生物中生物的基本特征篇1
1生物特征传感器技术
通过某种原理可以测量生物特征，并将其转化成计算机可以处理的数字信号，这就是生物特征传感器的主要任务，也是生物特征识别的第一步。大部分的生物特征都是通过光学传感器如CCD或CmoS形成图像信号，例如人脸、指纹、虹膜、掌纹、手形、静脉等。但是虹膜和静脉图像需要主动的红外光源才可以得到细节清晰的个性特征。由于外加主动光源能够克服可见光线变化对生物特征的影响，所以最近在人脸识别领域有研究人员设计了红外成像设备，来克服人脸模式随光照变化的类内差异，从而大幅度提高了人脸识别的精度。
为了提高生物识别系统的易用性、舒适性和用户的接受程度，同时又要保证生物特征信号的质量，此外还要小巧精致、成本低廉，生物特征传感器技术还有许多需要改进的地方。例如最近已经有通过非接触方式采集的3D指纹传感器技术。生物特征传感器的核心技术包括:
智能定位技术
生物特征获取装置必须让用户和识别系统处于合适的距离和位置才可以捕获合格的生物特征信号。最理想的方案是让采集装置自动判别用户的位置，然后主动调节光学系统或者直接通过机械装置移动采集设备，这样就可以降低对用户的要求，采集方式更加智能化和人性化。
人机接口设计
生物特征采集系统应该“以人为本”，符合人体工学，设计生物特征和采集装置之间的交互接口。通过开发用户自定位技术让用户在某种方式的导引下很快找到合适的成像位置。例如现有的人脸识别和虹膜识别系统中通常在采集装置上安装一面镜子或者设置一个注视点或者设计比较巧妙的光学系统，用户通过视觉或者语音反馈就可以比较迅速地找到适合成像的位置。
光学系统设计
主要是光学镜头组的设计和加工，如果需要主动光源照明的话还要在镜头上安装滤光片，根据成像距离设置主动光源。
机械控制技术
包括自动变焦的电控单元设计、配合用户的身高和距离进行程序调节的机械单元设计等。
生物特征传感器的核心技术还包括传感器电路设计;信号传输与通信技术;防撬报警技术以及和其他技术的有机结合。
2活体检测技术
为了防止恶意者伪造和窃取他人的生物特征用于身份认证，生物识别系统必须具有活体检测功能，即判别向系统提交的生物特征是否来自有生命的个体。一般生物特征的活体判别技术利用的是人们的生理特征，例如活体指纹检测可以基于手指的温度、排汗、导电性能等信息，活体人脸检测可以基于头部的移动、呼吸、红眼效应等信息，活体虹膜检测可以基于虹膜振颤特性、睫毛和眼皮的运动信息、瞳孔对可见光源强度的收缩扩张反应特性等。
此外，基于生物特征图像的光谱学信息也是进行活体检测的有效途径。例如打印的图像会形成有规律的纸质纹理特征，可以用频谱特征进行检测。此外，还可以通过人机互动的形式检测生物特征的活体特性;使用多模态生物特征识别系统也可以提高伪造的难度。
从现有的技术水平看，活体检测功能一直是生物识别系统的薄弱环节，已经有研究人员使用伪造的指纹和人脸攻破了现有的系统，引发了有些用户对生物识别技术的信任危机。所以活体检测技术将是生物识别系统进入高端安全应用的最大瓶颈。
3生物特征信号质量评价技术
在自动身份识别系统中，生物特征一般是以连续的视频流或者音频流的形式进行获取。由于有效的生物特征采集范围总是有限的，再加上人的运动、姿态变化等因素，传输到计算机的生物特征信号大部分都是不合格的。而高质量的生物特征信号是进行特征表达和身份识别的基础，低质量的生物特征信号有可能引起错误接收或错误拒绝，降低系统的稳定性和鲁棒性（系统的健壮性），浪费大量的计算资源在无效的生物特征信号处理上。
基于上述分析，我们可以从三个方面努力排除低质量生物特征信号对识别性能的影响:
■研究高性能的成像硬件平台;
■提高识别算法的鲁棒性;
■在生物识别系统中引入智能的质量评价软件模块，只容许较高质量的生物特征信号进行注册或识别。
在这些措施中设计有效的质量评价算法最实际。因为再鲁棒的识别算法能够接受的信号质量也是有限的。虽然已经有高性能的生物特征获取装置面世，但是价格十分昂贵，也解决不了根本问题。所以研究生物特征的质量评价算法对于识别系统性能的提高具有重要意义。
生物特征信号的质量评价可看做一个两类模式识别问题――将采集到的生物特征分为合格和不合格两种情况。如果要对合格信号量化打分，还要将评价指标定量化。生物特征信号的质量评价问题是一个比较困难的问题，因为造成特征信号质量差的原因千差万别，即负样本的种类太多，不胜枚举，很难设计一个分类器将所有的正负样本区分开。需要通过质量评价来过滤的低质量生物特征一般包括存在离焦模糊或运动模糊的图像，信噪比太低的信号，遮挡的图像等。一般可以从空域和频域两个角度出发去设计质量评价算法。
从产品实用化的角度考虑，生物识别系统现在遇到的最大的瓶颈之一就是信号的质量评价。一方面，为了拓宽系统的适用范围，提高产品的易用性，对用户更友好，为此，研究人员希望系统能在生物特征质量要求较低的条件下运作，但是同时又要求系统能有稳定的高精度。为了平衡这个矛盾，设计“稳、快、准”的质量评价算法将是必由之路。
4生物信号的定位与分割技术
经过处理后的掌纹纹路更清晰了
从生物特征获取装置采集得到的原始信号一般不仅包括生物特征本身，还包括背景信息，例如原始的虹膜图像中包括虹膜、瞳孔、巩膜、眼皮和睫毛等多个区域，真正能有效鉴别人们身份的图像内容也就在虹膜区域。所以必须从原始信号中分割出感兴趣内容进行特征提取。定位和分割算法一般都是基于生物特征在图像结构和信号分布方面的先验知识。例如人脸检测就是要从图像中找到并定位人脸区域，一直是计算机视觉领域的研究热点。
2001年美国的Viola和Jones提出了用易于计算的Harr小波特征来描述人脸模式，用adaBoost来训练人脸检测分类器，取得了人脸检测领域的突破性进展，实现了实时检测视频中的人脸图像，而且准确率也非常高。这个方法对计算机视觉和生物识别领域的影响都很大，现在商业化的人脸识别系统基本上都是使用这种人脸检测方法或者其变种。而且这种通过机器学习训练弱分类器的方法也被推广到了一般视觉对象的检测和识别上。指纹的分割算法一般是基于指纹区域和背景区域的图像块灰度方差的差异特性;虹膜的定位主要利用瞳孔/虹膜/巩膜存在较大的灰度跳变并且成圆形的边缘分布结构特征;掌纹的定位一般是基于手指之间的参考点来构建参考坐标系。
5生物特征信号增强技术
得到了分割后的特征区域后，有的生物特征识别方法需要在特征提取前对感兴趣区域进行增强，主要目的包括去噪和凸显特征内容。例如人脸和虹膜图像一般用直方图均衡化的方法增强图像信息的对比度;指纹一般用频域的方法得到脊线分布的频率和方向特征后进行纹路增强;对于比较模糊的生物特征信号，可以考虑使用超分辨率的方法或者逆向滤波的方法进行增强。
6生物特征信号的校准技术
为了克服不同时刻采集的生物特征信号之间的平移、尺度和旋转变换，需要将参与比对的两个生物特征进行对齐。有的生物特征校准在特征提取之前完成，例如常用主动形状模型（activeShapemodel）和主动表观模型（activeappearancemodel）进行人脸对齐;有的生物特征校准的过程就是特征匹配的过程。生物特征信号的校准结果对于识别精度的影响很大，所以也有学者认为生物特征识别最重要的问题是校准技术。
7生物特征表达与抽取技术
对于生物特征识别，不管是外行还是内行，人们首先想到的问题就是:机器是用什么特征进行身份识别的？什么是生物特征信号中凸现个性化差异的本质特征？这就是生物识别的基本的、原理性的问题。对于这个问题在个别的生物特征识别领域得到了共识，例如指纹识别，大家都公认细节点（包括末梢点和分叉点）是描述指纹特征的最佳表达方式，所以国际上就有统一的基于细节点信息的指纹特征模板交换标准，给不同厂商的指纹识别系统的兼容性和数据交换带来了便利。但是在其他生物识别领域，例如人脸、虹膜、掌纹等领域研究人员还在不断探索最佳的特征表达模型。虽然这些领域的特征表达方法的种类繁多，部分算法也已经取得了很好的识别性能，但是人脸识别、虹膜识别、掌纹识别的根本问题――“什么是人脸、虹膜或掌纹图像的本质特征及其有效表达？”一直没有得到权威和普遍认同的回答。
这是因为每个人脸、虹膜和掌纹图像的特征表达方法都是基于某种信号处理方法或者某个计算机视觉或者某个模式识别的理论，“公说公有理，婆说婆有理”，大家对于这些图像的本质特征表达还没有进行深入的研究。现在生物特征表达领域的流行趋势是把各种经典的或者新提出的图像分析方法依次去试，有点撞大运的感觉，产生这种现象的根源是大家没有基础理论的指导，不知道向哪个方向努力好。由于各种方法各自为“政”，造成生物特征模板的数据交换格式难以统一和标准化。例如人脸、虹膜和掌纹的数据交换标准只能基于图像，这是因为大家找不到一个统一的、权威的图像特征表达方法。
相对于基于特征的数据交换标准，基于图像的交换标准在计算和存储资源的占用、传输速率等多方面都处于下风。例如在电子护照应用中，统一格式的生物数据都存放在非接触iC芯片中，在识别前需要通过无线读卡器从护照iC中读出生物数据，这时基于特征的方法比基于图像的方法快100倍，而且基于图像的方法还要多一个特征提取的步骤才能得到用户护照中的生物特征。所以不管是对于研究还是应用，生物特征信号本质特征的尽快确定都是最重要的。
通过模拟这些生物体神经细胞对外界视觉刺激的信息编码规则，计算机视觉研究人员提出了ordinalmeasures（定序测量特征）来表达图像内容。中科院自动化所生物识别与安全技术研究中心通过拓展原始的定序测量特征的内涵，提出了多极子滤波器的概念，建立了虹膜图像特征表达的一般框架，证明了虹膜图像区域之间的排序测度特征等价于虹膜物理表面不同位置反光率之间的大小顺序关系，是独立于光照、对比度等外界因素的虹膜图像的本质特征。
在这个框架下，虹膜特征抽取甚至可以简化成简单的加减运算，成功地解决了虹膜识别从pC向嵌入式平台移植的计算复杂性难题。通过定序测量特征，研究中心还建立了掌纹图像特征表达的一般框架，统一了该领域识别性能最好的三种掌纹识别方法。并针对低分辨率掌纹图像上主线和皱纹线灰度模式特点，提出了新颖的十字架形微分滤波器来抽取掌纹图像中的定序测量特征。实验结果表明新的掌纹识别方法不仅识别精度远高于主流方法，并且计算速度比最好方法快一倍。
8生物特征的匹配技术
特征匹配就是计算两个生物特征样本的特征向量之间的相似度。图匹配算法也在指纹细节点模式、人脸模式、虹膜斑块模式的相似性度量中得到成功应用。
9生物特征数据库检索与分类技术
收集掌纹信息
随着生物特征识别技术在人类日常生活中的普及，使用人数的增长必然导致生物特征数据库的不断扩大。这种规模的扩大不仅仅表现在数据存储量的扩大，还表现在从数据库中搜索某一条记录所耗费的时间的增加。例如在一对多的超大规模（如一个城市、一个国家、一个行业的人群）生物识别应用中，完成一次识别的时间的长度将会让人无法忍受。这是任何一项成熟的生物识别技术从小规模应用向大规模应用转化时不可避免的问题。
虽然可以使用并行计算技术来减少每次识别的时间，如果有一个生物特征粗分类的方法就可以实现分层次的生物识别:根据生物特征向量将数据库中所有的模板分成若干个大类，在大规模识别时首先判断输入生物特征所属的大类，然后首先和这个大类的数据库模板进行比对，这样就可以（至少从期望值）减少等待识别结果的时间。例如指纹可以根据奇异点的个数和位置信息分成拱形、尖拱形、左旋形、右旋形和旋涡形等几个大类。在虹膜识别研究领域也有人利用分形维特征将虹膜数据库分成四大类。这些分类方法的准确率都高于90%，结果是令人鼓舞的。利用生物特征模式，还可以实现人种分类、性别分类等。所以生物特征粗分类和数据库检索技术将是一个很有前途的研究方向，下一步研究的重点是增加类别数，提高分类的准确率。
10生物特征识别系统的性能评价
迄今为止，任何的生物特征识别系统或者方法都有出错的可能。对系统的识别精度给出客观、准确的评估其实是一个很复杂的问题，它受测试样本的数量、质量、评估指标等因素的影响，但是这对应用单位和司法部门却是一个很关注的焦点问题。所以生物特征识别方法的性能测评已成为生物特征识别研究的一个重要方向。对于1∶1比对的身份验证系统，错误有两种情况:一是把不同人的生物特征识别为同一类，称为错误接收;另一种可能是把同一人的生物特征识别为不同类，称为错误拒绝。
一般可以从理论和实验两个方面评估一个生物识别方法的性能指标。从理论方面可以研究生物特征的唯一性，即对影响错误接收和错误拒绝的各种参数进行准确建模，从每种生物特征识别方法的本质和机理出发给出理论上可以取得的错误率的下界。这个工作是很有意义也是难度很大的。例如司法界对通过指纹匹配结果来指认罪犯还存在着很大争议，虽然有研究人员宣称地球上找不到指纹特征完全相同的两个人，但是在自动或者人工指纹识别系统中，到底需要多大的相似度才可以完全确认两枚指纹的同源性？识别出错的准确概率到底是多少？已经有研究人员对这个问题进行了比较深入的研究，但是并没有完全解决好这个问题。
链接:生物识别也需要安全技术
生物中生物的基本特征篇2
【摘要】目的建立3种石斛药材的氢核磁共振谱（1HnmR）特征图谱。方法首先采用溶剂萃取法或硅胶色谱分离法获得3种石斛（束花石斛D.chrysanthumwall.，铁皮石斛D.candidumwall.exLindl和金钗石斛D.nobileLindl.）的特征提取物及其主要成分，然后利用Ft-1HnmR（300mHz）技术测定得1HnmR特征图谱并对特征信号进行归属。结果束花石斛、金钗石斛的SCe-B和铁皮石斛的SCea特征提取物的1HnmR特征图谱可作为该药材基源鉴定的相对标准图谱。结论建立的1HnmR特征图谱方法在鉴别中药石斛上具有指导意义。
【关键词】束花石斛铁皮石斛金钗石斛氢核磁共振谱特征图谱
abstract：objectivetoanalysethe1HnmRfingerprintsof3Dendrobiumspecies.methodsSolventextractionandsilicagelchromatographywereusedtoseparatethechemicalconstituentsofSCeaorBfromthestemof3Dendrobiumspecies.thecharacteristicsignalsofthe1HnmRfingerprintwereananlysedafterdeterminingthestructuresofthecompoundsisolatedfromSCeaorB.Results1HnmRcharacteristicspectrumofthesamplesofD.chrysanthumwall.，D.candidumwall.exLindlandD.nobileLindl.collectedfromdifferentregionsshowedhighlycharacteristicfeaturesandreproducibility，respectively.Conclusionthe1HnmRspectrumofSCeaorBfromthestemof3Dendrobiumspeciescanbeutilizedforitsoriginalauthentication.
