羅曉彤

摘 要：信息時(shí)代、信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的融合日益緊密。作為信息時(shí)代的學(xué)生，更適應(yīng)于現(xiàn)代化的教學(xué)形式。高中生物知識(shí)抽象且復(fù)雜，教師們往往會(huì)使用概念圖、平面圖、GIF動(dòng)畫模型、物理靜態(tài)模型等輔助學(xué)生理解抽象生物知識(shí)，但不能立體、直觀地展示生物學(xué)科的奇妙，實(shí)際運(yùn)用效果并不理想。而虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用，使教師能夠以更具象、動(dòng)態(tài)、逼真的形式，呈現(xiàn)宏觀與微觀的生物世界，展現(xiàn)生命現(xiàn)象與生命規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生生物核心素養(yǎng)的提升。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)例，探討了在高中生物教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的具體策略，以期為廣大教師提供教學(xué)新思路。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；3D動(dòng)態(tài)模型；高中生物；應(yīng)用策略

隨著教育改革的深化，高中生物教師應(yīng)樹立新的質(zhì)量觀與教學(xué)觀，推動(dòng)學(xué)科教學(xué)的信息化發(fā)展，創(chuàng)造性地引入云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段，構(gòu)建智能化、高效化的生物課堂，提高生物教學(xué)質(zhì)量。新課標(biāo)也指出，高中生物學(xué)教學(xué)應(yīng)靈活利用互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等手段開展虛擬實(shí)驗(yàn)。由此，許多一線教師開始嘗試在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，以生動(dòng)、逼真的形式呈現(xiàn)一些因現(xiàn)實(shí)條件限制而難以操作的實(shí)驗(yàn)，革新了生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。但實(shí)際操作中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展費(fèi)時(shí)費(fèi)力且耗資巨大，內(nèi)容無法靈活調(diào)整，在教學(xué)中的使用并不頻繁，不能充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的價(jià)值[1]。因此，文章提出以虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型輔助教學(xué)，使教學(xué)耗資減少、資源擴(kuò)大，從而提高生物教學(xué)效率。

在傳統(tǒng)高中生物課堂中，教師大多會(huì)使用PPT、圖片、Flash動(dòng)畫等教具演示生物知識(shí)，但這些教具要么不具備生命特質(zhì)，要么過于機(jī)械，不能清晰表達(dá)生物知識(shí)，也不能生動(dòng)呈現(xiàn)生物的生命活動(dòng)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)概念的認(rèn)知比較“虛幻”。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建成為可能，將其應(yīng)用于生物教學(xué)中，能夠生動(dòng)呈現(xiàn)抽象復(fù)雜的課本知識(shí)，演示生物的生命現(xiàn)象，為教師教學(xué)提供便利。同時(shí)，通過觀察生物模型，學(xué)生能夠快速建立生命規(guī)律和生命現(xiàn)象的表征，透徹、全面地理解生物知識(shí)，進(jìn)而獲得生物核心素養(yǎng)的提升。

高中階段，學(xué)生所要學(xué)習(xí)的生物知識(shí)涉及了微觀及宏觀兩個(gè)層面，既有核心概念知識(shí)，又有動(dòng)態(tài)生命現(xiàn)象與生理過程。盡管高中生已具備一定的認(rèn)知基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)能力，但面對(duì)抽象復(fù)雜的生物知識(shí)時(shí)，學(xué)生仍會(huì)出現(xiàn)概念混淆、知識(shí)應(yīng)用錯(cuò)誤等情況。為促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的有效理解，許多教師會(huì)借助問題、情境、案例等搭建支架模型，同步發(fā)展學(xué)生的問題解決能力。但支架模型本質(zhì)上仍是靜態(tài)模型，對(duì)生命活動(dòng)現(xiàn)象及規(guī)律的演示不夠生動(dòng)，可建模的知識(shí)點(diǎn)也比較有限，在應(yīng)用方面存在局限性[2]。此外，還有教師會(huì)以GIF動(dòng)畫模型演示生物知識(shí)，呈現(xiàn)生物動(dòng)態(tài)生命現(xiàn)象，但GIF動(dòng)畫模型不夠逼真，不僅播放時(shí)沒有聲音，整體畫面也不夠清晰鮮艷，不能生動(dòng)再現(xiàn)真實(shí)的生命現(xiàn)象。

