基因组学概述篇(1)

一、“浅出”掩盖了什么？

【设计一】

1.出示由12个相同的小正方形拼成的各种长方形，引出乘法算式3×4=12，2×6=12，1×12=12。教师以2×6=12为例，示范引述三个数之间因数、倍数关系，组织学生通过集体说、同桌说、指名反馈说等形式重复模仿口述。

2.揭题板书“因数与倍数”，指出研究范畴“只研究整数，不包括0”。

3.学生模仿口述余下的两道乘法算式3×4=12、1×12=12中因数、倍数关系。

4.出示3，5，9，10，18等数，组织学生找两个数之间的因数、倍数关系，借助9是3的倍数，却是18的因数，强调因数和倍数是两个数之间的关系。

5.提问：18的因数除了3和9还有哪些？进入找因数教学板块（略）。

在设计一中，教师提供了两组材料进行教学：先提供一组乘法算式，通过教师的一题范述——学生重复跟述——两题仿述的程序完成“范说”、“仿说”层面的概念认识；再提供一组有联系的非零自然数，组织学生寻找两个数之间的因数、倍数关系，体会相互依存关系，完成“变说”层面的概念认识。整个概念建构过程看似明快、流畅，但无法掩盖以下几个问题：1.教师的“范说”直接告知，教学方式本身牵制痕迹较浓；教师只安排了三道乘法算式供学生重复跟述、仿述，没有安排学生自主地“例说”，感知量偏少、不充分；没能经历“从例到类”的概念抽象概括过程，是否落入了仓促单薄的程式化教学？2.提供的素材回避了原来乘除法学习中的因数、倍数和本节课因数与倍数概念的区分，对研究范畴仅一句话带过，对学生概念构建有无影响？有的教师认为，研究范畴是一种人为规定，只需加以说明无需强调，否则成了“搞脑子”现象。笔者以为，判断一个教学设计的有效性关键在于是否基于学生的视角有序开展教学，是否促进学生的学习和发展。因此，我们必须直面学生的数学现实，充分了解学生的学习困难和学习需求，这是有效教学设计的出发点。

那么，关于因数、倍数概念，学生有怎样的前认知呢？著名特级教师吴正宪研究团队对此作了学习前测，发现学生对因数与倍数的概念并不陌生，把因数、倍数割裂成孤立的运算得出结论（如因数存在于整数、小数乘法运算中；倍数存在于整数、小数除法中，商相当于因数），学生对于因数、倍数概念是模糊的，甚至是混乱的。学习后测效果又如何呢？结合毕业试题中的一道判断题进行抽样分析（样本数为270份），题为：“因为0.8×3=2.4，所以2.4是0.8的倍数”，抽样得分率仅为52.8%，反映出多数学生在小学学习结束之际仍未能很好地建构因数与倍数的概念，把“倍数”和“倍”混为一谈。学习前测、后测都显示，学生对因数、倍数概念的学习遇到了来自先前学习认识的干扰，对“因数、倍数意义和两者相互依存关系的认识与理解”是本课的一个教学重难点。

基于上述分析，本课教学主要解决两个核心疑难问题：一是如何强化树立“非零自然数”的研究范畴意识；二是如何加深“因数、倍数是一种关系而不是孤立运算中的某个数”的本质认识。设计一给予了第二个疑难问题较充分的关注，但对第一个问题仅一句说明带过，显然学生感悟不深刻，因数、倍数概念构建处于一种浅化的学习状态。

二“深入”如何“浅出”？

【设计二】

1.根据师生关系谈话切入“在数学上数与数之间也有相互依存关系”，揭题板书“因数与倍数”。思考：你认为今天的学习可能与哪些知识有关？

2.根据学生对乘法、除法相关联系的思考，组织学生列举乘除法算式2×5=10，10÷2=5，教师补充1.5×3=4.5，3×0=0。

3.组织学生试说什么是因数、倍数，学生认为乘法里存在因数，除法算式里存在倍数。

4.出示由12个相同的小正方形拼成的各种长方形，引出乘法算式3×4=12、2×6=12、1×12=12，教师以2×6=12为例，引述三个数之间因数、倍数关系，学生模仿口述完成余下两个算式中因数、倍数关系。

5.质疑：两个数相乘得12的算式还有吗？结合学生列举的算式10×1.2=12组织讨论。

6.切换到先前的乘除法算式2×5=10、10÷2=5，说说谁是谁的因数，谁是谁的倍数。质疑：1.5×3=4.5、3×0=0可否说出因数、倍数关系。

7.组织学生口头举例乘法算式，介绍因数、倍数关系，教师补充出示a×b=c，组织学生口述因数、倍数关系。质疑：a、b、c是否可以是任何数？补充出示，a、b、c均为整数，且不等于0。

8.教学找一个数的因数（略）。

应该说，设计二较好地落实了“关注学情，以例规例”的概念构建思路：先让学生试说什么是因数、倍数，进行学情探底，再通过直观材料进行概念范示、判断区分澄清原有认识，以求清晰概念。同时，通过仿说、例说、变说，让学生经历概念抽象概括过程。

当然，这一教学设计的不足之处也很明显，就是过于“深入”却不能“浅出”，主要体现在：1.在以例规例过程中，新旧认知冲突交互切换过密，概念构建显得有些“绕”，流程生涩不顺畅。如在“旧知经验激发——直观材料概念范例引出——辨析区分反例——举正例概括”流程中，学生概念感知一直处于“反例”、“正例”交替跳跃状态，不利于描述性概念的感知稳固。“1.5×3=4.5”、“3×0=0”的补充和概念抽象概括“a×b=c”都是由教师全盘托出，没有经历学生的自主思考，衔接略显突兀生硬。2.集中强化了研究范畴的非零自然数感知，对“因数、倍数是一种关系而不是孤立运算中的某个数”没有进行有力澄清。在旧知探究中，学生认为“乘法中存在因数，除法中存在倍数”，这是新旧概念区分的重要认知点，而跟进的后续教学设计只注重了“非零自然数”的澄清，对第二个核心疑难问题（新概念的“依存关系”与原认知的“某个数”）没有充分展开，因数、倍数概念构建显得厚此薄彼、虎头蛇尾。

【设计三】

1.出示小男孩图像信息，组织学生猜测老师与小男孩是什么关系，在得出“母子关系”结论后，组织学生讨论自己和男孩之间的“姐弟关系”、“哥弟关系”。小结：当其中一个对象发生变化，两个人之间的关系也随之发生变化。

2.借助小男孩用12个相同的小长方形拼长方形的情境过渡，组织学生拼摆长方形，引出乘法算式3×4=12、2×6=12、1×12=12。

3.谈话切入：在这些图形和式子中蕴含着我们今天要研究的数学问题。

揭题板书：因数与倍数。指出研究范畴“只研究整数，不包括0”。

讨论：看得懂吗？也就是不研究什么？

4.出示乘法算式：2×6=12。

讨论：谁可能是谁的因数、倍数？集体口述该算式因数、倍数关系后，组织学生完成余下两道乘法算式的口述。

5.组织学生自己写乘法算式，向同桌举例说明因数、倍数关系。

反馈讨论：这样的乘法算式说得完吗？引导学生用字母a×b=c来概括。

讨论：a、b、c可以是任意数吗？当它们都是非零自然数时，谁是谁的因数，谁是谁的倍数？

6.判断练习。

（1）12是24的因数。

判断后思考：这句话让你想到了哪个式子？根据12×2=24，你还能想到哪两个数之间的因数、倍数关系？

（2）因为0.9×2=1.8，所以1.8是0.9的倍数。

在学生得出“因为乘法算式中出现的是小数”基础上，回望点击“只研究整数，不包括零”的板书，追问：为什么有同学认为是对的？结合学生回答点击：这里的倍数指的是两个数之间的关系和以前所学的“几倍”有所不同。

（3）18是倍数。

在学生得出“没有讲清楚18是谁的倍数”的基础上，指出：因数、倍数关系是相互依存的关系。追问：18是谁的倍数呢？结合学生回答：18是3、6的倍数，提问：你想到了哪道乘法算式？引述：根据3×6=18找出18的两个因数，进一步提问：你能找出18的所有因数吗？（切入找因数教学环节）

基因组学概述篇(2)

〔关键词〕MeSH领域本体推理

〔分类号〕G250.76R1

Building and Reasoning of Digital Library's Domain Ontology: Taking Medicine Domain Ontology as an Example

Mu DongmeiFan Yi

Public Health School of Jilin University,Changchun130021

〔Abstract〕This paper makes a study on the construction and application of digital library domain ontology under semantic grid environment by taking preventive medicine domain as an example; discusses the importance of reusing MeSH, introduces the process of building a preventive medicine domain ontology based on MeSH, and then studies on the conversion from medicine Thesauris to domain ontology (includes tool and way ) and makes a reasoning application on the ontology by using Racer reasoner.

