电磁波,如人体热辐射等,最终获得热图像(因此,类似的还有红外成像);主动测定型也叫有源型,是用外部入射微波照射生物体,然后利用透过微波和反射微波重构图像,获得的是形态图像。微波CT作为一种医学成像模式,它的主要特点是,同X-CT相比更容易查出癌变组织;与超声相比更有利于肺的诊断;不存在电离辐射的危险性。微波CT需要解决的最大问题是如何提高空间分辨率。要想提高分辨率,必须缩短波长,提高频率,但波长愈短其在体内的衰减愈大。同时,微波在介质中传播时产生的衍射和散射会造成重建图像的模糊。所以提高微波CT的图像分辨率是一件极为困难的工作。随着技术的进步和图像分辨率的提高,微波CT将很有希望成为新一代的医学成像手段。

4•光学CT

光学CT也将是21世纪的重要研究领域。其基本思路是将光输入待测组织,测量其输出,重建该组织。由于人体对可见光是屏蔽的,但对红外或红外波段的光有一定的穿透能力,利用它进行断层成像。光学CT大致可以分为内禀(Intrinsic)光学成像、光学相干层析成像、光子迁移技术成像等几种。内禀信号指的是,由组织活动(如神经元活动)引起的有关物质成分、运动状态的改变而导致起光学特性发生变化,而这种变化在与某些特定波长的光量子相互作用后得到的包含了这些特性的光信号。通过成像仪器探测到这些光信号的某一时间间隔内的空间分布,进而重建组织图像。无损伤内禀光学成像方法近年来正加紧研究,以期用于人脑功能的研究。光学相干层析成像,即将光学相干剖析术(OCT)用于成像,它是采用低相干的近红外光作为光源,采用特制干涉仪完成光的相干选通,这样接收到的信号就只包含尺度相应于相干长度的一薄层生物组织的信息。若同时加以扫描,就能得到三维剖析图像。OCT技术从提出至今虽然只有短短几年的时间,但已表现出极为诱人的应用前景。目前它已在视网膜及黄斑疾病的早期诊断,皮肤、肠、胚胎检测等领域发挥出巨大的作用。这种技术已成为国内外在生物光学方面的一个活跃点。利用灵敏的探测器和适当的重检算法,就可以确定测量组织的光学特性。通过检测组织的光学特性,可用于肿瘤诊断、代谢状态动态监护、药物分析及光动力学治疗等场合。光子迁移技术成像(PhotonMigrationImaging,PMI)利用的是在红光和近红外光谱区,生物组织的某些不同成分对于光的散射和吸收表现出不同特性,而且在不同生理状态下的组织光学参数也不大相同。高频调控的正弦入射光经组织传播后,由于吸收和散射延迟了光子行程时间,引起了相位和光子能量密度的变化,显著和精确的相位变化体现了吸收的变化。光学方法正处于迅速发展之中,一方面,与XCT、MRI等其它成像方法相比,光学CT具有价格低廉、运行安全,另一方面,它体积小重量轻,特征信号容易获得,技术发展成熟。光学CT还有一个吸引人的优势是,它在空间分辨力和时间分辨力这两个基本的成像性能上可以说是首屈一指,目前已达约5mm的物方象素和每秒25帧以上的视频速度。因而可以预料,光学CT会在医学研究和临床等方面发挥越来越大的作用。

5•正电子发射断层扫描技术

正电子发射断层扫描技术(PositronEmissionTomography,PET)作为一种传统的核医学成像技术,它的历史可以追溯到1932年,在那一年CarlAnderson在研究宇宙射线所拍的云室照片时发现了β+的存在;此后不久ErnestLawrence发明了可发射β+核素的回旋加速器,这些是实施PET的两个不可缺少的前提条件。PET的成像原理是,将由发射正电子β+的核素标记的药物由静脉注入人体,随血液循环至全身。正电子与人体内的电子相遇并湮灭产生两个背对背的γ光子,这对具有确定能量的光子可以穿透人体,被体外的探测器接收,从而得到正电子在体内的三维密度分布及这种分布随时间变化的信息。PET的标记药物很丰富,且这些核素的半衰期都很短,病人所受到的辐射剂量可以说是微乎其微,并可在短期内进行重复测量。尽管PET具有近乎无损的测量、三维动态成像、定量检测化学物质分布及实现真正的功能成像等独特的优点,但早期由于对短寿命核素认识的不足及探测技术缺乏等原因,直到1976年第一台全身(whole-body)PET才正式投入市场并应用于临床。此后PET才真正开始进入了一个蓬勃发展的时期。目前全世界已有上百家的PET中心,利用PET进行临床医学、基础医学、脑科学等方面的研究。在临床方面,主要用于诊断神经类疾病、心脏疾病、癌症等,也可辅助设计治疗方案和评估药物疗效,并可用于探讨一些神经类疾病的发病机制。因为各种精神类疾病,如癫痫、精神分裂症、痴呆等,以及脑肿瘤、脑血管病等,都将引起血流、葡萄糖和氧代谢的异常,PET即可通过测量这些生理参数来诊断疾病。同时,PET的独特优点也给神经科学提供了观测手段,被越来越多地用来研究人类的学习、思维、记忆等的生理机制,帮助人类进一步了解自身。因为给正常人不同的刺激(如光、语言等)或让其进行不同的活动(如记忆、学习、喜怒哀乐等),也将引起不同脑区域的血流和代谢的变化,进而帮助研究脑的功能。相信在不远的将来,随着PET技术的进一步成熟,PET将会成为诊断和研究上不可缺少的工具。

6•X-线成像技术

X-线成像技术可以说是在医院当中应用的最传统、最广泛的一种医学影象技术。X-线图像建立在当X-线透过人体时,各种脏器与组织对X-线的不同吸收程度的基础上,因而接收端将得到不同强度的射线,传统的做法是将之记录在胶片上得到X胶片。随着电子技术的发展,这种传统方法的弊端日趋突显出来。当X-线图像一旦形成,其图像质量便不能做进一步改善;不便于计算机处理,也不便于存储、传输和共享等。在评价20世纪X成像技术时,多数资深专家均认为影像的数字化是最新、最热门及最重要的进展。数字化成像可以利用大容量磁、光盘存储技术,以数字化的电子方式存储、管理、传送、处理、显示医学影象及相关信息,使临床医学彻底摆脱对传统硬拷贝技术的依赖,真正实现X-摄影的无胶片化。目前采用的直接数字化X-线影象的方法主要有两种:直接X-线影象探测仪(DirectRadiographyDetector,DRD)和平板探测仪(FlatPanelDetector,FPD)。DRD最早由Sterling公司申请专利,现已进入商品化阶段。FPD由Trexell公司研制成功。这两项技术的发展方向均是设法进一步提高分辨率和实时性。数字影像可以说是伴随着计算机技术的发展应运而生。1981年第15届国际放射医学会议上首次展出了数字放射新产品。进入90年代中后期,国外已经推出了多种新型的数字化X-线影象装置;传统X-线装置中的X-线乳腺影像设备也已数字化。到目前为止,市场上的数字化的X-线影像设备已占70%以上。可以预期,数字化的X-线影像设备将逐步成为市场的主宰,并将使21世纪的X-线诊断发生令人瞩目的变化。

