基因组学概述范文1
减数分裂的概念在高中生物学知识中具有重要的地位，是学生学习生物学中有关生物繁殖及遗传与变异等知识的基础。该概念属于遗传的细胞基础的内容，是高中生物学的核心概念。在知识结构上，学生此时一方面已学习了与减数分裂概念有一定联系的有丝分裂概念，另一方面减数分裂概念的学习也将为学生随后掌握生物的繁殖、遗传与变异等知识奠定基础。然而，在不同的高中生物学教材中，对“减数分裂”的概念存在一些容易让学生混淆的名称和表述。例如，减数第一（二）次分裂、减数分裂第一（二）次或第一（二）次减数分裂，并对此产生分歧。有的教师认为前二个名称和表述是正确的，而“第一（二）次减数分裂”则是错误的。甚至出现了“一次减数分裂要经历二次分裂（减数第一次分裂和减数第二次分裂）”这样存在明显数学逻辑错误的表述。因此，教师有必要对减数分裂概念涉及的相关名称和表述进行讨论，以便使学生更准确地掌握减数分裂的实质，更深刻地理解其生物学意义。
1 不同教材中“减数分裂”概念的名称和表述
对国内出版的多种版本高中生物和高校生物学相关专业的教材以及美国高中生物主流教材《科学发现者》中，有关“减数分裂”概念的表述进行了比较，发现不同教材中对“减数分裂”概念的表述存在较大的差异（表1）。
从整体上看，以上的国内外生物学教材中，均从发生的位置、时期、染色体与细胞数目的变化，对减数分裂的概念进行表述，均体现了减数分裂的主要特征及实质。即染色体复制一次，细胞经过两次连续的分裂，最终产生的子细胞的染色体数目减半。然而不同教材在对减数分裂的名称及减数分裂概念表述存在着一定的差异。
1.1 “减数分裂”的概念名称
从表1可见，从整体上看，国内高中所使用的各版本生物教材中，将减数分裂过程中的2个连续的阶段按次序进行命名，将其概念名称表述为减数第一（二）次分裂;而国外高中或国内外高校所使用的各版本生物学教材中则是使用了罗马数字（Ⅰ和Ⅱ）对减数分裂的两个连续的阶段进行划分，即减数分裂Ⅰ或减数分裂Ⅱ期对减数分裂的名称进行表述。
1.2 “减数分裂”的概念表述
由表1可知，国内高中生物学教材着重在细胞中染色体复制、细胞分裂的次数上，对减数分裂的概念进行表述。国外高中及国内大学生物学教材则是在此基础上，着重强调了减数分裂中染色体在两次连续的阶段发生的变化。在高中生物学教材中，由于教材的编写者考虑到高中生对生物知识掌握的有限性，因此在对减数分裂概念的表述上相对与高校教材来说较为精简与浅显，以便于学生理解与记忆。与国内高中生物学教材相比，国外高中生物学教材中呈现单倍体、二倍体知识的顺序先于减数分裂，因此使用其来对减数分裂的概念进行阐述。而高校生物学教材中涉及减数分裂概念时，面向的是大学二年级及以上的学生，该阶段的学生已对高中生物学知识有了一定的了解，因此教材中在对表述减数分裂概念时，采用了大量的生物专业术语，如同源染色体、单倍体及联会等，对其分裂过程进行较为详尽的阐述。
2 生物教学中减数分裂概念表述的适切性辨析
2.1 概念表述的适切性辨析
概念是人脑反映客观事物的本质特性的思维形式。概念通常包含三个要素：概念名词（或概念术语）、概念的内涵及概念的外延。其中概念的内涵揭示了概念的本质属性和特点，可以较为准确地反映概念的本质;概念名词或术语是对概念的指代。所谓概念表述的适切性是指概念表述与概念内涵、事实本质等各种相关因素的协调统一程度，并具备合适性与共知性。在实际的生物教学中，教师习惯于用生物学术语向学生传递生物学知识，然而学生对生物学基本概念的习得来源于教材，因此教材在对生物学概念的表述中应注重概念内涵的阐述。因此，认为一个合理的概念表述应该具备有科学性。只有科学的生物学概念才能准确地反映出生物学事实、本质规律及特征，从而引导学生建构正确的生物学概念结构体系。
《英汉细胞与分子生物词典》将“分裂”一词定义为：细胞通过生化合成和代谢变化而增大体积并分裂成两个子细胞的过程。细胞分裂是细胞增殖的前提和基础。可见，“减数分裂”的命名是符合这一定义的。同时，减数分裂具有分裂的特征：经过了染色体的复制、分离、胞质的分裂最终形成了子细胞的一系列过程。
在减数分裂中，染色体的复制与分离保持了生物体前后代染色体数目恒定，维持了遗传稳定性;同源非姐妹染色单体互换、非同源染色体自由组合增强了生物遗传的变异性，由此可以看出染色体的行为是减数分裂过程中最本质的特征。《普通高中生物课程标准（实验）》在遗传的细胞基础部分的要求是：阐明细胞的减数分裂，并模拟减数分裂过程中染色体的变化，观察细胞的减数分裂。因此，笔者认为，在表述减数分裂这一概念时，应该把重点放于减数分裂中的染色体行为以及其分裂的结果上，如表1中《细胞和分子生物学（概念和实验）》中对减数分裂的表述。
另外从语义学角度考虑，使用“减数分裂Ⅰ”和“减数分裂Ⅱ”对减数分裂进行表述，能很明确地表明减数分裂所经历的为两个阶段。而在国内高中的生物学教材中，用名词（减数分裂）与序数词（第一次或第二次）组合来表述减数分裂，由于名词与序数词的语序存在不同组合，则对学生学习减数分裂概念产生了干扰，人为“制造”了学习难度。同时，由于不同组合的语义存在一定的差异，无论是“减数分裂第一（二）次”，还是“第一（二）次减数分裂”都容易产生歧义：既可以认为是一个完整的减数分裂中相继发生的两个阶段，也可以理解为两次独立的减数分裂过程的相继发生。
2.2 概念表述与学生认知水平的适切性辨析 考虑到学生的感性认识、思维加工方式、学科知识的前概念等因素的影响。教材中生物学概念的表述是否合理取决于其是否有利于学生对概念的认知与运用。高中阶段的学生虽已具备了一定的认知与辨析的能力，分析思维的目的性、连续性、逻辑性已初步建立，但并不完善。同时，生物学中的概念较为抽象，概念之间的相关性强，关系复杂。学生在学习新概念前或正学习新概念时，已经学习的相关概念或是从字面上理解概念的表述就有可能造成认知差异，形成错误的前概念。因此，在尊重高中阶段学生的认知发展水平的前提下，高中生物学教材在能够清晰、准确地表述概念内涵时，其表述应注重与其他相关概念相区分，即具有区分性。与此同时，在概念的表述中，应该尽量突出该概念内涵中的特有性质，弱化其他属性，以增强生物学概念的可读性。
