生物信息学概念范文

生物信息学概念篇1

关键词：信息技术；初中物理；概念教学

《物理课程标准》指出：“应当重视将信息技术应用到物理教学中。”在物理教学中，教师通过运用信息技术手段和方法把容易混淆或是难以理解的物理概念加以展示，使静态的知识生动化，促使学生动手、动脑，不断揭示概念所反映的客观世界的多种矛盾，分清主次、搞清楚各种矛盾的相互依存关系及发展方向，让学生既获得了知识、又掌握了方法，培养能力，从而真正实现物理概念教学的目的。

一、呈现物理情景，引入概念

建构主义认为：“学生的知识不是通过教师传授获得的，而是学生在一定的情境中，借助教师和同学的帮助，利用必要的学习资源，通过一定建构的方式获得的。”因此，在物理概念引入教学中，运用信息技术呈现物理情景，能使学生在视觉、听觉等多种感官上全方位地受到刺激，从而有效激发学生的好奇心，点燃学生的思维火花。 如，“动能”教学时，我把龙卷风、海啸、水库放水等动态视频组合在一起加以呈现，学生看到大树拔起、车辆掀翻、堤坝冲毁、房屋倒塌的画面后非常震感，也提了许多问题：“龙卷风怎么形成的？力量怎么样厉害？” “水狂泻下怎么会如此厉害？这是什么能量？”……这样以信息技术呈现物理现象，无论是视觉效果还是听觉效果，都能给学生深刻的印象，让学生对自然界物体具有的某种“能力”获得一种强烈的感受和直观的认识，从而为建立“动能”的概念打下基础。

因此，在物理概念教学中初中物理，创设与形成物理概念有关的生动的、新颖的情境，使学生感知大量的感性材料，对物理现象有一个明晰的印象，有利于学生形成正确的物理概念，加深理解物理规律。

二、揭示本质属性，理解概念

物理概念的建立过程是在物理环境中学生通过观察、实验获取必要的感性知识，并与自己认知结构中原有的概念相联系的基础上，通过同化或顺应不断加深认识和理解概念的。因此，在教学中运用信息技术为学生提供充分的感性认识的基础上，引导学生进行分析、综合、抽象，摒弃现象和过程中那些表面的、偶然的、次要的等非本质的东西，以揭示现象和过程的本质属性。

这样，借助信息技术展示现实生活中的重力现象，丰富了学生的感知，激发了学生积极思维，在鲜明对比的情境中，抽象概括出重力概念的本质属性，使学生深刻认识到：重力是由于地球的吸引而产生的。

三、突破教学难点，深化概念

将物理学科教学与信息技术整合，利用信息技术辅助教学无疑为课程目标的实现提供了近乎完美的渠道。信息技术独有的“模拟”作用，不仅能真实生动地再现各种难以理解的、抽象的物理知识，激励学生参与教学过程，而且可以有效突破物理教学中的重点和难点问题，深化概念规律的理解。

如，“电流”一节，难点是学生无法观察到电流的形成与方向，因此，电流的概念理解起来比较困难。在教学时，我利用Flash软件进行仿真“模拟”，把电池组、小灯泡、开关、导线连成实物电路。然后闭合开关，电流（用红色线条表示）从电源正极（用“+”表示）流出，通过小灯泡时，灯泡发光，最后回到负极（用 “一”表示），形象、直观一目了然。师生通过对这一直观模拟实验的观察、分析、归纳和总结，很快就能够理解电流的形成、方向这一重点、难点，对“电流”的概念也就有了更深层次的理解。

因此，在物理教学中，教师应充分利用信息技术教学手段，根据教学内容精心设计，把抽象的、枯燥的物理知识原理转化为生动的、具体的图像，帮助学生在头脑中建立正确模型免费。从而有效突破教学难点，加深对物理概念的理解。

四、动态分析过程，活化概念

物理概念与规律的教学是物理教学的核心。物理现象、物理过程的相互联系及其发展趋势是靠物理规律建立的。在物理规律教学中拓展概念教学，运用信息技术的动态变化功能，进一步揭示和理解相关概念之间的相互关系，形象直观地“顿悟”概念的内涵。这有利于概念知识沿网状同化，从而达到活化概念的目的。

如图所示的电路中，滑动变阻器R2的滑片P 向右移动。请分析电流表和电压表的变化情况。教师在引导学生分析时，可充分利用信息技术的动态变化功能，制成课件进行以下动态分析：把电压表和电流表等效替换，电压表等效于开路，电流表等效于一条导线。由此不难看出，电路中的电流只有一条道路，即串联电路，电压表测量的事滑动变阻器的电压。

这样，运用信息技术对电路进行动态分析，既让学生充分理解了电路的规律，也加深学生对电学部分相关概念的具体认识，深化和活化了物理概念，收到良好的教学效果。

五、加强练习反馈，巩固概念

课堂练习的检测与反馈是打造高效课堂的重要环节。通过反馈练习可以使学生深化概念，提高学习效率，加强对所学概念的理解和巩固。利用现代信息技术贮量大、速度快的特点，对学生进行有针对性的训练和检测，为学生创造了一种悦目、悦耳、悦心的效果，高效率地提高理解概念的程度。

如，九年级“惯性”一节复习检测中，我用多媒体播放飞机正确投掷救灾物质的动画视频，同时提出问题：飞机投掷救灾物质为什么要提前投掷？让学生用本堂课所学知识来回答。这样就把学生思维引向深入，不仅培养了学生分析问题和解决问题的能力，而且通过练习深化了对“惯性”概念的理解。

生物信息学概念篇2

传统的教学方式只是一味的追求死记硬背，要求学生将破碎的知识点和孤立的事实进行强加记忆，这样的学习方式对抽象概念繁多的学科来讲并不实用。生物学的概念较为抽象，采用传统的死记硬背的方法只会加重学生的负担。而提高对生物学核心概念的教育水平是提高生物教学质量的根本，不仅为了让学生更好的理解生物学知识，同时使学生的学习方式更符合新课程改革的标准。基于此，本文从学生对核心概念认识与如何区别生物学核心概念的方式出发进行研究，希望能对生物学教育发展起到一定促进作用。

关键词：

生物学；核心概念；生物学概念；课堂教学

前言

随着社会的不断进步与发展，我国的教育体制改革也得到了不断的深化。新课程改革更加注重学生综合素质的培养以及学生对学科概念更深层次的理解，不再单方面追求学生对科学知识的信息量把控，更多强调学生对科学概念的深入理解。生物学的概念较为抽象，因此，学生在学习生物学时，加强对生物学理论概念的深入了解便尤为重要。从生物学的学习角度看，能够让学生把学到的知识转化为终身受益的观念才是根本，能够真正影响学生“三观”的不是课堂上的实验和计算，而是学习过程中所形成的生物学观念，能够准确的把握生物学的核心概念是新课程改革对学生提出的新要求。

1生物学核心概念与其重要地位

1．1什么是核心概念：概念是具有某些特性物体或现象的抽象概括，是相近或相似的人、物和事的总结。生物学的概念是对抽象概念的整合，是生物学现象本质特征的反映，如“酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质”，这个概念主要反映的是酶在化学本质上的共同属性。核心概念是对概念性知识的总结，包括了对理论知识的解释和阐述，是生物学学科的主要部分。其作为生物学知识的领域核心，不仅能经受得住时间的考验，更在实践的过程中得到了广泛的应用［1］。综上所述可知，核心概念并不是普通的学科概念，它是对所有概念的统一概念，可以解释学科知识的本质和学科知识之间的联系，具备将学科知识进行整合统一的功能。

1．2核心概念在教材研发和课堂教学中的地位：学生在对生物学学科进行学习的时候经常会忽视教材中的概念分析，实质上，不同版本的教材就是一系列的核心概念所构成的知识体系，加强对教材概念的理解不仅有助于学生理解生物学学科知识，更能培养学生学习的严谨科学态度。教材的版本繁多，但核心都在阐述核心概念的发展、更新和变化的过程。新课程改革后，在对生物学学科进行教学时把学生对生物学核心概念的理解作为了教育的重点，确立教学目标之后，教学的活动也必须围绕着该核心来进行，如在《生态系统的信息传递》一节中，在生态系统中，信息进行传递具有哪些实际作用就作为一个重要概念进行学习，为了能让学生更好的进行对概念的理解，摆脱传统教学方式的死记硬背，可以通过课堂相互讨论、分析并亲自查阅相关资料等方式来进行预习。首先让学生对教材之中的资料进行探讨，讨论在调整蛾、天敌两者之间的关联与发生的的不同反映，进而得出其在生态系统中的重要作用。学生通过这种方式能够自然得出调节生物之间关系信息，以维持生态系统的稳定”这一概念。再如对“光合作用”这以核心概念进行教学时可以先向学生们展示一系列的光合作用的实验，让学生亲眼目睹光合作用下所发生的现象［2］。然后提供生物学家的实验数据给学生进行参考，让学生通过对实验现象的分析，并结合生物学家们的实验结论来对概念进行理解，这样的教学方式一方面能够让学生对生物学科的学习方法产生一定的兴趣，更会加深学生对核心概念的深刻理解。