7•磁共振成像(MRI)

在磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)领域,自从1946年哈佛大学的E•M•Purcell和斯坦福大学的F•Bloch发现了核磁共振现象并因此获得1952年诺贝尔物理奖起,直到70年代初,它一直沿着高分辨核磁共振波谱学的方向发展,成为化学、生物学等领域研究分子结构不可缺少的分析工具。1972年R•Damadian注册了第一个关于核磁共振成像的专利,提出了磁共振成像的思想,并指出可以用磁共振成像仪扫描人体检查疾病。1982年MRI扫描仪开始应用于临床。由于质子(1H)结构简单,磁性较强,是构成水、脂肪和碳水化合物的基本成分,所以目前医学上主要利用质子(1H)进行MRI成像。其成像主要利用磁共振原理,以一定宽度的射频脉冲磁场使具有磁性核的原子产生共振激发;被激发的原子核的退激时间的长短反映了磁性核周围的环境情况。通过测量生物组织退激过程中磁化强度的变化,即可获取反映内部结构的图像。磁共振成像由于其空间分辨率高、对人体危害性小、又能提供大量的解剖结构信息等优点而被广泛应用于临床诊断。随着技术的发展和需求的提高,动态成像或功能成像是未来世纪MRI的研究方向(functionalMRI,fMRI)。一个成功的应用是用外面的造影剂或内生的血氧度相关效应(BOLD)描述视觉皮层的活动。BOLD的成像原理是基于血红蛋白的磁化率随脱氧过程而急剧变化。在静脉血管内脱氧血红蛋白浓度发生变化时,会在血管周围引起磁场畸变,而这种变化可以被探测记录下来。在功能神经科学研究领域中,BOLD成像有很多优点。这类研究完全非侵入性,产生的图像数据与解剖结构的数据是完全配准的。BOLD技术已经发展得比较好,它在解释大脑在正常和病理状态的功能方面很有前途。迄今为止,fMRI虽然只有短短几年的历史,但理论与实验都已取得了许多有重要意义的结果。它的最大优点是无损伤(不用外源介质),可以直接进行反复的非侵入性的功能测量。与同样属于功能成像的PET相比,fMRI则是更新的技术,成像速度比PET快,而且提供了更好的空间分辨率。fMRI未来的发展方向是,一要进一步加强对fMRI信号的实质的认识和理解,这是基本的前提。另一方面,从实验设备的硬件和软件的结合上进一步提高灵敏度和分辨率(包括时间分辨率和空间分辨率),这是核磁共振现象的本质决定的一个永恒的研究主题。除了以上与电磁或射线相关的成像技术外,还有基于超声波的多种结构、组织和功能的成像技术,这里不再详述。

(二)三维医学图像处理

医学图像处理是指对已获得的图像作进一步的处理,其目的或者是使不够清晰的图像复原,或者是为了突出图像中的某些特征信息,或者是对图像做模式分类等。随着技术的发展,医学图像的处理已开始从二维转向了三维,以求从中获得更多的有用信息。三维医学图像分析所包含的研究问题很广,目前主要有:图像的分割、边缘检测、多模式图像和数据的配准(Registration)和融合(Fusion)、虚拟现实技术、图像的快速重建和显示、图像处理算法性能评估、信息集成(Informationintegration)和传输技术等。所有这些的研究都可以集中到如下两个方面:

1•图像的融合和可视化

医学影象技术的发展为临床诊断和治疗提供了包括解剖图像和功能图像在内的多种图像模式。临床上通常需要将同一个病人的多种成像结果结合起来进行分析,以提高医学诊断和治疗水平。比如在放射治疗中,CT扫描可以用于计算放射剂量的分布,而MRI可以很好地定位病灶区域的轮廓。常规的方法(如将几张图像胶片挂在灯箱上)使医生很难对几幅不同的图像进行定量分析,首先要解决的这几幅图像的严格对准问题。所谓医学图像配准与融合,就是通过寻找某种空间变换,用计算机图像处理技术使各种影象模式统一在一个公共坐标系里,融合成一个新的影象模式显示在计算机屏幕上,使多幅图像的对应点达到空间位置和解剖结构上的完全一致,并突出显示病灶或感兴趣部位,帮助医生进行临床诊断,制定放射治疗计划和评价等。近年来医学图像配准和融合技术的研究和应用日趋受到医学界和工程界的重视。对医学图像匹配方法的分类可以有多种不同的标准。1993年,VandenElsen等人对医学图像匹配的方法进行了分类,归纳出了多达七种分类标准。一般的匹配方法的实现步骤为:特征提取;特征配对;选取图象之间的几何变换、确定参数;执行变换。基于特征点选取的不同,匹配算法可以分为两种:基于外部特征的图像配准方法和基于内部特征的图像配准方法。基于外部特征的图像配准通常是在研究对象上设置一些标志点(如采用螺丝植入骨头方法固定立体定位框架等),使这些标志点在不同的影象模式中均有显示,然后以这些共同的标准点为标准对图像进行配准。这种配准方法因为不受图像畸变等因素的影响,所以精度很高,可达1~2mm,可以作为评估基于内部特征的图像配准方法的标准。但其植入式的特点会给患者带来一定的痛苦,一般仅限于手术室使用。目前的研究集中在基于内部特征的图像配准方法上,这种方法一般是用图像分割方法提取医学图像中相对运动较小的解剖结构,如点(血管分叉点等)、2D轮廓线、3D曲面等。用这些提取出来的特征对之间的位置变化和变形来确定图像之间的变换和配准。配准的精度取决于图像分割的准确性。这种方法优点之一就是其回溯性,即以前获取的图像(没有外标记点)也可以用内部特征点进行匹配。目前,基于内部特征的图像配准方法比较成熟并已广泛应用于临床。但目前大多数模糊动态图像的精确分割和特征提取仍是一个尚未完全解决的问题。最近又发展了一种直接利用所谓的基于体素相似性的配准方法,又称为相关性方法,它是直接利用不同成像模式的灰度信息的统计特性进行全局最优化匹配,不需要进行分割和特征提取。因此这种方法一般都较为稳定,并能获得相当准确的结果。但是它的缺点是对图像中的噪声信号敏感,计算量巨大。在目前出现的各种相关性算法,如互相关法(correlation)、联合熵法(jointentropy)、相对熵法(relativeentropy)等算法当中,临床评估的结果是相对熵法(又称为互信息法,mutualinformation)是最精确的。医学影像的三维重建和可视化也是一个值得关注的问题。常规影像如CT、MRI等得到的均为组织的二维切片,医生很难直接利用它们进行分析、诊断和治疗。三维医学图像的重建将有助于观察复杂结构的立体形态;有利于医生制定放射治疗计划;有助于神经外科手术的实施;有助于对不同治疗方案进行评估等。对三维图像重建算法的研究,近几年来国内外学者进行了许多探讨。目前通用的做法是,先从切片图像中提取出物体轮廓信息,重建三维结构,再由计算机图形学中的光线跟踪法(RayTracing),根据一定的光照模型和给定的观察角度、光源强度和方位来模拟自然景物光照效果,计算物体表面各点的灰度值,最终构成一幅近似自然景物的三维组织或器官图像。目前各种各样的图像所涉及的数据量越来越大,各种算法也越来越复杂,所以处理时间也较长,而用户则希望实时、快速地得到图像处理结果,及时用于诊断与治疗。因此,医学图像处理的加速也是一个主要的研究方向。为了提高系统的运行速度,当然有许多方法可以考虑。除了算法上的改进外,应用多处理器进行医学图像处理与分析的加速是一种不错的方法。在有些情况下可以直接利用DSP进行加速。