〔Keywords〕MeSHontologyreasoning

1引言

领域本体在数字图书馆对其知识进行语义层面的组织中扮演着至关重要的角色，因此，领域本体的构建是语义网格环境下数字图书馆知识组织不可或缺的关键步骤。领域本体构建成功与否，取决于是否有领域专家的参与以及对领域知识描述的准确性和一致性程度。基于领域本体的这种特性，业界提出了多种构建途径和方法，其中之一就是基于叙词表构建本体。因为，叙词表是以学科领域知识为基础的领域概念说明，是学科领域知识比较完善的知识组织体系，随着领域知识本身的变化，叙词表不断地增删主题词，完善其语义关系，从它收词的变化上，可以发现该领域的发展方向和领域热点，为复用现有领域知识、快速构建领域本体奠定基础。

在语义网格环境下，数字图书馆知识组织体系，应采用叙词表来表达术语，用语义类型表达术语间的关系，用本体的6要素来组织关系模式。既发挥叙词表在术语、主题和概念描述的精准特点，同时扩展叙词表单一的线性树状结构为网状构架，增加对术语属性、术语和概念之间关系的描述，将科学的概念表达融入到本体模式的知识组织体系中。本文以医学领域本体为例，基于MeSH构建预防医学领域本体并针对该本体进行应用研究，从而对数字图书馆领域本体的构建与推理应用进行研究。

2MeSH――构建医学领域本体的基础

在医学领域方面，《医学主题词表》（Medical Subject Headings，简称MeSH）是美国国立医学图书馆编撰的一部大型医学专业叙词表。它通过注释、参照系统与树型编码表达词汇概念的历史变迁、主题词的族性类别、属分关系，揭示主题词之间语义关系，是手工检索和计算机检索的标准词表，也是医学领域使用最广泛最具权威的词表。作为当今医学领域最权威的叙词表，MeSH对医学领域本体构建的支持作用无疑是巨大的。

2.1本体与MeSH的关系

MeSH的基本要素是叙词（亦称主题词），它是建立在叙词性质基础上的，在编制上吸取了多种情报检索语言的原理和方法，保留了单元词组配的基本原理；采用组配分类法的概念组配来替代单元词法的字面组配；采用标题法的预先组配方法（即采用词组）对词进行了严格规范化处理，以保证词与概念的一一对应；有完善的参照系统和独特的范畴索引与轮排索引。MeSH的主题字顺表和树状结构表是两个互相补充的部分，是以事物聚类和以学科聚类的完美结合[1]。主题字顺表是将所有的主题词、副主题词、非主题词全部按字顺排列，每个主题词下设该主题词建立的年代、树状结构编码、历史注释及各种参照系统。MeSH的树状结构表把所有的主题词按词的范畴和学科属性分为15大类，有的大类再依次划分为一级类、二级类，最多分至9级。树状结构的每个类目中，主题词按等级从上位词到下位词逐级编排，表达彼此之间逻辑上的隶属关系。

本体是一个关于一些主题清晰规范的说明[2]，是得到公认的规范描述，包含术语表。术语表中的术语是与某一学科领域相关的，其逻辑声明全部是用来描述术语的含义和术语间关系。领域本体是用于描述或表达某一领域知识的一组概念或术语，用以来组织知识库较高层次的知识，也可以用来描述特定领域的知识。在最简单的情况下，只描述概念的分类层次结构；在复杂的情况下，在概念分类层次的基础上，加入一组合适的属性、关系来表示概念之间的其他关系，约束概念的内涵解释。领域本体中的术语、主题、概念可以是自然语言和半自然语言，相对于MeSH来说，其中的知识点分布是网状的，可以减少概念和术语上的歧义，为某一组织或某工作小组提供了一个统一框架或规范模型，使来自不同背景、不同观点、不同目的人员之间的理解和交流成为可能，并保持语义上的一致性[3]。在复用现有领域本体和扩展这些本体的工作中，对术语进行规范地分析是极有价值的，并且避免了领域知识的重复分析[4]。

基于MeSH表的组成和本体的结构，我们不难看出其中的相似性。①MeSH表与本体都是以概念、类和词语作为基础进行支撑，它们都充分反映了概念或词语之间的相互关系，并且都对其关系做了必要的说明;②两者都具有等级关系，在上位类（上位词）、下位类（下位词）的定义上十分明确;③本体对知识的网状可视化表示得益于MeSH的树状结构，是对树状结构的扩展和再利用。综上所述，MeSH词表作为构建本体的基础和工具是可行的，并且因为本体对概念的规范化的解释能力是相当强大的，所以在本体构建中，MeSH词表对概念表达方面缺陷也是可以避免。这样可以达到两者各取其长，获得功能上的优化。

2.2本体构建语言――OWL

OWL（Web Ontology Language：Web本体语言）能够清晰地表达词条的含义以及这些词条之间的关系。而这种对词条和它们之间的关系的表达就称作本体。OWL相对XML、RDF和RDFSchema拥有更多的机制来表达语义，超越了它们仅仅能够表达网上机器可读文档内容的能力。

具体而言，OWL 标准包括三类语言：OWL Lite、OWL DL 和OWL Full。OWL Lite 是OWL DL 的子集，这两者都使用框架式抽象句法，进而可映射为RDF 三元组；同时，其言语的构成以及形式语义则基于描述逻辑的定义，使得本体间的推理问题能够归纳为描述逻辑知识库的可满足性问题；不过，对于RDF(S)语义则有所限制，以避免出现悖论和模型不兼容等问题。而OWL Full对此别无要求，且仍采用RDF 三元组句法形式，借助非经典模型论进行语义解释。事实上，OWL Full是基于RDF(S)句法而进行语义扩展的，新增OWL 的词汇和语义条件。除此之外，与RDF(S)相差无几。与RDF(S)相似，OWL 可以声明类和属性，分别以类包含和属性包含划分各自的等级层次；OWL 的类可以通过逻辑组合算子(合取、析取、补)在其他类的基础上得以描述，也可以视为多个对象的枚举类；同时，OWL 还可以声明某个属性具有传递性、对称性、函数性，或是某个属性的逆属性。这些都超越了RDF(S)的能力；更为重要的是，OWL 可以通过属性限定词自定义类。

因此， OWL Lite，OWL DL 以及OWL Full 作为OWL 提出的三种子语言，表达能力依次增强，推理能力逐个向下兼容。不过，前两者基于比较抽象的框架句法，采用经典逻辑学中的解释，即:①要求个体、类、属性是三个不相交的集合;② 所有的个体视为资源，并直接将类和属性分别视为资源的集合和资源―资源对的集合;③禁止递归的出现，从而避免上述RDF(S)中的问题。OWL Full 可视为不受限制的RDF(S)的扩展，句法仍使用RDF 三元组，并基于非经典的模型论对RDF-语义做OWL 的语义扩展。

3基于MeSH构建预防医学领域本体

3.1选择本体构建工具

目前在本体研究领域中，已有很多研究机构和学者研制出了一些本体的编辑器，这些编辑器可以兼容多种描述语言，并且具备了OWL语言的大部分功能，提供友好的界面供人机交流，促使对于本体的标注更加清晰易懂。常用的工具有德国卡尔斯鲁厄大学的KAON、英国曼彻斯特大学和阿姆斯特丹公立大学的OILED、美国斯坦福大学的Protégé等。通过比较，笔者发现：美国斯坦福大学的Protégé软件更加易用，界面友好，性能齐全，具有多种插件，提供多种本体的表现形式，尤其拥有三种不同形式的图示，可以充分地表现出MeSH表的树状结构。因此，笔者选择Protégé软件，完成了本体的构建。

3.2构建预防医学领域本体

目前常见的本体构建方法有：IDEF5法、KACTUS工程法、基于SENSUS的方法、Enterprise方法以及Methontology方法，等等。由于是尝试性的构建，笔者在参考这几种方法上，提出一套基于MeSH表的本体构建方法。具体方法如下：