2区别生物学核心概念的方式

生物学学科中心理论是生物学的主要部分，而且是生物学的根本属性特征，不仅能够揭示生物学学科的基本面貌，更能统一学科知识。学生对生物学学科核心概念的理解程度是对生物学的基本学习素养的反映，如何才能从众多的学科之中将生物学核心概念区别出来呢？区别生物学概念的方式主要有以下几方面。

2．1生物学的核心概念是学科概念的总和：生物学是研究生命活动的科学，所有的研究分析都是对事物的现象进行一定的描述，可以揭示学科知识的本质以及学科之间知识的相互联系。在这样的信息结构中，学科之间的信息相关片段联系就不能彰显出来［3］。因此，在生物学学习的过程中一定要充分的汇集知识结构，在这个结构中的节点就是学科的核心概念，也正是如此，核心概念才被称为学科的基本框架的构成概念。

2．2生物学核心概念具有文件夹功能：如果教师能够完整的对教学中所遇到的核心概念进行有效的提炼，并把他们进行整合并反映出生物学学科的基本发展体系，然后围绕着这个体系进行知识内容的选择，让学生淡化与体系没有直接关系的知识，比在课程中给学生灌输复杂的知识具有更强的学科教育功能。

2．3生物学核心概念具有整合统一功能：对生物学的核心概念进行提炼需要对知识进行整体化、条理化，构建出一条脉络清晰的有机联系体系，但这样的体系在构建的过程中对整体思维的把握提出了新要求和新标准。

2．4生物学核心概念具有信息转移的功能：任何科学领域都存在反映事物内在联系与规律的核心观念，学生可以将生物学核心概念的理解转移到其他的科学领域，从而学会以整体的、发展联系的角度去看问题。结语：通过以上对中学生生物信息概念的界定可以确定，生物学概念不同于一般的学科概念，它是学科知识点整合的基本框架。学生要加强对生物学核心概念的理解，不断深入并强化对生物学核心概念的学习，不仅有助于学生对生物学本质的理解，更能使学生学习的知识逐渐具有持久性和迁移性的价值。

参考文献：

［1］王健，王聪，刘志爽．生物学科能力及其表现研究［J］．教育学报，2016，08（04）：64－72．

［2］洪燕飞．探索初中生物学核心概念建构的课堂实施途径［J］．教育教学论坛，2013，11（37）：211－212．

［3］陈双慧．基于思维导图的高中生物学概念教学［J］．黑龙江科技信息，2013，03（34）：125.

生物信息学概念篇3

关键词：形式；关系；意义；信息；形上之思

中图分类号：B08　文献标识码：A　文章编号：1000－2731(2012)02－0028－04

在信息论创立之初，对于是否选择“信息”一词来称谓他所发现的一个新函数，香农曾感到颇为犹豫，因为这个词令人困惑，在英语中，它已经有了太多的含义，当前学界也极易将形式、关系与意义等与信息概念混为一谈。然而，从哲学传统的角度思考，现代信息论及其哲学观念中的“信息”一词确然契合了诸多深刻的思想渊源。从词源学上说，英文“information”一词的词根“form”，首字母大写时(Form)指称柏拉图哲学的“理念”，小写时指称亚里士多德哲学的“形式”，都是西方哲学传统中的重要概念，而且“Information”的动态形式是“inform”，它常取“赋予某对象以形式或特征”之意。由此概念分析处人手，我们便可开启信息哲学的形上之思。一、从“形式”概念看信息哲学中的形上问题

在信息哲学中，关于形式概念的哲学思考乃是隐而不显的，因其可谓信息哲学的根基之思，其内容本身本不纳入信息哲学的理论框架之中，却又时时处处贯穿于信息哲学的诸论之内。因此，在一定意义上，将形式之思的理路阐述清晰化、在场化，或许既是一种哲学形而上学沉思中的必然，又是一种信息元哲学探究中的可能。

在柏拉图哲学中，理念(Form)是一种绝对的、永恒的和超验的实存之物，世间万物因分有或者模仿理念而成其为自身，获得其本质，成为理念的一个摹本。分有物或者模仿物显然只能部分地具有理念的“完美性”，而永远不能成为它。因此，现实世界是虚假的，是杂多，而唯有理念世界是真实的，是完美的“一”。形象地说，柏拉图为我们描述了一幅由上而下的形式分有的运动图像，即形式作为内容由理念散发而流动到世间万物之处，进而塑造出万物之显像，而这也正是“inform”一词的本义。或许我们可以说信息(information)作为“inform”的名词化，正是表达这一形式分有之流动过程的描述性概念，正是由它描述了柏拉图哲学中世间万物形成的动力源泉、内在机理和时空构式。由此，我们便可看出信息在哲学中的存在论意蕴，即信息虽不能直接被看作万物形成的实体性本原，但它作为形式分有、流动的显像仍然是万物“形――成”的过程性本原，由此，我们便也重新理解了赫拉克利特的流变之说。

亚里士多德关于形式(form)的思想是对柏拉图理念论的继承和转换。在柏拉图那里，理念高于世间万物，而亚里士多德则说形式蕴含于万物之中，它与万物须臾不可分离，甚至形式就是第一实体。在四因说中，亚里士多德指出，形式因乃是第一因，动力因和目的因都可以归于形式因，即使是质料也离不开形式，因为我们在任何地方都不可能发现“原初质料”这样的东西，即没有无形式的质料，形式就是一切事物的“是其所是”，质料只是潜在性，而形式则是现实性，甚至自然的过程就是质料从一种形式到另一种形式的连续转换的过程。由此我们可以看出形式概念在亚里士多德哲学中的核心地位，而如果将此思想延展开来，我们便会发现亚里士多德的形式与信息哲学中的信息之间有着一条可以明确沟通的纽带。

在柏拉图哲学中，形式乃是被给予物质的，而亚里士多德将其转换为形式内在于物质的问题，这便形成西方哲学传统中的一个重要分歧。17和18世纪的欧洲经验论哲学认为知识所赖以构成的形式寓于知觉之中，而休谟则怀疑离开了客观的形式，经验只能是散乱无序的，后来，知觉被笛卡儿的主观理性所代替。走出独断论迷梦的康德又将质料(matter)和形式(form)纳入到先验范畴之中，指出心灵本就是形式之家，知觉的形式乃是由先验心灵所赋予的，由此我们才能认识世间万物。然而20世纪的哲学则更倾向于形式与质料内在不可分离的观点。向来少谈客观实在问题的现象学家海德格尔也说：“我们对这个物的概念，即把物当作具有形式的质料的概念，也是有怀疑的。……质料与形式的区分，而且以各种不同的变式，绝对是所有艺术理论和美学的概念图式。不过，这一无可争辩的事实却并不能证明形式与质料的区分是有充足的根据的”。

如果我们返回到亚里士多德的形式之思中去，便可以发现这样一种扩展，即世间万物的运动，体现为由潜在性向现实性的转换，实质上亦是形式显示的过程，是事物之本质生成的过程。如果相对于柏拉图的形式分有思想，我们将亚里士多德的运动理论称之为形式显示，那么信息(information)便可具有如下含义，即事物生成和存在的过程性显示。这一思想在当代信息哲学中得到了鲜明地回应。关于信息本质的研究指出：“信息是标志间接存在的哲学范畴，它是物质(直接存在)存在方式和状态的自身显示。”由此不仅承接了古代哲学的哲思，而且扩展了其思想内涵。这主要体现在信息哲学作为20世纪的哲学思潮，作为时代精神的精华，坚持摒弃二元分立，将形式与质料内在的统一起来，认为在形式显示之中，质料乃是始终作为一个不可分割的基底起作用的。“潜能当它还未曾转化为现实的时候，它是关于将要产生的现实的信息的载体；由潜能转化而来的现实则是它由以转化而来的在它之先的潜能的信息载体，同时，它又作为一种新的潜能而潜在规定着更新形式的现实的信息。”。由此，信息哲学以一种崭新的方式回答了古老形而上学的基础性发问，即“究竟为什么在者在而无反倒不在?”。信息哲学认为信息乃是在者在之根据，曾经在、现在在和将来在之根据，而无，即无信息，因而无形式显示，无本质生成，无成其自身之过程和根据，因而不在。

二、信息哲学中形上问题的“关系”维度

在学界关于信息哲学的论辩中，形式和关系概念往往处于核心地位，也往往被赋予浅薄化、平面化和实体化的解释。如同上述关于形式概念的研究旨在深刻化、立体化和过程化信息哲学的形上之思，关系概念在其中也应体现更加丰富的意义。如果说形式是信息哲学中的奠基性概念，那么关系概念则将信息哲学的形上架构铺展开来。

在信息哲学中，人、自然与社会，以及身与心的关系得到了崭新的诠释。在信息哲学关于存在领域分割的逻辑推演中，存在领域被划分为四个面相：客观实在、客观不实在、主观实在与主观不实在。从唯物主义的实在观出发，我们可以认为客观实在=物质，客观不实在+主观不实在(精神)=信息，由此，整个世界在其基础的关系层面便获得了一

个新奇的诠释视角：人，作为身心的统一体，便包含着客观实在(物质)与主观不实在(主观信息)的双重因素；非人化的自然，便是客观实在(物质)与客观不实在(客观信息)的统一；社会，具有人化与化人的统一性，便更是客观实在(物质)、客观不实在(客观信息)与主观不实在(主观信息)的三元一体。