由表1可见，国内中学生物学教材侧重在细胞中染色体复制、细胞分裂的次数上对减数分裂的概念进行阐释，其实质是在逆向思维上，从减数分裂的结果——染色体数目“减半”上，引导学生反推出减数分裂的过程。而国外中学及国内大学的生物学教材对其表述则是从正向思维上先描述减数分裂的过程，进而推导出其分裂的结果，并着重强调了减数分裂中染色体在两次连续的阶段中发生的变化，同时运用“二倍体”与“单倍体”对染色体在经历两次连续分裂前后的数目变化进行阐述。国内现行高中生物学教材对减数分裂概念的表述并没有凸显出染色体分别在两次连续的分裂阶段中的行为变化，从而使得学生在理解其概念时难以分辨减数分裂的主要特征。除此之外，从逆向思维上引导学生理解减数分裂的过程，一定程度上加大了学生对减数分裂概念学习的难度。高校教材虽然在对减数分裂概念表述时较为具体、详尽，但文字较多，并具有一定的深度，因此不适用于高中教学。
3 结语
综上所述，现有国内高中生物学教材中对减数分裂的名称和表述并不准确，并容易导致学生记忆和理解的混乱，人为增加教学难度。笔者认为，应当废除易于混淆的用名称与序数词组合表述减数分裂的概念名称，如：减数分裂第一次、减数分裂第二次、第一次减数分裂、第二次减数分裂等;并且将减数分裂的过程概括为“一次减数分裂经历一次复制，两个阶段，两次分离”，即“在减数分裂过程中，DNA只复制一次，在两个连续的阶段（减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ）中，分别发生二次分离（同源染色体间和姊妹染色单体间），从而形成含有单倍染色体的生殖细胞”。
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003. 本文由wWW.dyLw.NeT提供，第一论 文 网专业教育教学论文和以及服务，欢迎光临dYLw.nET
[2] 刘恩山.中学生物学教学中概念的表述与传递[J].中学生物学，2011（01）：3-5.
基因组学概述范文2
一、根据模型借助的工具分类
根据模型借助的工具分类可分为概念模型、图解模型、实体模型、软件模型和数学模型。
1.概念模型
用文字、符号等组成的流程图形式对事物的生命活动规律和机理进行描述和阐明的方法。是把各类对象的关系用概念与概念之间的关系来表述，用文字和符号突出表达对象的主要特征和联系，概念图就是其中最常用的一种形式，包括概念、关键词和箭头三个部分组成。如酶、激素与蛋白质之间的关系、中心法则、基因和等位基因、相对性状、显性基因、隐性基因等之间的关系。
2.图解模型
包括图解和示意图，如光合作用过程的图解、有氧呼吸过程的图解、以DNA为模板转录RNA的图解、蛋白质合成示意图、甲状腺激素分泌的分组调节示意图、三倍体西瓜的产生等。
3.实体模型
也叫实物模型，是“具体化形式的模型”。包括教材中的模式图，如生物体结构模式标本、实验室里的“心脏”模型、内质网、叶绿体、线粒体和高尔基体等到的结构模式图、氨基酸和蛋白质等到分子模型、动（植）物有丝分裂模型和减数分裂中染色体的形态和位置变化模型等。
4.软件模型
“用计算机语言编写的，能够反映变量之间的逻辑关系，并且应用了生物程序的模型”称为软件模型。
如弗里斯特等根据他们对人口增长、粮食增长、环境污染、不可再生资源的消耗以及工业发展的研究，将这些作为互相联系的变量组成了一个模型，借助计算机进行各种运算，一方面对模型进行检验；另一方面又可以对未来进行预测。这种软件模型主要应用于研究生态学、群体遗传学等方面。
5.数学模型
用数学语言描述的一类模型，对研究对象的生命本质和运动规律进行具体的分析、综合，用适当的数学形式（如数学方程式、关系式、曲线图和表格等）来表达，从而依据做出的模型作出判断和预测。
数学模型根据表现形式和利用数学工具的不同又可分为：表格图象、排列组合、数学归纳法和概率计算。
表格图象：此处包括曲线图、柱状图和饼形图等。如温度、PH值、O2等因素分别对有氧呼吸、无氧呼吸、ATP的产量、物质跨膜运输速率、酶活性的影响因素，有丝分裂和减数分裂过程中DNA、染色体和染色单体的数目变化规律、种群的“J”型和“S”型增长曲线等。
排列组合：如N对碱基所构成的DNA分子的种类、四种碱基构成的密码子种类数、含有N对同源染色体的个体产生的配子种类和自交产生后代的基因型和表现型的种类数等。
数学归纳法：如蛋白质分子质量的计算、能量传递的有关计算等。
概率计算：如遗传病的发病率计算等。
二、根据模型的功能分类
根据模型的功能不同，可分为描述性模型和解释性模型。
1.描述性模型
描述即描写叙述，对变化过程的叙述属于描述性模型如：哺乳动物和卵细胞的形成过程图解、生物进化理论等。对结构的再现模型也属于描述性模型，如：动植物细胞的亚显微结构模式图、雌雄果蝇体细胞的染色体图解等。
2.解释性模型
“解释是在观察的基础上进行思考，合理地说明事物变化的原因，事物之间的联系，或者是事物发展的规律。”如蝇杂交实验图解、孟德尔关于高茎豌豆与矮茎豌豆杂交实验的分析图解、一对相对性状测交实验的分析图解、黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆的杂交实验分析图解等。
三、根据模型的表现形式分类
根据模型的表现形式，可以分为经验模型和模拟模型。
1.经验模型
经验是由实践得来的知识或技能，经验模型是根据经验数据归纳特别是统计得到的模型。如：软件模型、数学模型、概念模型和图解模型，都要经过人脑的抽象、概括、分析、综合后得到对相关经验的总结。
基因组学概述范文3
《中国教师》：张老师，您好！2011年版初中生物学课程标准提出注重重要概念的教学，并在内容标准中具体描述了50个重要概念，您那里的初中生物学教师有何反响？
张涛：目前看来，教师们对于注重重要概念教学大多非常认同，但也有教师认为，注重重要概念教学是回归知识中心，是弱化了探究性学习，是在走“回头路”。还有些教师对此没有引起足够的重视，还没有意识到提出重要概念将会对今后教学产生的重要影响。
《中国教师》：您认为注重重要概念的教学对教师来说，难度大吗？为什么？