2•基于影象的计算机辅助治疗方法及系统

发展各种医学影象的最终目的就是为了更细致的了解人体的结构和功能,辅助医生对病人做出诊断和治疗,提高人类的生活质量。目前以此为目标的研究主要有:基于影象的三维放疗计划系统、立体外科手术仿真系统、医学中的虚拟现实系统等。在过去的放射治疗时,先有医生根据CT或MRI胶片上的定位标志点来计算病灶的三维坐标,然后根据病灶位置和形状布置焦点,经计算机计算出等剂量线,在灯箱上用打印输出的剂量线与胶片上的病灶进行对比,如不吻合则重新规划焦点。反复重复直到满意为止。最后计算出每个焦点的治疗时间。总的说来这个过程很不方便,而且可能会引起很大的误差。目前临床上开始采用的三维放射治疗计划系统则大大方便了肿瘤医师的工作。在整个治疗计划的计算机化过程中,可以说是涉及到了三维医学图像处理的各个环节,如图像配准与融合、轮廓提取、三维重建等。三维放疗计划系统的推出不仅提高了医生的工作效率,而且精度大大提高,是以后肿瘤治疗中心制定放疗计划的常规工具。今后放射治疗的方向是适形放射治疗(ConformalRadiotherapy,CR)。该方法通过旋转照射或静态多射野照射,使得高剂量区剂量分布的形状在三维上与靶区(病灶)的实际形状一致,同时尽可能地降低靶区周围的健康组织和重要器官(如脊髓)的照射量,从而大大提高治疗效果。CR由于能够调整射野内的射线强度分布,故又称为调强放疗(Intensity-modulationRadiotherapy,IMRT)。调强算法根据医生指定的限制因素计算每个射野的最接近医生要求的强度分布,是一个典型的多参数优化问题。1989年,英国科学家S•Webb首次提出采用模拟退火法求解最佳强度分布。此后各种调强算法可以说是层出不穷,成为当今放疗中的一个热点。随着多叶准直器技术(Multiple-LeafCollimator,MLC)的发展,医生可望给出单次肿瘤致死剂量,起到外科手术的效果。虚拟现实(VirtualReality,VR)就是力求部分或全部地用一个计算机合成的人工环境代替一个现实世界的真实环境,让使用者在这个三维环境中实时漫游和交互操作。VR是综合人机界面、图形学、传感技术、高性能计算机和网络等的一门新兴学科,涉及学科面广且发展十分迅速。VR在医学领域的应用前景非常广泛,Rosen认为,VR将构成最终实用的手术模拟器。随着医学成像可视化和虚拟现实技术的发展,科学家们已经有可能建立起一个具有部分人体特性的虚拟人体。由美国国家医学图书馆(NLM)发起的可视人计划(VisibleHumanProjects,VHP)正是基于这样的目的。虚拟人体可以提供模拟的诊断、治疗、计算机成像、内窥镜手术等等。例如在内窥镜手术中,外科医生通过观察电视屏幕来操作插入病人体内的手术器械。虚拟环境技术可大大改善这种手术过程。事实上,虚拟内窥镜系统(Virtualendoscopy)是目前发展比较快的一个方面。

三、网络化医学仪器人才的培养

生物医学工程专业的范畴很广,各高校的侧重点各不相同。我校本学科专业与其它高校相比具有明显的时代特色。我们一向以电子学、计算机科学为支撑平台,强调与生物医学、医疗仪器相结合,在医疗仪器的智能控制、管理方面有很强的优势。随着以上医学信息技术的发展,我们提出了依拓本校的优势专业如通信、计算机、自动控制、仪器测试等,在我校生物医学工程学科培养网络化、智能化医学仪器方向人才的设想。

(一)培养网络化医学仪器人才的依据

计算机及网络技术飞速发展,世界正进入一个数字化的时代。在医疗领域,数字诊断设备也逐渐成为一种新标准,被越来越多的医院和用户所接受。各大厂商相继推出数字X光机、CT、B超等,在一些发达国家,已经取代常规设备成为临床诊断的主流。医疗设备已经到了一个更新换代的时期。而DICOM标准的制订,则使医疗信息实现了网络模式的资源共享和远程传输。无疑,数字化、网络化将是21世纪医学发展的主流。而远程医疗系统则以其迅猛的发展势头为人们勾画出了一幅“让每一位医生都成为专家,让每一位患者都能请得到专家”的美好前景。社会的需求为高等院校的人才培养提出了新的要求,同时具有医学知识和网络技能的复合型人才将会受到社会的广泛青睐。“网络化医学仪器”作为本学科领域出现的新方向,在国内外没有现成的模式可以借鉴,为此我们提出了以下建设计划。

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【关键词】信息技术；生物；CAI；整合

随着课程改革的全面实施，现代信息技术越来越广泛地应用于教育教学中，这已经成为当今教育发展与改革的一个显著标志。我们可以把信息技术与生物教学整合的概念界定为：在先进的教育思想、教学理论指导下，通过在生物学科教学中有效地学习和使用信息技术，促进生物教学内容呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，为学生的多样化学习创造环境，使信息技术真正成为学生认知、探究和解决问题的工具，培养学生的信息素养以及利用信息技术自主探究、解决问题的能力，提高学生学习生物学的层次和效率。

一、信息技术与生物教学的整合的必要性

在许多学校的生物课上，教师照本宣科，学生用笔勾画重点。相当数量的生物教师理论联系实际的能力不符合素质教育的要求，列举现实生产和生活的实例较少。因此，生物学教学要打破传统的由教师单一指向学生的接受式教学模式，将教学过程设计为一种师生间、生生间相互交流、相互启迪的教学实践活动。要做到这一点，很重要的就是要进行信息技术与生物教学的整合。

二、信息技术与生物教学的整合的关键手段

生物学课并非是信息技术课，传授信息技术的量、切入点等要恰到好处，有机地溶入生物学教学中。整合也并非只用计算机作为解决手段，要最大限度地发挥其作用与效益，必须与教材相适应，与学生的认知水平相适应。整合的关键就是计算机辅助教学。

计算机辅助教学的交互性、知识的大容量性为教师进行课堂教学提供了广阔的空间。它集文字、声音、图像、图形、视频、动画等多种传播媒介于一体，并可以灵活地把它们组合到一起，多方位、多角度、多途径地向学生传递信息，以其良好的交互性为老师和学生提供了生动活泼、灵活多样、丰富多彩的人机交流的多媒体教学环境，较好地完成教与学、学与练的全过程，具有极佳的教学效果。

三、计算机辅助教学的制作过程

计算机辅助生物教学的课件制作过程主要包括课件脚本创作、素材准备、课件编制等环节。

1.脚本创作

通常脚本创作分两步进行。第一步是文字脚本，第二步为制作脚本。

文字脚本就像建筑的设计图一样，是CAI课件最初阶段的总设计。文字脚本的基础是教材。教材是教学的基本依据，也是CAI课件设计的蓝本。文字脚本的编写是教师依据教学内容及要求，按照教学过程的先后顺序，把知识内容及呈现方式描述出来。文字脚本应包括重难点分析、教学目标分析、师生交流情境分析、媒体的选择及声音和动画的要求等，这些都应该尽量详细地描述出来。