基于上述论断，可以认为信息作为不实在，贯穿于人、自然与社会的构成之中，实际上，它也同样处于三者间的关系之中。

一方面，在人与自然及其相互关系中，信息构成二者，并作为“显示”与“意向”的统一将二者联结起来。在坚持“世界统一于物质”原则的基础上，我们认为自然，尤其是非人化的自然乃是以物质为其基质的，同时又由下而上地将自身在客观信息层面上显示出来，而这种基质与显示的统一才是完整的自然本身。任何将信息排除于自然的构成之外的思想，都无一例外地沉陷于实体思维的樊笼之中了。人，作为“一切社会关系的总和”，乃“是一个多维的存在：自然的、社会的(文化的)；肉体的、灵魂的；生理的、心理的、行为的。”人，体现着自然、社会、心灵、身体等因素相互作用的复杂性关系，或者说，在信息哲学的视角中，人是多重信息综合建构的产物。在此意义上，人是世界上具有最为复杂维度的存在者，因此，无法对其进行简单还原性的分析。然而，就人与自然的关系而言，“意向”却构成了其中最基本的联结模式。“意向”，在当代哲学研究中，其内涵并不局限于在胡塞尔哲学中的原初意义，具有更为丰富内涵的“下向相关”或“指向”应该成为“意向”一词的深化意义。在信息哲学中，对“意向”一词的使用，便是赋予了其如此更深刻的意义：在广义上，它表征着信息作为原发点，以一种指向的姿态，将其自身相关于物质的动态关系；在狭义上，它意指着主观信息作为原发点，通过多重中介，指向并将其自身下向相关于客观存在物的动态关系。由此而言，具有主观能动性的人正是通过“意向”模式，与物质的自身“显示”相“冲撞”，进而建立起其与自然的密切关系，于是，诸多相互作用产生于其中。

另一方面，在人与社会及其相互关系中，信息亦构成二者，并作为“突现”与“还原”的统一将二者联结起来。“能动地把握、利用、开发、创造和实现信息是人类社会的本质。”这是信息哲学从人与社会的关系出发，对社会概念高度抽象的概括。建基于物质――信息世界的双重演化观念，从社会的内在生成视角出发，认为社会乃是人与自然、人与人之间的相互关系在物质层面与信息层面双重演化的动态过程。社会中人与自然之间相互关系的主要内容已经在前文中简单论述，这里仅指出，其中的“意向”在社会中突现为“集体意向”的复杂状态，而“显示”则更具有了间接性的、多维度的中介机制，从而使得人与自然的关系更趋复杂化。就社会中人与人之间的关系而言，“人之所以展示为人是因为人通过了以社会为中介的生理、心理和行为的二维结构的建构。”并且，正是通过这二维结构的进化发展，将人与社会的关系建构成为一个“突现”和“还原”双向作用的动态过程。“一方面，人的个体集合形成的类构成了人的社会，另一方面，人的类的存在形式社会又规定和影响着人的个体的存在；一方面，社会的活动必须以人的个体的活动为基础，并且，社会的活动又只能存在于一个个的个体的活动之中；另一方面，个体的活动又必然会自觉或不自觉地以与社会整体的活动模式相一致的方式来塑造自身，并且个体的活动又一定会被整合到社会整体的活动模式之中。”

由此可见，“显示”与“意向”“突现”与“还原”乃是信息哲学中关系问题的具体双向维度，它们两两相合，协同整体架构起信息哲学中世界如其所是的复杂性图景。

三、形式生成和关系构成：信息哲学中的意义忖度

在信息哲学诞生之前，信息概念远没有意义概念那么深厚的哲学意蕴。亚里士多德在《范畴篇》中便已经涉及到意义理论的诸多面相。然而，意义问题却仍然是西方哲学传统的―个盲点，因为“意义这个‘东西’太原本了，它很难被完全对象化，但是这不是说它跟对象没关系，对象恰恰因为它而可能。”在20世纪哲学中，受摒弃二元分立的思维方式影响，哲学传统中的意义层面被重新“捕捉”到了。信息哲学将意义问题纳入其研究视域中既是自身研究发展的需要，也是20世纪哲学研究日益走向深化的产物。当前国际信息哲学研究主要表现出两种路径，一是信息的形而上学路径，二是语言和逻辑分析的路径。在第一条路径中，意义问题往往被淡化，而没有形成主题研究，而在第二条路径中，由于相关术语的误用则造成一种“可悲的混乱”。实际上，在信息论创立之初，韦弗就指出：“信息一词在该理论中是在特殊意义上使用的，不应与日常用法混为一谈，尤其是不应与意义混为一谈。”许多信息语义学者持有意义实在论的立场，而将主体的因素排除在外，从而未能给信息哲学中的意义问题提供合理的解答。在20世纪80年代以后，随着以英美哲学家为主体的日常语言哲学传统和以欧洲大陆哲学家为主体的诠释学、普遍语用学及超验语用学日益走向融合，哲学研究也出现了从意义主题到信息主题的转向，其中，信息与意义的关系凸现出来，而对这一问题的思考体现在信息哲学领域中，便形成了信息哲学中的意义问题。

在分析哲学中，意义问题并不处于形而上学的，研究域中，然而信息哲学中的意义思考却与形式、关系等形而上学基本概念相关紧密，甚至可以说，“形式生成”与“关系构成”共同呈现了研究意义问题的出发点和前进方向。

一方面，从形式之思来看，作为物质(直接存在)存在方式和状态的自身显示的信息，从其原初的生成来看，乃是与人无涉的、纯粹自然的物理学现象，由此而呈现的信息，即为客观信息，或称自在信息。“在这个阶段里，信息还只是以其纯自然的方式，自身造就自身、自身规定自身、自身演化自身，从而展开其自身纯自然起源、运动、发展的历程。”这里的“自身”二字表明了将某种类似于主体的自主性赋予信息，从而为客观信息中意义的生成架设了理论基础。从传统形而上学的视角来看，物理事物之间最根本的相互关系便是以形式为动力的相互流动和以形式为目的的相互转换，而在物理学中，它是以“相互作用”为量纲的。“从现代科学的理论来看，事物间的相互作用是通过物质(包括质量和能量)和信息交换来实现的，……就相互作用必然引起参与相互作用之事物的物质和信息结构的改变这一隋景来看，凡是相互作用过程都必然会伴有价值关系之发生。”在这里的价值关系便是客观信息中原初生成的意义内容。这里的意义乃是“表示在价值和地位含义上的意义(Bedeu－tung)。”

另一方面，“在一种另外的含义上，意义所表示的就恰如一个语词的意义、语词组合所能够具有的意义。而意义的这一含义以某种方式是与那种我们称之为意蕴的东西联系在一起的，并且，此含义要比意义和意蕴的上述那种所谓‘价值’含义远为源本。”由此看来，由于信息哲学不容许将其自身仅仅作为科学哲学的一个分支，而且具有一种元哲学的宏大视域，因而探究意义的源本结构便更是题中之义。

如果我们试图通过对信息哲学的形而上学解释给出关于意义源本结构的初步阐明，那么就有必要记住，只有从关系之思，即关于世界如其所是的整体性图景的解释出发，才能获得一个完整的理解。前文所述及的自然、人、社会乃至身心之间的复杂性关系为我们提供了理解意义问题的双向思路，其一，自然的上向“显示”与意识的下向“意向”相互统一；其二，个人与社会之间的上向“突现”与下向“还原”相互统一。这两种统一乃是关系构成中的意义关联之网络，是内在主义与外在主义解释的相合，在其中，人的重要地位不可忽视，或者说，人就是意义关联之网的网上纽结，将世界的多维复杂性因素关联、整合起来，而信息的意义则正是由人所赋予的。从存在论的角度来说，意义关联不仅是人与世界之间的关系抽象，而更是一种具体的生存诉求，因此，意义必然构成于人与世界的最基本的信息交流之上。这正是信息哲学中意义问题研究的关系构成路径的主旨所在。

生物信息学概念篇4

【关键词】自主论/还原论/生命现象/解释/遗传信息

【正文】

1．目的性解释或功能解释的方式是概念自主性的逻辑延伸

如果承认生物学理论具有自主性，那么理论自主性的根本在于概念的自主性，即存在所谓不能用物理——化学术语进行描述和定义的概念。生物学理论自主性的另一表现——理论体系的目的性解释或功能解释方式，是概念自主性的逻辑延伸。另一方面，生物学理论中仅存在自主性概念并不必然导致目的性解释或功能解释，例如，孟德尔遗传学、公里化处理后的群体遗传学和进化论的演绎体系(1),其中所有的概念都没有与物理——化学发生关联，都是自主的，只有在一个体系中，例如，以分子生物学为主体的现代生物学，存在自主性概念的同时，又存在物理——化学的术语和概念，并且，二者都处于解释起点的位置，才必然导致目的性解释或功能解释的理论结构，这种结构成为融合自主性概念与物理——化学概念为一体的方案。就现代分子生物学来说，其中的物理——化学概念所描述的是生命现象中的分子及其行为，而自主性概念所描述和推演的是我们宏观经验的生命现象本身，这二者之间，从概念的构造和体系的建立的过程来说，分属两套逻辑体系，因而它们之间没有逻辑演绎的导出关系(2)，同时，由于生命现象的复杂性（即使假定把它描述成所谓的因果反馈网络是可行的方案），难于形成一个由前者到后者的历史演化的因果决定性的理论描述，剩下来将二者结合在一个理论中的唯一方案就是目的性解释或功能性解释的方式。由此形成的体系中，自主性概念（如遗传信息）处于核心地位，物理——化学的术语和概念（如dna，蛋白质）是附属的。现代还原论（或称分支论，企图将生物学作为物理科学的一个分支）对生物学理论的目的性解释或功能解释方式的一切责难，以及将其变换为演绎解释方式的企图，如果不首先化解概念的自主性问题，将是徒劳的。