张涛：这要从以下两个方面考虑：一是教师能不能真正把握重要概念教学的要求。重要概念处于生物学科知识体系的中心位置，每一个重要概念都有着丰富的内涵，要真正理解并不是一件很容易的事情。以人体血液循环重要概念为例，要理解这一概念需要注意以下两个问题，首先，要把整个概念作为一个整体来认识，而不要割裂开来。有的教师认为，概念中的第一句话“循环系统包括心脏、动脉、静脉、毛细血管和血液”属于事实性知识，因而是“了解”水平的学习要求。但如果从整体上看就会发现，这一句讲的是血液循环系统的结构组成，第二句“其功能是运输氧气、二氧化碳、营养物质、废物和激素等物质”讲的是血液循环系统的功能，把两者作为整体才能体现出心血管结构与功能的适应，而结构如何与功能相适应无疑是需要好好理解的。其次，要把重要概念与课标“内容标准”中相对应的教学要求结合起来认识。因为，即使同属于“理解”层次的目标动词，也包含概述、阐明、举例说明等级别，每一个目标动词的具体要求又是不一样的。关于人体血液循环，“内容标准”要求：“描述人体血液循环系统的组成”“概述血液循环”。对此，首先需要明了的是：什么是描述，什么是概述。然后还要弄清：描述什么，概述什么，即把描述或概述的内容具体化。只有弄清这样一些最基本的问题，才有可能真正把握重要概念的教学要求。
二是教师现有的教学方式能不能适应重要概念教学的要求。虽然课程改革已经进行了十多年，但许多教师仍然习惯让学生死记硬背，不太注重知识的理解；习惯直接告知结果，不太注重知识的建构。而重要概念一般都比较抽象，学生对抽象概念的理解需要以事实或者感性的、直观的材料作为基础，因此，教师需要用不同的方式为学生提供足够的事实性材料，让学生经历自己发现知识的过程，学生才能真正把握重要概念的内涵和外延。
这样看来，注重重要概念的教学对教师来说任重而道远，搞好重要概念教学对教师将是极大的挑战！
《中国教师》：在接下来的生物学科教研活动、教师培训中，该如何帮助生物学教师开展好生物学概念教学？
张涛：在这方面需要做的工作有很多。首先，要进行相关的理论培训，比如，帮助教师界定什么是重要概念，知道概念与术语、定义等有什么区别。有关专家前期已经对此进行了比较充分的研究，现在需要做的是通过培训把相关信息传递给广大教师。其次，需要对每一个重要概念进行解读，厘清它们的内涵与外延，形成一个系列性的研究成果，用以指导教学。再次，要提供概念教学的具体方法，最好是通过课例展示和研讨的形式推荐概念教学的范例。这种方式比较直观，也能够对课例进行透彻的剖析，使人不仅知其然，而且知其所以然，因而是广大教师最为喜闻乐见的。
《中国教师》：您能不能通过一个具体的例子说明应该为教师提供怎样的范例？
张涛：所提供的范例要把重要概念作为核心教学目标，教学的过程应紧紧围绕教学目标如何达成来设计。概括地讲，涉及三个方面：目标的设定、目标的落实和目标的检测。目标的设定，回答的是“到什么地方去”的问题；目标的落实回答的是“怎么去”的问题；目标的检测回答的是“有没有去到”的问题。下面还是以“人体血液循环”为例来说明。
在教学目标的设定方面，要做到“概述血液循环”，首先要知道“什么是概述”。理解和领会课程标准中行为动词的含义，这是很多教师容易忽略的，但如果不弄清楚这个问题，就很难把教学目标真正具体化。就词义来讲，“概述”指的是把事物的特征归结在一起，简单扼要地加以表述。因为概述是在直接的观察和实验、客观的原始记录的基础上发现事物共同的特征，所以需要经过归纳的过程。其次要弄清的问题是“概述什么”。照本宣科地说出血液循环的途径：“从左心室出发，进入主动脉，经过各级动脉……，最后回到右心房”，只是描述。许多课堂就是这样仅仅达到了描述水平，虽然这些描述也是前人概述的结果。应该让学生自己进行归纳，总结出血液循环的规律，这些规律性的知识是重要概念形成的基础。而在自己归纳基础上形成的概念，才算是真正达到了概述水平的要求。血液循环包含许多规律性的知识，比如：
血液循环包括体循环和肺循环。它们同时进行，在心脏处连通。
与心房相通的都是静脉，与心室相通的都是动脉；动脉都是把血液从心脏运往全身各处的血管，静脉都是把血液从身体各处运往心脏的血管。
体循环和肺循环都是从心室开始，血液进入动脉，在毛细血管处完成物质交换，再通过静脉，回到心房。
在肺部毛细血管处，静脉血变成动脉血；在全身毛细血管处，动脉血变成静脉血。动脉中流动的不都是动脉血，静脉中流动的不都是静脉血。
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学习心理学研究表明，学生对知识的学习主要体现在对学科领域内的概念、公式、原理、法则、事实、意义及其相互关系等的理解和运用上[1]。《中药化学》是中药学专业必修课，是一门以中医药基本理论为学科概念框架，运用化学及物理学的科学方法，研究中药化学成分的学科。学生对中药化学的学习主要体现在对相关概念、原理、规则的理解和运用上。
知识学习理论将知识的构成关系分解为概念、原理、问题解决，高层级结构包含低层级结构，也就是说，概念构成原理，利用原理解决问题。概念是学科知识体系的基本构件，原理是概念与概念之间关系的描述，原理把概念和问题连结起来，原理的学习在学科知识中占据着十分重要的位置，它可以使学生免受复杂事物和现象的影响，抓住事物发展变化规律，并指导我们的行为，解决新问题。中药化学课程学习目标在于通过教学，使学生掌握中药化学基本概念，理解中药化学基本原理，解决中药化学面临学科问题。
1原理学习的心理过程分析
原理是对概念之间关系的语言表述。例如这条规则就是对共轭碱、共轭酸与碱、酸之间关系的描述。并不是所有言语表述都是原理，例如，“黄芩遇冷水变绿的原因是由于黄芩中所含酶，能酶解黄芩苷与汉黄芩苷成为黄芩素和汉黄芩素，其中黄芩素是一种邻位三羟基黄酮，本身不稳定，容易氧化而变绿”[2]就不是一条原理，它只是说明对某个特定反应的描述。“不同炮制程度烫浸软化的黄芩片对其主要成分是有影响的，烫浸时间越长，影响越大”[3]则是一条原理，原理说明对某类刺激做出的某类规律性反应，因而原理对科学行为具有规范和控制作用。