Keywords：Dendrobiumchrysanthum;D.candidum;D.nobile;1HnmRcharacteristicspectra
石斛为常用中药，具有滋阴清热、生津益胃、润肺止咳的功效。《中国药典》2000年版收载石斛原植物包括环草石斛DendrobiumloddigesiiRolfe，马鞭石斛D.fimbriafumHook.var.oculatumHook.，黄草（束花）石斛D.chrysanthumwall.，铁皮石斛D.candidumwall.exLindl.及金钗石斛D.nobileLindl.的新鲜或干燥茎。市场上商品石斛原植物（约有30种）来源非常复杂［1，2］，虽对石斛属植物的生药学研究已有很多报道［3，4］，但是，由于某些植物的形态学和组织学特征具有较大的相似性，使得鉴定评价工作仍比较困难。
国内外学者曾提出用核磁共振波谱法鉴定中药材之真伪［5～8］。其方法学研究的基础来自植物成分特征性和重现性的考察。石斛1HnmR图谱的特征性是指其区别于其他品种的特征信号的组成，其实质是各品种中药所含特征性化学成分或其组成方式不同。石斛属植物中主要含有石斛碱型、四氢吡咯型生物碱、picrotoxane倍半萜、联苄类、菲类等特征性成分［9］。本研究室的前期研究工作已经完成了环草石斛的特征提取物1H-nmR图谱的制定和解析工作。根据化合物的酸碱性、极性大小设定一定的提取物获取程序，对于含有生物碱类化合物的药材主要考察其总生物碱的核磁共振氢谱指纹图谱。本实验是在此基础上，进行3种石斛药材1H-nmR特征图谱的制定及解析工作。
1仪器与材料
HnmR谱用BurkeraCF-300型nmR波谱仪测定，tmS为内标，溶剂采用CambridgeisotopeLaboratoriesinc的氘代核磁试剂CDCl3及DmSo-d6。1HnmR谱等的测定温度（探头温度）室温25℃，脉冲宽度8μs，脉冲延迟时间为6s，自旋速度20Hz。扫描次数64。实验所用各石斛属植物样品系采自各产地，经徐珞珊教授鉴定学名，自然干燥，粉碎。见表1。表1束花、金钗、铁皮石斛的样品（略）
2方法
2.11HnmR指纹图谱的测定取各生药样品30g，加95%的etoH回流提取，按流程［9］获取各样品SCe-a和B，并测定其1HnmR指纹图谱。
2.2重现性考察中药1HnmR图谱的重现性包含两方面意义，即同基源同来源样品的重现性和同基源不同来源样品的重现性。
2.2.1同基源同来源样品的重现性考察按照特征提取物获取程序［9］，得到特征提取物SCe-a，B，溶解于CDCl3或DmSo-d6，测定3种石斛药材的1HnmR（300mHz）图谱，考察nmR仪器参数对同一样品测定结果的影响和特征提取物获取程序的重现性。结果表明其同基源同来源样品具有很好的重现性。
2.2.2同基源不同来源样品的重现性考察测定不同采收地3种石斛特征提取物SCe-a、B的1HnmR特征图谱。研究结果表明，①铁皮石斛SCe-a的1HnmR图谱具有很好的重现性；②金钗石斛、束花石斛的特征提取物（总碱SCe-B）的1HnmR图谱具有很好的重现性；而SCe-a的1HnmR图谱的重现性较差。不同来源样品的SCe-a的图谱差异较大。
3结果与讨论
3.1束花石斛由于指纹图谱中的信号是多个化合物信号的叠加，不能逐个予以辨认，但是通过与单体化合物的1HnmR图谱数据相对比可进行大致归属。在对化学成分研究的基础上［10，11］对束花石斛的1HnmR特征图谱的信号进行解析并归属（表2）。由于所含束花石斛生物碱cis-dendrochrysine，trans-dendrochrysine的光谱数据较特殊，在图1中可见d4.52(m);6.71(d);7.68(d);7.52(m，2H);7.33(m，2H)这些trans-dendrochrysine的2;2′;3′;2″，6″和3″，5″位氢的特征峰信号及d4.42(m);6.02(d);6.64(d);7.40(m，2H);7.30(m，2H)处cis-dendrochrysine中2;2′;3′;2″，6″和3″，5″位氢的特征共振信号。表2不同来源束花石斛SCe-B的1HnmR特征图谱（略）
3.2金钗石斛金钗石斛SCe-B的化学成分研究（《中国药科大学硕士学位论文》）表明其1HnmR特征图谱主要显示石斛碱dendrobine的特征共振信号(图2)，由于该化合物的含量较高，其特征信号在指纹图谱中可得到明确的归属：4.84(dd，J=5.5，3.0Hz)，3.19(t，J=8.5Hz)，2.71(t，J=7.0Hz.)，2.53(s)，2.46(dd，J=4.3，5.7Hz)，1.41(s)，0.98(d，J=2.9Hz)分别于石斛碱的3位，2位质子，11亚甲基质子，n甲基，5次甲基质子，1位甲基，13和14位2个甲基的1HnmR数据完全一致。不同来源的金钗石斛SCe-B1HnmR特征图谱信号（CDCL3，300mHz）见表3。表3不同来源金钗石斛SCe-B的1HnmR特征图谱数据（略）
3.3铁皮石斛在铁皮石斛的特征提取物SCea中分离得到4个化合物，确定化合物为moniliflormin(1)，moscatilin(2)，3，4-dihydroxy-4'，5-dimethoxy-bibenzyl(3)和顺式阿魏酸二十八烷基酯(4)，铁皮石斛的1HnmR特征图谱主要表现为联苄类化合物的共振信号，表现为上述化合物1，2，3，4的特征共振信号。具体指认如表4，其中δ0.88，1.25，1.68，表4不同来源铁皮石斛SCea的1HnmR特征图谱（略）
4.2处的共振氢信号为顺式阿魏酸二十八烷基酯的特征共振信号;δ2.8处为联苄类化合物α，α′位特征共振信号;δ3.8，3.7，3.6处为联苄类化合物甲氧基的特征共振信号，δ6.8处为3，4-dihydroxy-4′，5-dimethoxy-bibenzyl中苯环上3′，5′位质子的特征共振信号。
1HnmR法在定性鉴别中具有专属性强、快速、准确、灵敏度高等优点，在鉴别植物中药方面的应用上已有报道，但目前应用不多。由于植物中药的组分复杂，其1HnmR指纹图谱的制订和解析均有一定难度。本文探讨了利用1HnmR指纹图谱的方法鉴别中药石斛，在利用nmR法鉴别植物中药上是一个有意义的探索。
所制订的束花、金钗石斛的生物碱提取部位的1HnmR指纹图谱具有很强的特征性，能够准确地反映其特征性生物碱成分的存在和结构，可作为束花、金钗石斛药材基源鉴定的相对标准图谱；铁皮石斛SCea的1HnmR指纹图谱有很好的重现性，能够作为其基源鉴定的相对标准图谱。
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生物中生物的基本特征篇3
[关键词]基于对象的影像分析多时相多特征分类
中图分类号：S123文献标识码：a文章编号：1009-914X（2015）11-0105-01
土地利用/土地覆盖变化突出反映了人类活动对自然环境的影响，是全球变化研究中的一个重要领域。本文结合耕地农作物的种植规律，利用时间序列数据，通过对影像的分割得到影像对象，然后根据影像对象的光谱特征、几何特征、纹理特征和上下文特征进行影像的分类。
研究区地处黄河中下游，属于黄河冲积平原，属于暖温带大陆性气候，农作物2年3熟，根据冬小麦和夏玉米农作物生长的物候期进行分析，本文选用了2013年Landsat8oLi的4期多光谱影像数据，时间分别为5月12日、6月13日、9月17日和12月6日。运用enViFlaash模块分别对这四期影像作了辐射定标和大气校正以获得地表反射率，最后对影像进行子区裁剪（范围1000*1000），得到研究区的Landsat8oLi影像。运用2013年5月12日大气校正后的影像，目视解译地物类型，在enVi中建立各地物的感兴趣区，得到每种地物的样本特征光谱统计（均值）。
首先进行影像分割，最优分割尺度因子为35，形状因子为0.1，紧凑度因子为0.8。这些因子与农田地块规整形状相适应。之后运用上下文特征生成非植被地物的掩膜文件覆盖到植被分类层。本研究区内主要植被分为林地和耕地，而耕地多以冬小麦和夏玉米为主。以冬小麦为主的夏粮作物在RVi值在5月份达到最高值。而以夏玉米为主的秋粮作物则在9月份达到最大；最终得到的分类结果图1：
本文主要基于面向对象的规则集的分类，以多时相的数据对象为单元，充分利用了面向对象影像分析方法的优势，减少了分类结果的“椒盐”噪声，实现遥感影像的地物提取。主要引入比值植被指数（RVi）、归一化植被指数（nDVi）、归一化水体指数（nDwi）、修订型水体指数（RnDwi）以及多时相物候特征，建立分类规则集，解决了影像的“椒盐效应”的问题。比值植被指数比值和多时相物候特征参与耕地和林地的分类，消弱了耕地和林地混分的现象，提高了分类精度。归一化水体指数（nDwi）用来提取水体信息效果较好，但对于提取有较多建筑物背景的水体，效果较差。而修订型水体指数（RnDwi）刚好弥补nDwi的不足，所以nDwi和RnDwi的参与规则集可以提高水体的提取精度。加入纹理特征区分居民地和其他地物，本文还应用几何特征作为分类规则集参数，提高了分类精度。
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生物中生物的基本特征篇4
摘要:对人脸和指静脉在决策层的融合识别，给出一种新的组合图像质量评价方法，并采用一种改进的基于图像质量加权的D-S证据理论融合这两种生物特征。首先，组合图像质量评价法采用清晰度和对比度、相关系数的组合方法来评价生物特征图像质量；其次，应用改进的基于图像质量的匹配值增强方法和D-S证据理论，减少了极大值图像质量指标的影响，使图像质量加权与实际情况更趋一致。实验结果表明，与没有考虑图像质量因素相比，考虑了图像质量信息的D-S证据理论融合方法提高了识别效果。
关键词:人脸；指静脉；独立成分分析；主元分析；图像质量；D-S证据理论
中图分类号:tp391.413文献标志码:a
abstract:Forthefusingrecognitionwithfaceandfinger-veinatdecisionlevel,anewqualityscoreofimagebycombiningthreeindexeswaspresented,andanimprovedfusionstrategybasedonD-Sevidenttheorywasadoptedtofusetwobiometriccharacteristics.atfirst,thequalityscoreofimagewascomputedbycombiningindexofdistinct,contrastandcoefficient.thenanimprovedmethodbasedonimagequalityandD-Sevidenttheorywasadopted.thisimprovedmethodreducedtheimpactofmaximumofimagequalityscoreandmadetheweightedparameterwiththeactualsituationmoreconsistent.ComparedwiththeresultofD-Sevidenttheorywithnoregardtoimagequality,theresultsrevealthatthefusionmethodinthispaperbasedonD-Sevidenttheorytakingaccountofimagequalityinformationimprovestheperformance.