制作脚本在CAI课件设计中占有非常重要的地位，它是设计阶段的工作总结，是教学内容和方法的载体，是课件开发阶段的依据，也是课件制作的技术施工图。制作脚本的编写主要是要写出CAI课件系统结构，流程分析，超链接关系等。编写制作脚本最好是用箭头将各个知识板块间的链接关系、交互切换关系描述出来，在重难点板块上还可以用文字或符号注明，这样容易使设计思路清晰。

2.生物课件的素材采编

生物教学用的内容，可以从以下的几个途径去收集。

首先是利用现成的教学课件，如果现成的课件不是很适合自己的教学，则可以用这些课件里的素材制作适合自己教学风格的课件。

其次生物科教类VCD也是很好的素材，如《动物世界》、《人与自然》等，另外，网上资源非常丰富，如K12、科普博览等教育网站，都有专门的生物内容，可以为我们提供很多精美的图片。

3.课件的编制

选择何种多媒体集成软件开发课件，首先取决于软件的功能、效率以及使用难易等元素。通常的方法有三种。

（1）直接使用通用的计算机语言。例如Visual Basic、VisualC++等，此方法开发成本低，但是编程量大。对于没有计算机专业知识的人来说是较为困难的。

（2）选择现成多媒体开发工具。常见的有：AuthorWare，PowerPoint、Flash、宏图、方正奥斯、Multimedia，Toolbook、Action等。

（3）综合开发系统。实际上目前课件的开发方法都是根据课件的类型，将以上各种方法综合采用。这就是以多媒体开发工具为主、写作工具为辅，利用这些工具的方便高效特性，相互补充。

综上所述，信息技术与生物课程整合的实质就是生物课程信息化，即生物课程内容信息化、课程实施过程信息化、课程评价信息化。“整合”所要表达的是一种全新的教育思想和教育理念，变革传统教学中的课程内容、课程实施、课程资源和课程评价，改变了传统的认知模式，拓展了学生搜集、处理、消化信息的空间，重新定位了师生角色，提高学生的生物科学素养，实现培养创新人才的目标。

参考文献：

[1]全国高等教育研究会.现代教育技术研究与应用[M].高等教育出版，1999，12-13

[2]钟玉琢.多媒体技术（高级）[M].清华大学出版社，1999，7-8

[3]秦东方.信息技术与生物教学的整合探索[J].中学生物学，2005（10）

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一、信息技术与生物课程整合的目的

培养学生创新能力是信息技术与课堂教学整合的根本目的：

1、构建新的教学模式。

当前人们在不断探索如何以互联网和计算机多媒体技术为突破口，建构一种全新的教学结构以及相应的全新的教学方法和全新的教学设计思想。学生必须会合理利用各种技能进行学习、合作和交流并解决问题。

2、促进个性化的自主学习。

我们已经步入了个性化的学习时代，网络交互式教育环境能最大限度地发挥每个学生的主动性，开发每个学生的潜能，使学生通过自我学习各得其所各得其乐，形成良好的学习心理与学习习惯。

3、提升学生的综合能力。

把信息技术作为认知工具，以各学科知识为载体，教师根据各自情况，吸纳最先进的最新鲜的内容，让学生在玩中学习学科知识，学习信息技术，学习做事，学习解决问题的方法。

二、如何将信息技术与生物学科整合

1、运用教育理论指导课程整合的实践。行为主义学习理论，在对需要机械地记忆知识或具有操练和训练教学目标的学习中突显出来。认知主义学习理论的指导作用，则主要体现在激发学生的学习兴趣、控制和维持学生的学习动机。建构主义学习理论，提倡给学生提供建构理解所需要的环境和广阔的建构空间，让学生自主、发现式地学习。如利用信息技术进行适当的内容重复，帮助学生记忆知识。通过信息技术设置情景，让学生便于意义建构。

2、根据生物学科特点选择有效的整合方式

生物的微观性、生物的运动性、生物的多样性是生物学科的特点。这些特点很难用普通的教学方法让学生们认识，这时候入借助信息技术这个平台就可以很好地展示，实现微观的东西宏观化，生动形象，感染力强，使学生易懂好记，动感化表现手段和艺术的完美结合，使学生看得透彻，听得明白，优化了教学过程。通过学科整合来领略世界的博大、生物精彩，掌握自然科学的最新、最前沿的知识。在日常的教育教学过程中，实现信息技术与生物学科的整合的方式主要是运用多媒体课件进行教学。课件的类型一般可以分为两种：一种是以辅助教师讲解为目的开发的多媒体课件，这类课件一般呈现一条主线，按照教师的讲解过程逐步演示，突出教材的重点和难点，内容详细；另一种是以学生为主体开发的多媒体课件，它可以按照学生不同的学习情况，由学生自己选择适合自己的教学方法。相比之下，后一种课件更能体现对学生的因材施教，也是今后信息技术与课程整合发展的方向。

三、信息技术与生物课堂整合的优势

1、突出教材重点难点，提高教学效率。生物学包括的内容非常广阔，时空跨度很大，小到动植物的细胞，大到包含世间所有生物：近到我们人本身，远到世界各大洲，凡是有生物存在的地方，他都无所不在，这就为教师的教，学生的学带来了难度。并且有些生物现象实在不是一些简单的标本或挂图所能展示清楚的，也不是教师用语言所能描述的。现代计算机技术在图形处理上具有高强的能力，利用这个特有的强大功能可以变抽象为具体、变静态为动态，将微观过程加以宏观模拟，把宏大场景作微观场面处理，对于瞬间变化过程作定格分析，化枯燥为生动，极大地消除了学生的“学习障碍”。如“家鸽”的双重呼吸这一重难点极其抽象，利用动画展示其过程，学生就一目了然，很清楚地发现每呼吸一次，在家鸽的肺里进行了两次气体交换。可见，在生物教学中运用多媒体技术可把重难点直观地展现在学生面前，使教学效益得到很大提高。

2、展示复杂的实验过程。如笔者在“影响酶活性的因素”的探究教学中，安排学生通过实验定量探究pH对过氧化氢酶活性的影响。由于该实验的程序精细复杂，教师讲解困难。教师课前组织部分学生精心拍摄了实验录像，引导学生观察和思考，教会学生基本方法以后，学生独立实验后，再引导学生进入更深入的讨论和思考，最后让学生去独立地完成温度对酶活性影响的实验设计。既保证了课堂教学的高效有序，又给学生充分展示自己的设计和思想的空间。在探究教学和学习课堂上，由于时间和条件限制，对于不能让全体同学进行的实验，可以由教师组织部分学生课下进行，而通过录像或图片来记录实验的过程，再在课堂上呈现录像资料，同样会达到好的教学效果，促进探究教学。