原理学习，就是学生对原理的理解过程。这种理解能力使学生不被表面现象迷惑，认清事物之间因果关系，达到分析问题和解决问题的目的。原理学习包括三个环节：首先是对原理所涉及概念的学习，然后是对概念之间关系的描述，最后是将原理内化为控制自己行为反应的内在依据。例如，对“离子交换色谱”原理的学习，“离子交换色谱法是以离子交换树脂作为固定相，用水或水溶剂作为流动相。在流动相中的离子型成分与树脂上的固定离子进行交换而被吸附，再用带有同种电荷的溶剂进行洗脱，来分离离子型化合物的一种色谱方法”。首先要理解基本概念“固定相”和“流动相”，然后理解“固定相”和“流动相”的关系为先“吸附”后“洗脱”得到“离子型化合物”。理解了“离子型化合物”的得到过程，离子交换原理也就内化为学生自身获得的行为依据。
与概念学习—样，课程学习情形中原理学习的基本方式有发现式和接受式之分。接受式的原理学习是从原理正确表述入手，利用典型例证证明原理所反映的概念之间规律性关系；发现式的原理学习是通过对例子分析，找出共同规律，归纳出原理内容，并尝试用准确的语言表述。根据不同学生不同学习要求、学习内容等教学目标，实际教学中，发现式的例证—规则法有利于培养学生学会学习、学会思维、学会创造和解决新问题的能力；而接受式规则—例证法则有利于培养学生熟练、规范、标准化的实验操作能力。
目前中药化学课程教学普遍存在重视接受式原理学习，忽略发现式原理学习的现象。教师教学思路以呈现规则，通过实验例证为主，学生也是机械地接受规则，完成实验，少见热爱中药化学思维，并充分体验到学习乐趣的学生，这种现象并不利于中药化学创造性人才的培养。优秀本科生和研究生肩负着探索新知识的学科使命。所以，应以发现式的原理学习为主，并且善于从典型例证中概括和发现原理，同时利用规则—例证法去检验和证明对原理的理解和掌握。学生只有掌握原理，才能很快发现问题、灵活解决问题。因此，中药化学教学中，要重视学生对原理的学习和掌握。可能由于教学时数与内容之间的冲突，或者习惯教学模式使得我们无暇花更多时间用在发现式的原理学习模式上，但是，即使是接受式的原理学习模式，教学重点也应放在原理的概括、总结和强化理解、接受上，训练学生逻辑思维，提高学生对专业知识理解能力。
2原理学习的教学策略
从原理学习的心理过程分析教学中可能影响原理学习的因素，并在原理学习时根据这些因素采取合适的教学策略。原理学习首先涉及学生对原理所涉及概念的掌握，如果学生对构成原理的概念不清晰，就无法对原理进行理解。因此，原理学习的教学策略首先是概念学习策略的运用。
对于概念的学习，根据具体内容和学生理解水平，可以采取例证—规则法帮助学生的概念形成，采取规则—例证法对学生的概念进行同化学习，有经验的教师会采用例证—规则—例证的教学策略，既训练学生形成抽象概念的逻辑思维，又扩展学生的学科知识，强调学生在概念理解基础上的运用。例如，我们在学习生物碱物理性质的旋光性时，“生物碱结构中如有手性碳原子或本身为手性分子即有旋光性。生物碱的生理活性与旋光性密切相关，通常左旋体的生理活性比右旋体强”。需先理解“旋光性”、“手性碳原子”“、生理活性”、“左旋体”、“右旋体”等概念，然后才能理解这些概念之间的关系分别为：“手性碳原子”与“旋光性”是因果关系，因为生物碱结构中“具有手性碳原子”，“故有旋光性”；“生理活性”与“旋光性”在刺激强度上是整体与部分的关系，通常“左旋体的生理活性比右旋体强”。教学中，在概念学习基础上，原理学习主要是学生对事物概念与概念之间关系的理解和应用。
对概念与概念之间关系的准确理解，需要学生具有一定认知水平，要求学生具有从现象中概括出规律的抽象思维能力，越是抽象的原理，要求概括水平越高。因此，在原理学习教学中，要特别注重对学生抽象思维训练，提高学生从现象中概括事物本质的能力。在中药化学课程教学处理上，由于学时限制，不可能在课堂教学上面面俱到，那么应抓住教学大纲中每一章节教学重点，以对教学重点的原理学习为线索，向上扩展对原理涉及概念的理解，向下扩展对原理应用问题解决的学习，把对知识的理解、巩固与应用贯穿到中药化学学习整个过程中。中药化学中的原理多数通过各类化合物理化性质来表征，每一类化合物的理化性质，向上连结着各种化合物的基本概念、结构特征，向下连结到化合物的提取、分离、检识、结构鉴定等。因此，中药化学教学中，可以把每一类化合物理化性质的理解和应用为原理学习重点，既有意识地训练学生概括化合物理化性质的思维能力，又注重培养学生应用理化性质到化合物提取、分离、结构鉴定的实践能力，从而提高学生学科认知能力。例如，我们在学习“胆酸类化合物”这个内容时，可以这样设计具体的教学策略：先给学生呈现各种胆酸类化合物的实物（图片），让学生概括出胆酸类化合物的性状之一为“白色结晶形或非结晶形粉末”，性状之二为“味苦”；用提问的方式调动出学生已有知识结构中关于“有机溶剂”这个概念的认识，概括推广出胆酸类化合物的性状之三为“可溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、乙醚等有机溶剂，不溶于水，溶于碱水，它们的盐则溶于水”。给学生呈现各胆酸类化合物的分子结构（图式），让学生概括出“胆酸类化合物结构中具有羧基”；用提问的方式调动出学生已有知识结构中“酯化”概念的认识，概括出“浓盐酸或浓硫酸催化”与“胆酸类化合物酯化”的关系为“在浓盐酸或浓硫酸催化下可与醇类进行酯化”；然后，再把“胆酸类化合物结构中具有羧基，在浓盐酸或浓硫酸催化下可与醇类进行酯化”这条原理应用到胆酸类化合物检识的实验设计中。教学中，原理的学习要强调对学生抽象认知能力的训练，才能达成知识学习目的：学以致用，并在知识体系的继承中发展、补充新知识。