对预防医学类进行分析，预防医学包括4个下位类：航天医学、职业医学、环境医学、公共卫生。其中前三类没有下位类，而第4类公共卫生有22个直接下位类，这22个下位类又有子类326个。由于是尝试性的研究，所以笔者只选取到第4级概念加以构建。

利用本体构建工具构建预防医学领域本体。在本文中，笔者采用Protégé工具来构建本体。图1显示了利用Protégé构建的、用OWL语言描述的、基于MeSH的预防医学领域本体片断。

首先，构建本体的类class。类表示对象的集合，是本体构建中的最基本的元素。在MeSH表中，有时一个主题词并不是仅仅属于一个上位词，而是分别属于不同的上位词。此时，可以使用两种方法进行处理:①直接使用工具进行关联;②使用一阶逻辑推理进行类的推理。构建完成的类目体系，以直观图的形式显示类目等级关系（见图2）。

然后，构建本体属性Property。Property可以被用来说明class的共同特征以及某些individual的专有特征。一个属性是一个二元关系。OWL语言中有两类属性：“datatype property”属性表示class元素和XML datatype之间的关系；“object property”属性表示两个类元素之间的关系。每类属性都可以用domain（定义域）和rang（值域）来约束它的适用范围。在Protégé软件中又添加了一个annotation property（注释属性），通过添加此属性，以此对本体中的类、子类等概念加以注释，将MeSH在本体中完整地体现出来。

MeSH有不同于其他叙词表的独特编排，增加了副主题词，通过主题词和副主题词的组配来进一步限制与修饰主题词。在本体构建中，将这种组配关系构建在Individual下，便于清晰地表示和快速检索，同时，添加各类之间的逻辑推理关系。基于MeSH的预防医学领域本体的一个结构片段（见图3）。

构建完成的本体，可以清晰地显示MeSH表中各个概念之间的相互关系。笔者节选了以“Public Health”为中心的核心概念，并以射线的方式直观显示其上位类、同位类及下位类（见图4）。

4预防医学领域本体推理应用研究

推理机是专家系统中实现基于知识推理的部件，是基于知识的推理在计算机中的实现，主要包括推理和控制两个方面，是知识系统中不可缺少的重要组成部分[5]。目前，针对本体的推理，越来越多地集中在几种标准的本体语言上，如OWL、DAML、RDFS/RDF等，一些组织针对这些本体语言，开发了比较著名的推理机，如RACER、FaCT、Pellet等。在Protégé中，提供了基于Racer推理机的推理功能，Protege-OWL和推理机RACER通过DIG（Description Logic Implementers Group）接互。

在MeSH表中，许多概念具有交叉相关性。因此，在构建本体过程中，需要定义概念之间逻辑关系，并使用推理机完成概念相互关系的说明。例如，在MeSH表中，“Biological Sciences [G01]”概念树和“Environment and Public Health [G03]”概念树都包含内涵完全相同的概念“Environmental Microbiology”，只是用不同的树形编码加以表示，在“Biological Sciences [G01]”概念树编码为[G01.273.540.274]，在“Environment and Public Health [G03]”概念树下为[G03.850.425][6]（见图5）。

在构建MeSH本体的过程中，笔者考虑到这种共有的概念，一方面为了避免概念的重复构建；另一方面为了保持MeSH原有的概念之间的关系，因此使用推理机对这种共有概念的逻辑关系加以保持。例如，对于“Environmental Microbiology”这个概念，笔者将其以子类的方式构建在“Environment and Public Health”“Public Health”概念下，并为其构建一阶逻辑关系（见图6）。

并在“Biological Sciences”“Biology”“Microbiology”概念下定义充分必要条件（见图7）。

在一阶逻辑关系构建完成后，就可以对相关概念进行推理。在此，笔者对“Environmental Microbiology”这个概念进行上位概念推理，根据所定义的逻辑关系，可以推理得到其上位类为“Microbiology”和“Public Health”（见图8）。

在推理完成后，概念之间的相关联系在本体结构图中就可以明确地显示出来了。在本例中，“Environmental Microbiology”与“Microbiology”和“Public Health”的关系在本体结构（见图9）。

5结语与展望

本文以医学领域的预防医学领域为例，研究语义网格环境下数字图书馆领域本体的构建与应用，并以MeSH是基础进行本体的转换研究，对其进行初步的推理应用。笔者认为，MeSH为代表的领域叙词表是基础构建本体的模型，可以遵循这些叙词表原有的语义基础，参考其所包含的语义关系、组配关系和入口词与主题词关系、主题词与副主题词关系，构筑领域本体的词义；发挥本体表达复杂关系的优势，建立一个网状的领域知识主题图。基于这种方法构建的本体，便于挖掘本体概念间的语义关系，从而进行应用层面的逻辑推理。基本上可以满足清晰性、一致性、完善性和可扩展性的要求。

未来的工作重点是基于本体的应用扩展。在语义基础之上，通过领域本体，并充分发挥领域本体的作用才能够实现本体的应用扩展。领域本体在知识组织中起到至关重要的枢纽和桥梁作用，通过与利用本体，使得MeSH表中的数据及信息发挥作用，并且由于本体的作用，顶层本体才有了可供识别的共通语言。领域本体的成功构建和效能高低不仅取决于对本体构建本身逻辑结构的掌握，而且还在很大程度上取决于对该领域知识的了解与把握。在实践中，领域本体的使用效果需要用户进一步检验及逐步完善。

参考文献：

[1] 严青利,张勇.医学主题词表(MeSH)评述.情报杂志,2001,(8):64,66.

[2]李景,钱平.叙词表与本体的区别与联系.中国图书馆学报,2004(1):36-39.

[3]李善平,尹奇韦华,胡玉杰, 郭鸣,付相君.本体论研究综述.计算机研究与发展,2004(7):1041-1052.

[4]McGuinness, D.L., Fikes, R., Rice, J. Wilder, S. An environment for merging and testinglarge ontologies. [2005-02-01]. ksl. standford.edu/people/dlm/papers/kr2000-camera-ready-copy.doc.

[5][2007-4-15]. 省略/html/T/7418.htm.

[6][2007-4-22]. nlm.nih.gov/cgi/mesh/2007/MB_cgi.

基因组学概述篇(3)

关键词 生物概念 概念教学 类比法

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

生物学概念是生物学课程内容的基本组成，因此概念教学是初中生物学教学的一项重要任务。义务教育生物学课程标准对课标实施提出建议：针对学生的不同年龄特点和认知能力以描述概念内涵的方式来传递概念。教学中教师因本身对概念内涵的理解不同，决定了开展概念教学的方法、方式与结果差异较大。有的教师强调死记硬背术语、定义这种做法抑制了学生学习的兴趣在主动性概念的学习中产生畏难情绪。

1 概念教学与类比法

概念是共同具有某些特性或属性的事件、物体或现象的抽象概括，是一种由相近、相似的事件、想法、物体或人所组成的集合。反映事物的本质属性，具有抽象性和概括性，生物学概念也不例外。但生物学概念不同于生物学术语，术语仅是词汇，标记概念的符号，掌握了术语绝不意味着理解掌握了概念。生物学概念也不同于定义，“定义”是对术语十分肯定的表述；“概念”通过内涵及外延，描述一类事物的本质，且随时展描述会不断修正完善。生物学概念也不完全等于生物学知识点，知识点有侧重事实和侧重概念之分；概念具抽象性和概括性，比事实更需要理解与活用。据此，概念教学不能只局限在帮助学生识记某些专业词汇或术语的定义，应着眼在学生深层次的理解。特别是生物学概念都是一些鲜活的生命现象中携载的规律性的内容，课堂教学中教师应加强学法指导，帮助学生建立、理解和应用生物学概念。

根据一类事物已知属性推测到与其类似事物也应有此属性的推理方法称类比法。其特点是“先比后推”，通过“比”出类同地方和不同地方，并在此基础上进行合理推理。这种方法运用于教学，即类比教学法。教学时教师帮助学生建立、理解生物学概念可联系学生熟悉的事物、经历或经验，采用类比推理的方法将新概念与已形成相似的概念联系起来，让学生较短时间内感知、理解并形成新概念，帮助教师优化教学过程。类比方法根据类比对象的特征类型类比方法可分为结构类比、功能比、生理类比、形态类比和生活习性类比等；根据类比源类比方法可分为生活化类比、自然现象类比、新旧概念类比等；根据思维方法类比方法可分为联想法、论理法和异类类比法等；根据思维方向类比方法可分为正向类比和逆向类比等。