當(dāng)前，社會(huì)各領(lǐng)域?qū)μ摂M現(xiàn)實(shí)VR、3dsMax技術(shù)的使用逐漸熟練，教育領(lǐng)域也不例外。虛擬現(xiàn)實(shí)VR實(shí)景是由計(jì)算機(jī)生成的三維環(huán)境，能夠讓人們感受貼近真實(shí)的情境。3dsMax技術(shù)則是以點(diǎn)、線表達(dá)物體形狀，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠準(zhǔn)確地表達(dá)知識(shí)點(diǎn)。在高中生物教學(xué)中，教師可融合虛擬現(xiàn)實(shí)VR、3dsMax，以及CG動(dòng)畫技術(shù)，將扁平的紙面知識(shí)轉(zhuǎn)化為貼近實(shí)物的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，打造高中生物智慧課堂。由此，學(xué)生接觸到的生物知識(shí)將是直觀、具象、動(dòng)態(tài)的，他們能更好地領(lǐng)略生物的宏觀世界及微觀生命活動(dòng)形象，牢固掌握生物知識(shí)，形成生物科學(xué)的理性思維。具體實(shí)踐中，教師需要認(rèn)真學(xué)習(xí)科學(xué)的教學(xué)理念與先進(jìn)技術(shù)，主動(dòng)了解前沿信息，促成虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)與學(xué)科教學(xué)的有機(jī)融合，更新生物教學(xué)方式及教學(xué)文化，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式及學(xué)習(xí)方式的突破性改變。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能等的飛速發(fā)展，教育資源設(shè)計(jì)與開發(fā)技術(shù)趨于成熟，再加上一線教師對(duì)虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的積極應(yīng)用，教育投資公司的專業(yè)研發(fā)人員將會(huì)開發(fā)更多的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型資源，推動(dòng)虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型在中學(xué)課堂中的普及，促進(jìn)學(xué)科教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展。

一、在高中生物教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的策略

（一）將微觀知識(shí)宏觀化

人教版高一生物必修1《分子與細(xì)胞》中的知識(shí)內(nèi)容屬于微觀知識(shí)領(lǐng)域，在教學(xué)這一冊(cè)內(nèi)容時(shí)，很多教師會(huì)讓學(xué)生先自行閱讀教材，再向?qū)W生展示亞顯微結(jié)構(gòu)圖、概念圖、思維導(dǎo)圖、平面圖、流程圖等，輔助學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)，構(gòu)建起細(xì)胞概念模型；或是使用一些常見的生活物品制作模型，便于學(xué)生聯(lián)想細(xì)胞的真實(shí)結(jié)構(gòu)。此外，教師也會(huì)創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生以小組合作形式探索相關(guān)知識(shí)。但情境、問題、圖片等的引入并沒有真實(shí)再現(xiàn)活細(xì)胞，學(xué)生對(duì)細(xì)胞生命的理解很大部分來自想象，可能與實(shí)際存在偏差[3]。虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)細(xì)胞模型的應(yīng)用則為教與學(xué)提供了便利。

在實(shí)際教學(xué)中，教師可完整展示細(xì)胞模型各部分的微觀結(jié)構(gòu)，通過播放、暫停等功能調(diào)整講解進(jìn)度，便于學(xué)生理解吸收知識(shí)。同時(shí)，學(xué)生也可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，要求教師旋轉(zhuǎn)細(xì)胞模型，或是具體講解細(xì)胞的某一組成部分。通過運(yùn)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，原本肉眼難見的細(xì)胞被“宏觀化”了，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)活細(xì)胞的真實(shí)模樣，對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深刻的印象，既節(jié)省了講解時(shí)間，又提高了教學(xué)效果。

（二）將宏觀知識(shí)具象化

人教版高二生物選擇性必修2《生物與環(huán)境》中“生態(tài)系統(tǒng)的組成”相關(guān)知識(shí)屬于宏觀知識(shí)領(lǐng)域，由于高中生的生活閱歷及認(rèn)知水平有限，空間想象能力也有待提高，在學(xué)習(xí)此類知識(shí)時(shí)難免會(huì)感到吃力。在傳統(tǒng)高中生物課堂中，教師往往會(huì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的系統(tǒng)思維，引導(dǎo)學(xué)生立足整體視角，理解生態(tài)系統(tǒng)是由非生物因素及生物因素構(gòu)成的統(tǒng)一整體，且非生物因素及生物因素相互影響、相互制約。實(shí)際上，這樣教學(xué)僅能起到思維鍛煉的效果，學(xué)生對(duì)宏觀生態(tài)系統(tǒng)的組成關(guān)系并未形成深刻認(rèn)知，也難以理解其中復(fù)雜的因果關(guān)系[4]。