教学中，教师还要善于应用言语组织的策略到原理学习中。言语组织的策略首先在于教师“教”的时候，要善于设置言语指令，通过言语指令让学生明确知道在学懂一个原理后，学生能够回忆起已有知识结构系统中相关概念和其他原理，并能以言语为线索将各种相关概念重新按照逻辑关系组织成一个新命题，并把这个新命题纳入到已有知识体系中。其次，言语组织的策略在于学生“学”的时候，能够在教师言语提示方式下，将各种相关概念从自己已有知识体系中回忆、提取出来，将这些概念与新原理学习结合起来，形成一个新原理的认识表述，并将这个新原理的认识表述纳入到自己知识体系中，内化为自己的知识经验。当然，实际教学中，言语组织的策略常通过教师运用言语组织提出合适问题，要求学生必要经过言语组织后才能对某个原理作语言陈述。例如，在学习黄酮类化合物时，教师可以提问“以芦丁的提取、分离及鉴定为例，说明黄酮类化合物的理化性质在化合物的提取、分离与鉴定中的应用”，学生要回答这个问题，需重新组织已有知识结构中相关概念和原理，形成新命题的表述。学生经过思考，清晰、准确地回答出解决方案，那就表明，学生对黄酮类化合物的学习已经内化为自己的知识经验，并能在原理指导下解决未来可能遇到的实际问题。
基因组学概述范文5
关键词：概念；概念改变；述评
本文将系统梳理有关概念改变的几种理论，讨论这些理论的特点。
一、不满和概念替换理论
Posner等人提出的概念改变模式在科学教育领域产生了巨大的影响。其概念改变的理论基础是皮亚杰(Piaget)的认知发展的动机理论，他认为要在儿童原有概念和要学概念之间，创设失衡、不满或者不一致，而解决这种认知冲突的努力会导致对新观念的“同化”和“顺应”过程。
Strike和Posner(1985)概念改变的模型扩展了Piaget通过同化和顺应学习概念的观点。他们描述了概念改变的四个条件：(1)首先 ，学习者对当前的概念产生不满，即当前的概念不能解释新的事件或者不能解决当前遇到的 问题；(2)新的概念必须是可理解的，学习者能明白新概念的含义，理解其意义，发现表征它的方式；(3)新概念必须是合理的，并能够与学习者所认同的其他概念相符；(4)新概念必须是富有成效的，不仅可理解、合理，而且对学习者来说，还必须有价值，能够解决其他概念所不能解决的问题，从而使学习者认为有必要花费时间和精力去学习。由Strike和Posner提出的概念改变理论的核心主张，就是在概念情境——概念生态中，新概念可被理解、判 断、获得或者拒绝。值得注意的是，有许多因素影响概念改变，而非仅概念自身。他们认为学 习者在概念改变的过程中可能经历停止、开始甚至沿原路退回等状态变化。
在这以后，Strike和Posner(1992)又修改了其概念改变的理论，扩展了概念生态的作用。他们认为，错误概念不是被人们明确表达的观点的产物，而是在概念生态中产生的。 他们提出稳定性的问题，认为错误概念是相对松散的、暂时的、不一致的；事实上，它们是 受概念生态的影响。另外他们还提出了概念结构的问题，并关注概念网络的系统本质。
Strike和Posner理论的重要性有两点：(1)对一些因素的关注，例如影响学习者形成概念生态的动机和目标；(2)在课堂教学中的应用。他们的理论已经成为大多数概念改变教 学的里程碑，但是该模型没有充分地提出如何建构相异的概念的过程，不过一旦概念改变过 程和机制的理论弄清楚，研究者要想改变别人的概念，就要返回到这个模型上。
二、知识建构理论
知识建构理论认为某一概念是嵌于稳定而复杂的其他概念的网络中，这些网络能够表征朴素的个人理论，而最基本的思维单元，如本体论和认识论的观点，构成了对因果的自我 解释，这些自我解释一起支持了个人的朴素理论，它将帮我们揭示普遍存在于科学学习的错 误概念。下面阐释两个知识建构理论。
(一)Vosniadou的理论
Vosniadou认为概念根植于并被限定在一个更大的理论结构中。它区分了两种不同水平的理论控制学习者的观念：朴素的框架理论和各种具体的理论。
Vosniadou提出框架理论不为意识所觉察；虽然意识不到，但框架理论限制学习者获得物 理世界的真实知识。它是由本体论和认识论假设组成的。另一方面，具体理论是意识可觉察 到的，并且由一套相互关联的命题组成，这些命题能描述物体可观察到的行为。也就是说， 具体理论是基于个体观察，还有教学信息，并在框架理论的假设限定下逐渐出现的。这两种 理论联合在一起构成了概念结构，学习者通过它们能建立对世界的因果解释。
Vosniadou区分了两种概念改变的方式：丰富和修正。前者被描述为在原有知识上新信息的增加，并且通过累加过程可以获得。后者是发生在新信息与具体理论或框架 理论不一致的时候，是学习者要实现的实质性变化。她认为，新信息和框架理论之间的不一 致比与具体理论之间的不一致更难于解决。
Vosniadou认为在修正的过程中有些概念很难改变，因为框架理论是解释的连贯系统，这些解释是以日常经验为基础，以多年的证据为依托的，从而形成相应的本体论和认识论 ，而概念是以本体论和认识论为根基的，所以概念改变都会引发框架理论系统的变化。这个 论断相似于Strike和Posner的概念生态的含义。学生未能学习某一概念，就是因为要学知识与框架理论之间存在不一致。当儿童力图把一些信息加到错误的原有心理结构上时，就会 产生不一致。错误概念就是学习者努力协调不一致信息块的结果，在这个过程中会产生混合 的模型。这种解释异常数据的尝试类似于解决认知冲突。
Vosniadou(1994)的实证研究表明：(1)存在一个概念获得的顺序；(2)概念结构的重要性就在于对知识获得过程的限定。这些结论引发了这样的理论假设，即概念改变是一 个渐进的，并能导致错误概念的过程。她们也认为，在概念改变过程中存在不同的发展阶段 ：(1)起初的心理模型；(2)混合的心理模型——学习者力图将起初的模型和科学模型协调起来；(3)科学的心理模型。
最近，Vosniadou和Ioannides对原始模型作了两个主要的精致，首先，她们对概念改变的类型做了区分，表明概念改变可能是：(1)自发的，或者(2)基于教学的。前一种类型是源自在社会学习情境中丰富的观察所带来的一种变化，而非正式的科学教学，其中一个例 子就是语言学习，它是社会化的结果。后者是正式教学的结果，它要求建立混合的模型，力 图把科学教学协调到原有的理论中。第二，她们对Vosniadou关于精致过程的原有论断做了进一步阐释。元概念意识所起的作用被加强了，精致被看作“带有更系统、连贯和 解释力的理论框架”的发展。
(二)diSessa的理论