2 结构类比优化生物结构教学

结构类比是一种常见的类比推理方法，学习生物学知识离不开生物的各层次的结构，有些结构的表述形成了相对稳定的生物学概念。在概念形成中借助已有概念进行类比有助于新概念理解掌握；运用实物或模型等进行类比，可将抽象内容直观化、概括内容具体化、微观内容宏观化，有助于科学概念的理解和构建。

2.1 生物体有相同的基本结构

通过显微镜观察洋葱鳞片叶表皮细胞、人口腔上皮细胞等细胞结构，可发现细胞由细胞膜、细胞质和细胞核构成，由此类比推理到与洋葱鳞片叶表皮、人口腔上皮细胞类似的其他植物动物细胞有相似的结构。从而归纳出细胞的基本结构有细胞膜、细胞质和细胞核三部分。通过观察与分析发现绝大多数生物体都由细胞构成，引出概念：细胞是生物体结构和功能的基本单位。

2.2 生物体有相似的结构层次

通过观察一株完整的植物体如桃的构成，类比到与桃相似的高等植物有相似的四个主要结构层次：细胞、组织（分生组织、保护组织、薄壁组织等）、器官（根、茎、叶、花、果实和种子）和植物体。由于动物与植物都是由细胞构成的，因此，可推理到动物体有相似的结构层次。这种类比是“以类推类”式的普通性类比。

2.3 生物体结构多次涉及“结构和功能的基本单位”

学习生物结构最基本的概念为：细胞是生物体结构和功能的基本单位。在以后的学习中，涉及到其他“结构和功能的基本单位”有：神经元、肺泡、小肠绒毛和肾单位等。神经元又名神经细胞，所以由细胞概念类比出“神经元是构成神经系统的结构和功能的基本单位”这一概念不难，这是演绎推理。“结构和功能的基本单位”的阐述较抽象概括，由细胞概念来类比可缩短学习时间，同时能巩固细胞概念。

2.4 实物模型法类比法直观明了

实物或模型是生物结构教学中常用的直观教具，运用模型进行结构类比教学最典型的例子是人体心脏的结构，心脏结构看似简单――左右心房和左右心室四个腔，但必须同时掌握与他们相连的血管，这是学习“人体血液循环”的基础。运用心脏模型具有直观、简明、扼要的特点，通过结构类比帮助学生建立人体心脏结构空间概念，防止混淆。

3 功能类比优化生理教学

生命体都在进行着复杂的生理活动，这些生理活动与机制常常很难用一些直观的教具展示出来，因而是学生学习的难点，教学中可借助类比法化解教学难点，优化生理教学过程。

3.1 联想法将光合作用与呼吸作用类比

一般教材将光合作用安排在前，呼吸作用安排在后。学习呼吸作用概念时可采用联想类比的方法，将光合作用的产物：有机物和氧气，联想为原料；将光合作用的原料：二氧化碳和水，联想为产物；将光合作用的“光能转变成化学能储藏在合成的有机物内”联想为“有机物内的化学能释放出来”，引出呼吸作用，再通过“能量的释放与呼吸”学习呼吸作用。这样，比学生孤立学习更易接受并掌握，有利于形成完整的概念体系。

基因组学概述篇(4)

TopicMaps相关概念

TopicMaps最初的思想是希望建立起智能化电子索引，并能支持这些索引间的相互融合。近年来，TopicMaps已经不再局限于索引领域，而成为一套用来组织信息的方法，使用这套方法可以描述知识结构和关联，及其相关的信息资源。TopicMaps于2003年成为ISO标准，并了其基于XML的描述方式XTM。目前XTM最新的版本于2007年。TopicMaps中的基本概念包括:

1)主题(Topic):广义上讲，任何事物都可以是一个主题。严格地讲，“主题”表示TopicMaps中指代事物的对象或节点。在一个TopicMap中，主题可以是零或多个主题类型的实例。主题通常具有显式的名称，但没有也可以。一个主题可以在不同的上下文中具有不同的名称。

2)关联(Association):一个主题关联用于指定2个或多个主题之间的关系。关联类型可自定义。参与关联的每个主题在该关联中发挥不同的作用，称为关联角色。

3)资源(Occurrence):一个主题可以用某种方式去链接一至多个信息资源。这些资源称为该主题的Occurrence。资源可以分类。主题可以在特定的上下文中关联特定的资源。TopicMaps将知识划分为2层:上层是概念层，描述各种概念及关系;下层是资源层，描述概念层中各个Topic所关联的具体资源。

软件工程课程体系模型

通过TopicMaps对课程体系进行建模，可以有效地实现学科知识管理和分析工作。在此，建立一个简化的课程体系模型，用以说明TopicMaps建立模型的方法。

1基本概念

为了不产生混淆，本文给出如下定义。定义1“教学实体”:指教学中涉及的各种对象类型和具体对象所对应的概念，不涉及具体内容。例如，“必修课”是一种课程类型，“C语言”是一门必修课。两者在模型中都是一个教学实体。课程体系模型中涉及的基本教学实体包括:①抽象类实体:Teacher(教师)、Course(课程)、Resource(资源，如书籍、音频和视频等教学辅助资源)和Group(课程组)等，用于表示实体的类型。需要特别说明的是，在教学体系中，经常会划分课程组，课程组包含一系列相关课程，这样有助于教学质量的提高和教师队伍的发展。②具体实体:表示一个具体的实体对象，一般是某个抽象类实体的实例。例如，表示各个具体课程的实体。定义2“教学资源”:指教学实体对应的具体信息和关联的各种资源。例如，“C语言”课程关联的“教学大纲”文件和课程网站等都属于具体的教学资源。

2模型结构

课程体系中涉及的教学实体非常多，实体除了有自己的基本描述外，实体间还会存在各种关联关系，并且每个实体还可能会有一系列的相关参考资源。理清和描述各种教学实体之间的关联，是高效地分析专业方向和教学规划、相关课程依赖关系，合理配置教学资源和优化课程体系的基础。因此，如何将各种教学实体和资源做有效的描述和关联，是建模的重点。

TopicMaps在建模时，采用分层的形式将资源层和概念层分离。分层的结构有助于清晰地描述教学体系。

1)概念层:在概念层中，主要描述概念及概念之间的关系。在课程体系中，即各种教学实体和实体间的关系。这是模型中相对稳定的部分。2)资源层:在资源层中，描述各种教学资源，是各个教学实体的具体信息描述。例如，教师的个人主页、教学大纲文档、具体的视频、音频对象等。由于教学内容需要紧跟科技的发展，因此教学资源需要及时更新和补充。这部分在模型中的动态变化性较高。由于TopicMaps模型中的概念之间可以存在很多的关系类型，所以概念和关系会构成一个复杂的图结构。为了简要说明模型的结构，给出了一个简化的课程体系模型的双层结构示意图，如图1所示。其中省略了很多主题、关系和资源。在课程体系模型中，需要定义一些主题用于描述类别，属于抽象概念，如Course(课程)、Teacher(教师)、Video(视频)等。在此基础上，定义各个表示具体教学实体的主题，如概念层中表示具体课程的主题“C++”、“软件工程”等，表示具体教师的主题“T1”和“TN”等。在课程体系模型中必备的关联类型包括:1)“Class-Instance”关系。用于描述一个具体的概念是另一个概念的实例。定义RC－I(a，b)。对任意主题a和b，如果RC－I(a，b)成立，则表示a和b之间是“Class-Instance”关系。在该关系中a扮演“Class”的角色，b是实例“Instance”的角色。图1中用带箭头的实线表示RC－I(a，b)，起点为a，终点为b。每个具体的课程都是“Course”的一个实例，如RC-I(Course，C++)。

2)“Teach-TaughtBy”关系。用于描述具体的教师与其所授课程之间的关系。定义RT－TB(a，b)，对任意主题a和b，如果RT－TB(a，b)成立，则表示a和b之间是“Teach-TaughtBy”关系，即教师a教授课程b，而课程b由教师a教授。图1中用带箭头的虚线表示RT－TB(a，b)，起点为a，终点为b，如RT－TB(TN，C++)。利用主题图中概念和资源分层的机制，在对课程体系进行建模时，将相对稳定的课程体系信息置于模型的概念层，将各种教学资源置于模型的资源层，可使经常动态变化的教学资源不会对课程体系的稳定性产生过多的影响，能满足对专业课程体系研究、分析和动态调整的需求。2.3以实践课程为主体的课程体系在SE－CDIO培养方案中，特别重视和强化工程实践能力。其课程体系中以实践教学为主线，将各种专业核心课程紧密结合在一起。课程体系中设置了项目实践、综合项目实践和企业社会实践、毕业设计等不同层次的实践类课程，以此来强化学生的动手能力、工程能力、协同能力和职业素质的培养。