从生物学理论的客观构建过程来说，这些“自主性概念”是直接从生命现象中认定的，因而也是无机世界所没有的。在自主论看来，无论站在什么角度或立场上，“自主性概念”是理论中不可再分解的最基本，最原始的元素，是解说其它现象的起点；而在还原论看来，从物理——化学的立场或从无机界与生命界的关系的角度来看，“自主性概念”是复合的，应由物理——化学的术语和概念复合而成，因而它们就不应是理论中最基本的元素。我们顺着还原论的思路思考下去，还原，就是最终由物理学中的概念逻辑地演绎“自主性概念”的内涵。物理学中所有概念都终究归结为可感知、可操作的三个量纲：质量、空间、时间。物理科学内部的还原都是这种归结：对热质的否定并把热现象归结为能、温度归结为分子的平均动能，从化学到量子力学等等，著名的“熵”，则以热量与温度的关系来表示，在申农创立了信息论之后，人们便千方百计地寻找“信息”与物理学的关系，勉强将其与“熵”联系起来。从有限的意义上说，分子生物学还原了经典遗传学，将基因还原为dna和“遗传信息”，而“遗传信息”如何进一步归结为物理学的量纲呢？“遗传信息”是一系列生命过程的整体赋予dna等生物大分子行为以生物学意义的概念，也就是说在解释的逻辑次序上整体在先，元素在后，这是“遗传信息”这一概念的自主性的来源。因此，分子生物学的还原仅是有限意义上的还原，甚至不能说是还原，因为它仅仅是以一个自主性概念（遗传信息）解说了另一个自主性概念（基因），而“遗传信息”已成为现代生物学的研究范式或纲领的核心。因此，现代分子生物学并没有给还原论以支持，而且具有反作用，因为，如果说经典遗传学是一个演绎体系因而在这一点符合还原论的要求，那么分子生物学由于“自主性概念”与物理——化学概念的混合而具有了目的性解释和功能解释框架的特征，这成为生物学理论自主性的表现特征之一。

现代自主论正是从分子生物学的这些自主性特征出发，声明了自己的原则和立场。

2．现代自主论的原则及其本体论基础

从活生生的生命现象中直接认定一些概念，从而它们独立于无机界，有别于物理——化学语言，使建立在这样的概念之上的理论具有自主性，最极端的例子是本世纪初的生理学家杜里舒（h·driesch）将“活力”概念科学化和理论化，使它成为逻辑解释的起点；孟德尔到摩尔根所构造的经典遗传学中的“基因”，也是直接以生命现象以及从中所获得的数据为根据认定的有别于物理——化学的概念。本世纪六十年代，分子遗传学将“基因”用dna分子片段代替，使人们一度认为生物学的自主性是一种虚幻的认识，迟早会消失的。但是，并非dna分子片段唯一地代替了基因，而是dna分子与“遗传信息”二者一起来解释基因。“遗传信息”又是直接来源于生命现象的概念，仅就这一点来说，分子生物学仍然具有自主性。这是现代生物学自主论的根据。

现代自主论的主要论点是生物学完全有根据形成自主的概念，“自主”意味着不能由物理——化学术语来分解或描述或定义。为了区别于分子生物学诞生之前的生机论或活力论，现代自主论提出以下原则：将生物学能否还原为物理科学与能否用物质原因阐释生命现象严格区分为两个问题。(3)这个原则所要强调的是，物理——化学并不是对物质世界的唯一表述方式，关于生命有机体自身的物质原因的表述（生物学理论）则是另一种关于物质世界的理论表述方式，二者之间不存在逻辑蕴涵或逻辑导出关系。生物学还原为物理科学，其严格意义是以物理——化学的概念和定律来解释生命现象，从而推演生物学理论。仅从概念的层次来说，完全用物理——化学的术语描述或定义生物学概念，已经非常苛刻而至今远未做到。现代自主论“用物质的原因阐释生命现象”则宽松得多，实际上，分子生物学就是这样，以生命大分子组成，再加上遗传信息、复制、转录、翻译以及选择、稳定等诸多生物学独有的自主性概念，成功地阐释了从功能到进化的许多生命现象和活动。这是一个非常实际的原则，既可以摆脱科学史上令人厌恶的“活力”纠缠，又没有象还原论那样自套枷锁。

虽然如此，如果深究这一原则，则存在以下问题：

第一，现代自主论所称的具有自主性的生物学概念的认知来源无疑仍是对生命现象的直接认定，因此，在还原论或分支论那里应该是纯粹的解释对象的生命现象，在此成为认知和解释的起点。至少在这一点上与“活力”概念是相同的；

第二，现代自主论的本意是，生命现象中的物质运动方式为无机界所没有，因而对这些运动方式、关系等可形成独立于或自主于描述无机界物质运动方式的物理——化学的术语、概念乃至规律、理论，作为解说生命现象的前提。这种主张或可与当下的生命现象或“功能生物学”(4)相谐调，但与科学界的一个基本承诺（也是一个从未被证实过的预设）相抵触：生命来自于无机界。这意味着生命现象中的运动方式与无机界的运动方式有—个逻辑与历史相统一的关系，描述它们的理论也应有一个统一的逻辑关系，因而自主性不应该是必然的。

第三，在解释上，“物质的原因”中的“物质”是指生命体组成，主要是生物大分子，因此在现代自主论看来，分子生物学在具有了自主性的同时，又具有了物质性。而具体体现这种主张的分子生物学必然是自主性概念与物理——化学的术语和概念相“混合”的理论，其中，直接以生命现象作为实在性基础的自主性概念占有主导地位，是理论的核心。“遗传信息”规定了未来的蓝图，成为生物大分子所有行为的目的性基础与源泉，(5)它以生物大分子自身的逻辑内涵所没有包容的、因而是外在的东西，来赋予生物大分子行为以生物学意义。这就使得dna等生物大分子成为遗传信息等概念的附庸，导致了目的性解释或功能解释方式(2)。这实际上仅仅一半是物质的，而另一半却仍旧是“生机”的。这样，与其说是解释生命现象，不如说是在阐释生命形式下的分子及行为。这样的理论之所以被人们接受，其原因之一是人们接受了“生命来自于无机界”这个科学界中最基本的承诺之一，它已成为一种指导思想，给人们带来了希望：迟早有一天我们可以使理论上的从无机到生命的逻辑与历史上的从无机到生命的演化过程统一起来。因此，现代自主论的原则尽管与现代生物学相一致，但是，它却与这样一个重大的承诺不谐调。

第四，由此，我们可以做这样的一个回顾：生机论以从生命现象中认定的概念作为解释的起点，可简略称为“以‘生命’解释生命”；还原论则基于近现代科学精神的要求，以描述无机界的概念为起点来解释生命现象（即“以‘物质’解释生命”）；而现代自主论的原则和主张，在分子生物学的具体体现中，却付出了这样的代价：以自主性概念为核心规范了物理——化学的术语和概念，以此为解释起点，但所解释的并非是生命现象本身，而是分子的行为（尽管是生命形式之下的）——自主性的那部分所解释的是生物大分子的（物质的）行为（即“以‘生命’解释物质”），“物质原因”那部分所解释的也仍是物质，而非生命。

以上几点，既是现代分子生物学理论体系中存在的哲学疑难，又是现代自主论的主张所存在的问题。现代自主论的原则是以现代生物学为其合理性依据的，它之所以坚持这一原则，一方面是由于现代分子生物学的内容的确如此，另一方面又企图把这一原则固定为今后理论生物学构建的指导性原则。这不由得使人想起了二千多年前亚里士多德的技巧，他不满意柏拉图在灵魂（生命）与肉体（物质）之间设置的鸿沟，企图找出生命过程与物理过程的密切联系，同时又要界说生命过程以表明与物理过程的区别，他构造了“形式因”和“目的因”的概念来解决这一问题：一件东西赖以构成的原料或物质并没有告诉我们它是什么，但赋予它以形式或目的，我们就可以根据它能做什么来说明它。