Keywords:humanface;finger-vein;independentComponentanalysis(iCa);principalComponentanalysis(pCa);imagequality;D-Sevidenttheory
0引言
生物特征识别技术为身份识别和信息安全等领域提供了一条便捷、高效、安全的新途径。目前常见的生物特征识别技术有人脸、指纹、虹膜、指形、静脉、掌纹、步态以及签名等识别技术，其中指纹和人脸识别技术则是最成熟、应用最广泛的技术。
然而这些生物识别方式都有各自的缺点，尚无能取代所有其他生物特征识别的特征，尤其是一些生物特征可能被复制和伪造，影响其安全性。但若能采用融合理论，综合多个生物特征，从理论和实践上都表明能得到比单一生物特征更优的识别性能和通用性［1-3］。
图像质量对生物特征识别系统的识别性能影响很大,对信息完整、图像质量高的样本库所获得的识别率，可能因为图像质量下降而迅速降低。文献［4-10］都对基于图像质量的生物特征做了深入的研究，取得较大进展。其中，nandakumar等以虹膜和指纹为融合对象，对每次需要匹配的单个待测样本和模板样本的图像质量做出评价，给出一种基于图像质量的似然率指标，对此进行融合得到了满意的识别结论［4］。文献［5］则给出一种新的基于贝叶斯网络的基于图像质量的多生物特征融合系统，将生物特征图像质量和匹配值看作同等地位的量，用贝叶斯网络融合识别。Richiardi等对基于图像质量的语音、人脸、指纹和签名的图像质量评价指标作了综述并分析了将图像质量信息应用到多生物特征融合识别的方法［8］。Fierrez-aguilara等在文献中分别就指纹与签名、指纹与语音的基于图像质量的融合方法做了分析，主要思路是在每次计算匹配值时考虑图像质量指标，再用基于支持向量机的方法进行融合［10］。
本文结合人脸和手指静脉两种生物特征进行融合识别，以提高识别的精确性和系统的通用性。针对图像采集中易产生噪声干扰,受光照等因素影响而生成质量差的图像，尤其是手指静脉图像采集困难，实现了一种基于图像质量信息加权的D-S证据理论融合手指静脉和人脸特征量的多特征融合识别系统。
1融合识别系统结构
选择指静脉和人脸进行融合识别出于如下的考虑：静脉识别技术因可实现活体检测,具有更好的精确度和稳定性；速度快、特征唯一，安全性好；且静脉识别以非接触的方式进行认证，也易于被人们接受，并减少因皮肤表面的皱纹及污垢的干扰。而人脸识别作为一种被动识别方式，易于被人接受，也是目前实用化程度较高的一种生物特征识别方法。选择人脸和指静脉进行多生物特征融合识别，可利用人脸识别中成熟的识别算法，并发挥的指静脉识别精度高、不易被伪造的优势，形成互补。
考虑图像质量因素的影响，一种新的基于图像质量的加权D-S证据理论融合系统的结构如图1所示。
由于尚无公开的多生物特征测试数据库，这里选择oRL人脸库［11］和指静脉库［12］组成多生物特征库，包含40个对象，每人10幅人脸和指静脉图像，人为组合组成测试数据库，如图2(a)~(d)所示是其中的4组样本，这种人为的指定并不影响对融合结果的实验效果。
2生物特征抽取
2.1基于独立成分分析的指静脉特征抽取
静脉图像匹配方法包括结构匹配、模板匹配等，然后根据实验数据得到的阈值进行判断。
目前的静脉识别方法多集中在模板匹配或细节特征点匹配［13-15］、Gabor滤波和编码［16］等,例如wan等提出基于细节点特征提取的指纹静脉提取方法，通过匹配汇合点和分叉点的方法实现手指静脉识别［14］。但较少利用静脉图像的全局信息或整体纹理信息进行分析的。这里借鉴独立成分分析在人脸、掌纹等生物特征识别中的应用［17-18］，采用基于独立成分分析的方法来抽取特征量，具体步骤如下。
1)归一化图像。
为了方便处理和简化计算，将大小为376×328的原始图像剪切成为150×150大小图像。将该矩阵的每个列向量提出来串接成为一个列向量。新的列向量表示一幅原始图像，所以待处理的n幅图像就组成n×2250的一个矩阵n。
2)对n做独立成分分析。
采用FastiCa算法［19］，对n做去均值后，FastiCa首先对数据做主元分析(principalComponentanalysis,pCa)，保留主要信息的基础上，压缩数据；然后进行独立成分提取，经过独立成分分析法抽取特征后所得指静脉基图像的部分示例如图3所示。
补充图3中每个子图的图名。
2.2基于主元分析的人脸特征抽取主元分析法抽取人脸特征
人脸识别作为生物特征识别中研究最早也较成熟的方法之一，特征提取方法有基于代数的特征提取方法，如最基本的独立成分分析法、主元分析法和线性判别分析法等。turk等首先提出基于主元分析的特征脸概念，并取得很好的识别效果［20］。其基本思路是将人脸图像数据用基于二阶统计矩的提取方法，映射到主元分量子空间。这里为了分析手指静脉图像和人脸进行融合对识别性能的影响，选用主元分析的方法提取人脸特征。
对oRL人脸库做基于主元分析法的特征提取，首先计算人脸库的人脸图像平均值，然后求取基于主元分析的特征脸，如图4所示为基于主元分析法特征抽取后的部分特征脸示例。
3基于图像质量信息的人脸和手指静脉特征融合
生物特征的图像质量对识别性能有重要的影响，随着图像质量的下降，识别率将迅速降低，甚至会导致错误的识别结果。而人脸图像的采集容易受光照、采集角度的影响；手指静脉作为一种新兴的生物特征方法，其图像采集更易受可见光、被采集个体等因素的影响，较易产生清晰度差、对比度弱的图像。针对这个存在较差图像质量的情况，若能够在识别过程进行前，对样本的质量信息进行量化，并弱化质量差的信号的影响，将有可能提高系统的识别性能。下面先给出一种组合的图像质量评价方法。
3.1图像质量评估
图像质量是图像的一个重要信息，对图像质量的评价量主要有主观评价和客观评价，主观评价由人们根据自己的视觉感受，根据视觉效果做出评判，受主观因素影响较大；客观评价以图像内容的数学表示，通过定义定量的数学质量指标，进而判断图像信息［21-23］。客观评价标准分无参考和有参考两大类。有参考的图像质量评价量根据待测图像和标准图像之间的差异性来判断，差异性越大，说明图像质量与标准图像相差越大，质量越差，常用的指标有峰值信噪比和均方误差等。但应用过程中，标准图像的较难选择或找不到合适的量。图像质量评价的主要问题是评价指标的通用性差，对某些图像，有些指标甚至背离了人类视觉感受。
常用的图像质量评价可根据结构信息相似量、图像中包含信息量多少、图像对比度、清晰度和图像边缘信息等角度进行分析。以下是几种主要客观图像质量评价度量指标。
1）无参考图像质量指标。
无参考图像质量指标有图像的均值、图像的方差、图像的熵、拉普拉斯和值等。图像的熵的定义为：
H=－∑L－1i=0p(i)lnp(i)（1）
其中p(i)是灰度i的分布概率。该指标表示图像包含平均信息量多少的度量。熵值越大说明图像包含信息量越多。
2）有参考图像质量指标。
有参考图像质量指标有均方根误差、峰值信噪比、相关系数、结构相似度等。皮尔松相关系数定义为：
Qp=corrcoeff(ia,i)（2）
其中：i为待测图像，ia训练样本平均值，Qp为图像质量的量度值。
3）亮度对比值。
人们观察图像时，对局部区域的绝对亮度不敏感，对局部区域与相邻区域的相对亮度变化敏感，根据这一特点将图像划分成n×n的不重叠的子图像，第(m,n)个块的亮度对比度值定义为其亮度的标准差［21］：
ic(m,n)=1n×n∑n×n+nj=n×n+1∑m×n+ni=m×n+1(i(i,j)－i(m,n))2（3）
4）图像清晰度指标［22-23］。
清晰度方法是利用相邻像素点的差异来度量图像清晰度。利用高斯拉普拉斯算子：
LoG(x,y)是L0G，还是数学上的对数书写形式Log?即中间的是零，还是字符“o”？请明确。=－1πδ41－x2+y22δ2exp－x2+y22δ2（4）
其中：σ为高斯函数的标准方差，其值较小时，锐化图像；反之则平滑图像。常用大小为5×5的高斯拉普拉斯算子。
利用待测图像与高斯拉普拉斯算子卷积后的水平像素灰度均值来定义图像清晰度［22］：
Q0(y)=∑yi(x,y)*LoG这个“LoG”中，中间的字母是“o”，还是零？请明确。(x,y)（5）
Qq=1n∑yQ0(y)（6）
其中n为图像高度。若图像清晰，对应的Qq值大；反之若图像模糊，则每个像素附近的灰度值变化很小，对应的图像高频量小，Qq值也小。
5）组合的图像质量评价法方法。
本文根据图像质量评价指标的特点，综合图像清晰度Qq、亮度对比度ic和相关系数Qp的质量评价指标，定义整体质量评价量为：
Qs=w1Qq+w2ic+w2Qp（7）
图5是一组图像质量由好到差的样本，除了个体因素的差异外，主要是图像采集装置性能、光照条件等都不可能完全一致，导致了存在一定量的较差图像质量样本。其中图（a）、（b）图纹理清晰，对比度好，图（c）对比度强，图（d）、（e）质量较弱。
根据计算结果和主观评价赋予权值量w1,w2,w3分布为1，0.5,0.5。最后所得Qs如表1所示，所得结果和主观评价基本符合，能够反映图像清晰度和对比度，体现了人眼对图像质量的主观感受。
下面分析一种基于图像质量的加权D-S证据理论融合方法，来探讨考虑图像质量信息后对识别性能的影响。
3.2基于图像质量加权的证据理论融合方法
由于待识别的对象个性差异及硬件因素，存在着图像噪声、图像质量差、所需生物特征信息缺损等不利因素，此外还有识别算法的内在缺陷，两个来自同一对象的生物特征可能得出不同的结果，这时常规的如加和、乘积、最大值法等融合策略的结果有可能比单生物特征识别还差。通过D-S证据理论对不确定信息的融合有望提高融合识别性能。
Vatsa等提出基于图像质量和Dezert-Smarandache理论的多个指纹特征融合识别方法［6］。首先对指纹图像的质量信息用基于冗余离散小波变换（RedundantDiscretewavelettransform,RDwt）方法求得度量值，然后对图像匹配值做基于图像质量评估度量值的增强，最后采用Dezert-Smarandache理论进行融合识别。
本文对Vatsa的对基于图像质量的图像匹配值增强方法作了改进，并对人脸和手指静脉图像进行基于图像质量D-S证据理论进行融合识别，具体方法如下。
先对图像采用式（7）方法计算图像质量的量化值：求出一组训练样本的平均值ia，然后计算每个待测样本的图像质量数Qs。
然后在D-S证据理论组合规则上，考虑图像质量因素的影响，将图像质量信息正则化，Vatsa采用tanh方法，使得其范围在［0,1］。
在3.1节的图像质量评估分析中，本文采用组合的图像质量评估方法使其与主观评估相一致，但考虑到图像质量评估对不同光照、对比度和纹理等差别的反映情况不同，且通用性有限，其图像质量评估指标的最高值并不意味着该图像一定具有最强的可分性，本文对以上的图像质量信息正则化方法进行如下改进：
Qnorm=Qs－min(Qs)med(Qs)－min(Qs)（8）
该方法用中间值med(Qs)代替质量评估量化的最大值，减少图像质量最大值的影响，使正则化的结果更为恰当。
Vatsa采用的方法中对所有质量信息以阈值为0.5分作两种情况对特征匹配值进行基于图像质量的增强。根据本文采用的待融合生物特征，尤其是手指静脉图像，个别图像质量因光照和生物个体原因，难以根据该图像进行识别，根据这一情况，本文作如下改进，通过实验求得评估图像质量为差的阈值，该阈值以下的图像信息不参与融合识别。在图像质量分数值大于阈值时，可对特征匹配值进行基于图像质量的变换如式(9)所示：
Sqj=Qnormsj0.5,θ≤Qnorm≤0.5(1－Qnorm)sj0.5,0.5
下面采用D-S证据理论进行融合识别。Dempster于1967年提出D-S证据理论，之后Shafer用信任度函数和似然度函数扩展了该理论，成为处理不精确性的信息的数学方法，称做D-S证据理论［24-25］。该理论可看作对贝叶斯决策的推广，通过定义信任函数和似然函数把命题的不确定性问题转化成集合的不确定问题，解决因信息不完备或模糊性导致的不确定，只要求证据间相互独立。D-S证据理论已经成为不确定性决策的常用理论，可以用于决策分析或故障诊断等领域。
D-S证据理论作为表达和处理不确定性知识的数学工具，可有效处理单生物特征在识别系统中存在的冲突性和不确定性。利用人脸和手指静脉的基于D-S证据理论融合识别时，是由人脸和手指静脉两个识别子系统提供两个证据实现融合识别，其中首先需要确定每条证据的基本概率赋值函数。在此基础上，利用D-S证据理论的合成规则将相关证据生成一个新的证据，得到最后的可信度和判决结果。这里的证据信息来自两个识别子系统，保证了证据间相互独立。
定义U是完备的有限集合，用2U表示U所有子集和空集。
定义m(•)=2U［0,1］，称做基本概率赋值，0表示完全不信任，1表示完全信任。对每个分类器有确认a和拒绝－a(－a=U－a)两个结果，计算相应的分类识别率作为基本概率赋值［6］。假设对一个输入模式类别为j(j∈c)被分配到包括拒绝类的k(k∈c+1)类，则分类器输出［24］为k的预测率pk是输入模式正确分类的个数和被分类到k所有模式总数的比率。该方法表明对匹配值Sqj对第j个对象分类到k，所有对象被正确分类的可能性是pkj，没有正确分类的可能性是1－pkj，对第j个对象的基本概率赋值计算如式(10)：