3、能开阔学生视野，增加信息量。在教学中如何加大课堂教学密度，增大信息量，这是时代对教育的呼唤和要求，应当是教育工作者必须认真考虑的问题。利用多媒体技术可以进行高密度的知识传授，大信息量的优化，大大提高课堂效率。图形不是语言，但比语言更直观和形象，包容的信息量更大、动画比图形更生动形象，利用文字闪烁，图像缩放与移动，颜色变换等手段，不仅容量大，速度快，效果也更好，以图像动画代替语言的描绘，化虚为实，化繁为简，使教学过程呈现出极强的直观性、活泼性和教育性，课堂教学效率大大提高，增加了信息量，为学生积累信息开阔了视野空间。

4、有利于培养学生学习生物学的兴趣，激发学生的求知欲。学习的最好动力，是兴趣。兴趣的力量是巨大的。生物课件运用大量的图形、图像、三维动画，加上运用虚拟现实技术，使教学内容表现得丰富多彩、生动形象，使情境学习在其中得到体现，使学生变被动学习为主动学习、创造性的学习。比如在“人体内的气体交换与运输”一节中，课件运用了大量的三维动画，形象地描绘了人体中气体的交换和运输，使学生对照自身的体验，能很快的体会到人体内气体交换的真谛。这样，可以快速的调动起学生的求知欲望和学习兴趣。

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关键词： 信息技术 课程整合 生物教学

一、信息技术与课程整合的目的

课程整合，指的是各学科之间（包括各学科内部各分支之间）的整合，即各学科互相联系地加以学习。

从这层意义上讲，整合应是将某一学科或多个学科的知识与信息技术相融合，从学生已经熟悉的知识入手，让学生运用信息技术解决其他学科的问题或者学习其他学科的新的知识。在这一过程中课程各要素形成了有机的联系和结构，它不是简单地将不同的学科相加在一起，而是将课程看成一个整体，根据某一要点，将不同的知识贯穿在一起，让学生在学习的过程中不知不觉地从不同的知识领域及层面掌握，从而提高对问题认识的全面性。

在整合过程中，我们要把信息技术有机地融入到生物教学中，切忌为了整合而整合，生搬硬套，不考虑生物与信息技术之间的关系与联系。同时，我们要以系统的观点综合应用传统媒体和信息技术手段，不能因为信息技术的兴起而摈弃传统媒体，因为有些教学问题仍然适合采用传统媒体解决。例如“植物的蒸腾作用”这一内容，可用计算机模拟植物体内蒸腾作用发生的过程，但要使学生直观地感受蒸腾作用产生的现象，还是应该由学生自己动手进行实验操作。这样才能促进学生观察能力、思维能力及独立工作能力的发展，这是一般信息技术不能替代的，所以信息技术的使用不能削弱甚至完全替代传统媒体，我们应使多种教学媒体相结合，做到优势互补，相得益彰。另外，还可利用信息技术手段积极改变课堂教学模式和学生的学习方式，改善传授式教学和接受式学习，加强指导性教学和探究式学习，使信息技术既应用于教师的教，又应用于学生的学，并开发出更有效的运用形式。

二、信息技术与课程整合在教学过程中的作用

信息技术与生物教学整合使信息技术以一种智能化的教、学的平台出现，真正地实现个别化的教学，真正地成为学习的认知和思维工具。信息技术与生物教学的整合在教学过程中的作用主要表现在以下几个方面：

（一）激发学生的学习兴趣

计算机多媒体集文字、图形、图像、声音、动画、影视等各种传输手段为一体，具有很强的真实感和表现力，可以激发学生的学习兴趣。兴趣是学生主动学习、积极思考、勇于探索的内在动力。学生对某种事物的兴趣越浓厚，其注意力就越集中，致使其观察细致、记忆深刻、想象丰富，从而呈现最佳学习状态。如在学习《花的结构》一节课时，笔者截取了一段科教影片作为多媒体课件的开始，反复展示花朵开放的过程。学生一走进教室，便一下子被屏幕上各种花蕾争相怒放的画面吸引住了。上课时，笔者发问：“屏幕上的画面显示的是植物的哪一个生理过程？”学生异口同声地回答道：“是开花。”“那么什么是开花？”“植物为什么要开花？”“为什么开了花才会结果？”……一连串的问题从画面上引出，学生边看边思考，自然而然地进入到新的一课的学习中。

（二）突破教学难点

例如，初中二年级的血液循环的教学，以往尽管教师尽可能地采用了多种教学方法和教具，但是血液在整个循环管道中的流动，以及物质的交换仍然要凭借学生的想象力自己去想象，这对于只掌握了些生理、解剖知识皮毛的初中学生来说，抽象的仍然抽象，枯燥的依然枯燥。若采用信息技术制成多媒体课件，进行动态的演示，学生便可非常直观地看到血液在循环管道中的流动过程，以及循环管道的具体分布；可一目了然地看到物质的交换过程，再配合小组的讨论和教师适当精辟的讲解，学生就会轻而易举地理解和掌握。这样，原本抽象、枯燥的内容变得简单有趣了，课程的动态性也体现了，教学目标便很容易就达到了。又如草履虫的螺旋式前进，传统的辅助教学方法就是一边用手比划，一边引导学生想象，因而学生往往不能形成正确的概念和影响，有的只是自己的想当然，这不符和科学的严谨性。若采用Flash做成动画，生动地显现它们是如何运动的，这样的课件一播放，教师甚至不用解释，学生便会一清二楚。笔者在具体的教学实践中深深地体会到了这种做法的优越性和良好的教学效果：教师只需适当地引导，学生便可以自主而高效地完成学习。

生物课程中有许多内容和自然节气及气候的变化有着密切的关系，尽管在课程编排时尽量地使内容与相应的节气和气候特点同步，但我国幅员辽阔，地域差异很大，往往无法采用传统的实验等形式进行辅助教学，而不采取一定的辅助形式或手段，又不能达到好的教学效果。这在无形之中就成了障碍，影响了教学。又如有些课程内容本身就是历史，或深埋于地下，或只是以文字的形式记载于书本中，在课堂上以常规的方法也根本无法让学生了解、探索、掌握，例如生物的进化、物种的发展、演变的历史等内容，在传统的教学中往往是很枯燥的一部分。但如果采用多媒体课件集中展现物种的产生并由低级到高级、由水生到陆生、由简单到复杂的过程，便可使学生形成非常直观的印象，很形象地理解物种的进化及演变，同时还可以很容易地找到进化过程中各种物种的联系，以及各种器官等的进化过程，掌握物种进化的证据。这样既能激发学生的兴趣，也能让他们很轻松地掌握知识。

（三）创造实验

生物学中有大量的实验，但都设计好了实验的步骤、结果，这样虽然告诉了学生这个实验如何做、结果应该如何，但既显得呆板，又限制了学生的活跃思维。在明确实验规律和实验目的的前提下变讲实验或演示实验为学生自己设计实验、创造实验，结果会怎样呢？实践证明，这样学生的兴趣将会被很好地激发，他们的思维将会被很好地开发，而他们自己设计实验的结果是：既掌握了实验原理，又熟悉了实验过程，更重要的是他们还发明了一些很好的实验设计。

（四）能力培养

整合授课在取得好的效果的同时，也给了学生一定的启发。首先，使学生知道实现一个目标有很多种方法和途径，不能拘泥于一种；其次，在学观察课件、形成结论的同时，也很好地培养了学生的观察能力、逻辑思维能力、纵横联系能力等；再次，整合授课过程中，教师只是适当地引导，学生才是学习真正的主人，因此，也就培养了学生的学习能力，使他们学会学习，真正成为学习的主人，体现了新的课堂观和学生观。整合教学在提高了生物课程的教学效益和质量的同时，也综合发展了学生的其他素质。如学生信息素养、个性思维能力、审美能力、协作能力、资源的利用、创造能力等，非常有利于学生的后期发展。

当然，信息技术与学科课程教学的整合仍在不断的探索当中，它的前景将会是无比美好的。相信在不久的将来，信息技术与课程整合将广泛地应用到各科教学过程中，成为学科教学的最主要形式。

参考文献：

［1］何克抗.关于信息技术与课程整合的理论思考.中小学电教，2001，（1）.

