初中生物學(xué)教學(xué)三維工具軟件應(yīng)用

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摘要：生物教學(xué)軟件在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中不多，本文介紹幾款三維工具軟件，如易加學(xué)科工具、人體解剖學(xué)圖譜APP等，結(jié)合三維工具軟件與自身實(shí)際教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，給大家提供參考，以豐富生物學(xué)教學(xué)手段，并以此希望提高學(xué)生對(duì)生物課的興趣和參與度。

關(guān)鍵詞：三維工具軟件；易加學(xué)科工具；人體解剖學(xué)圖譜APP

一、易加學(xué)科工具中三維工具的應(yīng)用

易加學(xué)科工具是江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)教育局重點(diǎn)采購(gòu)的滿足教師常態(tài)備課與教學(xué)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(mén)戶網(wǎng)站點(diǎn)擊“易加學(xué)科工具”，用自己的易加賬號(hào)登錄即可應(yīng)用“易加學(xué)科工具”。相比于傳統(tǒng)的PPT軟件，“易加學(xué)科工具”的優(yōu)勢(shì)在于有大量的同步實(shí)驗(yàn)資源和三維工具資源，通過(guò)三維模型的建構(gòu)等手段，把肉眼看不到的細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)清晰地展示出來(lái)，對(duì)平時(shí)的重難點(diǎn)內(nèi)容有了顯著的突破，大大增加了學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解能力。[1-2]打開(kāi)“易加學(xué)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(diǎn)擊之后，會(huì)出現(xiàn)選擇界面(圖2)，這里面包含了中學(xué)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(biāo)工具。以蘇科版生物學(xué)七年級(jí)下冊(cè)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(diǎn)就是需要觀察植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)比較得出植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞的異同點(diǎn)，往常我們通常展示兩幅圖，通過(guò)觀察，引導(dǎo)學(xué)生找出相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而得出細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)。但是應(yīng)用易加平臺(tái)三維工具，植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞會(huì)顯得更加真實(shí)、形象，同時(shí)也會(huì)激發(fā)學(xué)生興趣，以此培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。通過(guò)三維模型，我們可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是植物細(xì)胞(圖3)和動(dòng)物細(xì)胞(圖4)，細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)都包括細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。除此之外，我們還能發(fā)現(xiàn)它們之間的不同點(diǎn)：植物細(xì)胞還有與光合作用有關(guān)的葉綠體；在細(xì)胞質(zhì)中有一個(gè)水泡似的結(jié)構(gòu)，叫做液泡，液泡內(nèi)充滿細(xì)胞液；在植物細(xì)胞的細(xì)胞膜外面還具有堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，起保護(hù)和支持細(xì)胞的作用。細(xì)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(xì)胞的各項(xiàng)生命活動(dòng)。三維工具還支持從不同角度對(duì)細(xì)胞進(jìn)行觀察，通過(guò)拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放屏幕，就可以實(shí)現(xiàn)。圖5是將植物細(xì)胞的細(xì)胞核放大，穿過(guò)核膜進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)部，看到了核仁結(jié)構(gòu)。本節(jié)課中還有一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)：病毒。目前生物學(xué)對(duì)病毒的定義是：病毒也屬于生物，但是不具備細(xì)胞結(jié)構(gòu)，因此這是一種不具備細(xì)胞結(jié)構(gòu)的特殊生物。通過(guò)前面對(duì)植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞的觀察，學(xué)生歸納出細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)：細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核。通過(guò)對(duì)病毒的觀察，以及和動(dòng)植物細(xì)胞的比較，比較容易能夠得出病毒沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的結(jié)論。在易加學(xué)科工具中，也有病毒的三維結(jié)構(gòu)模型，并且種類(lèi)豐富，各種常見(jiàn)的病毒都有(圖7)。綜上所述，通過(guò)對(duì)比植物細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞、病毒的三維結(jié)構(gòu)模型，學(xué)生了解它們之間的異同點(diǎn)，從而得出結(jié)論：除了病毒等生物以外，生物體都是由細(xì)胞構(gòu)成的，細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。