mj(k)=pkj•sqj（10）
利用D-S证据组合规则，对多个证据的组合为：假定a,B用来计算焦元C新的信任函数，D-S证据组合规则：
m(C)=∑a∩B=Cm(a)m(B)1－∑a∩B=m(a)m(B)（11）
这里有两种生物特征对应两个分类器，j=1,2，在获得基本概率赋值后，利用基于证据理论的组合规则求：
mfinal=m1m2（12）
最后用阈值法进行判决。
判决结果=接受,mfinal≥t拒绝,其他（13）
4融合实验结果分析
本文选择oRL库和指纹静脉图像组合形成融合特征库。多生物特征库中每个对象每种特征的前5个样本进行训练，其余的样本进行测试。在进行同类测试和异类测试时候，计算欧几里得距离作为匹配值。采用基于图像质量因素的加权D-S证据理论融合，首先求取一组待融合的人脸和手指静脉图像的图像质量度量，根据第3章的方法将图像质量的信息增加到融合过程中。再采用D-S证据理论融合，对基本概率赋值进行组合，得到最后的融合结果。为评价和分析考虑图像质量信息的效果，与不考虑图像质量信息时的D-S证据理论融合作对比分析。将错误接受率（FalseacceptanceRate,FaR）和错误拒绝率（FalseRejectionRate,FRR）在同一坐标中表示的结果如图6所示，是对基于图像质量加权D-S证据理论融合和常规D-S证据理论融合的结果比较。
结果表明基于图像质量加权的D-S证据理论能降低识别结果的不确定性，提高识别性能，得到更好的识别效果。
已有较多研究工作［6-10］充分利用图像质量信息来提高识别系统的性能，这些文献中基于图像质量的融合识别不仅比单生物特征优越，也明显优于基本的Sum、加权和、最大或最小、乘积等融合策略，现将这些已有的考虑图像质量信息的融合方法加以比较，其中eeR（equalerrorRate）即等错误率，如表2所示。
5结语
D-S证据理论定义信任函数和似然函数分析处理随机性或模糊性产生的不确定性，可避免先验概率和条件概率的求取。鉴于生物特征识别系统中图像质量对识别性能的重要影响，以及多生物特征（尤其是诸如手指静脉和人脸不相关的特征）融合识别可提升系统识别性能，本文结合融合理论利用多源信息的冗余性和互补性来克服信息的不精确性和不完整性，并考虑图像质量信息进行基于D-S证据理论的多特征融合识别分析。结果表明该方法可有效地处理不确定性和不精确性的信息，基于图像质量加权的D-S证据理论的多特征融合识别有效提高了系统的识别性能。
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收稿日期:2011-06-15;修回日期:2011-08-08。
生物中生物的基本特征篇5
1材料与方法
1．1试验设计
本研究通过3个田间试验，构建不同生长条件下冬小麦的群体生长过程，为建立产量形成与群体动态变化的关系提供数据支持。
1．1．1田间试验
设计试验Ⅰ于2009年10月11日—2010年6月16日在河北吴桥试验站进行。耕层土壤基础养分为有机质16．07g／kg、全氮1．10g／kg、速效磷33．20mg／kg和速效钾142．75mg／kg。品种为石麦15，播种行距为0．2m，设基本苗、水、氮、磷和钾5个试验因素，各因素均设5水平，以均匀设计方法［14－15］为基础，越冬前选用U10（55）均匀设计表，拔节和开花期用U10（52）均匀设计表，根据冬小麦生产管理的阶段性，结合田间群体大小，设定动态水肥方案［16］。按吴桥地区栽培模式，设处理11和12为2个对照，共12个处理（表1），每个处理3次重复。试验Ⅱ于2010年10月14日—2011年6月15日在相同地点不同田块进行，土壤耕层含有机质11．43g／kg、全氮1．04g／kg、速效磷33．20mg／kg和速效钾128．48mg／kg。品种为石麦15，试验Ⅱ设计方法与试验Ⅰ相同，但各因素的设置略有不同。共设12个处理（表2），每个处理3次重复。试验Ⅲ于2012年10月18日—2013年6月15日在相同地点不同田块进行。土壤耕层基础养分为有机质8．21g／kg、全氮1．30g／kg、速效磷26．53mg／kg和速效钾152．60mg／kg。试验Ⅲ设计方法与试验i相同，但各因素的设置略有不同。共设12个处理（表3），每个处理3次重复。
1．1．2调查及测定
项目于越冬前、起身期、拔节期、孕穗期、开花期、花后10d、花后20d和成熟期，每小区取一行0．5m长（0．1m2）的植株，数总株数，从中选取10株有代表性的植株，量取叶面积，用长宽系数法计算叶面积，最后得到Lai。同时，将样段内所有植株剪去根装入纸袋，105℃杀青0．5h，80℃烘干至恒重，计算单位土地面积上的植株干物重（kg／hm2）；于越冬前数3行1m长（0．6m2）的总茎数；于成熟期选取具代表性4m2样方测产，折算产量（含水量13％）。于小区内选取具代表性的3行1m长（0．6m2）调查穗数，并从中选取30株调查穗粒数，每小区测产的样品中取500粒籽粒烘干称重，3次重复，计算得到千粒重（含水量为13％）。气象数据来源于试验点所在气象站。
1．2产量形成与冬小麦群体动态变化特征的关系构建方法
1．2．1冬小麦群体动态变化特征
由于冬小麦越冬期间地上部分停止生长，其群体动态变化在整个生长阶段是不连续的，因此，将冬小麦群体动态变化特征分为冬前和冬后2个阶段来考虑。干物质积累特征冬前用单株干物重和冬前茎描述，冬后用Logistic曲线来描述；Lai特征冬前用单株叶面积来表示，冬后用Rational生长曲线来描述。将不同生育阶段＞0℃的积温GGDDi（从播种开始至不同生育时期的积温）进行归一化处理，得到相对积温RGDDi＝（GGDDi／GGDDH），其中GGDDH为收获时累积的＞0℃的有效积温（℃）。RGDDi的取值为0～1，i＝1，2，…，8，表示取样时的生长状态点，1为返青期，2为起身期，3为拔节期，4为孕穗期，5为开花期，6为花后10d，7为花后20d，8为成熟期。同理，将Lai和播种—成熟的天数分别进行归一化处理，将最大叶面积指数和播种至成熟天数分别定为1，得到相对Lai（LR）（取值0～1）和相对时间RGDi（取值0～1）。利用Curveexpert1．34软件对冬后干物质积累与相对积温（RGDDi）之间的关系进行拟合，得到最优化的Logistic方程y＝a／（1＋be－cx），其中y为干物质积累量，x为RGDDi，得到方程参数分别为a、b、c，在此基础上得到干物质增长最大速率ac／4出现时的相对积温x＝lnb／c，以及干物质积累速率曲线上的2个拐点对应的相对积温值x1＝（lnb－1．317）／c与x2＝（lnb＋1．317）／c［17］。同时，将冬后相对Lai和相对时间之间的关系进行拟合，得到最优化的Rational方程y′＝（a′＋b′x′）／（1＋c′x′＋d′x′2），其中y′为LR，x′为RGDi，获取方程特征参数a′、b′、c′和d′。
1．2．2产量形成与群体动态变化特征模型的构建及检验方法
在干物质积累过程特征参数与产量模型优化的基础上［13］，用SpSS17．0软件分析干物质积累特征参数、Lai动态变化特征参数与产量之间的关系，建立产量与群体动态变化过程特征的关系模型。并采用配对t检验进行模型检验，分析模型模拟值与观测值间的一致性，该一致性越好，模型的模拟结果越准确、可靠。建模数据来自试验Ⅱ和Ⅲ，模型独立样本检验数据来自试验Ⅰ。
1．3冬小麦群体参数优化方法
根据非线性规划理论，其模型一般形式可以表示为：maxf（x）（1）gj（x）≥0，j＝1，2，…，m（2）hk（x）＝0，k＝1，2，…，l（3）式中，（1）为目标函数，（2）和（3）为约束函数。结合冬小麦生长特点及参数的生物学意义，以产量为目标，群体动态变化特征参数为中间变量，其目标函数为maxY（a，b，c，a′，b′，c′，d′）。在构建设计方法中，约束条件主要有：1）产量与群体动态变化参数的关系约束，冬前茎与基本苗、冬前有效积温的关系，穗数、穗粒数、千粒重与干物质积累特征参数的关系约束，这类约束是等式约束；2）不同生育时期干物质积累量的变化范围约束，由试验中的栽培条件决定，其中wi＝a／（1＋be－cxi），w为干物质积累量（t／hm2），xi为RGDDi；3）不同生育时期Lai的变化范围约束，由试验中的栽培条件决定，其中Li＝（a′＋b′x′i）／（1＋c′x′i＋d′x′i2），L为LR，x′i为RGDi，i分别代表不同的生长时期；4）参数自身需满足的范围约束。用microsoftexcel2003的规划求解进行分析，得出目标函数的最优值，同时也获得群体动态变化参数a，b，c，a′，b′，c′和d′等。
2结果与分析
2．1产量形成与群体动态变化特征参数关系模型及检验
2．1．1冬小麦群体动态变化特征参数
冬小麦冬后干物质积累特征参数见文献［13］。对于Lai的动态变化特征（表4），每个试验及处理的Rational曲线拟合的r值都大于0．9，说明Rational曲线可用于描述越冬后小麦Lai动态变化过程。不同处理下群体Lai变化不同，因而有不同的参数组合。当x＝1时，y′＝（a′＋b′）／（1＋c′＋d′），（a′＋b′）／（1＋c′＋d′）即为收获期的冬小麦群体的Lai，方程只有1个峰值，且当x∞时，y′0。Rational方程y′＝（a′＋b′x′）／（1＋c′x′＋d′x′2）同时可以变为y′＝［1／（c1＋d1x′）］－［1／（c2＋d2x′）］，前部分代表新生叶面积的累积量，后一部分代表叶面积衰亡的累积量，从这个角度更能解释叶面积的增长规律。
2．1．2产量形成与群体动态变化特征的关系模型
将各处理的群体动态变化特征与产量Y（kg／hm2）之间作逐步回归分析，得到模型（4）。Y＝89．936×（ac／4）＋14633．895×x2＋25701．599b′＋1906．812c′d′（r＝0．9，s＝510．6）（4）将模型变换形式：Y＝89．936×（ac／4）＋14633．895×（lnb＋1．317）／c＋25701．599b′＋1906．812c′d′（5）从（4）和（5）式可以看出，石麦15产量的形成与群体动态变化参数有一定的相关性，与干物质积累的特征参数ac／4、x2，以及Lai特征参数b′、c′和d′关系密切。产量的形成与干物质最大积累速率关系密切，且干物质快速积累的延续点离收获期越近，能为产量的提高提供更多物质基础，有利于产量的提高。另外，在保证物质积累高效的基础上，Lai动态变化特征是对产量形成过程的优化。
2．1．3模型检验
首先用建模的数据进行产量模拟值与观测值比较，t检验显著水平p为0．966，大于0．05，差异不显著（图1（a））。其次，用独立样本（试验i）的数据来验证模型的效果，将模型的模拟值与观测值进行配对t检验，t检验显著水平p为0．142，大于0．05，差异不显著（图1（b））。
2．2冬小麦群体参数优化设计过程
以上述构建的产量与群体动态变化特征参数模型及以往的研究为基础，结合冬小麦生长特点及参数的生物学意义，在构建设计方法中，目标函数为maxY（a，b，c，a′，b′，c′，d′），约束条件应满足（6）～（20）式。其中，（6）～（10）式为第①类约束；（11）和（12）为第②类约束，干物质是不断增加的过程，且不同生长时期的上下限由试验中的栽培条件决定；（13）～（14）为第③类约束，Lai在孕穗期达最大，返青—孕穗期是不断增加的，孕穗—成熟期是降低的；（15）～（20）为第④类约束。在第④类约束中，对于干物质积累特征参数，a为干物质积累的最大值；最大积累速率出现的时间在拔节—灌浆后期，因此0．3＜lnb／c＜1；干物质快速积累的时间段为拔节初期—灌浆后期，因此0．3＜x1＜x2＜1。对于冬后Lai动态变化特征，在孕穗期，即x∈（0．82，0．84），Lai基本上达到生育期内最大值，即（a′＋0．830b′）／（1＋0．830c′＋0．689d′）1；收获期的Lai尽量小，因此（a′＋b′）／（1＋c′＋d′）0。Y＝89．936×（ac／4）＋14633．895×x2＋25701．599×b′＋1906．812×c′d′（6）u1＝－1523．481＋1．214u0＋5．122v1（7）u2＝8．274a＋34．977c＋0．201u1（0．000120bu1（0．000056（x2u1）2（8）u3＝162．683（1．131×（ac／4）（0．572×（lnb／c）×u2＋0．005532au2＋0．000943（x1u2）2（9）u4＝73．291（2．638c＋1．170（ac／4）（288．885aB（1．235（ac／4）B＋243．041aB2＋892．536a3B（670．937a3B2（10）wi＜wi＋1，wi下限≤wi≤wi上限（11）0＜w2≤2，2≤w3≤4，5≤w4≤9，9≤w5≤12，12≤w6≤16，16≤w7≤19，19≤w8≤23（12）Li＜Li＋1，i＝1，2，3，4Li＞Li＋1，i＝4，5，6，7，8Li下限≤Li≤Li上限（13）0＜L2≤0．3，0．3≤L3≤0．8，0．9≤L4≤1，0．6≤L5≤0．9，0．4≤L6≤0．6，0．2≤L7≤0．4，0≤L8≤0．1（14）a＝wmax（15）0．3＜lnb／c＜1（16）0．3＜x1＜x2＜1（17）0．9≤（a′＋0．830b′）／（1＋0．830c′＋0．689d′）≤1（19）0≤（a′＋b′）／（1＋c′＋d′）≤0．1（20）式中：Y为产量（kg／hm2），u0为基本苗（104／hm2），u1为冬前茎蘖数（104／hm2），v1为冬前有效积温（℃），u2为穗数（104／hm2），u3为穗粒数，u4为千粒重（g），a＝（1（x2）／（1（x1），反映干物质积累速率方程2个拐点比例特征关系，B＝1000［（ac／4）／u2／u3］［（x2（x1）／（1（x1）］，反映最大干物质积累速率对籽粒灌浆的影响特征。在此约束条件下，用microsoftexcel2003的规划求解得出目标函数的最优值，同时得到群体动态变化特征参数a，b，c，a′，b′，c′和d′等指标（表5），通过参数结果获得产量和产量构成因素及其他群体生长指标（表6和图2）。