diSessa和Sherin(1998)非常关注概念形成和概念改变的过程和机制等更深入的问题。以朴素学习者占有空乏的因果模型这一假设为基础，理解物理概念的学习，提出了概念形 成的理论。他认为因果观点由现象本源(phenomenological primitives简称p-prim)组成， 现象本源是从一般的经验中抽取出来的，P-prims是特定知识成分的最小单元，并能产生解释 。p-prims直观地等同于物理定律，并构成了人们所见和解释世界的基础。因此，p-prims能 解释diSessa所称的因果网络的结构。而p-prims并不是概念自身，多个p-prims涉及到因果网络的创设。
因果网络近似符合人们直观期望的因果。他们认为：“因果网络大致是‘在观察背后的理论’的替代品，或者是蕴含在基于理论的种类观点中”(diSessa & Sherin)。因此 ，因果网络可被描述为用于理解世界的基于推论的解释，这反过来构成了人们理解世界的理论基础。他们通过一个结构成分，即联合种类，把这种解释机制与概念获得联系起来。为了理解这个复杂的成分交织情形，我们需要一些背景信息。
diSessa和Sherin首先认为所有概念都是不相同的。事实上，像“知更鸟”这样的概念不同于像“速度”或者“力”这样的概念，理解它们需要不同的认知过程。人们需要将前者分类到鸟的类似种类的概念中，人们需要将后者分到一个特殊种类的概念中，他们将其称为联合种类，这些联合种类由结构成分构成，结构成分执行两个明显不同的活动：(1 )围绕通过选择所“看”到的(称为“读出策略”)事物收集信息；(2)以已经提及的因果网络活动为基础。
第一部分，读出策略，或者信息收集，相当于一个隐喻的“看”，“看”的方式上的转 变被看作是概念改变的核心问题。他们表示：“在许多例子中，这种‘看’是学习的实质完成 ，并将在一定程度上依赖人们基本的知觉能力。此外，‘看’的这些形式有时涉及明确的策略和扩展的推论”。
因此，diSessa和Sherin把概念改变定义为在读出策略中和在因果网络中的不同变化的介入。他们同时还举例说明，有可能现有的读出策略会被逐渐组织起来，以不同方式使用。在因果网络方面，可能需要建构一个新的因果网络，或者可能需要发展和再组织一个的因果网络。
因果网络是学校中学习物理学科的困难源泉。因此他们建议：“在其他事情中，它(因果网络)需要更系统的组织起来，恒定和整合的观点可能在要使用的因果网络的组织和选择中起到作用”(diSessa和Sherin)。但是他们并没有阐释，在因果网络中发生了什么 样的变化?换句话说，如果我们要关注新的因果关系，需要什么填补这个空缺?要回答这个问题，我们必须转向Chi的概念改变的理论。
三、Chi的概念改变的本体类别理论
Chi等人(1994)建立了这样一个基本假设，学习者在学习概念的时候，可能已经将这些概念归到某一本体类别中。因此，概念改变就被定义为种类分配上的变化。据此，Chi的概念改变理论的最重要方面是概念从某一本体树种类重新分配到另一本体树种类中。在某一树的种类特征本体上不同于另一本体树的种类特征。
Chi的概念改变的理论(Chi te al．，1994)建立在三个假设的基础上：(1)一个认识论 假设，它是关于本体论上的分配和世界上实体本质的观点，由这一假设可以定义“相异”的标准；(2)一个形而上学的假设，它是关于特定科学概念的本质；(3)一个心理假设，它是关于学习者的朴素概念和揭示出的错误概念的分类。
Chi等人(2002)的概念改变理论有两个主要变化。第一，在错误概念移除上的难度；第二，种类的结构。她澄清了嵌于朴素理论中的概念结构的观点。此外，她明确承认朴素 理论和科学理论的假设是不相容的。她认为概念改变的主要挑战源自于这样的事实，“学生 可能缺乏什么时候需要转变的意识和可能缺乏转变后的另一种类”。她们假设，科学上适当 种类的缺乏会阻止学生进行必要的重新分类：“如果实现概念转变不可能，那么学生就不能 修改错误概念，这就是为什么某些错误概念比其他概念更难于修改的原因”。
Limon(2001)称：“尽管我们已经报告了一些积极的效果，可能使用认知冲突策略研究所得到的最突出的结论就是，学生缺乏效力去达到一个强大的概念重建，和随后深入理 解新的信息。有时，学生可以达到部分的变化，但是在某些案例中，教学介入后的短暂时期 内部分变化会消失。为什么即使学生意识到冲突，他们还如此抵抗变化?为什么学生能部分 修改观念和理论，而保持起初理论的核心成分?”。
Chi的概念改变理论恰能够回答这些问题，正如她所说：“问题是除非学生有一个不同种类，把概念分配到这个种类中，不然这种教学将不会有效。”
四、评述
从概念改变的理论研究中我们可以看到：第一，研究者越来越重视概念背后的东西，概念生态、因果网络、具体理论、框架理论、本体类别等等，其中有些描述具体的知识领 域的概念，如具体理论和因果网络等等，然而比较这几个理论的发展变化，研究者越来越认识 到有些从具体知识领域中抽取出来的更深层次的东西，如框架理论和本体类别等的重要性， 这些往往是概念难于改变的最根本原因。第二，概念改变并不仅仅是改变概念本身，还要 触及到支持概念的复杂的知识体系，有些概念非常难于改变，就是因为其背后有一个完整的 、连贯的、复杂的知识体系，所以对概念的理解和学习要放到与之相联系的复杂的知识网络中 。
参考文献：
［1］Chi M T H，Roscoe R D.The processes and challenges of conceptual chan ge.In:M.Limon and L.Mason(Eds).Reconsidering Conceptual Change:Issues in Theoryand Practice.Kluwer Academic Publishers，The Netherlands，2002，3-27．
［2］Chi M T H，Slotta J D，ds Leeuw N.From things to processes:A theory ofconceptual change for learning science concepts.Learning and Instruction，1994，4 :27-43.