进一步的问题是本体论问题。现代自主论的优势在于现代生物学理论的形态和内容确以一些自主的概念作为理论根基的，但它的本体论基础却不令人信服：“生物学自主性的本体论根据在于生命有机体这种体系中的因果关系是复杂的，其中，生命整体行为对部分的制约是无机界所没有的。”(3)在此，存在着这样的悖论：因果关系是对现代生物学自主性的否定，而这里却以因果关系（尽管是复杂的，但仍是因果关系）作为自主性的本体论基础——前文分析了“一个理论体系中自主性概念与物理——化学概念同存并列作为解释的最基本元素，必然导致目的性解释或功能解释的方式”，它的逆否命题便是“非目的性解释（演绎的或因果关系的）体系不允许两种概念混合并列为解释的起点”，只能由一方还原另一方。那么，理论出现了“自主性”，到底是由于生命现象太复杂、纯粹以无机界为起点因果地或演绎地解释生命现象太困难而采取的权宜之计；还是由于存在着无机界所没有的“制约”，因而生命现象在本体上具有“自主性”（自主于无机界、确切地说自主于物理——化学的运动机制），使生物学也具有了“自主性”？接下来就发生这样的重大问题：本体上的自主性是什么？它与“活力”“生命力”的本质区别是什么？现代自主论可以争辩：生物学理论的自主性并不等同于生命现象具有自主性。但是，“整体对部分的制约”等诸如此类的现象如果在本体上不是自主的，而是与无机界有演化机制的因果关联，又为何不能为物理——化学（包括未来的物理科学）所描述？除非承认“科学的认识方法是有限的和不完备的”以及进一步承认“人的认知能力是极为有限的”这样令人气馁的命题，这又回到了“太困难而采取的权宜之计”上来。

因此，现代还原论固执地坚持以下两点与现代自主论的原则以及生物学理论现实作对：第一，生命必须纯粹地作为解释对象，而不能在解释之先从生命现象中预设某些概念作为解释的起点，如果生物学理论中有这样的概念，则它应被分解为物理——化学的语言；由此，第二，用演绎的解释方式转换由于存在自主性概念而采用的目的性解释或功能解释方式。坚持以上两点，也即将生命现象作为纯粹的解释对象而从无机界来演绎，就意味着用“物质的原因解释生命”与“生物学还原”是同一个问题。由于这种理想主义的固执，还原论所遭遇的困境甚于现代自主论。

3．现代还原论的困境

还原论的致命之处，主要不在于它反对现代自主论的原则，而在于反对现实的生物学理论的形式和内容去追求一种不太切合实际的理想。对生物学理论中的目的性解释和功能解释的诸多责难及演绎还原的要求所依赖的合理性依据——解释预言的检验是经验上可操作的，已随着现代生物学的成功而烟消云散，因为目的性解释或功能解释方式同样在试验上可检验。面对现代生物学的成功，以及还原所难以克服的诸多困难，再加上现代自主论强有力的批判和否定，现代还原论发现，剩下来可依赖的唯一合理性是哲学意义上的依据，即“生命来自于无机界”这一预设性和承诺性命题，我们不应“以‘生命’解释生命”，也不应“以‘生命’解释物质”，合理的“解释矢量”的方向应是“以‘物质’解释生命现象”。在这里，“生命现象”是一个很不具体的抽象概念，实际上可具体为被“约束”或“规范”的物质行为表现和“约束”或“规范”机制本身，这是真正的解释对象，也是理论自主性的实在性基础。因而，对于还原论来说，追究“基因”或“遗传信息”的起源和分子进化机制已成为其最后的坚守阵地，并且，当代自组织理论和超循环理论的盛行，似乎为还原论带来了令人振奋的希望。

迈尔曾将生物学理论划分为功能生物学与进化生物学，(4)在功能生物学中，基因所携带的遗传信息是生物学一切功能和目的的基础和源泉，只要突破这一点，即能够用物理——化学的语言演绎地描述形成遗传信息的分子进化机制，那么，还原论至少在原则上取得了胜利。但是，通过以下分析，这种希望似乎又是水中之月。

前面说过，“自主性概念”之所以“自主”，是由于它直接对应于生命现象或认定“生命的实在”，它反映了生命特有的本质，因此，它作为理论的起点，不必给予也不可能进行物理——化学的描述。还原论否认存在生命的特质，把所谓“自主性概念”或直接来自生命现象的概念看成是“复合性”的，可分解为诸多物理——化学的术语和概念，与此相应的试验上可操作性依据是生物化学对生命有机体的组成还原。但是，组成上的还原虽然可作为生命与无机界密切联系的依据，但也没有否定现代自主论的“用物质的原因解释生命不等于还原”的命题及所坚持的原则。否定“自主性概念”的充分条件不仅仅是把它看成“复合性”的，而且要以物理——化学的术语和概念逻辑地导出它的内涵。如果只满足于组成上的还原，结果只能是以“自主性概念”为核心来赋予生物大分子及其行为以生命意义(2)。与逻辑导出相对应的试验依据不是组成上的分解还原，而是与逻辑导出同向的试验可操作性，说白了，就是由无机要素合成生命，哪怕是最简单的生命现象。例如，对于超循环论来说，就是生物大分子超循环耦合能否在试验条件下发生，这涉及到“生命来自无机界”这一命题由哲学化向具体的科学化的过渡，关系到还原论在科学上能否真正站稳。但是：

第一，由无机到生命，经历了漫长时间，并且，生命的产生和演化是在十分优越的条件下选择了唯一快捷的途径而发生的。以人类的有限生命和历史是否有能力进行这种操作呢？这就象大海里的沙子，原则上是有限的，如果想数清楚有多少粒，则在实践上是一个无限的问题。退一步说，仅理论上的操作，即以物理——化学诸要素，通过在无机背景下取得的参数，进行自组织理论的非线性过程计算，来描述无机与生命之间的逻辑关系，这种非线性理论的计算操作也同样是事实上的无限复杂。这种原则上的有限而实践上的无限，直接冲击还原论的哲学基础：决定论。只有决定论成立，由无机到生命的逻辑演绎方式才是理论上可操作的，才具有进行预测和试验上可操作的价值和意义；决定论的前提又是自然有限论，而无限性就意味着不确定性，也就意味着逻辑演绎的理论之路是不通畅的、实践之路是不可操作的。

第二，自组织理论本身的结论——非线性过程的不可逆性，使这种操作不可能。从无机到生命的历史过程，其中有许多偶然性或随机因素起了决定作用并已作为“信息”储存于生物大分子的结构中。由于偶然性或随机因素的不可重复，使时间不可反演，因而整个过程无法进行重复操作。

第三，自组织理论和超循环论的非线性动力学过程的不确定性，使从无机到生命的演绎过程不可能。在此，应对“因果决定论”与“演绎解释方式”作出区分，一般来说，这二者被合二为一地用来与目的性解释或功能解释方式相对立，但它们之间是有区别的。因果决定论是用来表述定律或原理的方式，而演绎解释的方式是解释体系乃至理论体系的构成框架，即因果决定论形式的定律或原理是作为演绎框架的解释前提而出现的。这就可以提出这样的问题：否定了因果决定论的自组织理论的非线性过程的定律、原理是否可以作为从无机到生命演绎解释框架的解释前提呢？按照还原论解释的要求，如果中间环节有不确定因素，将阻碍这种演绎解释的逻辑通道的畅通。只有解释前提的因果决定论形式才与整体的演绎解释框架相谐调。尽管自组织理论及超循环论这一新物理科学曾经被讨论的热火朝天，由于它在分子自组织领域内就已经在逻辑上不确定了，因而，至今为止它对生物学的影响只限于描述性地说说而已，至多提供一个框架式的思想启示。

4．结语

还原论所遭遇的困境，是由于坚守着理想主义的科学信仰而不顾生物学现实。但是，无论是同情还原论而提出的带有折衷性的整体还原，还是反对还原论的自主论，在其构建生物学理论的建议中，只要还主张保存直接来自于生命现象的术语和概念，并且不可被物理——化学的术语和概念、也即描述无机世界的术语和概念所代替，都是在认识论上允许预先设定生命现象作为解释的起点，从而在本体论上承诺了存在着一种生命特质，也就有违于“从无机到生命的历史走向和逻辑走向相一致”这一基本的科学承诺。

在现代生物学面前，还原论成为固执地坚守理想和信仰的牺牲者而在所不惜，自主论由于切合生物学理论的现实而取得了优势，并以能够指导未来生物学理论的构建为最大的价值所在。但是，笔者认为，一门学科，特别是具有哲学色彩的学科，其意义和价值不应仅仅依赖于其他学科，更不能以其可否“指导”自然科学的发展为其价值标准。逻辑实证主义起始的现代科学哲学的历史已证明这种“指导”是虚妄和徒劳的，科学往往自我发展而不听命于哲学家的“指导”。在这方面，还原论也并不是无可厚非。无论是还原论还是自主论，它们的目的都是企图指导生物学理论按照它们指定的框架来运行，结果使我们处于这样一个悖论之中：如果信守“生命来自无机界”这一命题，则应否定“不能用描述无机界物质运动的概念、规律即物理科学进行还原”；而坚持还原论，则遇到操作上包括不确定性对演绎过程的否定的阻碍。这是否值得我们反思一下过于功利主义倾向的行为，以修正我们对科学的哲学探讨的目的？科学哲学的真正意义和价值在于自身，在于对科学及其与自然的关系的理解，在于它自身体系的建立，这个体系体现了人类的心智对完美的追求和向往。这一点，特别是在一个人欲横流的社会里，是极为可贵和重要的。

【参考文献】

(1)rosenberg.a.(1985).the structure of biological science．(cambridge：cambridge university press）．