3讨论
定量分析作物生产过程中群体的动态变化是揭示作物产量形成和掌握高产群体调控指标的重要内容［18］。Logistic模型可用于分析水稻、小麦和玉米等作物的干物质积累动态变化特征［3－5］，Rational模型能较好地反映Lai的动态变化过程［10－11］。在不同品种、栽培措施和气象条件下，模型参数差异较大，通用性不强，采用“归一化”的方法能消除年际间积温、播期、品种及密度等差异［19］。本研究基于产量与干物质积累特征的模型，引入Lai变化特征参数，优化了模型，模型的相关系数提高到了0．9以上，且检验显著水平值大于0．05，差异不显著。在此模型的基础上建立以产量为目标的群体参数优化设计方法，得出的参数结果基本符合冬小麦的生长规律。2009／2010、2010／2011和2012／2013生长季冬小麦的产量分别为8265kg／hm2、8670kg／hm2和6828kg／hm2，和优化目标产量有一定的差距。3年的试验结果中，最高产量为9781kg／hm2，穗数为536×104／hm2，穗粒数为40，千粒重为46g，与该方法设计的最大目标产量的结果相近，但略低于该目标产量。因此，利用该方法设计的结果具有一定的有效性，且实现了产量的优化。另外，建模的数据来源于1个品种，因此，在今后的研究中需增加多个品种数据，以完善模型的稳定性和适应性。由于农田肥力或者年际间气候的差异，对于不同生产条件可以将参数的约束范围及群体生长动态变化范围的上下限进行调整。当生产条件适宜，可以将群体生长动态变化的下限上调或者不调；生产条件不宜可将上限下调，调整幅度依赖于对生产条件的判断。通过本研究的群体优化设计方法，能为栽培管理提供指导。在华北平原，大田试验中实现9000～9826kg／hm2的水平已经达到，但是农户农田大部分产量水平仅在7500kg／hm2左右，通过缩小农民产量和试验产量的差距，能使粮食总产上一个大台阶［20］，本研究能为缩小这种产量差提供技术分析手段。与以往［21］的研究相比，本研究提出的方法具有几个优点：第一，系统性，能定量描述达到目标产量时，整个生育过程中干物质及Lai的动态变化过程，以及其他的群体指标等；第二，灵活性和方便性，本设计方法能适用于不同生产技术条件以及生产中任何时间点，能进一步将不同的数据资料综合起来处理。另外，设计过程中利用的非线性优化理论相对成熟，提高了方法的可靠性和稳定性。
4结论
生物中生物的基本特征篇6
「要求
了解群落分类的原则、生态位和物种多样性的基本概念;理解群落发生、演替的基本过程;掌握群落结构、功能以及群落地理分布的基本规律和特征。
(一)生物群落的基本概念
1.生物群落的概念
(1)生物群落的定义
(2)群落与环境的相互影响与制约
2.生物群落的基本特征
(1)种类组成
(2)结构特征
(3)动态特征
(二)生物群落的种类组成与数量特征
1.种类组成
2.优势种与建群体
3.亚优势种与伴生种
2.生物群落组成的数量特征
(1)多度或密度
(2)频度
(3)优势度
(4)重要值
3.种的多样性
(1)多样性的概念
(2)多样性的测定
(三)生物群落的结构特征
1.水平结构
(1)镶嵌
(2)复合体
(3)群落交错区
2.垂直结构
(1)龄级的划分
(2)同龄林与异龄林转自环球网校edu24ol.com
4.群落
(1)生态型与生活型
(2)群落的外貌
(3)季相
5.生态位
(1)生态位的概念
(2)生态位的特征
(四)生物群落的发生与演替
1.生和群落的发生
(1)生物群落发生的进程
(2)生物群落发育的一般过程
(3)竞争与自然稀疏
2.生物群落的演替
(l)演替的概念与特征
(2)演替的基本类型
(3)影响演替的主要因素
3.演替学说
(1)群落的概念
(2)单元学说
(3)多元学说
(4)格局假说
(5)地带性与非地带性
4.演替实例
(1)旱生演替系列与水生演替系列
(2)次生演替
(五)生物群落的分类
1.中国植物群落的分类原则、系统和单位
(1)植被型、群系、群丛的概念
(2)群落的命名方法
2.英美学派与法瑞学派群落分类体系
(1)英美学派的观点与分类体系
(2)法瑞学派的观点与分类体系
(3)英美学派与法瑞学派的区别与联系
3.生物地理群落学的分类体系
(1)生物地理群落的概念
(2)生物地理群落学分类体系
4.生物群落分布
生物中生物的基本特征篇7
人教版高二政治必修3实践及其作用教案
教学目标
知识方面
识记：实践的概念，即实践概念的两层含义。
理解：比较实践的三种基本形式及它们对社会发展所起的不同作用。
(1)实践是客观的物质性的活动。
(2)实践是有意识、有目的的能动性活动。
(3)实践是社会性、历史性的活动。
运用：依据实践的三个基本特征能用具体实例给予阐释。
能力方面
通过教学，培养和提高分析理解能力。
使学生养成分析和综合的思维能力，以及历史地、辩证地分析问题的能力。
觉悟方面
(1)通过实践观点的学习，使学生树立马克思主义的科学实践观。
(2)结合实践第一个特征的学习，使学生在实践问题上坚持唯物主义的世界观。
(3)联系实践第二个特征的学习，培养学生在实践中的创新意识。
教学重点
实践是有意识有目的的能动活动。这是实践的第二个特征，它最能表现实践本质的特征。因为实践是人们改造客观世界的活动，是主观见之于客观的活动。它受意识能动性的指导，有目的有计划地进行，最终要引起客观世界的改变，创造出客观世界原来没有的物质形态、物质关系。意识的目的性、结果的创造性，这就是实践最重要的特征，是其他什么东西绝不会具有的，只有实践才独有的本质特征。所以说，实践的第二个特征是教学重点。教学中要分析好这个特征，可以引导学生更深刻地理解实践的含义。
教学难点
实践是客观物质性活动与实践是有意识有目的的能动性活动的关系。实践的第一个特征强调客观性、物质性，第二个特征强调有意识有目的的主观性，学生学习中容易形成这二者是自相矛盾的，或者是用一个特征否定另一个特征的看法。如何把二者统一起来，是理解中的一个难点问题。
教学方法
讲述分析相结合法。
教具准备
投影材料
课时安排
一课时
教学过程排
[复习提问]
师：1.什么是理想?
2.理想与现实的关系?理想怎样才能转化为现实?
(设计此问题的目的在于通过复习，引出新课学习的内容)(学生回答后，教师归纳)
理想是关于未来的蓝图和设想。理想源于现实，又高于现实。理想属于社会意识，是社会存在的反映。理想产生于现实的需要，是时代的产物，是现实的发展方向。理想是比现实更高远、更美好的目标。理想可以转化为现实。但不是今天的现实，而是明天的现实。要把社会理想或职业理想转化为现实，需要多方面的条件，特别需要艰苦奋斗。需要人们创造性的劳动。
[导入新课]
马克思主义认为，人们对客观世界的认识和改造，人生价值和理想的实现，都离不开社会实践。
师：什么是实践?为什么要投身社会实践?怎样才能更好地投身社会实践?为解决这些问题我们来学习第八课。
[讲授新课]
第八课自觉投身社会实践(板书)
同学们先粗读一下第一课的引语、节标题、框标题。从总体上大致了解一下这一课要学习哪些知识。
(学生阅读后，教师用投影仪或幻灯出示第八课知识框架结构)
(放投影)
这堂课，我们先学习第一节中第一课时的内容。
第一节实践及其作用(板书)
一、实践的特征(板书)
引言中河北农大的师生们为什么要开展走“太行山道路”的活动，这个活动从哲学的角度说叫什么活动，(学生回答后，教师归纳)知识分子与实践相结合，与人民群众相结合，才能有所作为。这个活动从哲学角度说叫实践。(紧接着提问并板书)
1.什么是实践?(板书)
师：对实践的观点历史上唯物主义与马克思主义哲学有什么不同?
(1)历史上唯物主义者关于实践含义的观点(板书)
(放投影)
荀子说：“不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之。学至于行而止矣。行之，明也。”
(《荀子•儒效》)
师：如何理解?(学生回答)历史上许多唯物主义者提出了一些有价值的思想，还指出了实践或与实践相近的概念。如行、行动、行为、力行、活动、生活、践履等。但始终没有对实践作出解释。
(放投影)课件展示若干命题，进行判断分析：
①实践是人们的感官与客观世界接触的活动。
②实践是应付环境的本能活动。
③实践是人们改造主观世界的一切活动。
④实践就是认识，认识就是实践。
⑤实践就是履行诺言的行为。
⑥实践就是经商赚钱的活动。
⑦实践是人们改造自然的活动。
⑧实践是人们日常生活中的一切活动。
学生分组讨论，推荐代表发言。
教师点拨、释题：
①感官与客观世界接触的活动，有的是实践活动，有的就不是实践活动。例如，植树种花与观赏花木，都是人的感官与客观世界接触的活动。然而，前者是改造客观世界的活动，是实践活动，而后者是认识世界的活动，不属于实践活动。
②把实践看成是动物的本能活动，混淆了两者的本质区别。
③实践是人们改造客观世界的一切活动。改造主观世界的活动不是实践活动。
④把实践与认识混为一谈，划上等号，显然是错误的。
⑤履行诺言的行为，有的是实践，有的不是实践活动。
⑥经商活动只是实践活动中的一种具体形式。
⑦实践是人们改造客观世界的一切活动，包括改造自然、改造社会的活动。.
⑧把实践看做是人们日常生活中的一切活动，缩小了实践概念的外延，连实践的三种基本形式都未包括在内。
师生交流，共同导出什么是实践?并说明为什么?教师必须紧扣实践含义的两个方面来说明。
(2)马克思主义哲学对实践含义的理解(板书)(学生回答，教师归纳)马克思主义哲学第一次对实践作出了科学的说明，认为实践就是人们改造客观世界的一切活动。它有两层含义：一是指实践是人类所特有的活动，与其他动物消极适应自然的本能活动有根本的区别;二是指实践是人们变革客观事物的活动，它必然引起客观对象的变化，不是纯主观的思维活动。
具体内容如下：
①“人们”——实践的主体(板书)
这意味着实践是人类特有的活动，不同于动物的本能活动。
②“改造客观世界”——实践的对象(板书)
这意味着实践以客观世界(包括自然界和人类社会)为对象，是发生在人与自然界、社会之间的活动。而停留在人的头脑中或口头上的活动——如思考、修行、辩论等——不是实践。
实践不是纯粹的思维活动、认识活动。
③“活动”——实践的性质(板书)
这意味着实践不是物质的具体形态。以“盖房子”为例，作为一种实践，盖房子不能等同于房子本身(当然也不等同于设计方案)，它是把设计方案变为“房子”的过程。可见，实践是介于主观世界和客观世界之间的桥梁，是“主观见之于客观的活动。”
(教师补充分析)掌握实践概念必须注意：
不能扩大其外延。如认为“实践是人们认识世界和改造自然界的活动”或“实践是人们改造整个社会的活动。”
不能缩小其外延。如认为“实践是人们改造自然界的活动”或“实践是人们改造社会的活动。”
为了更深入地理解“实践”，我们必须分析实践的基本特征。
2.实践的基本特征(板书)
人类产生以后，整个世界就分为两大领域：物质世界(客观世界)和精神世界(主观世界)。人的意识是人脑对客观物质世界的反映，但人脑怎样反映物质、物质如何“进入”到人脑中形成意识，则离不开沟通这两大领域的“桥梁”——实践。
正因为实践所处的这一特殊地位，使它具备了以下特征。
(1)实践是客观的物质性的活动(板书)
这是因为构成实践的要素都是客观的物质的。实践的基本要素有：实践的主体、实践的对象、实践的手段。(阅读教材)(联系自己的实践活动、理解主体、对象、手段)。
人是自然界的一部分，像自然界的其他物质形态一样，也是客观实在的，人总是处于客观的社会关系中的人。人的智力和体力是在社会发展中客观形成的。它的状况归根到底是由客观条件决定的。所以，实践主体是客观的。
然而实践总是有一定的客观对象，否则，巧妇难为无米之炊。究竟什么是实践的对象呢?
