三維工具軟件在初中生物學教學中的應(yīng)用

張 亮

（西安交通大學蘇州附屬初級中學 江蘇蘇州 215000）

一、易加學科工具中三維工具的應(yīng)用

易加學科工具是江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)教育局重點采購的滿足教師常態(tài)備課與教學的工具和資源。目前已經(jīng)完成了全面部署，園區(qū)教師在教育門戶網(wǎng)站點擊“易加學科工具”，用自己的易加賬號登錄即可應(yīng)用“易加學科工具”。相比于傳統(tǒng)的PPT 軟件，“易加學科工具”的優(yōu)勢在于有大量的同步實驗資源和三維工具資源，通過三維模型的建構(gòu)等手段，把肉眼看不到的細胞、組織、器官、系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)清晰地展示出來，對平時的重難點內(nèi)容有了顯著的突破，大大增加了學生的興趣，提高了學生對知識點的理解能力。[1-2]

圖1

打開“易加學科工具”，界面如圖1 所示，在導(dǎo)航欄中，有很多工具供備課使用，在這其中，可迅速找到三維工具一欄。

點擊之后，會出現(xiàn)選擇界面(圖2)，這里面包含了中學生物課堂中的大部分內(nèi)容，經(jīng)典的生物結(jié)構(gòu)應(yīng)有盡有，可根據(jù)自己上課所需要的內(nèi)容，篩選出相應(yīng)的目標工具。

圖2

以蘇科版生物學七年級下冊第8 章“生物體有相同的基本結(jié)構(gòu)”第1 節(jié)“生物體的基本結(jié)構(gòu)”為例，在本節(jié)課中，重點就是需要觀察植物細胞和動物細胞的結(jié)構(gòu)，并通過比較得出植物細胞和動物細胞的異同點，往常我們通常展示兩幅圖，通過觀察，引導(dǎo)學生找出相同點和不同點，從而得出細胞的基本結(jié)構(gòu)。但是應(yīng)用易加平臺三維工具，植物細胞和動物細胞會顯得更加真實、形象，同時也會激發(fā)學生興趣，以此培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)。

通過三維模型，我們可以發(fā)現(xiàn)，無論是植物細胞(圖3)和動物細胞(圖4)，細胞的基本結(jié)構(gòu)都包括細胞膜、細胞質(zhì)和細胞核。除此之外，我們還能發(fā)現(xiàn)它們之間的不同點：植物細胞還有與光合作用有關(guān)的葉綠體；在細胞質(zhì)中有一個水泡似的結(jié)構(gòu)，叫做液泡，液泡內(nèi)充滿細胞液；在植物細胞的細胞膜外面還具有堅韌的細胞壁，起保護和支持細胞的作用。細胞的各種結(jié)構(gòu)具有各自不同的功能，它們協(xié)調(diào)配合，共同完成細胞的各項生命活動。

圖3 植物細胞

圖4 動物細胞

三維工具還支持從不同角度對細胞進行觀察，通過拖動、旋轉(zhuǎn)、縮放屏幕，就可以實現(xiàn)。

圖5 是將植物細胞的細胞核放大，穿過核膜進入細胞核內(nèi)部，看到了核仁結(jié)構(gòu)。

圖5

圖6 是通過放大植物細胞，拉近焦距可觀察到里面的葉綠體，內(nèi)部的類囊體也一目了然。

圖6

本節(jié)課中還有一個重要知識點：病毒。目前生物學對病毒的定義是：病毒也屬于生物，但是不具備細胞結(jié)構(gòu)，因此這是一種不具備細胞結(jié)構(gòu)的特殊生物。通過前面對植物細胞和動物細胞的觀察，學生歸納出細胞的基本結(jié)構(gòu)：細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核。通過對病毒的觀察，以及和動植物細胞的比較，比較容易能夠得出病毒沒有細胞結(jié)構(gòu)的結(jié)論。在易加學科工具中，也有病毒的三維結(jié)構(gòu)模型，并且種類豐富，各種常見的病毒都有(圖7)。

圖7

綜上所述，通過對比植物細胞、動物細胞、病毒的三維結(jié)構(gòu)模型，學生了解它們之間的異同點，從而得出結(jié)論：除了病毒等生物以外，生物體都是由細胞構(gòu)成的，細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。