(2)郭垒：“生物学自主性与物理科学的理论构建”，《自然辩证法研究》，1995年第3期。

(3)董国安、吕国辉：“生物学自主性与广义还原”，《自然辩证法研究》，1996年第3期。

(4)〔美〕迈尔：《生物学哲学》，四川教育出版社，1992年版。

生物信息学概念篇5

【中图分类号】G【文献标识码】A【文章编号】0450-9889（2015）12A-0035-02

认知心理学认为，有深度的学习必须是经过主观思考和自主建构的，知识的学习不是来自于阅读内容，而是来自于加工、思考或反省内容。同化论认为，学生获得新概念的主要方法，是借助他们认知结构中已有的有关概念与新信息之间的有效结合。因此，科学课要想引导小学生深度建构科学概念，必须从学生实际出发，借助学生已有经验，投放适当的信息，并通过以探究为核心的系列活动，让学生在思考与操作中，获得对科学本质的认识。在教学中，笔者使用如下策略帮助小学生深度参与科学课堂，有效建构科学概念。

一、深度建构科学概念的前提———充分暴露学生的前概念

根据同化论的理念，学生获得新概念的主要方法是借助认知结构中已有的有关概念与新信息之间的有效结合，使新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立非人为的和实质性的联系。因此，充分暴露和利用学生的前概念是科学学习的前提。对此，教师可以设计一些暴露学生前概念的活动，激起学生对前概念的回忆，从而更好地学习新概念。例如，在上自编教材《水的浮力》一课时，笔者设计了一个情境：把一块石头放入水中，让学生思考石头有没有受到水的浮力。学生的前概念一下子就暴露出来了：石头没有受到浮力，因为石头没有浮起来；石头受到了浮力，但是石头太重，浮力太小，所以石头沉下去了；石头是受到浮力的，但是石头太重了，水的浮力托不起石头。一个活动就把学生对浮力大小的前概念完全暴露出来了，这里面呈现了三个不同层次的理解：第一层理解浮力的大小跟沉浮状态有关；第二层理解物体受到浮力的大小跟物体的轻重有关；第三层理解比较深入，他把水的浮力与石头受到的重力进行了比较，更接近概念的本质属性。有了对学生前概念的了解，教师组织教学时就可以做到有的放矢了。呈现学生前概念的方法还有很多，如直接提问、预测、制作图表等。前概念的暴露不仅可以为教师的教学设计服务，同时也是学生进入学习状态的最佳切入点。

二、深度建构科学概念的关键———充分利用认识冲突

科学家认为，在学习科学的过程中，学生会注意到事件与自己的期望相矛盾，即与自己的图式不匹配，从而引起脑脉冲的警觉，产生认识冲动，或挑战冲动，进而促进学习活动的进行。由此可见，认识冲突是深度建构科学概念的关键。

（一）冲突可产生批判性思维。上例中“石头沉入水中是否受到浮力”的问题，引出了学生大量的前概念，同时认知间的矛盾也呈现了出来。学生有了矛盾就产生了强烈的求证欲望，就产生了批判性思维，就有了概念迁移的可能。

（二）冲突可激活探究欲望。在《水的毛细现象》导入阶段，笔者创设了一个实验情境：把一杯水和一个空杯放在一起，然后提问:“水能自己流到空杯子里去吗？”“有没有办法给这两个杯子架一座桥，让水自己爬过去？”学生的回答是“不能”。当教师放入用餐巾纸做的桥，水沿着纸巾上升的现象呈现在学生面前时，这个现象与学生的原有认识产生了冲突，学生产生了“怎么会这样”的探究热情。

（三）冲突可引出核心问题。在《水的浮力》一课中有这样一个问题：“物体在水中下沉的过程中受到的浮力大小有什么变化？”学生的预测是：实证与预测间产生了强烈的冲突，“怎么会是这样的呢，引起浮力大小变化的原因到底是什么呢？”关于浮力大小的核心问题很自然地就切入了进来。

（四）冲突可以将概念指向本质特征。塑料片是光滑的，对于光滑的物体水不能沿着它往上爬；玻璃棒是光滑的，水也不能往上爬。这时，教师给出一根内径很细的有孔隙的玻璃管，问学生水能不能往玻璃管爬。有不少学生认为不能，而实验证明是能的。这个冲突一下子就把“光滑、毛糙”等非本质属性排除了，而把概念真正建立在了“孔隙”上，是孔隙造成了水的毛细现象，这一冲突让概念的建立指向了本质特征。

三、深度建构科学概念的保证———充分解析科学概念的基本结构

（一）提供有结构的材料，为解析科学概念提供有效信息。奥苏伯尔的有意义学习理论认为，新概念的形成主要是靠新信息与学生认知结构中已有的有关概念的相互作用。因此，深度学习的又一重要条件是给学生提供有指向性的新信息，以帮助学生建构新的概念。比如,教学《水的毛细现象》一课，笔者提供了这样几组材料：第一组：布条、宣纸条、塑料纸条。材料提供的信息指向“能使水上升的物体上有明显的孔隙”。第二组材料：铁钉、玻璃棒、粉笔、木块。材料提供的信息指向“孔隙不明显，但只要有孔隙，水就能上升”。第三组：玻璃棒、玻璃管。材料提供的信息指向“孔隙能让水往上升”。将能使水上升的原因由带孔隙的材料提升到纯孔隙上，使学生明白水上升的原因是孔隙而不是材料。第四组：四根内径粗细不同的玻璃管。信息指向“孔隙小水位上升得高，孔隙大水位上升得低”。提供信息的方法有很多：实验器材、文本文字、多媒体等，但不管哪一种材料，呈现的信息都要有针对性，要准确，不容易引起疑义；要简约，防止思维干扰；出示要有序，要符合建构的逻辑顺序；要易于学生操作，便于学生自主建构科学概念。

（二）将问题转化为可操作的活动，用实证来诠释概念的内涵。由于小学生抽象思维水平相对较低，因此，行为化的活动更有助于学生建立科学概念。在教学过程中，我们要将抽象问题转化成可操作的活动。比如，在研究“物理变化与化学变化各有什么特点？”这一问题时，我们可以转化为“让蜡烛发生一些变化”这一活动来进行研究。学生在对蜡烛进行切碎、融化、凝固、燃烧等一系列变化操作之后，进行归类，从而得出“千变万变，物质本身没有变化，这种变化叫物理变化”“物质本身变了，产生了新物质，这种变化叫化学变化”等认识。

（三）厘清概念内外的关系，建构有层次的概念体系。概念是用来反映事物本质属性的。因此，建立的概念必须具有稳定性和可辨性。稳定性主要明确“它是谁”，它的内涵是什么，外延有哪些；可辨性是指它跟其他概念有什么区别，有什么联系。要想在教学中厘清概念内外的关系，需要建构有层次的概念体系。第一个层次表现在概念的内涵描述上有层次。比如，在《水的毛细现象》中，可以设计这样的一个层次序列：第一步解决水能借助物体向上升的问题，第二步解决水能借助孔隙向上升的问题，第三步让学生明白水上升的高度跟孔隙的大小有关系，第四步让学生用给定的材料制造一个能让水上升到不同高度的装置。四个步骤层层推进：水能上升；水能借助孔隙上升；水能借助大小不同的孔隙上升，孔隙小水位上升得高，孔隙大水位上升得低。尔后再设计一个综合活动，让学生用逆向思维对概念进行再加工：水要上升必须要有孔隙，水位要有高低，孔隙必须要有大小。这样，水位的毛细现象的概念就被学生所认识、理解并运用。第二个层次表现在概念在知识体系中所处的位置。新概念的产生是由原认识中的概念和新的信息结合而成，因此，在概念教学中我们应当帮助学生弄清新概念在概念体系中所处的位置，以及与它相邻概念间的区别。

比如，苏教版教材四年级下册《无处不在的力》这一单元就对概念的体系进行了有序的组织。如果我们能利用概念体系建构概念，就对学生的认识有很大的帮助。第一课《力在哪里》首先建立了本单元的上位概念：力。学生发现了力存在于对物体运动和形状的影响；有施力者、受力者；力有方向、大小、作用点三个要素。第二课《物体的形状改变以后》要建立的是一个弹力的概念，这是力的下位概念，教学中就可以从力这一上位概念入手。弹力首先是一种力，有力的基本特征，就能在对运动和形状的影响中表现出来，就有施力者、受力者，就有方向、大小、作用点。尔后再找出“恢复原来形状”这一弹力特有的属性，这样对于弹力的概念就建立得比较清楚了。总之，在概念教学中，我们要根据新概念的特点提供各种直观的、具体的信息，为新概念找到固定点、结合点，帮助学生建立有层次的概念。

生物信息学概念篇6

以“基因对性状的控制”为例，围绕核心概念设计基于探究的教学活动，帮助学生获得核心概念。

【关键词】核心概念；推理探究；中心法则

核心概念是处于学科中心位置，并对学生学习具有重要意义的基础知识。围绕生物学核心概念来组织并开展教学活动，能有效地提高教学效率，有助于学生对知识的深入理解和迁移应用。教师在设计和组织每个单元的教学活动时，应该围绕核心概念展开，其中教学具体事实应该作为铺垫来帮助学生发展深层理解；教学重心应该从讲授事实转移到使用事实，以便传递和评价更深层的理解力；学习重心也应该从记忆事实转移到理解可迁移的核心概念和对更为根本的知识结构进行深层理解，培养和发展思维能力。本文以人教版高中生物必修2中“基因对性状的控制”为例，围绕相关的核心概念设计并开展以探究为主要途径的教学活动，帮助学生理解和把握本节课的核心概念。

