例談如何利用P3D數(shù)字模型教學(xué)自然課

許辰婕

小學(xué)自然學(xué)科新課程標(biāo)準(zhǔn)指出，在課程內(nèi)容選擇、教學(xué)方式方法改革和教學(xué)評(píng)價(jià)中，要充分考慮現(xiàn)代信息技術(shù)的影響，為發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)和能力創(chuàng)造適宜的環(huán)境。由此可知，信息技術(shù)理應(yīng)成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的重要工具，從提高基本的學(xué)習(xí)效率到完成較復(fù)雜的研究任務(wù)，都可以使用信息技術(shù)，以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量和效率。于是，筆者在本學(xué)期初次嘗試將P3D數(shù)字模型運(yùn)用到三年級(jí)的自然課程教學(xué)中。

一、什么是P3D數(shù)字模型？

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科。P3D數(shù)字模型教學(xué)系統(tǒng)是利用“虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言”技術(shù)創(chuàng)建的交互式三維教學(xué)模型，能以極其逼真的高畫質(zhì)三維視覺(jué)效果呈現(xiàn)在師生面前，同時(shí)擁有強(qiáng)大的交互式教學(xué)功能，通過(guò)交互式操作，全方位多角度地觀察三維模型，使觀察者便捷、形象地了解模型，實(shí)現(xiàn)人與數(shù)字化三維模型的實(shí)時(shí)互動(dòng)。

將它應(yīng)用于自然課堂教學(xué)中，可以更清晰、靈活地講解知識(shí)點(diǎn)，幫助教師解說(shuō)復(fù)雜的教學(xué)知識(shí)，并借助3D動(dòng)畫介紹奇妙的科學(xué)現(xiàn)象，有效地促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)的思維能力，增強(qiáng)學(xué)生的專注和參與程度，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，為學(xué)生和教師創(chuàng)造一種感性認(rèn)知科學(xué)知識(shí)的有利條件。

二、P3D數(shù)字模型的主要功能介紹

P3D虛擬現(xiàn)實(shí)交互式三維技術(shù)在基礎(chǔ)教育教學(xué)的應(yīng)用中，涵蓋了生命科學(xué)、微觀生物、動(dòng)物、植物、地理、化學(xué)等學(xué)科。P3D教學(xué)模型提供中文菜單，可快速定位模型的具體部位，可任意進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，可靈活縮小、放大和拖拽移動(dòng)。同時(shí)該模型還能提供透視功能，在教學(xué)中能幫助教師講解內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在P3D教學(xué)模型中，可用多種顏色及粗細(xì)程度不同的筆進(jìn)行標(biāo)注，可通過(guò)鍵盤輸入文字標(biāo)注，可使用橡皮擦清除部分標(biāo)注或整體清除標(biāo)注，可保存及打印圖片。

同時(shí)，學(xué)生還可以利用P3D簡(jiǎn)便的繪圖工具，直接在圖像和視頻上自如涂寫，并能夠編輯保存成圖片形式，以便彰顯個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，充分提高學(xué)生的探究能力，體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

不僅如此，教師還能利用P3D教學(xué)模型制作配套的3D視頻，表現(xiàn)自然科學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，進(jìn)行演示和探索教學(xué)，為學(xué)生提供一種可供體驗(yàn)和觀測(cè)的環(huán)境，并改變學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)方式。

三、P3D數(shù)字模型如何突破教學(xué)難點(diǎn)？

自然教材中，教學(xué)內(nèi)容有時(shí)受時(shí)空限制，對(duì)于語(yǔ)言文字所描述的許多形象，學(xué)生無(wú)法親身體會(huì)、耳聞目睹，故可以借助已有的表象進(jìn)行想象，體會(huì)語(yǔ)言文字、圖片描述的情景，從而突破教學(xué)難點(diǎn)。

如“呼吸”一課，呼吸運(yùn)動(dòng)是本課的教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生對(duì)“呼氣或吸氣時(shí)，肺的變化和膈的運(yùn)動(dòng)方向”的理解比較困難。那么，教師如何解決這一教學(xué)難點(diǎn)呢？傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師往往會(huì)操作一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)（略）來(lái)讓學(xué)生理解這個(gè)問(wèn)題，需要準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，并且很難使每個(gè)學(xué)生都能清晰觀察。筆者運(yùn)用了3D動(dòng)畫《呼吸運(yùn)動(dòng)》來(lái)展開教學(xué)。該動(dòng)畫通過(guò)演示三次呼吸運(yùn)動(dòng)（兩次正常速度放映，一次慢速放映），真實(shí)呈現(xiàn)了人體呼吸時(shí)肺的變化和膈的運(yùn)動(dòng)方向，讓學(xué)生直觀地形象具體地理解科學(xué)知識(shí)，極大地加深了他們對(duì)知識(shí)的記憶，提高了學(xué)習(xí)的專注和參與程度。