鑒于此，教師可制作呈現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，先從整體出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)中的各個(gè)組分，包括空氣、陽(yáng)光、水、動(dòng)物、植物等。教師再逐一點(diǎn)播模型中的組分，介紹該組分在森林生態(tài)系統(tǒng)中的地位及作用。比如：陽(yáng)光、空氣、水屬于非生物因素；植物可進(jìn)行光合作用，為自身及動(dòng)物提供能量；動(dòng)物通過直接或間接的形式從植物中獲取能量；微生物能夠分解動(dòng)植物的殘?bào)w。

通過展示虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，學(xué)生仿佛置身于森林生態(tài)系統(tǒng)中，詳細(xì)了解到動(dòng)植物及微生物的生活狀態(tài)，理解食物網(wǎng)之間的關(guān)系，進(jìn)而領(lǐng)悟到自己也是生態(tài)系統(tǒng)中的一員，即消費(fèi)者，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)知識(shí)形成深刻的印象。

（三）將抽象知識(shí)形象化

人教版高一生物必修2《遺傳與進(jìn)化》包含了遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)、基本規(guī)律與生物的變異和進(jìn)化等內(nèi)容，很多知識(shí)點(diǎn)都十分抽象，如基因分離定律、基因自由組合定律等，不僅學(xué)生學(xué)起來吃力，教師也很難將知識(shí)點(diǎn)解析得清楚明白。

例如：在教學(xué)“DNA復(fù)制”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師很難用通俗易懂的語(yǔ)言進(jìn)行講解，往往會(huì)讓學(xué)生使用一些簡(jiǎn)單材料制作DNA的物理模型，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)模型理解“解旋”“聚合”時(shí)的形態(tài)變化，聯(lián)想游離脫氧核苷酸的堿基互補(bǔ)配對(duì)過程，這樣的教學(xué)方式很難讓學(xué)生準(zhǔn)確掌握“DNA復(fù)制”的動(dòng)態(tài)過程。

鑒于此，教師應(yīng)引入虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，生動(dòng)演示DNA復(fù)制的過程，并借助暫停功能展現(xiàn)不同時(shí)刻DNA的形態(tài)、酶的種類，進(jìn)行詳細(xì)的講解，讓抽象知識(shí)形象化、直觀化，在輔助學(xué)生理解知識(shí)的同時(shí)發(fā)展其生物核心素養(yǎng)。

（四）將生理過程動(dòng)態(tài)化

人教版高二生物選擇性必修1《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》一冊(cè)教材包含了許多生理過程知識(shí)。以“血糖調(diào)節(jié)”教學(xué)為例，在以往，教師主要會(huì)通過兩大途徑傳授這一知識(shí)：

第一，指導(dǎo)學(xué)生繪制血糖調(diào)節(jié)機(jī)制概念圖，讓學(xué)生記憶這些圖示；

第二，創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活的情境，讓學(xué)生理解胰島A細(xì)胞分泌胰高血糖素到內(nèi)環(huán)境中，血糖濃度升高，胰島B細(xì)胞分泌胰島素到內(nèi)環(huán)境中，血糖濃度降低。

這樣并不能讓學(xué)生有效理解“血糖調(diào)節(jié)”相關(guān)知識(shí)，學(xué)生腦中儲(chǔ)存的大多是一些僵化的符號(hào)，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)會(huì)暴露出很多問題。

為此，教師可制作虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)“血糖調(diào)節(jié)”模型，并配合學(xué)生熟悉的生活情境，展示人在喝可樂后身體的血糖變化過程。當(dāng)人體吸收可樂后，血液中的血糖濃度明顯升高，此時(shí)人會(huì)感覺到自己精力充沛；接著，胰島B細(xì)胞開始分泌胰島素，在胰島素的作用下，機(jī)體細(xì)胞將過高的葡萄糖轉(zhuǎn)化為糖原，儲(chǔ)存在肌肉及肝臟中，于是血液中的血糖濃度恢復(fù)到正常水平；假如人喝可樂后再也沒有進(jìn)食，在吸收可樂三小時(shí)之后，其血液中的血糖濃度必然會(huì)降低，此時(shí)人會(huì)感覺到疲勞、饑餓；最后，胰島A細(xì)胞分泌胰高血糖素到內(nèi)環(huán)境中，血糖濃度逐漸升高到正常水平。