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关键词：信息技术 生物学科 信息素养 培养

一、信息素养的含义

信息素养是一个内容丰富的概念。它不仅包括对信息的选择、获取、识别、加工、处理、传递、创造的能力，还包括对信息道德伦理的了解与遵守。就本文所涉及的内容来说，它主要包括信息意识、信息能力、信息道德伦理等三个方面。信息意识是先导，信息能力是核心，信息道德伦理是保证。

二、生物学科对学生信息素养需求的迫切性

（一）生物学科知识对学生信息素养的要求是实现课程目标的必然选择

由于生物学科的特点，在具体教学过程中对学生信息素养的要求，有着较其他学科更为重要的作用。生物的细胞结构是极其微小，肉眼无法观察的，所以通过挂图和语言描述，学生难以理解。但如果通过自己动手操作生物实验室中的数码放大镜，可以在电脑屏幕上放大显示细胞结构的各个部件，极大地增加了学生探索知识的热情，方便了学生探究生物的精彩。

（二）生物教学中学生信息素养的提高有利于师生互补开放式教学模式的形成

现代社会倡导生态式教育：教学关系被看成配合式、对话式、合作式的关系，即在教学中根据生态学原理，适应自然、尊重自然、人为调控，既促进了师生的互动，又顺应学生的发展，有序地开发人的潜能，从而达到教学相长的目的。尤其是针对生物这门学科，其学科特点决定了教师和学生在教学过程中必须要具备一定的信息素养，无论是动手操作，还是到数据分析，无不离不开信息技术的支持。

（三）信息素养有利于激发学生的创新思维，促进生物教学内容进度的优化组合

学生并非一张白纸，寓知识于探索中，尤其是相对于生物学科的特点，让不同层面的学生都能从探索中获得快乐，获取知识。学生在探究的过程中学会在网上搜寻有用信息，并对这些信息进行初步的整合，在探究中形成各自独立的见解。充分利用网络的交互性，进行学生和学生之间、学生和教师之间的交流。通过交流，增加学生之间知识的沟通，激发创新的热情，有利于问题的解决和思维的发展，促进了学生在认识和情感方面的升华。

三、信息素养提升的具体方法或详细措施

中学信息技术的课程标准或要求之一，就是培养、提升学生的信息素养。在信息技术课程的教学过程中，信息技术教师的工作重点就是培养以及提升学生信息素养，在对学生今后的发展有着非常重要的作用。以下主要谈谈关于生物学科教学中学生信息意识、信息能力和信息道德的培养。

（一）信息意识

信息意识是人们在信息活动中产生的认识、观念和需求的总和，主要包括对信息重要性的认识，对信息的内在需求以及对信息所具有的特殊的、敏锐的感受力和持久的注意力。

1.信息意识的建立。中学生应具有强烈的信息意识，在生活和学习中，善于搜集、整理、加工信息，并且将其与自己所关心的问题、所要完成的任务联系起来，取决于生活并用之于生活，为能成为才思敏捷、善于捕捉、挖掘信息并善于创造信息的新型人才打下现实的基础。

2.信息意识的培养。信息技术教师在培养或者提升学生信息素养的过程中，需要按照该课程的新标准去执行，尤其是针对不同的学科，需要学生具备什么样的信息素养，这是特别需要我们信息技术教师去摸索的。

（二）信息能力

信息能力包括信息获取能力、信息加工分析能力、信息评价能力、信息应用能力、信息交流和创新能力。信息能力是信息素养诸要素中的核心，也是信息时代重要的生存和发展能力。

1.利用生物教材中的图表资料和栏目培养学生的信息能力。人教版生物新教材内容丰富、生动直观，增加了很多图表信息和栏目，为信息素养教育的开展提供了主要切合点。教材中大量精美的图片蕴涵着大量的显性信息和隐性信息，学生在学习过程中，丰富的图片大大吸引了学生的眼球，有强烈的视觉冲击，在读图过程中，增加学生对信息的处理热情，从而进一步锻炼了他们对信息分析、处理的能力。

2.利用现代教育技术与教学内容的整合培养学生的信息能力。现代教育手段如计算机辅助教学、多媒体、网络技术等技术的运用，使得教师教学方法更加丰富，学生在学习信息的过程中更为积极，充分调动学生的感官系统增加对信息的学习热情，培养和锻炼学生学习信息及处理运用的能力。现代教育的培养让学生为适应社会的飞速发展，培养学生成为全方面发展的人才做了充足的准备。

（三）信息道德的培养

信息道德是指在信息的获取、处理和运用的过程中必须遵守道德伦理规范，不得侵害他人的合法权益。根据中学生年龄小、生活阅历不丰富的特点，信息技术教师在教导过程中要正确引导学生在信息获取和运用过程中要符合道德伦理标准，从而减少以及达到避免学生触犯心理道德伦理规范。教师在对学生讲授相应的信息技术专业知识的过程中，要根据学生个人的实际情况，结合教学内容，抓住时机及时对学生进行信息道德教育。

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关键词：信息技术；教学水平；学习兴趣；教学质量

生物学是一门动态性的课程，但是教学资源等条件限制了教师的教学水平，使教师在上课时并不能充分地体现这一点。久而久之，学生便失去了学习生物的兴趣。而信息技术的应用改变了这一现状。

一、信息技术提高了教师的教学水平

信息技术、内涵技术中的网络技术为生物教师提供了很多提高自身教学水平的途径。具体体现在以下几个方面：

1.网络可以满足教师对知识的需求

丰富的知识储备是做一名好生物教师的基础，而网络上文字、图片、视频等各种形式的、各种内容的生物知识应有尽有。甚至科学前沿、最新生物学成果也可以在网络上查到。比如，说在进行选修3《基因工程》的教学时，如果单纯依据教材讲解就会显得苍白无力。但是如果课前通过网络对基因工程的过程、应用等有了较深刻的认识，讲解时就能做到深入浅出，学生理解的也更透彻。

2.网络可及时解决教师的问题

所谓“学起于思，思源于疑”。疑问是教师提高自身的动力。过去教师有了疑问只能去翻纸质书本，问题得不到及时的解答。现在教师有问题可随时上网查询，方便快捷。还可以在论坛等交流平台上与其他教师进行讨论，取长补短。

