“3D body”人體地圖在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

邱乙偉

(江蘇省南京市紅山初級(jí)中學(xué) 南京 210028)

“3D body”即“三維人體”，是一款3D交互解剖教育軟件平臺(tái)。它不同于普通的圖片拼接技術(shù)，是以人體的CTMRI掃描數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的男、女共兩套全三維的數(shù)字模型，每套有5 000多個(gè)人體結(jié)構(gòu)，是目前國內(nèi)外最完整、最全面的解剖學(xué)、穴位學(xué)免費(fèi)數(shù)據(jù)庫。它涵蓋了人體所有系統(tǒng)，包括系統(tǒng)解剖和局部解剖。同時(shí)，提供了呼吸動(dòng)畫、中西醫(yī)口訣和關(guān)節(jié)動(dòng)畫等信息。它不僅數(shù)據(jù)詳實(shí)，而且交互操作功能強(qiáng)大。通過實(shí)時(shí)三維操作，可為有關(guān)人體相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)提供豐富素材。

1 “3D body”的下載與安裝

“3D body”可以在手機(jī)、平板電腦、電腦、三維互動(dòng)VR體驗(yàn)系統(tǒng)和激光立體成像虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)等設(shè)備上輕松安裝，快速體驗(yàn)。本文推薦使用智能手機(jī)或平板電腦(iOS或Android系統(tǒng)均可)在應(yīng)用商店搜索“3D body”，免費(fèi)下載并安裝。進(jìn)入平臺(tái)后，目前無需注冊(cè)即可免費(fèi)使用8個(gè)模塊，需注冊(cè)會(huì)員非免費(fèi)有10個(gè)模塊。本文以永久免費(fèi)“解剖”模塊使用為例(表1)，介紹“3D body”在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

表1 “3D body”平臺(tái)功能模塊

2 “3D body”在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》將“生物圈中的人”列為10個(gè)一級(jí)主題之一，并認(rèn)為： 人體結(jié)構(gòu)和生理的知識(shí)對(duì)學(xué)生理解人體結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的關(guān)系、人的各種生命活動(dòng)以及自覺養(yǎng)成衛(wèi)生習(xí)慣具有重要作用[1]。由此可見，使學(xué)生對(duì)人體自身充分的認(rèn)知和了解是生物學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)之一。而“3D body”的出現(xiàn)，給生物學(xué)帶來了人體教學(xué)革命，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 截圖功能豐富了人體教學(xué)備課資源 蘇教版初中生物學(xué)教學(xué)參考書七年級(jí)(下)在教學(xué)資源(以下簡稱： 參考書)中建議： 每一課時(shí)教師都要準(zhǔn)備相關(guān)掛圖、投影片和視頻[2]。可見多媒體教學(xué)資源對(duì)輔助教學(xué)效率提升的重要性。如果課堂教學(xué)直接以教師講解方式為主，講課內(nèi)容會(huì)枯燥無味，學(xué)生也無興趣，教學(xué)效果一般。

例如，在蘇教版初中生物學(xué)教材七年級(jí)(下)“精卵結(jié)合孕育新的生命”一節(jié)(以下簡稱： 教材)教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)要求： 概述男女生殖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，說明睪丸和卵巢分別是男性和女性的主要生殖器官[3]。這就需要教師為學(xué)生提供清晰、可直觀地觀察女性或男性生殖系統(tǒng)的器官形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖片資源，進(jìn)而學(xué)生才能更輕松地理解各生殖器官的功能。應(yīng)用“3D body”解剖平臺(tái)，教師只要利用平臺(tái)中的“截圖功能”便可獲取男女生殖器官、生殖系統(tǒng)任何部位清晰的三維圖片，人體生殖系統(tǒng)教學(xué)備課資源獲取較輕松便捷，能有效地提高教師備課效率。

2.2 三維立體使人體教學(xué)變得更直觀、更有趣 課標(biāo)中針對(duì)“生物圈中的人”的教學(xué)內(nèi)容指出，教師在教學(xué)中要幫助學(xué)生形成以下的重要概念： 消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等系統(tǒng)各自的器官組成、分布和功能[1]?！?D body”不僅可以提供清晰的圖片供學(xué)生觀察，學(xué)生還可以動(dòng)手自主地操作體驗(yàn)： 通過對(duì)“三維立體模型”的旋轉(zhuǎn)、放大或縮小，可自主、自由地選擇“整體到局部”或“局部到整體”，來回隨機(jī)自主切換，從任意角度清晰、直觀地觀察各系統(tǒng)。