學(xué)生通過(guò)反復(fù)觀看該動(dòng)畫，正確描述出：呼氣時(shí)，人的肺容積變小，膈上升；吸氣時(shí)，肺容積變大，膈下降?？梢?jiàn)，3D動(dòng)畫既節(jié)省了人力和物力，又為每一位學(xué)生提供了具有真實(shí)畫面感的學(xué)習(xí)資料；既幫助教師解說(shuō)了復(fù)雜的教學(xué)知識(shí)，又為學(xué)生提供了一種可觀察的生動(dòng)的環(huán)境，并改變了學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)方式。它打破了時(shí)空的限制，濃縮了更多表象，為想象打下了基礎(chǔ)，且優(yōu)化了想象的過(guò)程。同時(shí)3D動(dòng)畫的介入，可使抽象事物具體化，達(dá)到變難為易、化繁為簡(jiǎn)的目的，使學(xué)生愿意學(xué)、有興趣學(xué)。

四、利用P3D數(shù)字模型讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)

人體是學(xué)生既熟悉又陌生的大自然造物，但人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)究竟是怎樣的？人的各個(gè)器官長(zhǎng)成什么樣？器官內(nèi)部又是什么樣的呢？學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題充滿了好奇。以往教師在進(jìn)行人體內(nèi)部器官相關(guān)知識(shí)教學(xué)時(shí)，只能運(yùn)用平面圖或視頻等素材為學(xué)生講解。這樣的教學(xué)資源和手段，相對(duì)于P3D有其局限性。P3D數(shù)字模型則通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，更好地表現(xiàn)自然科學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，以演示來(lái)探索教學(xué)。

該模型提供的虛擬現(xiàn)實(shí)三維圖像，以三個(gè)獨(dú)立并重疊的圖層為組成元素（肌肉、骨骼和內(nèi)臟），可以靈活地進(jìn)行組合展示。通過(guò)精細(xì)的三維圖像和視頻展現(xiàn)不同的生理過(guò)程，從而對(duì)人體進(jìn)行全面深入的探究。課堂上，學(xué)生在P3D數(shù)字模型上，通過(guò)放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、透視，多角度地觀察精細(xì)的三維圖像所展現(xiàn)的身體不同部位，對(duì)人體進(jìn)行全面深入的探究，了解人體內(nèi)部重要器官的構(gòu)造，完成一次引人人勝的人體內(nèi)部旅行。

在結(jié)束人體內(nèi)部旅行后，學(xué)生便產(chǎn)生了疑問(wèn)：究竟哪些才是人體的呼吸器官呢？于是，教師適時(shí)為學(xué)生提供由P3D數(shù)字模型制作的微課《人體的呼吸系統(tǒng)》，為學(xué)生解答了自主學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的疑惑：究竟人體中有哪些呼吸器官？學(xué)生通過(guò)觀看微課，認(rèn)識(shí)了人體呼吸器官的名稱，以及這些器官在人體內(nèi)部的位置。接著，教師再通過(guò)“拼補(bǔ)器官缺失圖”活動(dòng)，鞏固“人體呼吸器官的名稱和位置”的知識(shí)，并幫助學(xué)生直觀、形象地掌握本課時(shí)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。不僅如此，教師還運(yùn)用全息投影技術(shù)，將P3D數(shù)字人體模型投射到學(xué)生的身上，產(chǎn)生真實(shí)的人體內(nèi)部器官影像，從而使學(xué)生“現(xiàn)身說(shuō)法”地認(rèn)識(shí)到這些器官在人體中的位置，讓學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)?？梢?jiàn)，P3D模型能夠?qū)⒒逎目茖W(xué)話題表現(xiàn)得易于解釋，有力地推動(dòng)了學(xué)生的探究性和自主性學(xué)習(xí)進(jìn)程。

P3D數(shù)字模型作為促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工具，運(yùn)用到自然課程的教學(xué)，能使自然課堂教學(xué)更形象生動(dòng)，更富感染力。實(shí)踐證明，P3D數(shù)字模型在自然課上的運(yùn)用，使學(xué)生在整個(gè)自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，身臨其境，如見(jiàn)其人，如做其事。學(xué)生由直觀到抽象、由感性到理性地認(rèn)識(shí)事物，能夠選擇自己所需要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這個(gè)過(guò)程激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

總而言之，新課程要求學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的主體，使課堂教學(xué)的重心從教師轉(zhuǎn)向?qū)W生。那么，P3D數(shù)字模型與課程資源相互融合，就為新型教學(xué)提供了一個(gè)理想的教學(xué)環(huán)境，充分體現(xiàn)了教與學(xué)過(guò)程中的“知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀”三個(gè)層面的價(jià)值取向。它給教師和學(xué)生提供了具有拓展性、探究性、互動(dòng)性的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高了學(xué)生掌握知識(shí)的效度，以達(dá)到優(yōu)化教學(xué)的目的，滿足了不同認(rèn)知水平學(xué)習(xí)者的現(xiàn)實(shí)需求，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主探究能力得到了加強(qiáng)。

（編輯 劉澤剛）