3.可吸取他人经验提高自身

网络上有许多优秀的生物课件、试卷、教案，以及优秀教师的教学经验。我们可以参考、借鉴，取精华、去糟粕，融会贯通，形成自己的风格。

二、信息技术能激发并维持学生的学习兴趣

信息技术集电脑、网络和信息为一体，形成了以多媒体为核心的教学手段。多媒体教学可使知识呈现形象、生动，能激发学生的学习兴趣。比如，我在选修三《早期胚胎发育》的教学时，播放了一个人类胚胎发育过程的3D动态文件，学生观看了这个视频后，学习热情高涨。

学生的学习兴趣产生后不一定能维持下去。维持兴趣的关键是学生主动参与教学活动，而很多时候学生参与活动又显得课堂时间很紧迫。多媒体课件和实物投影仪可以解决这个问题。比如在进行《减数分裂的过程》的教学时，教师可用Flash演示，既形象、生动，又可以节省出时间让学生自己动手画图，还可以用实物投影仪让学生展示自己的成果，这样才能维持学生的学习兴趣。

信息技术的应用使生物教学更得心应手，学生学习更丰富多彩，所以说信息技术改变了高中生物教学。

参考文献：

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一、科学地认识信息技术与生物教学的整合

现在一些老师和学生，对于信息技术与生物学科教学的整合认识存在着很多误区：有的认为为直接照搬网络上下载的课件上课就是整合课了；有的认为课堂上只要用了多种电教媒体，就是整合课；有的认为在机房上课，网络环境下上课，就是整合课。在此，我们先要认识整合和信息技术，信息与电脑的概念。

1.整合≠信息技术。

整合是指可联合实施以确保实现共同成果的。我认为生物学科课程整合的关键是教师的教学艺术，体现在如何有效应用学科技术、信息技术、学生的研究学习素质，更好地达到生物课程学习的目标。

信息技术是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。

2.信息技术≠电脑技术。

信息：一般来说，信息是指与客观事物相联系，反映客观事物的运动状态，通过一定的物质载体被发出、传递和感受，对接受对象的思维产生影响并用来指导接受对象的行为的一种描述。从本质上说，信息是反映现实世界的运动、发展和变化状态及规律的信号与消息。信息包括以下几个要件：信源、语言符号、载体、信道、信宿、媒介。

电脑：是一种利用电子学原理根据一系列指令来对数据进行处理的机器。因此，信息技术≠电脑技术，它的范围要宽广的多。

3.生物科学整合课≠生物多媒体课。

生物整合课与生物多媒体课不相同：生物整合课不仅信息技术手段、方法与学科教学手段、方法的整合，还包括教师教的艺术，学生学的方法，注重学生的认知学习，学习评价，师生沟通。生物多媒体课为教师的“教”提供方便支持。“生物整合课”更是对整个教与学过程的渗透，对整个教与学过程、评价、延伸学习的整合。

二、如何上生物整合课？

生物学科整合：是指课堂教学中把课程内容和方法与信息技术、信息方法、信息资源、人力资源有机结合，共同完成生物课程教与学。目的是把信息等各种先进技术应用到生物学科教学过程中，使各种教学资源、教学要素和教学环节经整理、组合，相互融合，在整体优化的基础上产生聚焦效应，从而促进生物传统教学结构与教学模式的根本提升，达到实现课程教与学的目标。

1.认真选择整合的点：整合是广义的整合，可以是课堂某个环节、某个知识点的整合，不一定是全过程的整合，可以是课堂上不同手段的整合，更不要错误地认为整合就是要电脑，就要网络，要先进的软件，没有电脑就不是整合了。

《消化吸收》：材料多，素材多，但是消化、吸收很少直观动态的内容，使用flas，数码摄像技术等进行整合，使学生看到家兔肠胃的蠕动，消化过程消化液的分泌和消化物的移动等等；

《空中飞行的动物》：为什么鸟能飞行？如何适应飞行？与飞机有什么不同？选用flas整合飞行原理。摆脱了学生问：为什么能飞？有翅膀的答案。

……

2.发动学生，精心整合。整合最简单的目的是为了学生，我们上整合课我都是引导学生加入整合课的研究行列：

在发动学生方面有很多东西学生是可以完成的：生物标本的采集、收集、购买；生物视频的拍摄；生物图片的照相；生物实验的模拟；生物的调查、数据的分析；生物现象的观察等，都可以发动学生的参与，让学生参与整合。

作为教师要备好课。备课不仅仅要备重点、难点，备学生，还要把知识呈现的手段、方法、时间备进去（何时呈现，怎样呈现，重点内容多几个方式呈现和互动）。

因此，不是整堂课都要用信息技术或者某项技术，其实引导学生参与研究性学习小组就是很重要的整合手段之一，这就重视了人的资源，重视了以人为本。

3.选择自己适合的媒体技术。不要盲目的追求好看，追求很高的信息技术，而要实用，要自己最擅长的技术。目前很多老师都掌握了PPT、flash等较高级的软件的使用，但在制作是往往要化大量的时间。这就让老师准备一节课往往要花一、两个礼拜的时间甚至更长，很多老师不愿意上整合课。其实PowerPoint、OFFICE、ACDsee等软件的使用也很简便，花的时间也很少，我们不要盲目跟风做复杂的课件，做适合自己的课件，整合适合自己使用的技术和素材就行。

生物复习课，我就用WPS进行整合，把练习和提纲整合；学习细胞的结构，我们不但让学生看显微细胞摄影、细胞模型、细胞图片、还要进行细胞结构图的绘画，这也是很好的整合，这个整合不用电脑就可以，因此，我们选用合适的技术整合是看自己的技术水平，也看实际的需要，做到简单、快捷，突出重点就行。

整合不一定要有课件，我们要把握一个原则：要符合学生的认知规律；要便于学生理解老师授课意图；要有一定的交互性；要有一定的拓展性；要适合自己。

三、正确的评价导向。

一节生物课，是具有生物课的基本要求，生物整合课，也有基本的导向，才能引导老师朝着一定的目标努力，有方向，有技术，有积极性，是保证生物学科整合课能正常开展的关键。

1.贯彻新课程标准。包括认知、情感、技能、学生自主学习和发展等目标，反映教学内容的广度和深度，体现多智力因素。

2.符合学生发展的实际水平，注重学生创新能力和信息技术能力的培养。

3.要求内容与课程设计，能适合学生的经历、兴趣、知识水平、理解力和其他能力，吸引学生适当参与课程整合的过程，促进学生个性发展。

4.发挥生物学科整合的优势，教学方法适宜、灵活、有创意，体现学生的主体地位和教师的主导作用。

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有些高中生物教师受传统教学模式影响太深，短时间内无法转变教学观念．虽然在课堂教学中引入了信息技术，但是对多媒体课件材料的重视度不够，准备不充分，有些仅仅是相关图片或资料的简单罗列．很多老师未能从学生的学习主体地位出发，课堂上仍是以教师讲授为主，缺乏师生之间的必要交流，忽略了学生的学习感受，导致学生提不起学习兴趣，甚至产生厌学和抵触的情绪．有些教师在将信息技术与高中生物教学进行整合时忽略了有效性因素．所有的教学手段都应为最终的教学目的服务，信息技术在高中生物课堂教学当中的运用恰当与否，主要是看其对教学过程有无辅助作用．