通過在真實(shí)的情境中運(yùn)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，能夠?qū)W(xué)生帶入學(xué)習(xí)狀態(tài)，讓學(xué)生深刻理解知識(shí)內(nèi)容，并了解知識(shí)的運(yùn)用方法，有助于學(xué)生知識(shí)運(yùn)用及遷移能力的提高。

二、在高中生物教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的實(shí)例

在高中生物學(xué)課程體系中，《細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)》這一章節(jié)知識(shí)屬于重點(diǎn)及難點(diǎn)部分。在本章節(jié)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要理解細(xì)胞“系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)與功能，建立結(jié)構(gòu)與功能觀?！凹?xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能”則是本章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，為讓學(xué)生了解細(xì)胞“系統(tǒng)”控制中心的結(jié)構(gòu)與功能，教師可在教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，將微觀知識(shí)宏觀化，讓學(xué)生輕松掌握關(guān)鍵知識(shí)，建立其“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”的觀念。

（一）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，自然導(dǎo)入新課

導(dǎo)入環(huán)節(jié)是課堂教學(xué)的起始環(huán)節(jié)，對(duì)整體教學(xué)效果有著直接性的影響。在此環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)重點(diǎn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。本課教學(xué)中，教師可在導(dǎo)入環(huán)節(jié)展示“克隆?？悼怠钡奶摂M仿真3D動(dòng)態(tài)模型，并提出相應(yīng)的問題：克隆牛的性狀為什么與母牛幾乎一致？教師再給予學(xué)生一定的觀察、思考、討論的時(shí)間，讓學(xué)生對(duì)新知識(shí)產(chǎn)生探索欲望。

（二）展示多種模型，布置小組任務(wù)

進(jìn)入正式授課環(huán)節(jié)，教師可將學(xué)生劃分為學(xué)習(xí)小組，展示多種與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，結(jié)合提問引發(fā)學(xué)生的思考，讓學(xué)生借助小組討論得出正確的結(jié)論[5]。

首先，教師展示美西螈核移植實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，提出問題：美西螈的皮膚顏色與表皮細(xì)胞內(nèi)黑色素的合成有何關(guān)系？這一合成過程是由細(xì)胞核還是細(xì)胞質(zhì)控制的？經(jīng)過小組討論，學(xué)生得出美西螈的膚色主要受細(xì)胞核控制。教師再以虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型展示蠑螈受精卵橫溢實(shí)驗(yàn)，提出問題：細(xì)胞核與細(xì)胞的分化、分裂有何關(guān)系？經(jīng)過小組討論，學(xué)生得出細(xì)胞的分化與分裂受到了細(xì)胞核的控制。

然后，教師使用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型生動(dòng)呈現(xiàn)變形蟲去核及核移植實(shí)驗(yàn)，提出問題：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？經(jīng)過小組討論，學(xué)生得出變形蟲的生命活動(dòng)主要受細(xì)胞核控制。

最后，教師展示傘藻的核移植實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真動(dòng)態(tài)模型，提出問題：傘藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)受細(xì)胞質(zhì)還是細(xì)胞核影響？經(jīng)過小組討論，學(xué)生得出細(xì)胞核決定了傘藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

通過展示虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型并組織小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠逐一解決問題，獲得問題解決能力的提高。同時(shí)，在問題引導(dǎo)下，學(xué)生逐漸掌握了科學(xué)探究的正確方法，形成一定的科學(xué)探究能力。

（三）歸納討論結(jié)果，掌握概念知識(shí)

經(jīng)過合作探究，學(xué)生對(duì)細(xì)胞核的功能已形成一定認(rèn)知，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生再次分析四個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，以簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言總結(jié)細(xì)胞核的功能。經(jīng)過歸納總結(jié)，學(xué)生普遍認(rèn)同“細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心”這一結(jié)論。在此環(huán)節(jié)中，通過對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論，學(xué)生能夠掌握課程核心概念，其歸納總結(jié)能力也會(huì)得到增強(qiáng)。