二、人體解剖學(xué)圖譜APP中三維工具的應(yīng)用

此APP是蘋(píng)果平臺(tái)上的應(yīng)用，安卓平臺(tái)也有類(lèi)似的APP，用法大致相同，本文以前者為主。下載軟件之后，打開(kāi)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(diǎn)開(kāi)即可。這里以蘇科版生物學(xué)八年級(jí)上冊(cè)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(yùn)輸”為例，通過(guò)這節(jié)課，簡(jiǎn)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(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)墓艿朗茄?，血管?nèi)流動(dòng)著血液，而血液運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力靠的就是心臟，因此心臟是本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)心臟的觀察也顯得尤為重要。以往在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，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(jìn)行教學(xué)，但采用此軟件進(jìn)行教學(xué)，則方式就變得多樣化了，也更有助于學(xué)生的理解。在觀察心臟在人體的位置時(shí)，打開(kāi)APP，找到循環(huán)系統(tǒng)，并點(diǎn)開(kāi)AR，此時(shí)界面會(huì)出現(xiàn)虛擬人的影像，并在其中找到心臟，如圖8所示。為了讓班級(jí)所有學(xué)生都能一目了然，可將手機(jī)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(shí)教師就可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)虛擬人，讓學(xué)生明確心臟的大小、位置、形態(tài)，辨認(rèn)心臟的上下左右等。這種方式比傳統(tǒng)的圖文教學(xué)顯得更加立體直觀，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)，可從不同的角度進(jìn)行觀察，讓學(xué)生從傳統(tǒng)的觀察圖片轉(zhuǎn)變到對(duì)立體圖像的探索，從教學(xué)效果上來(lái)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(diǎn)，就是辨認(rèn)與心臟四個(gè)腔相連的血管，以往在學(xué)習(xí)這部分的過(guò)程中，往往會(huì)有很多的困難，部分學(xué)校開(kāi)展豬心解剖實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)難度大，市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的豬心結(jié)構(gòu)不完整，血管往往有缺失，實(shí)驗(yàn)效果大打折扣，因此大部分學(xué)校不開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法做到真正理解。但是通過(guò)AR技術(shù)，也許可以給大家打開(kāi)思路：首先用該軟件打開(kāi)心臟三維模型，并且放大。第二步，嘗試拿著手機(jī)進(jìn)行走動(dòng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)我們可以進(jìn)入心臟內(nèi)部，看到里面的結(jié)構(gòu)。接下來(lái)的事情就變得比較簡(jiǎn)單了，進(jìn)去之后，可觀察到心臟的四個(gè)腔、心壁肌肉的厚薄程度均一目了然，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)脈，左心房連接肺靜脈，右心室連接肺動(dòng)脈，右心房連接上下腔靜脈。同時(shí)，心房與心室之間的房室瓣、心室與動(dòng)脈之間的動(dòng)脈瓣都可以找到(圖10，圖11)。通過(guò)這樣的心臟三維模型，把原來(lái)書(shū)本上枯燥的知識(shí)點(diǎn)。轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿魇降挠螒?，寓教于?lè)，學(xué)生在探索過(guò)程中，既獲得了知識(shí)，也提升了對(duì)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(gòu)?fù)暾呢i心，通過(guò)解剖實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)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(xué)手段確實(shí)大大增加了課堂的靈動(dòng)性，但生物課的真實(shí)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(shí)際操作過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。比如卡頓、屏幕抖動(dòng)等。引起卡頓的原因主要有兩個(gè)：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(jí)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(méi)有網(wǎng)絡(luò)，可通過(guò)手機(jī)發(fā)射熱點(diǎn)來(lái)解決；屏幕抖動(dòng)的原因主要是老師操作問(wèn)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(diǎn)等情況，從而浪費(fèi)教學(xué)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

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作者：張亮 單位：西安交通大學(xué)蘇州附屬初級(jí)中學(xué)