［3］diSessa A..Knowledge in pieces.In:G forman & P Pufall(Eds.)，Construc tivism in the computer age.Hillsdale，NJ:Erlbaum，1988．
［4］Limon M.On the cognitive conflict as an instructional strategy for c onceptual change:a critical appraisal.Learning and Instruction，2001，11:357-380．
［5］Strike K A，Posner G J.A conceptual change view of learning and under standing.In L.West and L.Pines(Eds.)，Cognitive structure and conceptual change(P .211-231).New York:Academic Press.1985．
基因组学概述范文6
摘要：首先表述了空间数据仓库的三个核心思想；其次设计出了空间数据仓库的概念框架，着重描述了空间数据仓库的外部结构、内部结构以及各组成模块的工作流程，设计出了空间数据仓库认知过程的概念框图，并对认知的基本概念进行了描述，表述了认知过程14个世界模型和13个转换算子的基本内容，并用代数系统给出了严格定义；最后得出的结论是，研制空间数据仓库十分必要，以支持我国的空间数据基础设施建设。
关键词：地理信息系统；空间数据仓库；数据仓库；认知过程
进入21世纪后，对空间数据仓库的研究方兴未艾，在许多次的国际学术会议上都有相关[1~3]。例如在泰国召开的ISPRS第三届动态与多维GIS会议暨CPGIS第十届地理信息年会、北京召开的第20届国际制图协会国际学术会议、南非召开的第21届国际制图协会国际学术会议等。还有一些ESRI公司的白皮书、全球性用户大会、SSD国际会议、数字地球国际会议、GIS国际会议等也开始讨论空间数据仓库问题[4~8]。将空间数据仓库技术引入到我国大概是20世纪90年代末，文献[9~14]的发表开创了我国空间数据仓库理论与技术研究的新局面，此后又陆续出现了一些这方面的论文。
总体说来，上述工作对空间数据仓库的理论和方法进行了初步研究，在概念、原理、结构、操作与算法等方面进行了初步论述，已取得了卓有成效的成绩。但是到目前为止，空间数据仓库的概念框架和认知过程等方面还是缺乏系统的论述，没有形成一套比较完整的空间数据仓库概念框架体系和认知过程体系。
1概念框架
空间数据仓库是GIS技术和数据仓库技术相结合的产物，其定义很多，但中心思想包含三方面内容：①空间数据仓库是在网络环境下，实现对异地、异质、异构不同源数据库中地理空间数据、专题数据及时间数据的统一、整合、集成处理，形成用户获取数据的共享操作模式；②空间数据仓库可根据需求对这些数据再进行测绘专业处理，提供多种空间数据产品，满足用户更高层次——对数据产品的需求；③基于空间数据产品，空间数据仓库可从多维的角度进行空间数据立方体分析和空间数据挖掘分析，提供综合的、多维的、面向分析的空间辅助决策支持信息，满足用户空间决策分析的需求。
空间数据仓库的概念框架分为外部结构、内部结构。外部结构主要描述空间数据仓库与外部系统的关系；内部结构主要描述空间数据仓库的内部功能模块组成。
1．1外部结构
数据库系统处于空间数据仓库系统的最底层，管理着若干种不同的地理空间数据库和专题数据库，它们各自独立，形成了各式各样的异地异质异构的数据库系统，它们主要为空间数据仓库提供数据源。应用系统处于空间数据仓库系统的最上层，它通过一个标准的接口从空间数据仓库中提取地理空间数据、空间数据产品和空间辅助决策分析信息，为应用系统服务。
1．2内部结构
空间数据仓库的内部组成应由八个独立功能模块构成，分层次实现空间数据仓库系统。其中，第一层次的功能模块是空间数据仓库的基础处理模块，由多源空间数据抽取、多源空间数据整合、多源空间数据统一、空间数据仓库元数据组成；第二层次的功能模块是空间数据仓库的服务模块，由空间数据产品服务、空间数据立方体分析、空间数据挖掘分析组成；第三层次的功能模块是空间数据仓库的对外数据接口模块，由对外数据交换格式组成。第一层次的功能模块为第二层次的功能模块服务，第二层次的功能模块为第三层次的功能模块服务。
当应用系统提出需求时：①多源空间数据抽取功能模块从各源数据库系统中抽取出相应地理范围（矩形、多边形、椭圆）的不同种类的地理空间数据、专题数据；②多源空间数据整合功能模块对这些由图幅范围组织的地理空间数据进行相应地理范围的裁剪、拼接、接边、图形编辑、拓扑重组等整合处理，形成裁剪拼接和接边好的、具有完整拓扑关系的、物理上无缝的、按区域范围组织的地理空间数据；③多源空间数据统一功能模块对这些整合处理好的地理空间数据进行数学基础、数据编码、数据格式、数据精度等方面的统一处理，形成能相互叠加的地理空间数据；④将经抽取、整合、统一处理好的地理空间数据提交给空间数据产品服务功能模块，经过集成、融合、派生和关联等测绘专业算法处理，生成应用系统所需的各种空间数据产品；⑤基于已生成的空间数据产品，进行空间数据立方体分析和空间数据挖掘分析，得到面向空间辅助决策分析的结果；⑥将这些空间数据产品和空间辅助决策分析结果，以对外数据交换格式的形式提交给应用系统使用。
2认知过程
2．1认知过程概念图
空间数据仓库是描述地理现象的一个重要分支，其认知过程应与地理空间信息的认知过程基本一致，不同之处在于其描述的内容和范围大小的区别。因此，建立空间数据仓库的认知过程，实际上是要经过一个地理现象认识、抽象、组织、分析和应用的过程。
2．2认知过程描述
这14个世界模型和13个转换算子的组合构成了三个层次世界，即实体世界、目标世界和产品世界。其中，现实世界、地理现实世界、地理工程现实世界和地理工程概念世界这四个世界模型，以及命名、选择、抽象这三个转换算子，共同构成实体世界；地理工程尺度世界、地理要素分类世界、地理要素编码世界、地理要素几何世界和地理要素集合世界这五个世界模型，以及度量、分层、编码、测量和聚集这五个转换算子，共同构成目标世界；地理空间抽取世界、地理空间整合世界、地理空间统一世界、地理空间产品世界、地理空间决策世界这五个世界模型，以及提取、处理、变换、计算、分析这五个转换算子，共同构成产品世界。
数据库概念设计阶段、地理空间数据库实现阶段和空间数据仓库实现阶段构成了空间数据仓库系统实现过程的三个阶段，这三个阶段分别对应着三个层次世界，即实体世界、目标世界和产品世界。其中，前两个阶段是为地理空间数据库的建立服务的，由它们实现实体世界向目标世界的转换；后一个阶段是为空间数据仓库的建立服务的，由它们实现目标世界向产品世界的转换。
由此可见，空间数据仓库的认知过程主要就是这14个世界模型通过这13个转换算子的转换实现三个层次世界的过程。这个认知过程指导了空间数据仓库的实现。
3认知的概念定义
3．1世界模型
实际上，这些世界模型主要是依靠具体的实体模型或数据模型描述来实现的。每个世界模型均有其描述的地理空间对象，因此这些世界模型描述的内容大不相同，必须定义出这些世界模型。