（四）合理設(shè)置問題，推進(jìn)教學(xué)流程

在學(xué)生理解細(xì)胞核的功能之后，教師應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)教學(xué)流程，以提問引導(dǎo)學(xué)生探究細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，突出“結(jié)構(gòu)與功能”這一教學(xué)主線，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解，培養(yǎng)其生命觀念。比如：教師可這樣提問：“同學(xué)們，我們都知道結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的，細(xì)胞核在行使功能時(shí)，是怎樣的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)在支持它呢？”問題提出后，教師可讓學(xué)生自由討論，以類比推理的方法得出細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[6]。

（五）自主學(xué)習(xí)交流，形成一定認(rèn)知

學(xué)生討論完畢后，教師應(yīng)為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，指導(dǎo)學(xué)生以教材為依托，借助小組合作交流畫出細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，標(biāo)出各部分的名稱。并組織學(xué)生討論結(jié)構(gòu)圖中是否存在問題，得出正確的細(xì)胞核空間結(jié)構(gòu)。在此過程中，學(xué)生的合作能力及自主學(xué)習(xí)能力都會(huì)獲得提高。

（六）直觀展示模型，詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)

經(jīng)過自主學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)已形成一定的認(rèn)知。教師可運(yùn)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型直觀展示細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，了解核膜、核仁、染色質(zhì)、核孔等部分的功能，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)比自己畫的結(jié)構(gòu)圖與虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，分析結(jié)構(gòu)圖是否存在不足之處，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤，深化學(xué)生的認(rèn)知。虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的展示讓細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)“一目了然”，既降低了學(xué)習(xí)難度，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（七）展示相關(guān)模型，突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)

本課的教學(xué)難點(diǎn)為染色體與DNA、染色質(zhì)的關(guān)系。為突破教學(xué)難點(diǎn)，幫助學(xué)生理解概念內(nèi)涵，教師可展示染色體及染色質(zhì)在細(xì)胞分裂不同時(shí)期的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，讓學(xué)生結(jié)合模型思考染色體與DNA的關(guān)系、染色質(zhì)和染色體的關(guān)系。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生很快得出“遺傳信息→DNA→染色質(zhì)（染色體）→細(xì)胞核→遺傳信息庫(kù)”的結(jié)論。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生分析比較了不同的概念，在虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的輔助下理解了概念的內(nèi)涵與差異，順利掌握了學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

（八）及時(shí)總結(jié)分析，布置小組任務(wù)

完成課堂教學(xué)之后，教師應(yīng)及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生回顧細(xì)胞核的功能與結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)，并立足于生命的物質(zhì)觀、系統(tǒng)觀視角展開分析，讓學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”的生命觀念形成認(rèn)同感。接著，教師再次展示細(xì)胞核的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，講解該模型的建構(gòu)方法、流程及原理，并布置“制作細(xì)胞核的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型”的小組合作任務(wù)，讓學(xué)生在動(dòng)手操作的過程中進(jìn)一步理解細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)并學(xué)會(huì)制作虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，提高學(xué)生實(shí)踐能力[7]。

（九）展示交流成果，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信

在課后，學(xué)生主動(dòng)查閱資料，了解虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的制作方法，借助釘釘、微信等平臺(tái)向教師尋求幫助，經(jīng)過小組分工合作設(shè)計(jì)出細(xì)胞核的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型。為提高學(xué)生實(shí)踐探究的積極性，教師應(yīng)設(shè)置成果交流與展示環(huán)節(jié)，讓各小組展示制作的細(xì)胞核虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，以教師精準(zhǔn)點(diǎn)評(píng)、小組互評(píng)的形式指出各組模型的優(yōu)點(diǎn)與不足，在完善學(xué)生認(rèn)知的同時(shí)增強(qiáng)其學(xué)習(xí)自信。

三、在高中生物教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型的思考

（一）利用模型進(jìn)行導(dǎo)入能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

細(xì)胞是一個(gè)動(dòng)態(tài)的生命系統(tǒng)，在講解“細(xì)胞核的功能與結(jié)構(gòu)”時(shí)，若教師僅出示一些靜態(tài)圖片，則無法有效解析動(dòng)態(tài)知識(shí)，學(xué)生只能從某一角度觀察、理解細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，難以形成完整的認(rèn)知。在信息技術(shù)的支持下，教師以虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行導(dǎo)入，能夠帶給學(xué)生良好的視覺體驗(yàn)，不僅能夠吸引學(xué)生的注意力，還能激起學(xué)生對(duì)細(xì)胞核功能與結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)興趣。