师：它是由什么决定的呢?(请同学们阅读课文后回答)(学生回答后教师归纳)
生产活动的对象是自然界，其中既有自然物，又有人工制成品。改造社会活动的对象是社会关系。可见，实践的对象就是自然界和社会，它们都是客观的物质性的东西。在自然界和社会的万事万物中，究竟哪些事物能够成为人们当时、当地的实践对象?归根到底不是由人们意识所决定的，而是由生产力发展的状况和其他客观条件决定的。
实践的物质手段是工具和其他设备。人们进行实践活动不仅需要发挥其体力和智力的作用，而且只有使用某种物质手段，才能把自身的体力和智力作用于实践对象，以达到实践的目的，实践越发展，越需要物质手段这个基本要素。构成实践手段的材料是物质的东西;制造实践手段不能随心所欲。它们都是由客观历史条件决定的。可见，实践的手段也是客观的。
总之，由实践主体、实践对象、实践手段有机结合而构成的实践活动，是客观的物质性的活动。坚持实践的客观性，就是在实践问题上坚持了唯物主义。
(2)实践是有意识、有目的的能动性的活动(板书)
师问：人改造自然界和动物适应自然界的活动有什么异同?举例说明(学生回答，教师归纳)
虽然实践活动是客观的物质性活动，但它与动物的纯粹适应自然界的本能活动有着本质的区别。实践是在意识指导下的有目的的活动。因为人是有思维、有理性的社会性动物，人在行动之前会有明确的目的和方案，然后才动用一定的物质手段去改造客观世界，从而达到自己的目的。人们在实践中变革客观事物，就是把原有的东西改造为新的东西，创造出新的东西。改造社会的实践，就是要不断地创造新的社会关系。这种有目的的创造就充分显示了实践的能动性。意识的目的性、结果的创造性是实践最重要的特征，也是实践才独有的本质特征。
实践是有意识、有目的的能动性的活动，这与实践是客观的物质性的活动，二者是统一的，这个关系实质是实践中主客观的关系。(请同学们回忆一下物质和意识的辩证关系原理)。实践的第一个特征主要体现了唯物主义的观点，第二个特征主要体现了辩证法的观点。二者互相渗透。因为意识的目的性、计划性、创造性都以客观性为基础;而主体的客观性又渗透着能动性。夸大第一个特征否定第二个特征，会导致机械唯物主义;夸大第二个特征否定第一个特征，会导致唯心主义。意识根源于物质，只有人们的意识符合客观的要求，人们才能达到改造世界的目的，实践的创造性才能真正发挥出来。
(投影或多媒体展示文字)
a.“蜘蛛的活动与织工的活动相似，蜜蜂建筑蜂房的本领使人间的许多建筑师感到惭愧。但是，最蹩脚的建筑师从一开始就比最灵巧的蜜蜂高明的地方，是在他用蜂蜡建筑房以前，已经在自己的头脑中把它建成了。”
B.“劳动终结时取得的成果，已经在劳动过程开始时存在于劳动者的观念中了。”
可见，人类从远古开始就从事的实践活动，都是按人的目的、意识、想法去改造客观世界，以适应自身生存和发展的需要。如果没有“能动性”这个特点，某种活动和行为即使改变了客观世界，也不能被称为实践。所以，这一特征是最能体现实践本质的特征。
(教师总结)以上两个基本特征是统一和相互渗透的。由于实践所处的特殊地位——是联系客观事物同主观认识的“桥梁”，因此它同时兼有客观性和能动性两个特征。其中“客观性”使其区别于纯粹的意识活动，“能动性”使其区别于动物的本能活动。
如果就实践的自身性质而言，它还具有第三个特征。
(3)实践是社会性历史性的活动(板书)
旧唯物主义哲学中，有的哲学家把实践看做是孤立的个人的活动。马克思主义哲学认为实践不是孤立的个人的活动，而是处于一定社会关系中的人所进行的活动。
“实践的社会性”是指任何实践都是在一定社会关系(如经济关系、政治关系)中进行的，是处于一定社会关系中的人才能进行的活动，必然带有一定社会的烙印。
“实践的历史性”是指历史上每一阶段实践的内容、范围和水平都不相同，都受到一定历史条件的制约，是一定历史条件的产物。
(投影展示)
a.农业生产中工具和耕作方法的变化：刀耕火种——青铜工具，铁制、木制农具(中国古代)——农业机械化;
B.通信工具和手段的变化：古代的烽火传信和驿书——传统的邮递马车——现代的电话、电报——当代的互联网;
C.建筑方法的变化：中国古代堆土砌塔——现代重型建筑机械。
时代的发展变迁为我国社会主义建设实践注入新的内容。过去自力更生搞建设，在当今时代已远远不够。现代社会发展要求各国实行对外开放，加强国际间的合作与交流，我国同样不能例外。这同样体现了实践的历史性。
附：重难点分析
[实践是有意识、有目的的能动性活动]是学习的重点。
从全框的内容看，一个是讲了实践的含义，一个是讲了实践的特征。课本中仅对实践的含义略作解释，只有进一步理解实践的几个特征，特别是这个根本特征，才能深刻理解实践的含义。
从三个特征与实践的相关性来说，实践的客观物质性，不是实践单独具有，自然界、人类社会、规律、运动等都具有这一特征。当然，实践这一特征的具体内容，即构成实践的要素则是“特别”的，因而实践的客观物质性是实践的第一个特征。同样，第三个特征，实践的社会性、历史性也不是实践所独有。因而最能体现实践本质的特征，只能是第二个特征：实践是有意识的、有目的的能动性的活动。因为实践是人们改造客观世界的活动，是主观见之于客观的活动，它受意识能动性的指导，有目的、有计划地进行，最终引起客观世界的变化，创造出世界原来没有的物质形态、物质关系。这就是实践最重要的、区别于其他事物的本质特征。
[实践的第一个特征与第二个特征的关系]是难点。
实践的客观性、物质性与实践的有意识、有目的的能动性是一致的。这两个特征之间的关系实质上是实践中主客观的关系。实践的第一个特征体现了唯物主义的观点：意识是物质的产物，是人脑的机能，是对物质的反映，意识依赖于物质;第二个特征体现了辩证法的思想，意识的目的性、计划性、创造性都以客观为基础，而主体的客观性又渗透着能动性，实践的要素应该是“活”的，而不是“死”的，只有能动地使用它、改造它，才能真正成为实践的要素。我们不能用第一个特征去否定第二个特征，夸大第一个特征而否定第二个特征，会导致机械唯物主义(形而上学的唯物主义);夸大第二个特征否定第一个特征，显然会导致唯心主义。第一个特征与第二个特征并不矛盾，两者相互渗透，统一于、根源于世界的物质性，不能用一个特征去否定另一个特征。
[课堂小结]
本课作为全书的总结，又是全书的根本落脚点。学习本课应把握一个根本观点——实践的观点;实践的观点是辩证唯物主义认识论首要的和基本的观点。强调一个结合——世界观与人生观、价值观的结合;贯彻一个思想教育中心——提高参加社会实践，走与人民群众相结合道路的自觉性。第一课时，重点把握实践及其特征，学生重在理解。本课时的学习使我们初步了解了什么是实践、实践的基本特征及其密切联系。这是学习全课的重要的理论基础，对这些问题的正确理解将有助于今后的深入学习。(放投影)
看了高二政治必修3实践及其作用教案的人还看：
1.高二政治必修3意识的作用教案
2.高二政治必修3在实践中追求和发展真理教案
3.高二政治必修3文化与社会教案
4.高二政治必修3在奋斗中实现理想教案
5.高二政治必修3在认识的根本任务教案
6.高二政治必修3价值与价值观教案
生物中生物的基本特征篇8
关键词：食物中毒；食品安全；季节；气象；预警
中图分类号：R155.3+1
文献标志码：B
预防和控制食物中毒的发生是食品安全管理的重要工作之一。食物中毒报告资料显示，细菌性食物中毒是当前上海地区最为常见的食物中毒种类，其发生呈明显的夏秋高、冬春低的季节特征。为进一步探索细菌性食物中毒的发生特点，我们通过对1992―2006年上海地区细菌性食物中毒发生的季节和气候特征的分析，从历年来细菌性食物中毒发生的长期趋势中探讨其发生规律，为开展细菌性食物中毒的预警研究和采取针对性管理措施提供基础资料和科学依据。
1 材料与方法
1.1 资料来源
1992―2006年上海地区报告发生(以下简称发生)的细菌性食物中毒资料，包括各起中毒的发生日期、发病人数、中毒食品及其摄入和加工日期、肇事单位、检出的致病菌等，由上海市食品药品监督所提供。同期上海地区气象资料，包括平均气温、平均相对湿度等，由上海市气候中心提供。
1.2 方法
对1992―2006年上海地区细菌性食物中毒发生的基本特征、季节特征和气候特征进行分析。其中基本特征包括中毒地区、行业分布，食品、致病菌种类；季节特征包括中毒年均月度和累年逐日分布情况，五一、十一黄金周与其他日期中毒发生情况比较；气候特征分析中毒月均、逐日发生情况与气象因素的关系和特点，以及中毒的发生与中毒前3天气象因素之间的关系。使用SaS8.01软件对资料进行统计学分析。
2 结果
2.1 细菌性食物中毒基本特征
2.1.1 发生数 1992―2006年，上海地区共发生集体性(10人及以上)食物中毒608起，中毒19433人。其中细菌性食物中毒共计458起、15225人，分别占总起数和总人数的75.3％和78.3％。
2.1.2 地区分布 上海市19个区县都有细菌性食物中毒发生。其中城区(黄浦、静安、卢湾、虹口、杨浦、闸北、普陀、长宁、徐汇、浦东)共发生224起，中毒7889人；郊区(闵行、青浦、松江、崇明、金山、奉贤、南汇、嘉定、宝山)共发生234起，中毒7336人。以2006年末城区和郊区常住人口为基数，1992―2006年城区和郊区食物中毒年均发生率分别为5.63/10万和5.56/10万，城区和郊区基本一致。
2.1.3 行业分布和食品种类 458起细菌性食物中毒中，餐饮业(包括公共餐饮、食堂及盒饭、桶饭)共发生361起，占78.8％；居民家庭发生37起，占8.1％；其他各类食品行业(包括食品生产和零售)共发生60起，占13.1％。餐饮业和居民家庭发生的细菌性食物中毒以餐饮膳食(包括盒饭、桶饭)为主要中毒食品，占84.3％。
2.1.4 致病菌种类 458起细菌性食物中毒中，检出副溶血性弧菌的有309起，占67.5％；检出沙门菌的有12起，占2.6％；检出金黄色葡萄球菌肠毒素的有10起，占2.2％；检出其他各类致病菌的有36起，占7.9％。未检出致病菌的有91起(占19.9％)，但根据流行病学调查结果和患者的临床表现，仍能确定为细菌性食物中毒。
2.2 细菌性食物中毒季节特征
2.2.1 年均月度分布情况 458起细菌性食物中毒中，发生在6月的最多(年均5.9起)，1、2、3、11、12月最少(年均0.3～0.9起)。从各年总体变化趋势上看，自4月份起逐渐增多，在6月份达到最高点，7月份略有减少(年均4.3起)，8月和9月又再次上升，达到次高值(年均5.1和5.2起)，10月份以后快速减少(图1)。从各年总体情况看，上海地区细菌性食物中毒事件的最高峰在6―9月，期间月均发生次数5起以上；其次为5月和10月，月均发生次数3次左右。
2.2.2 累年逐日分布情况 有3个时段细菌性食物中毒发生起数最多，分别为五一、十一黄金周和6月下旬到7月上旬(图2)。期间共发生114起，占细菌性食物中毒总数的24.9％。
2.2.3 黄金周发生情况
①黄金周与其他日期比较：自1999年10月1日实行黄金周制度后，五一、十一黄金周期间细菌性食物中毒的日均发生概率为22.0％，明显高于其他日期的9.o％(u=1173.0，p＜0.01)。
②黄金周与非黄金周五一、十一比较：黄金周制度实行前(1992年1月1日―1999年9月30日)，5月1―7日、10月1―7日期间细菌性食物中毒的日均发生概率为3.0％，明显高于黄金周制度实行后(1999年10月1日―2006年12月31日)的22.o％(u=387.2，p＜0.01)。
③黄金周期间与黄金周前后比较：黄金周制度实行后，五一黄金周期间细菌性食物中毒的日均发生概率为18.0％，其前后各7d内的发生概率为5.0％；十一黄金周期间细菌性食物中毒的日均发生概率为23.0％，其前后各7d内的发生概率为15.0％。黄金周期间的中毒发生概率明显高于黄金周前后(u=72.8，p＜0.01)。
2.3 细菌性食物中毒气候特征
2.3.1 中毒月均发生情况与月均气温、相对湿度相关分析1992―2006年细菌性食物中毒年均月度发生起数与平均气温、相对湿度之间呈明显的正相关(r气温=0.9330，p＜0.01；r湿度=0.8060，p＜0.01)(图3，图4)。
2.3.2 中毒发生前3天平均气温、相对湿度分析 1992―2006年发生在黄金周以外的各起细菌性食物中毒事件发生前3天(由于食物中毒有潜伏期，故基本相当于中毒食品加工当天与前1天、前2天)的平均气温和相对湿度见表1。在除五一和十一黄金周外的其他时段，中毒
发生前1天(食品加工当天)平均气温低于19.2℃或相对湿度低于60.3％时，发生细菌性食物中毒的概率均较小(＜5.0％)。
2.3.3 中毒发生与相关气象因素关系分析 单因素分析结果表明，在每年5―10月中毒高发时段(不含黄金周)，中毒发生日与未发生日之间以下因素差异有统计学意义：中毒发生前1天、前2天和前3天的平均气温(p均＜0.01)、前2天的相对湿度(p＜0.05)。中毒发生前1天和前3天的相对湿度与未发生日之间差异无统计学意义，p值均＞0.05。
采用Logistic逐步回归，分时段对上述各项气象因素(考虑到湿度对于细菌繁殖的重要影响，3d的相对湿度均纳入分析因素)进行多因素分析。结果显示：5―6月中毒事件发生前1天平均气温和相对湿度有统计学意义，7―8月无明显影响因子，9―10月中毒前1天平均气温有统计学意义，其余各项气象因素均未进入回归方程(表2)。中毒发生前1天的平均气温和相对湿度对细菌性食物中毒的发生有影响，随气温和湿度的上升，中毒发生的概率也有所增加。
