初中生物學教學三維工具軟件應用
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摘要：生物教學軟件在實際教學應用中不多，本文介紹幾款三維工具軟件，如易加學科工具、人體解剖學圖譜APP等，結合三維工具軟件與自身實際教學的經驗，給大家提供參考，以豐富生物學教學手段，并以此希望提高學生對生物課的興趣和參與度。
一、易加學科工具中三維工具的應用
易加學科工具是江蘇省蘇州工業園區教育局重點采購的滿足教師常態備課與教學的工具和資源。目前已經完成了全面部署，園區教師在教育門戶網站點擊“易加學科工具”，用自己的易加賬號登錄即可應用“易加學科工具”。相比于傳統的PPT軟件，“易加學科工具”的優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等手段，把肉眼看不到的細胞、組織、器官、系統等結構清晰地展示出來，對平時的重難點內容有了顯著的突破，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]打開“易加學科工具”，界面如圖1所示，在導航欄中，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，會出現選擇界面(圖2)，這里面包含了中學生物課堂中的大部分內容，經典的生物結構應有盡有，可根據自己上課所需要的內容，篩選出相應的目標工具。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構”第1節“生物體的基本結構”為例，在本節課中，重點就是需要觀察植物細胞和動物細胞的結構，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，引導學生找出相同點和不同點，從而得出細胞的基本結構。但是應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，同時也會激發學生興趣，以此培養學生的生物科學素養。通過三維模型，我們可以發現，無論是植物細胞(圖3)和動物細胞(圖4)，細胞的基本結構都包括細胞膜、細胞質和細胞核。除此之外，我們還能發現它們之間的不同點：植物細胞還有與光合作用有關的葉綠體；在細胞質中有一個水泡似的結構，叫做液泡，液泡內充滿細胞液；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。細胞的各種結構具有各自不同的功能，它們協調配合，共同完成細胞的各項生命活動。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、縮放屏幕，就可以實現。圖5是將植物細胞的細胞核放大，穿過核膜進入細胞核內部，看到了核仁結構。本節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，但是不具備細胞結構，因此這是一種不具備細胞結構的特殊生物。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構：細胞膜、細胞質、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構的結論。在易加學科工具中，也有病毒的三維結構模型，并且種類豐富，各種常見的病毒都有(圖7)。綜上所述，通過對比植物細胞、動物細胞、病毒的三維結構模型，學生了解它們之間的異同點，從而得出結論：除了病毒等生物以外，生物體都是由細胞構成的，細胞是生物體結構和功能的基本單位。
二、人體解剖學圖譜APP中三維工具的應用
此APP是蘋果平臺上的應用，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，打開則能看到導航欄，內含人體的八大系統，找到自己所需的內容，點開即可。這里以蘇科版生物學八年級上冊第15章“人體內平衡的維持”第1節“人體內物質的運輸”為例，通過這節課，簡要介紹該軟件的用法。本節課講的是物質在人體內運輸，運輸的管道是血管，血管內流動著血液，而血液運輸的動力靠的就是心臟，因此心臟是本節課的重點內容，對心臟的觀察也顯得尤為重要。以往在學習這部分內容時，教師往往采用一幅心臟結構示意圖，或者是結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，找到循環系統，并點開AR，此時界面會出現虛擬人的影像，并在其中找到心臟，如圖8所示。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動虛擬人，讓學生明確心臟的大小、位置、形態，辨認心臟的上下左右等。這種方式比傳統的圖文教學顯得更加立體直觀，通過轉動，可從不同的角度進行觀察，讓學生從傳統的觀察圖片轉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)。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構不完整，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，導致學生無法做到真正理解。但是通過AR技術，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，會發現我們可以進入心臟內部，看到里面的結構。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)。通過這樣的心臟三維模型，把原來書本上枯燥的知識點。轉變為探索式的游戲，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。在整節課中，還是建議去市面上訂購完整的豬心，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：一是網絡本身不流暢，二是同屏軟件本身的質量。老師上課之前，需要在上課的班級反復試用，找到最合適的網絡連接以及同屏軟件，若沒有網絡，可通過手機發射熱點來解決；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，避免在課堂上出現誤點等情況，從而浪費教學時間。
參考文獻：
[1]康順.VisibleBody在線教程在生物學教學中的應用[J].生物學教學，2019(3):27-28.
[2]胡凌云，王亞青.基于E+互動平臺下的學科融合模式探索[J].地理教學，2018(2):23-26.
作者：張亮 單位：西安交通大學蘇州附屬初級中學