（二）利用模型講解知識(shí)點(diǎn)有助于學(xué)生的吸收理解

在本課教學(xué)中，以虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型生動(dòng)展示了四組實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)過程提供了便利，經(jīng)過合作討論，學(xué)生對(duì)細(xì)胞核的功能形成了一定認(rèn)識(shí)。在展示細(xì)胞核的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型時(shí)，學(xué)生可根據(jù)自身理解情況讓教師點(diǎn)選核膜、核仁等部分，詳細(xì)講解該部分的功能，對(duì)細(xì)胞核形成更加全面的認(rèn)識(shí)。在課堂小結(jié)環(huán)節(jié)，教師再次展示細(xì)胞核的虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，能夠讓學(xué)生從生命的物質(zhì)觀、系統(tǒng)觀角度深刻理解相關(guān)概念。

（三）利用模型進(jìn)行科學(xué)探究能促成學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展

科學(xué)探究是生物核心素養(yǎng)的重要維度之一，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力是高中生物教學(xué)的主要任務(wù)。筆者認(rèn)為，科學(xué)探究能力指的是學(xué)生在提出疑問、合理猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、總結(jié)歸納等過程中表現(xiàn)出的能力。

同時(shí)，科學(xué)探究活動(dòng)的開展也需要教師的合理指導(dǎo)，一般情況下，教師會(huì)為學(xué)生提供相關(guān)的參考資料，包括文字資料與圖片資料。信息技術(shù)支持下，教師可為學(xué)生提供虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，呈現(xiàn)完整的實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果，傳遞大量的信息。這樣不僅能刺激學(xué)生的多重感官，引發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究興趣，也能為學(xué)生的科學(xué)探究提供指導(dǎo)與依據(jù)，使其高效完成探究任務(wù)，獲得素養(yǎng)及能力的發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型與高中生物教學(xué)結(jié)合的案例并不多見，相關(guān)研究尚處于起步階段。對(duì)高中生物教師來說，靈活應(yīng)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型存在較高難度。

一方面，教師需要學(xué)習(xí)虛擬仿真技術(shù)，還要對(duì)課程體系、教學(xué)環(huán)境以及教學(xué)模式做出調(diào)整優(yōu)化，使其與虛擬仿真技術(shù)相適應(yīng)，而網(wǎng)絡(luò)上可直接利用的模型資源較少，可參考的成功教學(xué)案例也不多，需要教師認(rèn)真鉆研技術(shù)，開發(fā)虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型資源。

另一方面，在實(shí)際生物教學(xué)中，如何實(shí)現(xiàn)虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型與生物知識(shí)的緊密結(jié)合、何時(shí)引入虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型等問題都是需要教師在實(shí)踐中深入探究的。

從本質(zhì)上看，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)教育技術(shù)并不是簡(jiǎn)單增加生物教學(xué)工具，而是實(shí)現(xiàn)生物教學(xué)方式及教學(xué)文化的變革。只有教師積極運(yùn)用虛擬仿真3D動(dòng)態(tài)模型，在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與方法，才能推動(dòng)生物教學(xué)方式及學(xué)生學(xué)習(xí)方式的升級(jí)，促成學(xué)生生物核心素養(yǎng)的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]李亞琳，李丹.虛擬仿真技術(shù)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].大眾科技，2022，24（10）：152-155.

[2]陳凱華.導(dǎo)學(xué)案與虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐研究[D].鄭州：河南大學(xué)，2022.

[3]史影，王偉偉，周耐明，等.生物化學(xué)綜合性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)與教學(xué)探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2022，41（4）：154-158.

[4]鄧可.基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及測(cè)評(píng)的混合式教學(xué)實(shí)踐：以“中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究”為例[J].教育教學(xué)論壇，2022（7）：145-148.

[5]李臣亮，孟令軍，湯海峰，等.當(dāng)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)遇上虛擬仿真技術(shù)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2021，24（4）：141-144.

[6]謝輝，張慧姝，張麗秋，等.生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)實(shí)踐與反思[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2021，39（12）：118-120.

[7]宿永倩，王慧春，楊疆英.將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)輔助于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].中國(guó)新通信，2021，23（8）：243-244.