利用3D打印技術建構生物學模型的初探

張雪花

【案例背景】

生物科學核心素養的培養，要求學生能夠在實踐中進行創新，初中生物實踐教學對培育學生的核心能力具有十分重要的作用，在初中生物教學的過程中，需要教師充分利用各種資源，要求學生參與到生物實踐活動中，以提高學生的知識應用能力。但是，受到傳統生物教學評價模式的影響，往往只是片面地追求成績，忽視對學生實踐能力的培養，導致學生的學習創新能力不能得到有效的培養。3D打印技術在初中生物教學中的應用，通過打印生物模型，幫助學生掌握生物體的結構，提高學生的知識應用能力，在生物實踐教學中具有廣泛的應用前景。

【案例描述】

3D打印技術在教育中的應用，能夠有效地改變課堂教學模式，為學生提供多種可打印的教具，有利于培養學生的實踐操作能力，也有利于培養學生的創新能力。在初中生物教學中，利用3D打印技術，能夠為學生提供多元化的教學模式，有利于培養學生學科核心素養能力。

1.3D打印技術在初中課堂教學的應用流程

在初中生物教學中，利用3D打印技術輔助教學時，需要結合課程的內容以及學生的特征，設計好學習任務，讓學生在學習的過程中有明確的目標，以激發學生的學習興趣與創造能力，利用3D打印技術的目的在于向學生展示如何利用它來完成具有挑戰性的學習任務，在課程開始時，教師需要將學生分成小組，向學生講解生物課程的內容，并講解如何設計生物模型以及如何在3D資源庫中搜索初中生物課程資源，在這期間，學生可以通過網絡搜索，或者在其他地方進行信息收集這些物品的造型，確定需要打印的模型，然后在實踐活動中，先組織學生在計算機上設計模型，在經過教師指導與確認后，再打印出模型，直到學生完成整個學習過程。具體的教學流程如圖1所示。

采用3D打印技術進行教學的最大特點是學生在完成實物模型打印之后，可以通過交流展示自己的作品，便于進行師生評價與學生互評，讓學生在相互評價的過程中，能夠及時發展自己在學習過程中存在的不足或問題，同時，也便于教師對學生的作品進行評價、指導與反饋，進而能夠幫助學生更好地完成作品模型，激發學生的學習興趣，提高學生的學習效率。

2.構建基于3D打印技術的初中生物教學模式

在初中生物教學中，利用3D打印技術，教師可設計個性化的教學模式，幫助初中學生更好地形成沉浸式學習模式，以幫助學生更好地掌握與理解學習內容，學生通過3D打印技術，可以實施創新性的學習，培養自己批判性的學習思維。作為一種通用性的技術，3D打印技術在生物學中的應用，可以為學生提供生物實體打印模型，讓學生在實踐操作中提高自己的知識應用能力。因此，在初中生物教學中，不僅要提高學生的實踐能力，還要注重對學生的學科核心素養進行培養，構建一種適用3D打印的教學模式就是非常必要的，結合3D打印技術的特征以及初中生物的學習特點，構建如圖2所示的3D打印在初中生物教學中的教學模式。

在教學模式中，教師需要將生物教學內容、教學設備、需要的教學資源、學生的個性化需求等結合在一起，最終確定需要利用3D打印技術打印的生物教學模型，然后通過前期的模型設計、3D打印的切片分層等過程，還可以從3D模型庫中調用相應的資源庫類型來構建生物模型，在教學模式的應用中，重點是調動學生學習的積極性與主動性，例如可以在3D模型資源庫中調取人體骨骼模型圖，然后利用3D打印機將其打印出來，便于學生利用現實模型來學習人體骨骼的系統結構知識，加強學生對理論知識的理解，同時也有利于培養學生的生物學科核心素養。

3.輔助完成教具的應用

在初中生物課程中，有很多教具可以自行制作，采用3D打印技術做出的教學模型能夠給學生以直觀的形象，幫助學生理解課程教學的內容，在具體的生物教學過程中，教師可以利用3D打印機來打印教學模型，讓學生通過觀察打印機的成型過程，使得教學內容變得更加直觀、生動、形象、具體，這樣能夠有利于激發學生的學習興趣，培養學生的創新能力與實踐操作能力，也能夠幫助學生理解復雜、抽象的生物學內容，提高學生的知識應用能力，從而突破教學的重點、難點，提高生物課堂的教學效率。例如，學習初中生物學中的導管、篩管的結構時，為了提高學生對導管與篩管的認知，采用3D打印機技術，可以快速地成型，幫助學生掌握導管與篩管的形成過程，提高學生對生物模型的認知能力，同時通過學生自己的動手設計、3D打印導管與篩管，不僅有利于學生對導管、篩管功能的理解，還有利于培養學生的實踐操作能力，進而有利于培養學生生物學科的核心素養。打印的篩管如圖3所示。

【案例反思】

3D打印技術是一門前瞻性比較強的技術，運用3D打印技術打印生物課程內容中的生物模型，使得教學內容更加直觀、形象、具體，同時也能夠激發學生的學習興趣。通過對3D打印技術的基本內涵進行分析，探究了3D打印技術在初中生物教學中的應用流程、教學模式及具體的應用。

在初中生物學習中，教師需要注重培養學生的實踐操作能力與創新能力，學生對生物體的實物認識是提高學生學習興趣的關鍵，在課堂中利用3D打印技術將實物打印并立體地展示給學生觀察，能幫助學生加深對生物概念的理解，同時也能夠將3D打印技術帶進課堂，讓學生了解新科技給學習與生活帶來的變化，學生可以在先期學習如何用計算機技術來構建生物模型，完成設計生物體小實物的造型，比如細胞、篩管、導管、植物根莖葉等生物教學的模型，然后通過3D打印技術將這些小實物打印出來，同時，在教學的過程中，還可以布置實物項目，讓學生學習生物書、觀察生活中的實物，進行創意與信息采集與設計實物造型。然后，在教師的指導下，運用3D打印機設計實物模型。在經過不斷的修改與矯正之后，完成需要打印的實物模型，從而讓初中學生能夠掌握生物學習中的一些重要實踐知識，使學生了解初中生物課本中的一些生物形狀。在初中生物課堂教學中，教師可以利用多媒體技術展示3D打印機技術對生物教材中的各種生物圖形或者教具模型，向學生展示如何綜合利用各項技術的組合來實現對初中生物教學中所需的教具、生物體模型，從而能完成具有挑戰性的設計任務，提高學生對生物學知識的感性認識，提高學生對生物學的學習興趣。

在初中生物教學中，采用3D打印技術能夠有效地提高學生的學習興趣，轉變學生的學習觀念，提高學生的動手能力與實踐操作的能力。同時，采用3D打印技術也能夠為學生提供更為直觀的實物，便于學生近距離觀察生物學的知識，轉變學生的學習觀念，也有利于促進現代信息技術在初中生物課堂教學中的應用。

參考文獻：

[1]李媛媛，艾賢明.3D打印技術在高中通用技術課程中的應用研究[J].中小學電教，2015（6）.

[2]吳麗業.新課程理念下的初中生物實踐教學[J].中學生物教學，2016（5）.

[3]王萍.3D打印及其教育應用初探[J].中國遠程教育，2013（8）.