3 讨论
3.1 细菌性食物中毒发生规律研究的意义
食物中毒是人体因从食品中摄入了生物性或化学性危害因素所导致的一类急性、亚急性疾患。食物中毒的种类繁多，影响中毒发生的因素也较为复杂。大多数种类的食物中毒目前尚不能明确其规律性，但细菌性食物中毒的发生季节性明显，且在上海地区的食物中毒中占3/4以上，如能在其季节特征的基础上进一步探索其发生的短期规律，以便及时采取诸如预警、加强监管、强化宣传等措施，对于食物中毒的预防将具有重要意义。
从中毒地区分布来看，上海地区城区和郊区细菌性食物中毒的发生率相接近，说明中毒主要影响因素在城乡间基本一致。从发生中毒的行业和食品看，主要集中在餐饮行业、居民家庭和膳食类食品，其原因一是餐饮加工本身特点导致食物中毒易于发生，二是此类食品非常适合细菌的生长繁殖。从引起中毒的致病菌看，引起中毒的几种主要致病菌的生长繁殖条件较为相似。由于中毒的发生在地区间无差异，发生中毒的行业、食品和致病菌较为集中，本研究在进行时未考虑不同地域、行业、食品和致病菌因素对中毒发生的影响。
3.2 细菌性食物中毒季节和气候特征原因分析
中毒发生的季节特征显示，5―10月是上海地区细菌性食物中毒的高发季节，五一和十一黄金周、6月下旬到7月上旬(梅雨期)是上述高发季节中的3个高发时段。细菌性食物中毒的发生是各类因素综合作用的结果，其中供餐数量和气温、湿度等气象条件可能是与中毒发生关系较为密切的两类因素。五一和十一黄金周食物中毒高发，供餐数量增加可能是主要原因；而其他日期发生食物中毒则可能受气象因素的影响较大，梅雨季节出现的中毒高峰是1年中受气象因素影响最大的时段。
微生物学理论已阐明，食品的温度和水分活性是食品中细菌生长繁殖的重要条件。本研究表明，平均气温、相对湿度是影响细菌性食物中毒发生的两项重要因素，除月均气温、相对湿度与该月中毒发生起数相关外，中毒发生的日概率与食品加工当天平均气温(5―6月、9―10月)和相对湿度(5―6月)有关，且在低于一定平均气温(19.2℃)或相对湿度(60.3％)的条件下几乎不会发生细菌性食物中毒。
生物中生物的基本特征篇9
【关键词】存现句；“发生”句；句法语义；认知分析。
【作者简介】熊苇渡，武汉大学文学院语言与信息研究中心博士研究生，中南民族
大学外语学院讲师，研究方向：语言学。
一、存现句的范围
存现句有广义存现句与狭义存现句之分。狭义的存现句观主要有以下几类：（1）狭义存现句的概念最早由吕叔湘（1943）提出，他第一次将表“有无某事物”的句子定义为存在句。如“柜子里有书”就是这类句子的典型代表。（2）此后，狭义存现句被定义为“某处存在某物”的句子，其代表是1980年出版的《现代汉语八百词》。如“台上坐着主席团”就是典型的“处所+存在+事/物”格式的代表。但这类观点排斥“事/物+存在+处所”的格式，认为“主席团坐在台上”不应属于存现句，而是主谓句，即“主席团”为主语，“坐在台上”是其谓语部分，用来对主语的情况进行说明。（3）不久，汤廷池就提出“某物在某处”也应该属于存现句，如“书在柜子里”一句，经过句式的变换说成是“柜子里有书”也是可以的。即，“事/物+存在+处所”的格式与“处所+存在+事/物”的格式具有同样的作用，描述的内容也完全一致。
随着人们研究的深入，存现句的范围也扩展了，主要有两种观点：（1）表“某处存在、出现、消失某物”的句子加上某些表示“存在”的“有”字句和“是”字句均应归入。这一观点也是吕叔湘提出的，是他在经过多年的研究后对原有的狭义存现句观的修正。即：他认为除了“柜子里有书”这类“有”字句外，“台上坐着主席团（表‘存在’）”“树林里跳出一只老虎（表‘出现’）”“店里走了一帮客人（表‘消失’）”“柜子里是书（‘是’字句）”均为广义存现句。（2）表“某处存在某物”“某物在某处”“某物在某处V着”“某物V在某处”的句子均为广义存现句。如：“他在床上躺着”“他躺着床上”均为广义存现句。
本文以含动词“发生”的单句（以下称为“发生”句）为例，首先判断它是否属于广义存现句，进而对其句法语义进行剖析，并从认知的角度对“发生”句的成因进行分析。
二、“发生”句是否属于广义存现句？
例1公元1572年，在仙后座曾[发生]过一次超新星爆发。
例2在两次东征之间，广州[发生]了著名的沙基惨案。
例3中国大地上确确实实[发生]着变化。
观察以上三句，它们均表示某处“出现”某事物，“V=发生”均表示处所与事物间的关系；它们均与存现句的典型格式“处所+Vp+事物”一致，且均可转换为存现句的扩展格式“事物+Vp+处所”及“事物+处所+Vp”的格式。不仅如此，它们均能替换成狭义存现句格式“有”字句。即：以下句子均能成立。
例1a公元1572年，超新星爆发曾[发生]在仙后座。（事物+Vp+处所）
1b公元1572年，超新星爆发曾在仙后座[发生]。（事物+处所+Vp）
1c公元1572年，在仙后座曾[有]过一次超新星爆发。（“有”字句）
例2a在两次东征之间，著名的沙基惨案[发生]在广州。（事物+Vp+处所）
2b在两次东征之间，著名的沙基惨案在广州[发生]了。（事物+处所+Vp）
2c在两次东征之间，广州[有]过著名的沙基惨案。（“有”字句）
例3a变化确确实实[发生]在中国大地上。（物+Vp+处所）
3b变化确确实实在中国大地上[发生]着。（物+处所+Vp）
3c中国大地上确确实实[有]着变化。（“有”字句）
可见，“发生”句是可以算作广义存现句的。只是本文仅以典型的存现句“处所+Vp+事物”的格式作为研究对象（下同），而将其他格式作为其变形来处理。
三、“发生”句的语义分析
1.“发生”句的语义特征。“发生”句的典型格式为“处所（np1）+Vp+事物（np2）”，其中np1的语义特征为[+空间]，不具备该特征的词语一般不能进入存现句。观察以上例子，这种[+空间]的语义特征也可以通过将句式变换为“np2+存在于+np1”的形式加以证明。如：例3d变化确确实实[存在于]中国大地。例3d是可以成立的，“事物”只能存在于某一“空间”，由此证明了np1的“空间”属性。
值得一提的是：np1处不仅可以出现“处所”这类具体的、包含[+空间]语义特征的词，也可出现“时间”“范围”“方面”等抽象的、包含[+空间]语义特征的词，这是该语义特征引申后的结果。如例2“在两次东征之间，广州[发生]了著名的沙基惨案”中，“广州”是作为np1处所、“沙基惨案”是作为np2事物出现的，而并未涉及“在两次东征之间”部分。该句中“广州”一词是可以省略的，即例2d“在两次东征之间[发生]了著名的沙基惨案”。一句是可以成立的。“在两次东征之间”表示的是时间，但在句中占据的是np1的位置，这说明np1处既可以出现具体的处所，也可以出现抽象的时间等词（当然也不排除两者共现的情况，如例2本身）。当np1处出现表时间的抽象词时，该部分仍使用了处所标志“在”，可见，“时间”虽然是一种抽象的概念，但它具有与“处所”类似的使用环境、语义特征，是[空间]属性引申后的结果。
作为Vp一般应具备[+存在]或[+附着]或[+使附着]的语义特征，而作为“发生”句，Vp处的动词有且仅有“发生”，其特征应为：[+存在][+持续][+状态][-自主]。
至于np2，在“发生”句中它必须表示某一事件，因此其语义特征为：[+事物][+抽象]。如在以上例1至例3中，“超新星爆发”“沙基惨案”“变化”均是抽象的事件。
2.“发生”句的语义指向。语义指向是指某个成分与其他成分发生直接的语义关系，通过语义指向能揭示隐藏在显层句法结构后面的隐层语义结构关系。在“发生”句中，np1后指宾语“Vp+np2”，用来说明宾语存在的场所，它是语义指向中的“发出者”；Vp则指向系事np2，说明np1与np2之间的关系，它也是语义指向中的“发出者”；np2则无法外指，它只能充当“接收者”，即np2或者被np1与Vp所指向，或者在其内部无论其有多少定语，语义上均指向其中心语。可见，“发生”句是np2为核心的一系列句式的集合。
例4在对流层可能会[发生]风霜雨雪、云雾冰雹等变化多端的天气现象。
至于“发生”句的状语成分，它虽然是一个附属成分，但它也有语义指向的特征，既可以前指np1，也可以后指np2。如例4中，副词“可能”“会”均后指向np2“天气现象”，而在下面的例5中，副词“都”则前指向np1“人的形态、机能”。如：
例5这一时期，人的形态、机能都[发生]了巨大变化。
3.“发生”句的时体特征。“发生”句的时、体特征使得该句式形成一个动态、静态并立的系统结构。（1）“时”特征。“发生”句具有过去时、现在时、将来时、超时态四种“时”特征。当其是过去时或将来时时，一般要出现时间标志（如例6中的时间词“1883年8月23日”、例7中的副词“一定”“会”）；当其是现在时或超时态时，则不需要（如例8、9）。如：
例61883年8月23日，印度尼西亚的喀拉喀托岛上，[发生]了一次强烈的火山爆发。
例7今年一定会[发生]一件惊人的灾祸。
例8在猎户座背后的暗星云中，正[发生]着这样的变化。
例9我国梅雨主要[发生]在湖北宜昌以东。
例6中使用的是过去时，体现了“火山爆发”从无到有的变化，属动态“发生”句；例8中使用的是现在时，表现“变化”正在发生的情形，也应属动态“发生”句。而例7中使用的是将来时，表明事件并未发生，只能当作静态“发生”句处理。例9属于超时态的用法，即该句与时态无关，用来表说话人的态度、情感、判断。这样，它也只能当作静态“发生”句处理。
（2）“体”特征。“体”能反映说话者体对客观动作时间特征的不同观察方式，反映的是动作进程中不同阶段的特征。它可分为完成体和非完成体。所谓完成体，是说话者从外部对事件进行观察，将其表现为一个完整的不可分解的事件，常常采用“V了”“V过”的形式。同样是完成体，形成的“发生”句类型却是不同的。如前所述，“V了”的形式表示的是事物从无到有的变化，属动态“发生”句；而“V过”的形式是经历过的事情进行客观的描述，应属静态“发生”句。
非完成体则是说话者从内部对事件进行观察，将动作分解，并截取动作过程中某个局部截面，关注事件的持续性，常常采用“V着”的形式，这样形成的“发生”句是动态“发生”句。
四、“发生”句成立的认知依据
1.np1（参照物）+发生+np2（目标物）
一个语言结构的形成并非完全任意，而与人们的经验结构密切相关。存现句是一个典型的通过感知和认知对目标物np2与参照物np1进行对比，进而凸显np2的句法结构。当我们观察一个事物时，首先是看到它所存在的环境，再通过对照凸显出我们要观察的目标物的。参照物作为背景，不会引起我们过度的关注，而我们关心的重点是目标物本身，即：参照物的非凸显性与目标物的凸显性是“发生”句这一典型格式成立的其中一条依据。
所谓感知，是人们通过五感将获取到外部世界信息的过程，它是人们认识外部世界的第一步；而认知则是在感知基础上发展、延伸而来，是一个从具体感知到抽象认知的过程，它是人们认知外部世界的第二步。
通过感知，人们能对所发生的、看得见摸得着的事物进行描述，进而将其从实实在在所处于的环境（即“参照物”）中分离出来。这只是完成了人们认知系统的一部分初始的功能。只有到了认知的阶段，即通过大脑对某些问题或事件的体会或感受进行判断、给出结论才是人类认知系统的高级阶段。
如例1，就是通过“感知”，将看得见的“超新星爆发”从“仙后座”这一参照物中分离出来、进行强调的句子。这一过程中只运用了“视觉”这一基础的“感知”能力，而不需要运用人脑的高程度的再加工。
而例3则不同，“变化”虽然可以通过各种指标、参数进行论证，但“变化”本身无法描述，它不是看得见、摸得着的事物。这时，只有运用“认知”的加工，人们才能对其进行描述。而我们首先脑海中出现“中国大地”的形象，再以此为参照物，才能对“变化”进行刻画。该句的语义重点正落在“变化”上。
2.np1（背景信息）+发生+np2（自然焦点）
从“发生”句所传递的信息来看，np1提供的是已知的背景信息，而np2则是一般情况下的自然焦点。所谓焦点，是句子所表达的信息中着重说明的部分或说话者有意强调的部分，它分自然焦点和话题焦点两种。自然焦点一般位于句末，是该句式通常情况下凸显的部分；而话题焦点则是说话人在动态言语中出于对比目的而有意强调的信息。自然焦点与话题焦点不一定同一。如“发生”句中的自然焦点是np2，而话题焦点则要具体分析，有可能是np2，也有可能转移到np1。
例6一时间张家整个陷入经济拮据的窘况，连基本的日常生活开销都[发生]问题。
例7只在液体表面[发生]的汽化现象叫做蒸发。
例8城里到处都开始发生交通堵塞。
在以上例子中，副词都使焦点由原来的自然焦点np2转为话题焦点np1。这是说话者在动态言语里根据实际需要进行信息处理的具体体现。因为以上的标记词均带有强制性对比重音，能凸显说话者着意强调突出的部分。
五、小结
参考文献：
1.宋玉柱：《动态存在句》，载《汉语学习》1982年第6期。
2.张先亮、范晓：《现代汉语存在句研究》，[北京]中国社会科学出版社2010年版。
3.潘文：《现代汉语存现句的多维研究》，[南京]南京师范大学出版社2006年版。
4.吴卸耀：《现代汉语存现句》，[上海]学林出版社2006年版。