3．1．1现实世界模型
现实世界中，人们能看到一系列物质和现象，对于这些物质和现象，不管是否能叫上名字，它们都是客观存在的，并且相互之间通过它们的关系组成了自然界的千差万别。由此可见，能将现实世界中所有物质和现象集合以及它们之间的相互关系用一定的形式进行描述就是现实世界模型。
现实世界的物质和现象集合中，隐含着许多不同的地理现象类，如地质、矿产、石油、自然地理等地理现象类。地理现象类是现实世界的一个子集。由此可见，能将现实世界中所有地理现象类集合以及它们之间的相互关系用一定的形式进行描述就是地理现实世界模型。
3．1．3地理工程现实世界模型
地理现实世界的地理现象类集合中，特指一个或若干个地理现象就是地理工程现实世界，如自然地理等。地理工程现实世界是地理现实世界的一个子集。由此可见，能将地理现实世界指的地理现象以及它们之间的相互关系用一定的形式进行描述就是地理工程现实世界模型。
3．1．4地理工程概念世界模型
要用计算机来描述地理工程现实世界中的地理现象，就必须对它们进行抽象描述，形成地理现象在人们头脑中的反映，生成概念模型。由此可见，能将地理工程现实世界指的地理现象以及它们的内部关系用一定的形式进行抽象的概念描述就是地理工程概念世界模型。
3．1．5地理工程尺度世界模型
将地理现象抽象成概念模型，仅有这些还远远不够，因为现实世界中的所有地理现象均是有度量的，所以用计算机描述这些地理现象时，也必须是可度量的。度量主要包括描述地理现象的欧几里德几何坐标系和数学单位尺度。由此可见，对地理工程概念世界中的抽象地理现象进行欧几里德几何坐标系和数学单位尺度描述就是地理工程尺度世界模型。
3．1．6地理要素分类世界模型
按照GIS理论，概念中的地理现象最终都是通过多种地理要素来表达的，因此如何对地理要素进行合理的设计和划分就显得十分重要。根据ARC/INFO的分层理论，只有将这些地理要素进行分类分级，才能高效地处理它们。由此可见，对地理工程尺度世界中具有尺度度量的地理现象进行地理要素的分类分级描述就是地理要素分类世界模型。
3．1．7地理要素编码世界模型
要使计算机能识别和处理地理要素，就必须给这些地理要素进行分类分级编码，即用一串数字来表示它们，该分类分级编码就成为该地理要素在计算机中的唯一标志符，以便计算机能识别和处理。由此可见，对地理要素分类世界中具有明确分类分级定义的地理要素进行分类分级编码描述就是地理要素编码世界模型。
3．1．8地理要素几何世界模型
为了便于计算机的存储和管理，必须将地理要素细分为几何目标。地理要素几何目标包括基本目标和复合目标。基本目标按地理要素的空间特征划分为点状目标、线状目标、面状目标、体状目标和表面状目标等五种；复合目标由基本目标集合嵌套构成。由此可见，对地理要素编码世界中具有明确分类分级编码的地理要素进行几何目标的划分和描述就是地理要素几何世界模型。
3．1．9地理要素集合世界模型
因为地理要素在一定的条件下由相同或不同的点、线、面、表面和体等五类空间目标组合而成，所以在实际使用中，必须通过计算机系统把数据库中存储的基本目标、复合目标还原成地理要素。由此可见，对地理要素几何世界中具有基本目标、复合目标描述的地理要素进行数据库的几何目标集合操作就是地理要素集合世界模型。
定义9地理要素集合世界模型。设Con中地理要素点状目标、线状目标、面状目标、体状目标、表面目标集合分别表示为Po、Lo、Ao、To、So，Atr为地理要素的某一地理特征集合，则地理要素集合世界模型为Ent={e|(Po，Lo，Ao，To，So)∈Atr}。
3．1．10地理空间抽取世界模型
地理空间抽取的主要功能就是从源数据库中按地理区域范围（矩形、椭圆、多边形等）抽取出满足一定条件的不同种类的地理空间数据。由此可见，对地理要素集合世界中的地理空间数据按一定地理区域范围和地理特征进行抽取的操作描述就是地理空间抽取世界模型。
3．1．11地理空间整合世界模型
数据库中存储的地理空间数据是以图幅为单位组织的，但应用系统使用数据是无图幅概念的，是以地理区域范围为组织的。由此可见，对地理空间抽取世界中抽取出的地理空间数据进行图形裁剪、图形拼接、图形接边、图形编辑和拓扑重组等整合处理，形成以地理区域范围为组织的无缝数据集合操作就是地理空间整合世界模型。定义11地理空间整合世界模型。设Con中图形裁剪、图形拼接、图形编辑、图形接边、拓扑重组功能分别表示为Cut、Stitch、Meet、Edit和Topology，整合功能集合表示为Fun={Cut,Stitch,Meet,Edit,Topology}，则地理空间整合世界模型Pro={e|(e∈Ext,e∈Fun)}。
3．1．12地理空间统一世界模型
实现地理空间数据整合后，必须对来自不同源数据库中的地理空间数据进行统一，因为地理空间数据存在着差异。这些差异表现在如下方面，即数学基础差异、数据编码差异和数据格式差异、数据精度差异。由此可见，对地理空间整合世界中的地理空间数据进行数学基础、数据编码、数据格式、数据精度的统一操作和描述就是地理空间统一世界模型。
3．1．13地理空间产品世界模型
随着应用的深入，单纯的地理空间数据已越来越不能满足用户的需求，用户更加希望使用的是经过测绘专业处理的、经过二次加工处理的地理空间数据产品，后者在实际中具有更大的应用价值。由此可见，对地理空间统一世界中的地理空间数据进行测绘专业处理生成空间数据产品的操作就是地理空间产品世界模型。
定义13地理空间产品世界模型。设Con中单一、集成、融合、派生和关联的功能分别表示为Single、Integrate、Fuse、Derive和Relate，测绘专业处理算法集合为Fru={Single,Integrate,Fuse,Derive,Relate}，则地理空间产品世界模型Pdu={e|(e∈Uni,e∈Fru}。
3．1．14地理空间决策世界模型
建立空间数据仓库的最终目的是为空间决策支持服务，为用户提供大量的具有空间决策支持的信息，这可通过空间数据仓库中的空间数据立方体分析和空间数据挖掘分析来实现。由此可见，对地理空间产品世界中的空间数据产品进行空间数据立方体分析和空间数据挖掘分析，生成空间决策支持信息的操作和描述就是地理空间决策世界模型。
定义14地理空间决策世界模型。设Con中的空间数据立方体分析和空间数据挖掘分析分别表示为Scube、Smine，空间决策分析算法集合为Sdss={Scube,Smine}，则地理空间决策世界模型Dss={e|(e∈Pdu,e∈Sdss)}。
3．2转换算子
在空间数据仓库的认知过程中，14个世界模型的变换离不开13个转换算子，即命名、选择、抽象、度量、分层、编码、测量、聚集、提取、处理、变换、计算和分析，由它们实现每两个世界模型的转换。这些转换算子主要是依靠元数据来实现的，因为每个世界模型均有描述它的元数据，要实现两个世界模型的转换，通晓这两个世界的元数据是转换的前提。虽然这些转换算子的具体定义不同，但它们都是实现每两个世界模型的转换，从数学的定义上说就是由某个世界模型通过函数转换到另一个世界模型上，因此这些转换算子的宏观数学定义是一致的。