例如，在教材的“人體的血液循環(huán)”一節(jié)教學(xué)中，在講述人體三種血管： 動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管的分布、特征及功能時(shí)，教師可提供硬件設(shè)備，學(xué)生通過操作和觀察“3D body”三維解剖模型，對(duì)人體血管類型、血管分布、血管與心臟連接方式、動(dòng)脈大多分布在較深處和靜脈分布位置等基本知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)有了更為直觀的觀察和體驗(yàn)。再進(jìn)一步結(jié)合教材[3]、人體模型等素材，對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥和簡單的軟件操作指導(dǎo)，就達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

2.3 交互操作實(shí)現(xiàn)對(duì)人體多器官系統(tǒng)虛擬解剖 人體解剖實(shí)驗(yàn)多數(shù)在醫(yī)學(xué)類院校開設(shè)，并且開設(shè)成本較高，限于資金、資源配置和實(shí)驗(yàn)成本等諸多客觀因素，在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中開設(shè)人體解剖實(shí)驗(yàn)幾乎沒有可能。“3D body”的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體更多器官系統(tǒng)更全面的虛擬解剖，并且軟件的交互操作功能更強(qiáng)大，革新了教師的教和學(xué)生的學(xué)。

例如，在“人體的血液循環(huán)”一節(jié)觀察“心臟結(jié)構(gòu)”的實(shí)驗(yàn)中，建議以豬、羊或兔的心臟作為實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)際教學(xué)中是較難堅(jiān)持實(shí)踐的[3]。利用“3D body”提供的“手術(shù)刀”功能，只要選定人體心臟，一步步“解剖”出心臟的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖1)，學(xué)生就可直觀準(zhǔn)確地觀察人體心臟各腔室及其與血管之間的連接情況。其他器官的“解剖”情況類似，操作簡便快捷，操作錯(cuò)誤也可返回重新操作，給予學(xué)生試錯(cuò)的機(jī)會(huì)。又如，人體“眼”的結(jié)構(gòu)解剖觀察，使教學(xué)不再只停留于教材上的圖片，學(xué)生可在三維立體環(huán)境中，從各個(gè)角度全方位地觀察并解剖眼球(圖2)。

圖1 人體心臟三維結(jié)構(gòu)

圖2 人體眼球三維結(jié)構(gòu)

2.4 拓寬學(xué)習(xí)內(nèi)容、拓展學(xué)習(xí)時(shí)間 “3D body”的引入能有效地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探知人體奧秘的興趣。目前平臺(tái)有8個(gè)模塊(表1)是免費(fèi)使用的，人體解剖模塊又是永久免費(fèi)使用的，這就為學(xué)生課前自主預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)自學(xué)提供了便利。學(xué)生還可通過平臺(tái)進(jìn)行交流互動(dòng)、與醫(yī)學(xué)專家零距離接觸等學(xué)習(xí)方式，有效地拓寬了學(xué)習(xí)內(nèi)容、拓展了學(xué)習(xí)時(shí)間，提高了學(xué)習(xí)效率。

例如，在教材的“消化系統(tǒng)的組成”一節(jié)教學(xué)中，多數(shù)消化道和消化腺器官是按照一定的次序緊密排列、堆疊在腹腔中。這樣，不利于直觀觀察各器官的準(zhǔn)確位置和器官之間的毗鄰關(guān)系?！?D body”提供了器官或結(jié)構(gòu)的透明、隱藏等交互操作功能，在解剖模塊中，學(xué)生可任意選定某一系統(tǒng)或器官進(jìn)行觀察，也可任意選定多系統(tǒng)聯(lián)合觀察，還可獲得相關(guān)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的文字介紹。無論教師還是學(xué)生都能夠非常直觀地、準(zhǔn)確地掌握和理解人體各器官的位置、毗鄰及層次關(guān)系等。

這為學(xué)生和教師課前或課后自主、深入地了解人體，拓寬學(xué)習(xí)內(nèi)容和時(shí)間提供了有利的條件。

當(dāng)然，“3D body”平臺(tái)該如何更好地為教學(xué)服務(wù)，提升教學(xué)的效率，還有待于教師的進(jìn)一步開發(fā)、探索和實(shí)踐。