例談如何利用P3D數(shù)字模型教學自然課獲獎科研報告

例談如何利用P3D數(shù)字模型教學自然課獲獎科研報告小學自然學科新課程標準指出，在課程內容選擇、教學方式方法改革和教學評價中，要充分考慮現(xiàn)代信息技術的影響，為發(fā)展學生自主學習意識和能力創(chuàng)造適宜的環(huán)境。由此可知，信息技術理應成為學生自主學習的重要工具，從提高基本的學習效率到完成較復雜的研究任務，都可以使用信息技術，以幫助學生提高學習的質量和效率。于是，筆者在本學期初次嘗試將P3D數(shù)字模型運用到三年級的自然課程教學中。

一、什么是P3D數(shù)字模型？

虛擬現(xiàn)實技術是仿真技術的一個重要方向，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術前沿學科。P3D數(shù)字模型教學系統(tǒng)是利用“虛擬現(xiàn)實建模語言”技術創(chuàng)建的交互式三維教學模型，能以極其逼真的高畫質三維視覺效果呈現(xiàn)在師生面前，同時擁有強大的交互式教學功能，通過交互式操作，全方位多角度地觀察三維模型，使觀察者便捷、形象地了解模型，實現(xiàn)人與數(shù)字化三維模型的實時互動。

將它應用于自然課堂教學中，可以更清晰、靈活地講解知識點，幫助教師解說復雜的教學知識，并借助3D動畫介紹奇妙的科學現(xiàn)象，有效地促進學生理解科學知識的思維能力，增強學生的專注和參與程度，提高學生的學習興趣，減輕教師的教學負擔，為學生和教師創(chuàng)造一種感性認知科學知識的有利條件。

二、P3D數(shù)字模型的主要功能介紹

P3D虛擬現(xiàn)實交互式三維技術在基礎教育教學的應用中，涵蓋了生命科學、微觀生物、動物、植物、地理、化學等學科。P3D教學模型提供中文菜單，可快速定位模型的具體部位，可任意進行360度旋轉，可靈活縮小、放大和拖拽移動。同時該模型還能提供透視功能，在教學中能幫助教師講解內部結構。在P3D教學模型中，可用多種顏色及粗細程度不同的筆進行標注，可通過鍵盤輸入文字標注，可使用橡皮擦清除部分標注或整體清除標注，可保存及打印圖片。

同時，學生還可以利用P3D簡便的繪圖工具，直接在圖像和視頻上自如涂寫，并能夠編輯保存成圖片形式，以便彰顯個性化的學習內容，充分提高學生的探究能力，體現(xiàn)學生的學習自主性。

不僅如此，教師還能利用P3D教學模型制作配套的3D視頻，表現(xiàn)自然科學系統(tǒng)的結構和動態(tài)，進行演示和探索教學，為學生提供一種可供體驗和觀測的環(huán)境，并改變學生的思維和學習方式。

三、P3D數(shù)字模型如何突破教學難點？

自然教材中，教學內容有時受時空限制，對于語言文字所描述的許多形象，學生無法親身體會、耳聞目睹，故可以借助已有的表象進行想象，體會語言文字、圖片描述的情景，從而突破教學難點。

如“呼吸”一課，呼吸運動是本課的教學難點，學生對“呼氣或吸氣時，肺的變化和膈的運動方向”的理解比較困難。那么，教師如何解決這一教學難點呢？傳統(tǒng)的教學中，教師往往會操作一個模擬實驗（略）來讓學生理解這個問題，需要準備實驗材料，并且很難使每個學生都能清晰觀察。筆者運用了3D動畫《呼吸運動》來展開教學。該動畫通過演示三次呼吸運動（兩次正常速度放映，一次慢速放映），真實呈現(xiàn)了人體呼吸時肺的變化和膈的運動方向，讓學生直觀地形象具體地理解科學知識，極大地加深了他們對知識的記憶，提高了學習的專注和參與程度。

學生通過反復觀看該動畫，正確描述出：呼氣時，人的肺容積變小，膈上升；吸氣時，肺容積變大，膈下降?？梢?，3D動畫既節(jié)省了人力和物力，又為每一位學生提供了具有真實畫面感的學習資料；既幫助教師解說了復雜的教學知識，又為學生提供了一種可觀察的生動的環(huán)境，并改變了學生的思維和學習方式。它打破了時空的限制，濃縮了更多表象，為想象打下了基礎，且優(yōu)化了想象的過程。同時3D動畫的介入，可使抽象事物具體化，達到變難為易、化繁為簡的目的，使學生愿意學、有興趣學。

四、利用P3D數(shù)字模型讓學生自主學習

人體是學生既熟悉又陌生的大自然造物，但人體內部結構究竟是怎樣的？人的各個器官長成什么樣？器官內部又是什么樣的呢？學生對這些問題充滿了好奇。以往教師在進行人體內部器官相關知識教學時，只能運用平面圖或視頻等素材為學生講解。這樣的教學資源和手段，相對于P3D有其局限性。P3D數(shù)字模型則通過虛擬現(xiàn)實技術，更好地表現(xiàn)自然科學系統(tǒng)的結構和動態(tài)，以演示來探索教學。

該模型提供的虛擬現(xiàn)實三維圖像，以三個獨立并重疊的圖層為組成元素（肌肉、骨骼和內臟），可以靈活地進行組合展示。通過精細的三維圖像和視頻展現(xiàn)不同的生理過程，從而對人體進行全面深入的探究。課堂上，學生在P3D數(shù)字模型上，通過放大、縮小、旋轉、透視，多角度地觀察精細的三維圖像所展現(xiàn)的身體不同部位，對人體進行全面深入的探究，了解人體內部重要器官的構造，完成一次引人人勝的人體內部旅行。

在結束人體內部旅行后，學生便產(chǎn)生了疑問：究竟哪些才是人體的呼吸器官呢？于是，教師適時為學生提供由P3D數(shù)字模型制作的微課《人體的呼吸系統(tǒng)》，為學生解答了自主學習過程中產(chǎn)生的疑惑：究竟人體中有哪些呼吸器官？學生通過觀看微課，認識了人體呼吸器官的名稱，以及這些器官在人體內部的位置。接著，教師再通過“拼補器官缺失圖”活動，鞏固“人體呼吸器官的名稱和位置”的知識，并幫助學生直觀、形象地掌握本課時的學習重點和難點。不僅如此，教師還運用全息投影技術，將P3D數(shù)字人體模型投射到學生的身上，產(chǎn)生真實的人體內部器官影像，從而使學生“現(xiàn)身說法”地認識到這些器官在人體中的位置，讓學生產(chǎn)生身臨其境的感覺。可見，P3D模型能夠將晦澀的科學話題表現(xiàn)得易于解釋，有力地推動了學生的探究性和自主性學習進程。

P3D數(shù)字模型作為促進學生自主學習的工具，運用到自然課程的教學，能使自然課堂教學更形象生動，更富感染力。實踐證明，P3D數(shù)字模型在自然課上的運用，使學生在整個自主學習過程中，身臨其境，如見其人，如做其事。學生由直觀到抽象、由感性到理性地認識事物，能夠選擇自己所需要的學習內容，這個過程激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生學習的積極性。

總而言之，新課程要求學生成為教學活動的主體，使課堂教學的重心從教師轉向學生。那么，P3D數(shù)字模型與課程資源相互融合，就為新型教學提供了一個理想的教學環(huán)境，充分體現(xiàn)了教與