为了清晰地说明如何利用TopicMaps来描述软件工程专业的工程化教育理念，图2仅给出课程体系模型概念层的一部分，其中重点描述了专业实践体系的主体结构。想要突出这种以实践课程为主线的工程化教育理念，还需要定义更多的主题类型和关系类型。在TopicMaps模型中定义的部分主要概念如下:

1)抽象概念Group(课程组)和Project(项目)。

2)具体课程组的主题:为每个具体的课程组建立一个主题，在图2中用虚线椭圆节点表示。某个具体的课程组g是Group的实例，即满足3)课程主题:为每门专业核心课程建立一个主题，在图2中用实线椭圆节点表示。每个具体的课程a是Course的实例，即满足4)实践类课程主题:为每门实践性课程建立一个主题，在图2中用实线矩形节点表示。某个项目课程b是Project的实例，该关系描述在图2中省略，即满足在模型中还需要至少定义如下关联类型:1)“Pre-Next”关系。用于描述课程之间的先后关系。定义RP－N(a，b)表示主题a和b之间是“Pre-Next”关系，即表示a是b的前驱课程，而b是a的后继课程。图2中用带箭头的实线表示RP－N(a，b)，起点为a，终点为b。2)“Whole-Part”关系。用于描述整体和部分之间的关系。例如，一个课程组由若干具体课程组成。

定义RW－P(a，b)表示主题a和b之间是“Whole-Part”关系，即表示a包含b，而b是a的一部分。图2中用图形的“包含”表示整体和部分。例如，课程组“GroupA”中包含课程“A1”、“A2”、“A3”和实践性课程“PA”，即满足在一个合理的培养方案中，各种知识的教授是存在前后顺序和关联的。因此，“Pre-Next”关系在课程体系建模中是必需的一种关联。图2所示的模型可以说明每个实践类课程需要一系列先驱课程为其进行知识储备，而该实践类课程的设置目的则是其所属课程组中前驱课程知识的综合培养和训练。例如，为了培养学生设计和实现信息系统的能力，学生首先需要学习编程语言、数据库和软件建模知识。

这样，“信息系统的设计与实现”是一门实践类课程，而其他相关课程是该课程的前驱课程。图2还描述了不同实践类课程之间也存在“Pre-Next”关系，这样可以体现实践类课程的不同层次。即每个项目实践类课程是重点对某几门课程知识综合能力的培养和训练，综合项目实践和企业社会实践是培养和训练学生在工程中运用所学专业知识的能力以及协同能力和职业素质，而毕业设计是用于检查学生最终对本专业知识综合运用的能力。

培养方案中各种基础课程和核心专业课程的设置都是为了实现最终的培养目标。为了清晰地刻画各个核心专业课程对专业能力培养目标所做的贡献，便于分析各个专业课对学生某种实践能力培养(体现在实践类课程中)所做的贡献，模型中定义了Group(课程组)的概念和“Whole-Part”关系。每个课程组中的课程都是为了重点教授、培养和训练学生的某种实践能力。每门实践性课程与其前驱课程即为一个课程组。需要说明的是，每门实践性课程是为了重点培养和训练学生在该实践课的前驱课程中所学知识，但仍然可能会运用到其他知识。例如，在GroupA中学生学习了某种编程语言，而在GroupB中的实践性课程PB中仍然可能会用到。

课程体系模型的应用

TopicMaps技术便于知识的导航和检索，基于TopicMaps创建课程体系模型可以为培养方案的设置和分析、教学资源的配置等工作提供一种便捷的分析手段。下面以查找课程组GroupA中所有课程的任课教师为例，说明如何基于TopicMaps模型方便地进行信息检索。查找过程如下:最终得到的集合T即GroupA中所有课程的任课教师。TopicMaps的概念层是一个图结构，在进行信息检索时可利用各种图的算法以提高搜索速度。因此，信息检索效率的实用性可以保证。

结束语

基因组学概述篇(5)

关键词 生物课程标准 知识目标行为动词 运用

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

课堂是课程改革最终的落脚点，《普通高中生物课程标准》是教师备好课、上好课的出发点和评价指南，因此如何运用好《标准》中给出的“内容标准行为动词”去理解、组织教材内容成为教师成长的关键，也是新课程改革成败的关键。

新课标对具体内容标准的表述所用的动词分别指向知识性学习目标、技能性学习目标和情感性学习目标，并且分为不同的层次，见表1。

对于技能操作性目标表述比较具体实用，情感目标应该融汇到知识和技能目标之中达成，这里不再研究，只研究知识性目标动词的运用技巧。

1 了解水平的行为动词

关于了解水平的涵义，课程标准的解释为“再认或回忆知识；识别、辨认事实或证据；举出例子；描述对象的基本特征等”。相关行为动词有“描述，简述，识别，列出，列举，说出，举例说出，指出，辨别，写出，排列”。

《新华字典》中对于“描”和“描述”的解释为：描，形声。本义：依样摹写或绘画，《现代汉语词典》解释为“描述指形象地叙述，描写叙述。（以下词语解释均来自于《新华字典》和《现代汉语词典》）“简述”指用简要的话陈述或总结。“识别、辨别”意思为辨认、辨别、区分、分辨，例如“识别真假”，从中可以看出辨别具有分析理解事物特征的基础上，再加以区分之意，所以辨别应该不仅仅是了解水平，应归为理解水平行为动词更好。“列出、列举、排列、说出、举例说出”同意为一个一个地举出来，“指出”是“指明、说出”之意。“写出”的理解有两种，“一种为机械的抄写、另一种为写作之意”，如果为前一种可以归为“了解”水平，而后一种则为“理解并掌握”水平。了解水平的词运用时为了便于理解可以都加一个“出”字（不带有出的词后面），例如“描述、简述、识别、列举、辨别、排列”可以改为“描述出、简述出、识别出、列举出，辨别出、排列出”。

总之，了解水平的要求可以总结为“对事物的表面认识”。教学和备课过程中常用的是“简述、举例说出”。例如“简述种群的特征、简述染色体结构变异和数目变异的种类、简述生物圈的组成；举例说出单基因遗传病和多基因遗传病、举例说出现代农业生物技术的重要性、举例说出人类对环境的影响……”

2 理解水平的行为动词

理解水平的行为动词有“说明，举例说明，概述，评述，区别，解释，选出，收集，处理，阐明，示范，比较，描绘，查找”。与了解水平的动词相对应，说出——说明；举例说出——举例说明；描述、简述——描绘、概述、评述；写出、列出、排列——选出、收集、处理。

《现代汉语词典》对于“说明”解释为“解释明白；解释意义的话；证明”，例如说明书、说明原因。“概述”为“把事物共同的特点归结在一起；简单扼要”，例如当事人概述了事态的发展过程，可以理解为“概括并描述”。“评述”为“评论和叙述”。《新华字典》中“选”为“按条件进行挑选”，因此，“选出”可以理解为挑选、选择并找出。“收集”《现代汉语词典》结实为“使聚集在一起”。因此新课标对理解水平的具体要求为“把握内在逻辑联系；与已有知识建立联系；进行解释、推断、区分、扩展；提供证据；收集、整理信息等”。为了与了解水平的词运用加以区别，可以在理解水平的行为动词上加“明确”（说明，举例说明，阐明除外），于是原来的“概述，评述，区别，解释，选出，收集，处理，示范，比较，描绘，查找”可以理解为“明确概述，评述明确，区别明确，解释明确，明确选出，明确收集，处理明确，示范明确，比较明确，描绘明确，查明”，这样便于教师再备课时不易与了解水平的词混用。

对于理解水平的要求总结为“对现象内在原理的认识”。为了学习目标便于表述，常用词为“阐明、概述”。例如“阐明细胞减数分裂过程、阐明基因的分离定律、阐明基因和遗传信息的关系；概述遗传信息的转录和翻译过程、概述糖类的种类和功能、概述细胞学说的内容、概述人脑的高级功能保护生物多样性的意义和措施……”