⒈教学背景分析

本节课要落实的高中生物学课程内容标准是：“遗传与进化”模块中“基因对性状的控制”这一主题下的“明确中心法则中遗传信息的流向”“举例说明基因、蛋白质与性状之间的关系”。“基因对性状的控制”一节是人教版《必修2·遗传与进化》第四章第二节，之前教材已在第二章和第三章就“基因在哪里”和“基因是什么”的问题上作了详细阐述和分析，接下来研究“基因是如何起作用的”，即第四章对基因的表达问题进行研究。本章第一节着重探讨了“基因指导蛋白质的合成”问题，紧接着第二节就基因如何控制生物体性状展开分析，与教材之前知识内容层层推进，从微观到宏观，解释了生物体多样性的内在原因，而教材第一、二两章又恰恰是从宏观现象到微观分析了遗传现象到控制因素的过程，本节与之相呼应；并为解释第五章“基因突变及其他变异”奠定了理论基础，故可见本节内容不仅在教材体系上起到了“结构桥梁”的作用，并体现了人类认知事物的一般规律和研究方法。通过本节课的学习，学生可以将基因对性状的控制中的核心概念纳入到已有的概念框架中，并为理解性状变异的原因打下良好的基础。

⒉本节内容的核心概念

生物学的概念之间是有层次关系的，有些概念是该主题中最重要的概念，处于该主题的核心地位称之为核心概念。有些概念则是为核心概念的形成打基础的，可以称之为相关概念。教师基于对课标、教材以及学生学习情况分析基础上，用陈述句清晰地表述出学生应获得的核心概念及相关概念。

本节课的生物学核心概念是：中心法则基因对性状的控制

⒊教学目标

⑴知识目标：“举例说明基因与性状的关系”，属于“理解水平”。这项要求包括三层含义：一是理解基因的概念和本质；二是理解基因的表达过程；三是理解从基因到性状的控制过程及其所对应的具体实例，并能运用所学知识分析相关事例。

⑵能力目标：本节以生物的具体外在性状分析入手，学生以原有知识结构为基础动脑分析事物现象背后的一般规律，培养学生从实验证据分析得出结论的能力。

⑶情感态度与价值观：认知科学研究是不断深入的，是一个从宏观到微观，从现象到本质而后又从微观到宏观、本质到现象的认知过程，要树立科学的认知观和发展观。

⒋教学策略

课堂教学过程中注意设计巧妙的学习探究情景，给予丰富的资料信息和具体事例，组织、指导启发学生，并积极的参与学生的学习、讨论过程。引导学生自主分析问题，真正培养学生初步学会从现象归纳到本质和从本质延伸到多种现象的分析解决问题的能力。因此本节课选择采用“5E教学模式”组织课堂教学，它是由美国生物课程研究所（BSCS）所开发的一种建构主义教学模式，它引导学生按照学习经验的先后顺序，经过参与（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、精制（Elaboration）和评价（Evaluation）5个阶段的学习，建构对核心概念的理解。本节课的教学由5E的5个阶段组成，每个阶段的教学设计都围绕该阶段学生需获得的核心概念展开设计，期待用这种教学组织形式吸引学生主动思考，通过推理性探究活动理解核心概念。

⒌教学过程和组织

⑴参与阶段

①核心概念本阶段的核心概念是遗传信息的流动规律。此概念包括3个相关概念，即遗传物质是DNA或RNA，甚至是蛋白质；遗传信息的表达即遗传信息通过什么方式以蛋白质的形式表现出来；蛋白质是一切生命活动的承担者和体现者。

②围绕核心概念的教学

㈠设置情境引发学生对“遗传信息流动”的好奇心和兴趣，情境可采用多媒体展示喜剧明星陈强与其儿子陈佩斯的照片，提问：他们有什么相似之处？这些相似之处是怎样形成的？展示科学研究从现象到本质的探究思路。

㈡帮助学生建立新旧概念之间的联系：请两位同学在黑板上尝试写出遗传信息的传递途径。之后要求全班同学结合教师给出的DNA复制过程和基因指导蛋白质合成过程的Flas的对两位同学的回答做最终的评定，从对DNA复制以及蛋白质合成的旧概念认识上引出可里克的中心法则的这个新概念，接下来带领学生自主阅读课本的资料分析并进行讨论探究，培养学生阅读并获取信息的能力，完善对中心法则这个概念的理解。

㈢提出新概念研究的问题。教师可以给出反映几类生物遗传信息的流动的图示，让同学们进行进一步分析并思考它们的共性，就是遗传信息为什么都流向蛋白质的问题，为了更全面透彻的理解中心法则的内涵，教师必须带领同学们进一步思考上述问题并开始着手研究基因和蛋白质、性状之间三者的关系。

⑵探究阶段

①核心概念本阶段的核心概念：基因，蛋白质，性状的关系

②围绕核心概念的教学：本阶段需要把学生们分4组并根据给出的具体的性状实例探究其产生的原因，同时得出与基因与蛋白质，性状之间的关系。

合作推理探究一：豌豆的圆粒和皱粒；首先用多媒体展示圆粒和皱粒豌豆图，让同学们结合生活实际思考并讨论二者形态上差异产生的原因，然后把4组讨论的结果放在一起进行再讨论遇到无法解决的新问题：圆粒和皱粒豌豆在成分上的区别是什么原因导致的，所以此时探究遇到了“瓶颈”，此时老师给予解释（蔗糖在淀粉分支酶的催化下可生成淀粉）后，同学们就此进一步思考皱粒豌豆可能是相关基因异常而不能正常表达，导致缺乏相关酶而使的蔗糖不能转化为淀粉，失水显得皱巴巴。这样便基因和蛋白质，性状之间的第一层关系（基因通过指导酶的合成，影响代谢，进而控制生物体的性状），并指出这层关系在生物界普遍存在并让同学们根据这层关系尝试解释白化病等其他多种性状形成的原因，以达到对这层关系更深入更全面的理解。

合作推理探究二：囊性纤维病的病因；根据课本文字和图片的介绍，结合教师备课准备的有关该病图象和文字材料，采用小组合作探究的模式进行推理，而理解的关键在于跨膜蛋白CFTR的结构和功能，学生们思考逐步认识到这种结构蛋白的异常影响到它功能的发挥，即氯离子的运输，从而导致患者产生一系列异常表现，进一步讨论总结出基因，蛋白质与性状的第二层关系（基因通过控制结构蛋白直接控制生物体的性状），同样再去通过尝试解释镰刀型细胞贫血症的病因达到巩固并提升理解能力的教学目标。

⑶解释阶段

①核心概念本阶段的核心概念是基因对性状的控制。相关概念是基因与性状并不都是一一对应的关系，基因分为质基因和核基因，质基因遗传遵循母系遗传；基因与基因，与基因产物，与环境是相互影响的整体共同作用实现对性状的控制。

②围绕核心概念的教学

本阶段的教学是对基因对性状控制这个核心概念教学的完善。通过多媒体展示图片如篮球明星姚明，激发学生们的兴趣并讨论他为什么那么高，然后得出身高等性状的最终形成除了受基因控制外还受环境的影响的结论顺理成章。紧接着通过展示线粒体肌病图片分析指出核基因遗传和质基因遗传的区别。

⑷精致阶段

①核心概念本阶段的核心概念是中心法则和基因对性状的控制。要明确指出理解两个概念不能彼此孤立，要能够看到二者的联系，既基因对性状的控制就是遗传信息表达过程的最终体现，不管性状的最终形成有多复杂，表现有多么多样化，它都是要遵循中心法则这个规律的，可以说中心法则是理解遗传的本质和核心，所以本节课是对遗传相关知识的一个拓展，总结和升华。

②围绕核心概念的教学

本节段通过对前面有关基因的知识的复习，学生共同讨论把遗传知识整合并结合具体实例发表各自的看法并进行概念图的绘制。

⑸评价阶段此阶段一方面通过课本技能训练分析长翅果蝇幼虫发育问题，请若干位学生进行尝试性回答，根据知识点回答的准确性和完整性评价对与核心概念相关知识的理解情况。另一方面请学生生完善黑板上概念图，达到对核心概念的理解进行了自我评价，也为教师评价学生是否达成教育目标提供了机会。

⑹实施效果和反思

生物信息学概念篇7

关键词：高中生物 记忆编码

人们对事物、知识的记忆过程，是一个信息在头脑中编码的过程。加拿大认知心理学家戴斯认为：“当我们用已知的信息去解释新的或输入的信息时，编码就发生了。因此，编码视为“依照学习者原有的知识背景与学习经历，将新信息纳入原有知识体系，并重新进行建构”。在高中生物课堂教学中，采用记忆编码策略，无疑可以大幅提升学生的学习效果。

一、 已有知识储备与学习经历对记忆编码的影响

不同的学习者由于其心智状态、智力水平和环境背景的不同，学习经历不同，头脑中的知识储备量也不同，而这些知识有些是较正确的，但有较大部分则主要来自于学生的日常生活经验前者能为学习者在以后的学习与理解时奠定较好的知识基础，有利于学习者更科学地理解深层次的知识。后者由于比较零碎、生活化，在对学生正确理解科学概念与知识方面可能会起到误导或阻碍作用――即学习者可能会根据这些知识对新知识进行有欠科学性的编码，从而导致认知错误。那么，怎样的记忆编码策略有利于学生的学习呢？编码主要有两种策略：维持性复述和精致性复述策略。