信息技术的运用与教学大纲的内容要求关联性不强，课堂表面上看起来有声有色、热热闹闹，多媒体课件图文并茂，但是实际上能传达给学生的有效信息量很少，大部分内容游离于教学任务和教学目的之外，无法引发学生积极思考．虽然信息技术在高中生物教学中起着十分重要的作用，但这绝不意味着信息技术可以取代其他教学手段的作用．有些教师认为有了多媒体课件就可以完全放任学生自由活动，这是十分错误的．生物是一门实验类学科，观察和实验在生物科学中起着十分重要的作用．多媒体课件演示和运用决不能完全取代演示实验、学生实验和教师板书等教学手段．

二、高中生物教学中信息技术整合的优化策略

将信息技术与高中生物课堂教学相整合，创设轻松愉快的教学情境，化抽象为具体，激发学生的探索欲和求知欲．只有在轻松愉快的教学情境下，学生才能真正进入学习状态．教师要利用多媒体课件直观生动的图像和视频形象，充分调动学生的感官来接受知识信息，激发学生的联想和想象，集中学生的注意力，将学生已掌握的知识和经验等与新导入的知识相融，建立起新旧知识之间的联系．利用多媒体技术可以跨越时间和空间对课堂教学的限制，将复杂晦涩的理论知识化为直观易懂的图像视频信息，让学生一目了然．例如，植物种子的萌芽过程，仅仅通过教师讲解学生很难理解和掌握．但是借助信息技术可以将种子萌发过程拍成视频并运用快放模式，让学生直观地观察到种子萌发的全过程．

将信息技术与高中生物课堂教学相整合，用计算机多媒体技术辅助高中生物实验教学，增强学生的实践动手能力．在传统的高中生物课堂上，通常是教师演示实验，之后学生对演示的实验进行机械重复．然而实验中任何一点微小的差异都会导致实验效果的误差．在信息技术的辅助下，教师可以将实验操作的具体过程通过视频播放出来，有些需要特别注意的实验细节可以用放大照片等形式展示给学生，让学生事先了解实验过程和注意事项，减少学生实际实验时的出错率，节省实验时间，增强实验教学效果．另外，高中生物课中有些无法在课堂上实现的实验，例如脊蛙的反射实验、家鸽的解剖实验等．用多媒体课件可以演示这些实验过程，既能满足学生学习生物知识的需求，又能培养学生保护动物和保护生态环境的意识．

三、总结

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关键词：初中生物；课堂教学；信息技术；整合

整合是现代教育发展的需要，灵活利用信息技术运用在生物教学中，可改变教学环境，使教学内容直观生动形象，不拘泥教材，扩大学生知识面，增强学生自主学习的能力。 以计算机为核心的信息技术具有多媒体集成性、交互性等特点，能有效地激发学生兴趣，使学生产生强烈的学习欲望，从而形成学习动机。

一、科学地认识什么是信息技术与生物教学的整合

现在一些老师和学生，对于信息技术与生物学科教学的整合认识存在着很多误区：有的认为为直接照搬网络上下载的课件上课就是整合课了；有的认为课堂上只要用了多种电教媒体，就是整合课；有的认为在机房上课，网络环境下上课，就是整合课。在此，我们先要认识整合和信息技术，信息与电脑的概念。

（一）整合≠信息技术。 整合是指可联合实施以确保实现共同成果的，我认为生物学科课程整合的关键是教师的教学艺术，体现在如何有效应用学科技术、信息技术、学生的研究学习素质，更好地达到生物课程学习的目标。信息技术（Information Technology，简称IT），是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称，它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术（Information and Communications Technology， ICT）。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。

（二）信息≠电脑。 信息：一般来说，信息是指与客观事物相联系，反映客观事物的运动状态，通过一定的物质载体被发出、传递和感受，对接受对象的思维产生影响并用来指导接受对象的行为的一种描述.从本质上说，信息是反映现实世界的运动、发展和变化状态及规律的信号与消息。信息包括以下几个要件：信源、语言符号、载体、信道、信宿、媒介； 电脑：是一种利用电子学原理根据一系列指令来对数据进行处理的机器。因此，信息技术≠电脑技术，它的范围要宽广的多。

（三）生物科学整合课≠生物多媒体课。 生物学科整合课的定位是生物学科课，不是电脑课，不是信息技术课，不是生物多媒体课，目的是让学生通过整合各种手段、方法，使学生自主、高效地学习生物学科知识，培养学生生物学科的能力，促进学生生物学科素质的提高。 生物整合课与生物多媒体课不相同：生物整合课不仅信息技术手段、方法与学科教学手段、方法的整合，还包括教师教的艺术，学生学的方法，注重学生的认知学习，学习评价，师生沟通。生物多媒体课为教师的“教”提供方便支持。“生物整合课”更是对整个教与学过程的渗透，对整个教与学过程、评价、延伸学习的整合。 生物整合课是生物课，要注重教学内容的拓展探究，学科的特点和功能不能削弱，课就是课，不能上成远程教育。

二、如何上生物学科整合课

生物学科整合是指课堂教学中把课程内容和方法与信息技术、信息方法、信息资源、人力资源有机结合，共同完成生物课程教与学。目的是把信息等各种先进技术应用到生物学科教学过程中，使各种教学资源、教学要素和教学环节经整理、组合，相互融合，在整体优化的基础上产生聚焦效应，从而促进生物传统教学结构与教学模式的根本提升，达到实现课程教与学的目标。

（一）认真选择整合的点。 整合是广义的整合，可以是课堂某个环节、某个知识点的整合，不一定是全过程的整合，可以是课堂上不同手段的整合，更不要错误地认为整合就是要电脑，就要网络，要先进的软件，没有电脑就不是整合了。 七年级下册新人教版《消化和吸收》：材料多，素材多，但是消化、吸收很少直观动态的内容，使用flas，数码摄像技术等进行整合，使学生看到人体肠胃的蠕动，消化过程消化液的分泌和消化物的移动等等。

（二）发动学生，精心整合。 整合最简单的目的是为了学生，我们上整合课要引导学生加入整合课的研究行列： 在发动学生方面有很多东西学生是可以完成的：生物标本的采集、收集、购买；生物视频的拍摄；生物图片的照相；生物实验的模拟；生物的调查、数据的分析；生物现象的观察等，都可以发动学生的参与，让学生参与整合。

（三）作为教师要备好课。备课不仅仅要备重点、难点，备学生，还要把知识呈现的手段、方法、时间备进去（何时呈现，怎样呈现，重点内容多几个方式呈现和互动）。 因此，不是整堂课都要用信息技术或者某项技术，其实引导学生参与研究性学习小组就是很重要的整合手段之一，这就重视了人的资源，重视了以人为本。

（四）选择自己适合的媒体技术。 不要盲目的追求好看，追求很高的信息技术，而要实用，要自己最擅长的技术。目前很多老师都掌握了PPT、flash等较高级的软件的使用，但制作往往要花大量的时间。这就让老师准备一节课往往要花一、两个礼拜的时间甚至更长，很多老师不愿意上整合课。

（五）精用多媒体整合于课堂教学，快速突破教学难点。 俗话说：用得好不如用得巧，但用得巧不如用得精，教学内容是教学的依据，多媒体的使用必须与教学内容相统一。使用多媒体课件是为了突出重点，突破难点，如果教学难点在课件使用过程中迎刃而解，那么这就是成功的。

三、正确的评价导向