3 应用水平使用的行为动词

基因组学概述篇(6)

    图书情报界组织文献资源的历史已有两千多年，对信息资源的组织也有20多载，面对知识资源的数字化，我们所面临的前所未有的挑战是对知识的组织。什么是知识组织？对知识组织的诠释需与信息组织加以比较才能准确界定。简单地说，信息组织是对无序的信息进行系统化和有序化的过程，对信息的描述、揭示以及序化是信息组织的中心内容。知识组织则是对知识的本质以及知识间的关联进行揭示和控制的过程及方法，对信息的优化和重组，对知识的结构、关系和语义的描述与揭示，对知识的提取、挖掘和智能化表示是知识组织的中心内容。

    当前，数字图书馆的资源组织正由信息组织向知识组织迈进，在对数字资源的知识组织中，知识本体无疑是最本质、最重要的技术和方法。知识本体可以看作是对知识规范的抽象和描述，是共享、重用知识的方法，目前已经成为一种提取、理解和处理领域知识的工具。如果把某一学科领域知识抽象成一套概念体系并使其“明确”、“形式化”和“共享”，就构成了这一学科的领域本体。领域本体的特征是针对特定的学科领域，描述了某一学科中的概念、概念的属性、概念间的关系以及属性和关系的约束。通过某领域的知识本体可将该领域的知识组织起来，使数字图书馆对知识的表示从信息的集合到知识网络和知识地图。

    构建领域本体的方法已经成为一个新的研究热点，在实践中也产生了一些面向不同应用需求的本体方法，如IDEF-5法、骨架法、企业建模法、METHONTOLOGY法、循环获取法、七步法等。虽然领域本体的开发与建设面向不同的、特定的学科领域，但其过程则具有一定的规律性，需要以一定的科学方法为指导，需要遵循一些通用的技术路线。作者曾在另文中提出本体构建的原型进化方法，本文以此为基础，聚焦于一个本体进化的周期过程，对其中的基本流程和方法作一概要的梳理和分析。

    一个学科领域知识本体原型的建设，一般包括本体需求分析、本体构建规划、获取本体信息、确定本体概念及关系、本体形式化编码、本体的评价、本体的进化、本体的表示等过程。

   

2　本体需求分析

    领域知识本体建设一定要根据具体的应用需求进行建设。如同软件工程注重需求分析一样，知识本体的开发与建设必须将本体需求分析置于首要位置。

    需求分析阶段是本体开发的开端，也是本体建设的基石。它是从实际应用的规划、目标及特点出发，对本体系统进行的一种规范化描述。一般来讲，本体需求可分为功能需求和非功能需求。功能需求主要描述本体的目标实现；非功能需求主要描述本体要达到的性能指标。

    作为数字图书馆领域的本体建设的需求分析，其要旨是确定领域本体建设的目的、范围、用途和使用者。基本内容应包括：

    所构建的知识本体覆盖的学科领域，该学科领域资源的基本状况。

    知识本体的建设目的、任务要求，实现的社会效益与经济效益。

    利用知识本体的基本用户与核心用户，用户需求的基本特点。

    较之其他资源系统，知识本体将提供什么样的服务。

    知识本体和其他资源系统的关系，包括资源的进一步映射和整合。

    知识本体在建设时间、进度上的要求。

    对本体需求分析时要注意以下问题：

    需求分析的过程性。本体需求分析应包括需求调研、分析需求、需求描述、需求认可、需求演进等逐次递进的过程。需求分析不仅应是本体实施的前提，而且应贯穿于本体开发的整个生命周期。故此，要进行科学的安排。

    需求分析的动态性。因为本体需求贯穿于整个本体建设过程，用户需求在很多情况下是隐性的。不明确的，所以本体需求分析只能建立在不完全的需求基础上。为此，本体需求分析既要维持需求的稳定性和精确性，也要在实施过程中不断地进行动态调整。

    需求分析的文档化。为了指导领域本体建设的后续工作，应该编写一份基本需求描述完整、具有可操作性的“需求分析报告”，以文档的形式明确需求分析的结果，作为该阶段的成果。

   

3　本体构建规划

    “凡事预则立，不预则废”。本体建设应有明确的计划，其目的是用一套程序和标准来规范开发过程，让研究者和建设者了解其目标和所要做的工作，将偏离目标的损失减至最小；同时合理有效地开发计划便于对建设过程进行检查和控制，预防可能出现的问题，及时采取有效的应对措施，使本体建设置于一种规范化、可视化、可控制的管理之中，提高本体研究与建设的效率。

    本体建设计划应以“需求分析报告”为依据，主要解决三个基本问题：确定目标，确定完成目标的程序，确定工作所需要的资源配置。内容大致包括：

    明确计划中要达到的工作目标，论证工作的重要性和必要性。

    明确工作的具体任务和要求以及每一阶段的中心任务和工作重点；对任务进行层层分解，列出工作责任矩阵，确定完成工作的优先次序。

    明确计划中各项工作开始和完成的时间，在任务分解的基础上进行统筹 规划，以便有效地控制和协调。

    说明完成计划的方式方法、具体措施，对资源进行合理分配和集中使用，并进行综合平衡。

    规定控制标准和工作指标，也就是说必须做到什么程度，达到什么标准才算完成了计划。

    制定计划是本体建设过程中必不可少的重要步骤，但在研究项目中往往被忽略，致使其开发过程难以受控，从而导致实施过程中的重新计划。本体建设计划的关键是计划的合理编制和有效执行。

   

4　本体信息获取

    获取领域信息是领域知识本体建设的关键。这一阶段的主要目标是确定领域知识本体的信息源，获取领域本体信息，通过收集领域信息，充分了解领域知识的现状，为本体建设奠定基础。获取领域信息大体有两条路径：

    复用现有本体。获得领域信息的最根本的方法应该是考虑复用已有本体的可能性，通常的方法也是最行之有效的方法是复用已经广泛使用于各个学科领域的主题词表（也称叙词表）和分类表。

    主题词表中的主题是表达文献主题的词和词组，是经过规范化处理的，具有专指性、准确性、明确性和唯一性。其具有完备的参照系统，通过主题词下设置用、代、属、分、参等多种参照项，以表示概念之间的等同关系、等级关系和相关关系，在主题语言系统之间建立起语义联系。

    与主题法不同，分类法中的类目（概念）是表达文献内容学科知识领域的概念，是遵循逻辑分类规则建立的科学语言，具有知识的系统性和整体性。分类法具有完备的类目组织系统，通过等级结构、逻辑关系显示文献主题概念（类目）之间的从属、并列、交替、相关等各种关系，在分类语言系统之间建立起语义联系。

  本体是概念和概念关系的集合，而主题词表／分类法也是主题词（概念）和关系的集合，其基本功能和本体具有一致性。目前，作为主要检索语言，各种主题词表和分类法已经覆盖各学科领域。复用现有领域本体可以使本体的建立事半功倍。但是，由于传统的主题词表与分类法中的术语是规范的（不能用自然语言来表达）、知识点是线性的（不能反映概念网络）、内容结构滞后（难以经常修订）、语义简单、缺乏对所应用资源的针对性等等，因此将其应用于数字图书馆的领域本体建设，需要对其进一步修改、完善。

    利用相关方法与途径获取。如果所建本体领域没有可用的主题词表和分类表，可以采用以下两种方式获取本体信息：一种是组织领域专家承建，领域专家通晓本领域学科体系和知识，能够较为准确地描述与提供领域本体的基本信息；一种是利用知识获取工具从数据库中提取，学科领域现有的不同类型的数据库可以看作是领域的知识源，通过一些知识获取技术（如关系数据库中数据字典、E-R图手段以及人机交互技术、机器学习技术等），从现有的数据库中提取专业术语，挖掘、发现学科的基本知识。

    如果将上述两种方式结合起来使用，可以获得更为完整和精确的领域本体信息。

   

5　确定本体概念及关系

    这一阶段的主要目标是确定领域知识本体的主要概念，揭示概念间的各种关系，构筑起领域本体的概念模型。

    确定领域知识本体的核心概念集。如果是复用现有的本体，即可直接应用领域主题词表和分类表中的主题词与分类名称作为领域本体的核心概念。它们都是经过受控处理的，语义及等级关系清晰、严格，可以根据应用的需要直接复用。