二、人體解剖學圖譜APP中三維工具的應(yīng)用

此APP 是蘋果平臺上的應(yīng)用，安卓平臺也有類似的APP，用法大致相同，本文以前者為主。

下載軟件之后，打開則能看到導(dǎo)航欄，內(nèi)含人體的八大系統(tǒng)，找到自己所需的內(nèi)容，點開即可。這里以蘇科版生物學八年級上冊第15 章“人體內(nèi)平衡的維持”第1 節(jié)“人體內(nèi)物質(zhì)的運輸”為例，通過這節(jié)課，簡要介紹該軟件的用法。

本節(jié)課講的是物質(zhì)在人體內(nèi)運輸，運輸?shù)墓艿朗茄?，血管?nèi)流動著血液，而血液運輸?shù)膭恿康木褪切呐K，因此心臟是本節(jié)課的重點內(nèi)容，對心臟的觀察也顯得尤為重要。以往在學習這部分內(nèi)容時，教師往往采用一幅心臟結(jié)構(gòu)示意圖，或者是結(jié)合心臟模型進行教學，但采用此軟件進行教學，則方式就變得多樣化了，也更有助于學生的理解。

在觀察心臟在人體的位置時，打開APP，找到循環(huán)系統(tǒng)，并點開AR ，此時界面會出現(xiàn)虛擬人的影像，并在其中找到心臟，如圖8 所示。

圖8

為了讓班級所有學生都能一目了然，可將手機與教室電子屏相連，此處可用的軟件較多，比如希沃教師助手等，都能夠做到同屏，此時教師就可以隨意轉(zhuǎn)動虛擬人，讓學生明確心臟的大小、位置、形態(tài)，辨認心臟的上下左右等。這種方式比傳統(tǒng)的圖文教學顯得更加立體直觀，通過轉(zhuǎn)動，可從不同的角度進行觀察，讓學生從傳統(tǒng)的觀察圖片轉(zhuǎn)變到對立體圖像的探索，從教學效果上來看是有顯著提升的，下圖為連接到電子屏之后的效果圖展示(圖9)。

圖9

在本章后面還有一大難點，就是辨認與心臟四個腔相連的血管，以往在學習這部分的過程中，往往會有很多的困難，部分學校開展豬心解剖實驗，但實驗難度大，市場上購買的豬心結(jié)構(gòu)不完整，血管往往有缺失，實驗效果大打折扣，因此大部分學校不開展實驗，導(dǎo)致學生無法做到真正理解。但是通過AR 技術(shù)，也許可以給大家打開思路：首先用該軟件打開心臟三維模型，并且放大。第二步，嘗試拿著手機進行走動，會發(fā)現(xiàn)我們可以進入心臟內(nèi)部，看到里面的結(jié)構(gòu)。接下來的事情就變得比較簡單了，進去之后，可觀察到心臟的四個腔、心壁肌肉的厚薄程度均一目了然，通過轉(zhuǎn)動不同角度，可找到與心臟四腔相連通的血管：左心室連接主動脈，左心房連接肺靜脈，右心室連接肺動脈，右心房連接上下腔靜脈。同時，心房與心室之間的房室瓣、心室與動脈之間的動脈瓣都可以找到(圖10，圖11)。

圖10

圖11

通過這樣的心臟三維模型，把原來書本上枯燥的知識點。轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿魇降挠螒?，寓教于樂，學生在探索過程中，既獲得了知識，也提升了對生物課的興趣程度和參與度。在整節(jié)課中，還是建議去市面上訂購?fù)暾呢i心，通過解剖實驗，讓學生了解真正的心臟是什么樣子，真正的心腔和血管之間又是如何連接的，心臟三維模型畢竟只是虛擬，作為輔助教學手段確實大大增加了課堂的靈動性，但生物課的真實感也是必不可少的一部分，建議兩者相互結(jié)合，則能取得更好的效果。

在三維模型實際操作過程中，可能會出現(xiàn)一些問題。比如卡頓、屏幕抖動等。引起卡頓的原因主要有兩個：一是網(wǎng)絡(luò)本身不流暢，二是同屏軟件本身的質(zhì)量。老師上課之前，需要在上課的班級反復(fù)試用，找到最合適的網(wǎng)絡(luò)連接以及同屏軟件，若沒有網(wǎng)絡(luò)，可通過手機發(fā)射熱點來解決；屏幕抖動的原因主要是老師操作問題，建議上課之前，熟練掌握該軟件的操作方法，避免在課堂上出現(xiàn)誤點等情況，從而浪費教學時間。