二、 维持性复述策略

维持性复述策略主要是机械复述，即对要记住的信息作反复的心理重复。对教材中比较简单、无需过多理解的知识，教师可引导学生使用这种机械复述来进行记忆，通过多次重复而达到深刻记忆的目的。例如，细胞中化合物的中文名称和化学式、科学家的名字、常见实验仪器、材料用具、药品名称等。

三、 精致性复述策略

学习者以某种方式转换信息。对信息进行分析和重构，将新信息有效纳入学习者原有认识结构并在大脑中重现重要信息的一种复述。信息经过精致性复述可以表征为一个有意义的组块，使之在记忆中占据较少的空间，而在应用时可以实现自动联想。根据不同知识的特点，我们可以采用不同的精致性复述编码策略来帮助学生学习生物学知识。

1.心理映象编码

心理映象是把信息引入记忆的基本途径之一。双重编码理论认为：图画比句子更容易用表象来编码；图片比文字更容易记忆：学习者用言语和图像两种认知系统表征相同的材料时，如果言语信息和图画信息在时空上一致。则在编码过程中就会形成言语表征和视觉表征的连接。这些研究告诉我们：展示图片、实物、模型，让学生观看实验、多媒体录像等，使学生形成视觉映象。有利于知识的贮存与提取，从而提高学习效果。除了通过视觉形成视觉映像外，还可以采用嗅觉、味觉等感觉编码。感觉编码注重学生的切身体会。有了这种体会。记忆更加深刻。如：制作果酒时，可以闻到酒味：制作果醋时，可以闻到醋味：让学生尝尝淀粉和葡萄糖的味道，消除“糖一定是甜的”误解。

2.动作编码

动作编码方式非常强调学习者的动手操作，其具有很强的记忆稳定性。例如：发给学生蚕豆种子，让学生亲手剥、观察、分析、讨论其结构和发育过程――可促进对植物种子、种皮、胚、胚乳、子叶、胚芽、胚轴、胚根等名词的理解记忆；然而很多知识由于时间、条件等因素的制约，不可能都能亲身体验。但可借助多媒体或教师讲解，设置特定情景，让学生感受其过程，想法解决出现的问题，必会记忆忧新。

3.衍射编码

记忆虽然靠编码组成，但以某一重要的知识点为核心编码，通过思维的发散过程，把与之有关的其他知识尽可能多地建立起联系。这种记忆编码策略多用于章节知识的总结或复习，也可用于将分散在各章节中的相关知识联系在一起。例如，以细胞为核心，可衍射出细胞的概念、细胞的发现、细胞的学说、细胞的种类、细胞的成分、细胞的结构、细胞的功能、细胞的分裂、细胞的分化和细胞的衰老等知识。

4.对比编码

对于易混淆知识运用对比编码策略能收到很好的学习效果。例如：光合作用和呼吸作用；水分代谢和矿质代谢；线粒体和叶绿体；有丝分裂和减数分裂；体液调节和神经调节；基因的分离定律和自由组合定律；基因突变和基因重组、物质循环与能量流动等。通过列表对比编码。可以明确概念的本质，掌握实质。区分容易混淆的问题，增强记忆、达到举一反三的效果。

5.抽象编码

该编码方式主要受启发于“归纳与演绎”的逻辑思维。因此，在高中生物教学过程中适当对知识进行抽象式的归纳，即可以总结一些规律性的结论，例如高等动物的物质代谢就很复杂，但它也有一定规律可循，无论是哪一类有机物的代谢，一般都要经过“消化”、“吸收”、“运输”、“利用”、“排泄”五个过程，这十个字则成为记忆知识的抽象编码。然而需要指出的是，抽象程度高低与记忆编码效果好坏不一定成比例。即，有时用较为具体的事物，反而越有利于学生进行编码。

6.概念图编码

认知心理学家把人脑看成一个信息加工系统。输入的信息按层级架构被选择和加工，并和记忆中已有的信息进行对照、组合、变换和重新排列。因此，结构化的知识便于回忆，知识结构的存在便于概括理解，有助于问题解决。而概念图作为认知工具恰好与上述理论相符：它把知识高度浓缩，将各种概念及其关系进行加工、概括 并以类似于人脑对知识储存的层级结构形式进行排列。概念图可以作为一种模板，帮助学习者组织、建构知识，并使之概括化、网络化。例如，生物膜的组成、结构、功能这部分内容的概念比较多，课本编排上相对比较零散，学生觉得难以记忆，但教师如果能够帮助学生总结概念图，就可以帮助学生充分了解和深入理解相关概念、原理。有利于学生在头脑中形成知识组块。使零散的知识系统化、机械的记忆灵活化，有利于知识的迁移。

结语：心理学认为，记忆绝不是一个感知材料、同化材料和储存材料的机械过程。它包含着按照学习者现有的认识结构、把感觉输入、转变并改组成为有意义的模式的积极过程。因此 不管是采用哪一种编码策略，都要注重学生对信息的理解，将新信息与原有知识结构联系起来，使之内化为学习者自身的知识体系。

参考文献：

[1]陈欣，概念图、思维导图和生物图表的辨析[J]，生物学通报，2008，（10）.

[2]R.M.加涅著，皮连生等译，学生的条件与教学论[J]，上海：华东师范大学出版社，1999：74，71.

生物信息学概念篇8

一、运用现代信息技术创新高中物理教学的必要性

1.它是有效推行新课程改革的需要

随着多媒体信息技术的迅猛发展，以及传统以课堂灌输为主的教学模式问题逐渐凸显，我国提出必须进行新课程改革，推行素质教育，并进一步明确指出，在各个学科教学中，必须充分运用计算机网络技术，实现教学信息化和现代化。在这一政策的引导下，以计算机多媒体运用为核心的现代信息技术成为创新高中物理教学的必然手段。

2.它是由物理课程自身的特点决定的

高中物理课程是一门非常重要的课程，同时也是一门抽象理论和概念较多的课程，同时，高中物理具有比较强的实践性和操作性，许多概念需要通过模拟演示才能深刻理解，许多实验需要学生动手操作。但是，目前高中物理教学的实验室条件很难满足一些实验要求，因此，通过多媒体计算机可以模拟很多常规条件下所不能实现的演示实验，从而打破传统教学的局限，提高高中物理教学效果。

二、运用现代信息技术创新高中物理教学的误区

现代信息技术的运用对于创新高中物理教学，优化高中物理教学效果发挥了强大的作用，同时，在实际运用过程中也不可避免地存在一些误区。

1.忽视了传统教学模式的作用

在现代网络信息教学模式盛行的情况下，有些高中物理教师片面强调和依赖多媒体网络教学新模式，而忽视了传统教学模式，在运用现代信息技术的同时，结合传统的板书教学，以突出物理教学的难点和重点，才能将教学效果发挥到最佳。

2.师生之间缺乏互动

在实际教学中，有些教师仅仅是将本来在黑板上板书和在课堂上讲解的内容照搬到幻灯片上，再配以一些色彩和画面效果，基本上只是换汤不换药，在讲解时也只是依照多媒体课件的内容进行灌输式教学，教师在授课时将大部分注意力放在多媒体课件的演示上，造成师生之间缺乏必要的交流和互动。

3.给教师造成一定的负担

网络教学模式下教师需要花费大量的时间进行多媒体课件制作，这在一定程度上增加了教师的备课负担，这就要求高中物理教师尤其是一些年龄较大的教师要认真学习和熟练掌握多媒体信息技术。

三、如何运用现代信息技术创新高中物理教学

1.创设情境，激发学生的学习兴趣

我国古代教育家孔子说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”托尔斯泰也说，成功的教学需要的不是强制而是激发学生的兴趣。物理教学中的许多概念和理论都是非常抽象和枯燥的，而多媒体网络以悦耳的音乐、绚丽多彩的画面以及精彩的动画能够极大地吸引学生的注意力，刺激学生的感官，激发学生的学习兴趣。

2.准确演绎，帮助学生快速掌握知识

概念学习在高中物理学习体系中处于基础性地位，基础概念的掌握对于高中物理学习具有十分重要的作用，而高中物理概念又是十分抽象的，比如，关于微观粒子的概念，我们的肉眼对微观粒子的结构是看不见、摸不着的，即使是通过模型也还是很难让学生很好地理解这一概念，而通过多媒体动画进行动态演示，可以化抽象为形象，让微观粒子一下子变得具体可观，从而能够易于被学生理解，帮助学生快速掌握物理知识。

3.增加容量，提高课堂效率

传统教学模式主要依靠教师板书将课程内容呈现在黑板上，因而在内容呈现上具有很大的局限性，而网络多媒体以其智能化和大容量以及方便快捷等特点，可以有效增大课堂信息容量，同时，还可以通过多媒体网络从网上直接下载一些需要的图片和视频案例，以幻灯片演示的方法，展现给学生，不仅丰富了课堂教学内容，而且有效地提高了课堂教学效率。

4.校内校外结合，课上课下结合，增强学生学习的主动性

运用现代信息技术创新高中物理教学不仅仅局限于课堂上，也不仅仅局限于校内网，它还包括教师在课下和校外对于互联网信息的整合与运用，此外，教师可以通过要求学生利用网络信息进行物理课程的预习和学习，引导学生主动去学习。