    如果是通过其他渠道获得领域知识，那么确定重点概念及关系的过程，可以参考骨架法中提出的middle-out方法。这种方法不要求概念的选择是自底向上或自顶向下。因为在领域知识中要确定哪些是顶部概念、哪些是底部概念是非常困难的。可尽量选取最基本、最常见的概念及关系，并用精确无二义性的术语加以表达。同时对应编制一份“术语集”，把选择术语的过程加以描述，罗列出最终选定的术语，并对每个术语赋予相应的自然语言描述。

    构建领域知识本体概念关系。即将所获得的领域概念组织成概念网络。

    如果是复用现有的本体，首先应考虑主题词表和分类表的对应关系，即主题词表概念间的等级关系与分类法概念间的学科相属关系。分类表可以看作是领域本体概念网络的主体结构，主题词表可以看作是概念网络的各级概念节点。

    目前各学科领域现有的主题词表和分类法都有其相应的电子版，也出版了一些类表和词表完全结合在一起的分类主题一体化词表，这种一体化词表中每一类目都对应着一个概念，类目间的学科等级就是概念间的等级关系。如果领域的主题词表和分类法是分别的或是分类主题对照词表，分类表与主题词之间没有完全的等值对应关系，则需要另外创建类目概念节点。可先利用主题词表中的各参照项关系形成概念网络（具有等同关系的所有主题词可形成一个概念），然后将分类法的学科体系结构嵌入其中，作为概念网络的主干结构，再建立具有等级关系的类目节点和概念间的对应关系。

    如果是自己创建的本体，其概念关系的建立也应该遵循上述方法。所建立的本体概念间的基本关系应该包括等同关系、等级关系和相关关系。

    将本体概念及关系模型化。明确了本体的概念以及概念间的关系，接下来就可以采用一定的方法（如图示法）来揭示概念间的各种关系。  

6　本体形式化编码

    本体的形式化编码阶段就是用选定的本体语言来描述知识本体。

    对于知识本体的描述，可以采用自然语言或逻辑语言描述，若要实现较强的推理能力，一般要用形式化描述语言进行表述。描述本体的语言应该具备4个基本条件：①基于某种形式的逻辑；②机器可读的；③具备编码语言的表达性＼编码的精确性和语言的语义性；④支持语法和语义的互操作。

    本体的描述一般都是基于某种逻辑语言的，>目前RDF(S)已成为一个能对本体进行初步描述的标准语言。而描述逻辑(DL)是一个相当重要的知识表示语言，目前正被积极应用于本体描述，或者作为其他本体描述语言的基础。描述逻辑吸取了KL-ONE的主要思想，是一阶谓词逻辑的一个可判定子集。与一阶谓词逻辑不同的是，描述逻辑具有强大的推理能力，能够提供完备高效的知识推理机制，满足本体知识表达的需要。而且，描述逻辑的语法容易转换成XML/RDF形式，因此基于描述逻辑的本体模型更适合Web环境下概念建模与知识共享。

    目前几个主要的知识本体语言——CKML、OIL、DAML+OIL和OWL就是建立在描述逻辑的基础之上的。其中DAML+OIL是结合了OIL和DAML优点的一种本体描述语言，采用面向对象的方法用类和属性来描述领域概念的结构，具有清晰的语义，但不能表示规则。以DAML+OIL为基础的OWL是一种网络本体描述语言，通过类和属性来描述对象，并通过公理来描述类和属性的特征和关系，可以构造很丰富的关系类并支持自动推理。

    上述本体语言的表述能力不断增强，其技术也日臻成熟，已成为W3C国际标准的OWL是一种发展势头很强的本体语言，应作为本体编码的首选语言。为了提高本体编码效率，可以使用一些辅助工具来完成。编码过程结束之后，应该把编码过程和编码结果以文档的形式保存下来，为本体共享提供规范的文档。

   

7　本体的评价

    经过上述阶段，已经形成了一个初步的领域知识本体。本体能否实际应用，需要对其进行评估与测试。由于领域本体建设得不成熟，目前尚无通用的本体确认和评价的标准方法，更谈不上标准测试集。格汝伯(Gruber)[9]于1995年提出了本体构建的5条标准，即清楚(Clarity)、一致 (Coherence)、可扩展性(Extensibility)、最小本体的承诺(Minimal ontological commitment)、最小的编码偏差(Minimal encoding bias)。不过在其设计标准中并没有给出具体的评价内容。笔者类比于软件工程的软件测试，提出本体评价的标准。

    对应于软件开发过程的测试阶段，一般需要对领域本体的正确性和有效性进行评价，评价指标应包括：

    本体的完整性。即本体是否包括了该领域重要概念，概念及关系是否完整，概念的等级、层次是否多样化。

    本体的清晰性。即本体中的术语是否被清晰无歧义地定义。除了规范的主题、分类术语外，对本体进化产生的概念是否给出明确、严格的语义定义。

    本体的一致性。即概念间的关系在逻辑上是否严密、一致，能否支持本体在语义逻辑上的推理。

    本体的可扩展性。即本体可否顺利实施进化，本体能否在层次结构上可扩充，在语义上可丰富与完善，能否加入新的术语概念。

    本体的兼容性。即本体的开放性和互操作性，本体能否和其他领域本体及相关资源系统进行映射，包括系统层、逻辑层、语义层、表现层等的兼容和互操作。

    此外，对本体的评价还应包括本体建设过程中其文档的完备性、准确性、可操作性等的评价。

   

8　本体的进化

任何系统都会经过从简单到复杂，由低级到高级的进化发展过程，领域知识本体建设也不例外。随着领域知识的增加和应用需求的发展，本体需要不断进化。特别是对于一个应用性很强的领域本体来说，本体的进化可以看作是本体生命的延续。所谓本体进化，即是在现有领域本体的基础上，根据应用的需要，在本体结构、概念和关系上不断进行丰富、完善、改进的过程和方法。

    领域知识本体进化主要包括两方面内容：一是本体的自身进化，即是对已建本体进行更新，增加新的本体概念，扩展本体语义结构，完善本体概念间的语义关系。如何建立本体的自丰富机制，是本体自身进化需要重点研究的。二是本体的对外进化，即不同领域本体之间的互操作。因为不仅本体自身存在关联，不同的领域本体之间也存在多种关联，人类知识本是一个大的宏观的知识网络。目前每个领域都在建设本体，如果各个本体独立发展便将成为一个个本体“孤岛”。本体的对外进化主要通过映射机制，与相关领域本体的概念、关系及资源实体建立对应和关联，实现不同领域本体资源的共知和共享。

    领域知识本体进化的方式：

    本体的自动进化。即由研究专家采取一定的方法与技术，实现本体的自丰富。如通过机器学习、抽词算法、知识发现等方法发现新的概念和关系，然后定位到本体中去。

    本体的手工进化。即由通过了解领域本体建设情况的专业人员，以手工或半自动的方式获取新的概念和关系，将其补充到本体中去。这种进化过程比专家定义容易操作，比机器学习准确规范。但是它需要有合适的工具支持。

基因组学概述篇(7)

关键词：小学数学；概念教学；误区；对策

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2016）06B-0004-02

方运加教授指出 “数学是通过概念组建成的高楼，教师只有全面掌握需要教授的数学知识所有概念，才能站在促进学生发展的视角上发挥数学概念的启发作用”。在“学为中心”的课堂教学背景下，我们应该更加关注小学生对数学概念的感知、对数学概念的理解、对数学概念的内化，要强调小学生对数学概念的自主建构。那么，当前小学数学概念教学存在哪些误区，我们又该如何进行教学改进呢？

一、缺乏感知过程，概念表象模糊

感知材料，创建表象，虽然只是初步了解事物的外部情况和特点，但是就是这样的感性认识，也是学生学习概念的基础。由于学生的感性认识会越来越丰富，表象越发清楚，想象更加生动，更加容易认识概念。但有些教师在指导学生感知直观素材后，立刻进行概念抽象，忽视了在感知素材后表象的形成、升华和创建，导致抽象概念的过程太过简单。因此，小学生在这个过程中形成的概念表象是比较模糊的。

案例描述：一位教师在教学《百分数的认识》一课时，在引入环节为学生创设了投篮的情境，引导学生知道三位同学谁投得更准确。因为计算出来的结果为异分母分数，教师设置的问题为：“通过计算结果，哪位同学能看出谁投得比较准确？我们应该怎么做？”学生肯定会回答看不出来，但是可以利用计算获得答案，也就是将这三个分数转化成为同分母分数。 教师对回答正确的学生做出鼓励，指导学生进行计算，将所有的公分母转化成 100。教师进行总结： “类似分母为 100 的分数，我们叫作百分数， 一般记作 52%。”