5.吕叔湘主编：《现代汉语八百词》，[北京]商务印书馆1984年版。
6.戴耀晶：《现代汉语时体系统研究》，[杭州]浙江教育出版社1997年版。
7.刘月华：《实用现代汉语语法》（增订本），[北京]商务印书馆2001年版。
生物中生物的基本特征篇10
论文摘要:在教师教育中,把教学简笔画作为学生教学基本技能训练是非常必要的,但往往在实际训练中效果不甚理想。采取什么样的有效手段和方式组织和引导学生提高教学简笔画技能,是值得师范院校进行认真探讨的问题。本文从教师的角度提出教学简笔画的教学步骤及有效训练方法,指出教学简笔画的学习是一项综合的学习,应指导学生进行有效分类练习及临摩和写生相结合的练习。
前苏联著名教育家苏霍姆林斯基曾这样说:“这种在讲课过程中随手画下来的图画比现成的,甚至比色彩的图画来都有着很大的优点”。(蒋啸镝,《课堂教学简笔画绘制技法》)因为简笔画这种形式,它简练、概括、直观、迅速。能在较短的时间内,将物象的主要特征表现出来,这就对教师的教学过程提供了直观的形象,对帮助学生形象地理解知识与事物提供了广阔的空间。因此,在教师教育中,将教学简笔画作为教师基本技能训练的重要内容是非常必要的。
一、教学简笔画及其主要功能
应该明确简笔画的概念及内涵。简笔画就是简练、概括、夸张、直观、迅速地表现对象的一种绘画形式。教学简笔画就是针对教学需要,结合教学内容,用简笔画的形式将所需要的教学内容形象地表达出来,用于丰富课堂教学内容,激发学生的形象思维,丰富学生的想象力,让学生直观地理解教学内容,达到拓展想像空间,增强形象记忆,活跃课堂气氛,丰富课堂教学内容的艺术感染力的效果,使教师与学生在丰富多彩的教学情境中完成教学任务,提高课堂教学效率。
由此可见,简笔画虽然谈不上是属于什么画种,但由于它的快捷性、实用性而受到大家的喜爱。特别是将其合理的应用在教学当中,将会起到意想不到的效果。
二、教学简笔画的表现范围
教学简笔画的表现范围非常广泛,静物、风景、人物、动物、植物等均在表现范围。在我们的生活中一切生活用品、学习用具、陈设用品、家用电器、蔬果等都是静物的范围。
风景是一个大的概念,可以说风景画中都会包含着山川、树木、屋宇、桥梁、亭台楼榭的内容,只不过每一幅风景画都必须有一定的主题。
社会生活离不开人,艺术创造离不开人。人作为万物之灵是推动世界历史前进的动力,因此,不论影视、文学、戏剧、美术等都以人为主要表现对象,同时因为人在社会生活中随处可见,因此为美术创作和学习提供了有利的条件。但从另一个角度讲,正因为生活中人随处可见,所以要把人表现好也是一件不容易的事,古人有“画鬼不难画人难”之言,同时又有“画人不难画鬼难”之论,就是这个道理。人物简笔画也如此,必须通过对人的形体、结构、动态特征等进行学习和了解,同时学会用简笔画的概括方式对其进行简练概括的描绘,才能在课堂教学中得到充分的利用。动物包括家禽、鸟类、兽类等。每种动物都有其不同的特点。通过观察比较练习方能画出不同特征的动物。交通工具和机械的范围包含飞机、轮船、火车、汽车、摩托车、电动车、白行车、三轮车等。以上均为教学简笔画应该练习和表现的主要内容,教学时可分门别类的进行。
三、教学简笔画的造型特征
任何艺术都有它的艺术特点才能显示其艺术魅力,简笔画也如此,主要具有以下特点:
(一)简略
简略是简笔画的主要特征。因此简笔画离不开一个简字。所谓“简”,即简练,简练不是简单,而是形象高度概括,化繁为简,删繁就简。简练的形象中包含着丰富的内涵。
(二)概括
概括就是在简练的基础上,减少繁琐的细部,突出大体特征,将生活中纷纭繁杂的物体简化成具有明显特征的形象。如:将具有圆形特征的树木,画为圆形,将具有三角形特征的树木直接表现为三角形等。
(三)夸张
夸张是简笔画的另一个特征。所谓夸张,就是根据需要有意识的把形象夸大或缩小,即大的更大,小的更小,使其产生一种幽默感和视觉张力。增强艺术感染力。
(四)变形
为了使简笔画的形象更具有一定的艺术效果,将形象变形可增强艺术感染力,使生活中的形象变为艺术的形象。
(五)快捷
即描绘速度较快,直接用线条迅速表现,一般不涂改,不重复,下笔成型。以适应教学需要。
(六)线条流畅明朗
教学简笔画根据需要有时也画明暗,但大部分时间还是用流畅明朗的线条来表现。因为流畅明朗的线条为快捷方式奠定基础。
四、“教学简笔画”在教师教育中的意义
教师口语、三笔字、教学简笔画是教师三项基本技能。经过多年的实践这已成为共识。教学简笔画与其他两项基本技能一样,在教师基本技能中起着重要的作用。通过训练,应该使学生掌握基本技巧,熟练运用于将来的教学之中,使他们的简笔画运用让教学产生以下效果:
(一)丰富课堂教学内容
教师在课堂教学中,无论任何学科,师生的互动与交流,除了语言(含口语、书面语、态势语等)外,利用形象的交流也十分重要,如:在讲到唐代王维的诗“明月松间照,清泉石上流……”用语言的讲解交流就不如用一幅图画来表现更有说服力。
(二)拓展想像空间
想象是十分重要的,在素质教育中拓展学生想像的空间,对提高学生的创造意识起着重要的作用。图画能提高学生的形象思维能力,帮助学生拓展想像的空间。
(三)抽象具象结合
使抽象的东西形象化,使枯燥乏味的逻辑变得生动有趣,有增强记忆的效果。
(四)促进理解领会
形象的东西更能使人理解,增强记忆。
(五)活跃课堂气氛
通过生动的形象能活跃课堂气氛,吸引学生的注意力。
五、教学简笔画的练习与有效训练方法
(一)教学简笔画的绘制工具
教学简笔画主要是运用线条描绘的,因此,它的绘制工具主要以铅笔、钢笔、圆珠笔、彩色水笔、粉笔(在黑板上练习)为主。铅笔主要用中软的如HB,钢笔粗细均可,可根据习惯来定,通常以流畅为宜。圆珠笔也是一种比较好的工具,所不足的是画出的线条略比钢笔的差一些,其它工具可根据需要而定。不管使用哪种工具,必须熟悉这种工具的性能,并且经过反复的练习,达到熟练的掌握,才能得心应手的描绘出各种生动的形象。
(二)教学简笔画的主要技法
1.线描法。如前所述,线条是最重要的绘画语言之一,许多绘画种类都以线条为主,如速写、素描、中国画等。教学简笔画也不例外,线条是它最基本的造型手段和造型语言。我们知道,用线可以概括出大自然中纷繁复杂的形象,不同的线条还能表达出不同的情感,如直线、横线平稳、刚劲有力,曲线优美、活泼而富有变化,折线曲折、迂回而使人紧张,此外,线条的粗细、疏密、浓淡、虚实等都能使画面产生不同的效果,都能使形象产生不同的感受。2.线面法。也称线面结合法,也就是在线条的基础上适当的加上一定的块面以丰富画面效果。
(三)不同种类的线条练习
画教学简笔画,应用最多的是线条。线条作为简笔画的重要绘画语言,表现在整个简笔画的过程中,不懂得用线去画或不懂得怎样画线,都不能画好简笔画。
常用线条的练习:1.横线练习(从左到右);2.竖线练习(从上到下);3.斜线练习(左斜、右斜);4.曲线练习5.折线练习;6.弧线练习;7.综合线练习。线条练习的要求是:轻重适宜、流畅、均匀、清晰,有力度感。
(四)对形的观察与认识
在我们的生活中,在形形的世界里,在纷纭繁杂的物象中,只要我们留心观察就可知道许多复杂的形象,实际上都是由一些简单的几何形构成。有的一个几何形就可构成一个物象,如圆形,可构成篮球、足球、西瓜等。有的复杂形体也是在几何形体的组合下而产生的,如一些家用电器、生活用具等。总之认识不同形体是培养观察能力的重要途径之一。几何形体练习:方形(含正方、长方);三角形;梯形;半圆形;圆形;棱形。几何形体的组合练习:正方形加长方形;圆形加长方形;半圆形加上方形。以上可以看出,基本的几何体可构成丰富多彩的物体。
(五)以几何形为基础的静物练习
1.单独静物简笔画练习,非组合的单独的静物练习,即一个静物就构成一个画面。
2.组合静物的练习,即一组静物包含两件或两件以上的物体。如:一个篮球二个苹果、一个西瓜两个桃子、—个南瓜两只黄瓜等。
3.静物简笔画的构图要求:(1)不论是单独的一件静物或是组合的一组静物都必须讲究构图。(2)简笔画的构图训练要求教师在黑板上先用线条,画出五比七的线框(横框、竖框),然后讲构图的基本法则和儿种常用的形式。如单独静物在方框内的大小,组合静物在方框内的组合方法。以及大小、多少、疏密、高矮等形式。体现多样而统一的构图法则。学会点线面和不同形的对比,并懂得应用线条、形状、明暗等因素进行构图。①三角形构图特点:具有稳定、坚实的特征,能使人联想到山冈、沙丘、高大建筑物或金字塔,有坚实稳定的感觉。在静物中如酒瓶和酒杯放置都可以构成三角形构图。②方形、平行、垂直线特点:可使三面肃静、平稳等。③圆形构图的特点:可使人感觉到有球体的形状而感到饱满充实等。
(3)作业要求:观察临摹单独静物20种;组合练习静物15种。(含默写)。
(六)交通工具及部份机械的简笔画练习
1.交通工具和机械的范围。(1)交通工具的范围:飞机、轮船、火车、汽车、摩托车、电动车、白行车、三轮车等。(2)机械工具的范围:拖拉机、推土机、压路机、挖掘机等。
2.认识交通工具和机械的基本形体。(1)将复杂的结构用概括的形象去认识,我们就可以清楚的看出,以上这些交通工具表面上看似很复杂,实际上都是一些几何形体组成,如长方形、半圆形、梯形、椭圆形等(列举几种交通工具)。(2)将复杂的形体概括为简单的几何体时,还必须注意交通工具正确的比例关系,比例得当物体才能充分显示出它应有的形象特征。(3)作业要求:临摹练习不同的交通工具和表现方法不少于15种类型,并能默写10种交通机械工具。
(七)风景简笔画(含屋宇、桥梁、山川、树木等)
我们这里说的风景是一个大的概念,可以说风景画中都会包含着山川、树木、屋宇、桥梁、亭台楼榭的内容,只不过每一幅风景画都必须有一定的主题,如:有以山川树木为主题的风景,也有以亭台楼榭为主题的风景等。
1.古典房屋建筑:包括宫殿、亭台楼榭、佛塔、寺庙、道观等历史风景名胜。它们都是具有古典建筑特征的建筑物,造型优美、结构较为复杂,但只要认真观察,将复杂的建筑物概括为简单的几何形体,同样可以很快地将其画出。
2.现代城市的建筑:包括高楼大厦、立交桥、公寓、小区、厂房、商场、餐馆、酒店、体育馆、博物馆等。形状多为较规则的几何体。
3.山川、树木、农舍:包含不同形状的山、石、水等,不同类别的树木。
4.农舍特征及画法。
5.综合风景画。(1)风景画的主题:即该风景画要表现一个什么样的主题。(2)风景画的构图:即层次,大小、远、中、近景的关系以及表现方法、透视原理等。以上内容的练习要求:古典风景、现代风景、综合风景各临摹5幅。室外写生2幅。
(八)鱼、虫、动物简笔画
1.鱼、虫类简笔画(1)鱼类:包含江湖河海中的一切鱼类,品种繁多,千变万化,多姿多彩。(2)虫类:主要指可以入画的虫类,如蝴蝶、蜜蜂、蜻蜒、螳螂等。(3)练习要求:要求会画5种以上鱼,4种以上虫类。
2.动物简笔画。动物包括家禽、鸟类、兽类等。每种动物都有其不同的特点。通过观察比较才能画出不同特征的动物。(1)禽鸟类动物的特征:禽鸟的外形一般为椭圆形(蛋形),这与鸟出自于蛋有关,在大的椭圆形上根据动态的需要加上不同方位的小圆形就可产生不同的鸟的动态。此外根据不同的鸟类的特征,如嘴、尾的不同,颈的长短、脚的长短等又可画出丰富生动的特征。(2)其它动物:如马、熊猫、鹿、猫、狗、猴都有其特征,有的同样可用几何体概括其形体来表现其动态特点。以上内容的作业要求:练习默写10种动物(含禽鸟)。
(九)人物简笔画
人物简笔画是简笔画学习的重要内容,必须通过对人的形体、结构、动态特征等进行学习和了解,同时学会用简笔画的概括方式对其进行简练概括的描绘,才能在课堂教学中得到充分的利用。
1.人物头部的画法要点。(1)简笔画人物头部一般可用椭圆形来概括,但由于不同人物的不同特征,脸型也有不同的特点,如:田字形、由字形、甲字形,申字形、国字形、目字形,风字形、用字形等。从这些形状中已大体概括了我们前人总结出的不同人物的脸形特征,要掌握“三亭五眼”的比例关系。(2)由于简笔画具有很强的概括能力,我们还可以将以上不同的脸形进一步的夸张、变形、强化,还可以把头部脸型根据需要画成方形、长方形、圆形、椭圆形、三角形、梯形等,就能使人的头部变得生动而富有感染力;并具有幽默感。(3)五官特征及画法。简笔画的五官与写实性的素描速写是不同的,因为简笔画必须快捷,因此细致的描绘是不可能的,也是不必要的,它只有采取概括的形式才能与上述脸部的概括形象相协调。因此将五官符号化是一个必要的手段。教师例举五官符号,介绍不同的眼、鼻、耳嘴的画法。(4)不同年龄性别的画法。(男、女、老、少)(5)不同表情韵画法。(喜、怒、哀、乐)(6)不同发型的画法。(7)不同发饰、帽饰的画法。(含l-2种少数民族头饰)(8)头部的角度变化练习。(侧面、半侧面、仰视、俯视等)
2.全身人物的画法要点。学会人物头部的画法只学会人物画的一部份,学会全身人物的画法,才能表现更多更复杂的人物场面。(1)人物的形体结构:介绍站立的人体比例,“立七、坐五、蹲三”、“一竖、二横、三体积、四肢”。(2)男、女不同的外形特征及不同年龄的比例特征。(3)人的动态特点。(4)组合人物的几种画法。夸张变形画法:所谓夸张及大的更大、小的更小,如画一些儿童简笔画,可将头部画得很大,身子画得很小等。动态线画法:即认准该人物的动态线,省略其它繁琐的部分,强调动态,展现生动形象。