案例分析：以上案例中，教师快速引导学生由经验认知转变到符号认知，将课堂时间与精力浪费在引导学生熟悉定义中的重点字词，让学生进行背诵，导致形象和抽象的分离。因此即便是将来在教学中进行大量的练习，学生还是没有办法区分百分数和分数。虽然也有学生凭借模仿与感知做对习题，但是，他们对百分数概念的表象还是模糊的。

对策：联系生活实际，形成概念表象。数学概念是基于生活实际的，数学概念都能在生活中找到原型。因此，在概念教学的引入环节要善于联系实际生活，帮助学生形成概念表象。因为感知单薄，上例中学生没有办法创建清楚的概念表象。因此，可以先利用学生为数不多的生活经验，利用其在生活中遇到过的百分数的经验，回忆百分数的形象。如果此形象比较抽象，不是数字化的，可以结合具体的情景进行联系，对概念进行融通。

首先，根据学生回忆在生活中遇到的百分数的事例，设置问题：“大家列举了这么多有关百分比的例子，代表我们在生活中会经常用到百分数，那么其作用是什么呢？”

其次，学生认识到百分比之所以在生活中非常重要，是由于能依据它评价质量的高低、商品是不是正品等，接着问道：“分数也能起到这样的作用，为何还需要百分数呢？”

最后，如果学生再一次举出生活中的例子，证明百分数方便对比，能直观获得结果，教师先要进行肯定，而且播放质检员抽检商品的录像。为何是100？ 这是对样本进行统计的最好选择。教师继续提问：“我们继续观察，百分数在生活中的哪些方面使用？”由于只使用一个数量没有办法分辨出哪些产品质量更好，所以，在需要进行对比的情况下，必须引入另外一个数量，二者之间发生“率”的关系。两个数量相除，结果不是具体的数值，其代表的是抽查的商品在整体中所占比重，一般情况下整体为 100 份； 一部分和另外一部分之间的比为多少比 100。

这样，在学生觉得自己已经明白的时候，教师设置的问题再一次将他们带入未知的世界，吸引学生在不断自我反省中，创建和过去所学知识的联系。以学情和情境为基础，利用分析使用百分数是为了对比，而且便于对比，协助学生认清百分数形成的背景，指导学生认真思索进行对比的基础是什么，站在不一样的角度感知百分数。

二、缺乏语言概括，概念建构缺失

小学数学概念教学中，因为小学生认知的局限性，通常需要从实物直观转变为图形直观，指导学生进行符号表述，利用语言内化定义。在此过程中，教师通常会将重点放在实物的直观与情景的重新构建上，反而忽视了引导学生使用语言进行表述，没有引导学生使用自己的语言阐述见解，这在某种程度上导致学生丢弃了事物的非本质属性，而将注意力放在了本质属性的抽象上，影响了学生概念的构建。

案例描述：在教学《百分数的认识》一课时，一位教师在巩固练习环节给学生设置了这样的题目： （1）某单位的锅炉房用去了吨煤。（2） 在抽样检查中，合格的产品的数量占总的抽检数量的。题目1和题目2的分数是不是都可以改成百分数，为什么？学生回答：题目1中的不能用百分数表示，原因为有单位，百分数后面不能带单位。题目2中的能使用百分数表示，原因为后面没有单位。

随后，教师提问：（1）小华做作业使用了50%小时。（2） 参加游泳小组的人数占五年级三班的 20%。题目1和题目2中的百分数使用是否正确，为什么？学生回答 ：题目1中不能表示为 50%，原因为后面有单位。题目2中能表示为20%，原因为后面没有单位。

案例分析：不带单位的为百分数定义的外显，为何带单位的才是实质。以上案例中，教师使用外显的属藏了知识的本质，导致学生一直停留在模仿阶段，没有对百分数的概念进行自主建构，这样的概念教学是低效的。

对策：借助逻辑描述，理解概念内涵。表述和理解是相辅相成的，却不是同时发展的，因此经常会产生说和做不符的状况。儿童的语言是不断发展的，在此过程中，相比理解，表达比较落后，也就是说语言表达能力以理解能力为前提。学生掌握了某个概念，但是不一定能正确表述。如果学生能利用自己的语言进行表述，就能证明其已经对概念进行了“同化”和“顺应”，获得了认知上的平衡。

对比例 2 中的题目，如果学生回答“题目1中不能用百分数表示，原因为后带有单位，百分数后不能带单位”，教师需要继续提问“为什么百分数后面不能有单位”。此时，学生要掌握百分数和分数的相同点与不同点。由于分数能表示数字，就和自然数和小数一样，属于量纲，分数还能表示整体和等分关系与整比例关系，为无量纲。

百分数的定义与分数的最后一种解释最接近，代表各个等分和整体100份之间的关系，或者代表了后项是 100 的特殊比的关系，肯定不能带单位。整体为 100 份、比的后项是 100，是因为统计样本的制约。学生只有通过自己的逻辑描述，才能理解百分数这一数学概念的内涵。学生使用归纳或者演绎推理的方法对自己的理解进行证明，从本质上讲就是丢弃事物的非本质属性，将重点放在本质属性的抽象过程，此时，语言才是“思维的外壳”。

三、缺乏外延拓展，概念本质游离

内涵与外延是概念的两大重要元素。小学生在数学概念的学习过程中，不仅要理解数学概念的内涵，而且要把握数学概念的外延。但是，现在很多教师在教学中只关注到引导小学生对概念内涵的理解，而缺乏对概念外延的拓展，从而导致小学生的概念理解游离于概念本质之外。

案例描述：一位教师在教学《百分数的认识》一课时，在课堂小结时是这样对学生进行引领的。

教师：我们今天学习了百分数，大家有何体会？

学生1：我了解了百分数代表一个数占另外一个数的百分之几。

学生2：由于百分数就是一个数和100的比，也称作百分比。

学生3：百分数由于不代表具体的数值，不可以带单位。

学生4：百分数能写成比，后项是 100 的比也能写成百分数。

最后，教师写出爱迪生的名言：天才就是1% 的天赋加99%的汗水。

案例分析：所有的概念都包括两部分：内涵与外延。因为概念的内涵基本上集中在了对象的共同属性上，因此在教学过程中，教师会详细讲授例 3 。但是概念的外延，由于带有表象性，经常被忽略。所以“学生学习数学概念的外延，从本质上说就是掌握数学定义体现的所有事物，清楚划分不同的概念，预防类似概念的混淆”。很明显，这样的教学方式，效果较差。

对策：借助多种变式，把握概念外延。增强变式教学，指的是对于学生学习中遇到的各种直观素材或者事物，使用变化的形式进行呈现，其本质属性维持不变，非本质属性的形式不断变化。以此为基础，能让学生掌握定义的外延，更加深入地了解其内涵。

例如，在 《百分数的认识》这一课中，教师可以丢掉让学生背诵百分数定义的教学方式，让学生对下面的分数进行分类。

（1） 一堆沙子吨，开车运走了其。

（2） 米就是米的。

（3）一个企业，9 月获利 10000元，10 月的利润是 9 月份的。

（4） 五年级 （ 三） 班足球队的人数占全班的，排球队的 。

（5）三个课外小组买了千克绿豆，第一小组有的绿豆发芽，第二小组有的绿豆发芽，第三小组发芽的绿豆为。

在典型性和多样性的交叉中，百分数的外延变成学生概念意义的载体，使用变式题对百分数和分数进行区分，进而让分数和百分数完成从点到线的转变，因此，如果说到“教”，很多教师如果没有新的理念，就不是真正的教学，而是填鸭式的教学，这是教学上的误区。

四、结束语

概念教学是小学数学教学的重点，也是难点。在“学为中心”的小学数学课堂教学中，教师要基于小学生的认知规律设计教学过程，要尊重小学生概念学习过程中的规律，这样，才能让概念教学更有效。

参考文献：

[1]林武.小学数学概念教学行与思[M].北京：教育科学出版社，2014.

[2]史宁中.基本概念与运算法则[M].北京： 高等教育出版社，2013.

[3]孔婉清.新课标下的数学概念教学[J].数学学习与研究，2016，（7）.