STEAM教育理念下的生物3D模型課件的制作

譚惠婷

摘 要：STEAM教育理念的核心是跨學科的融合，生物3D模型課件制作需要跨學科融合的特點與其理念相吻合.以STEAM教育理念為指導，以高中生物模型《T2噬菌體模型》制作為例，提出利用3DOne制作教學模型課件的思路：教學需求分析，STEAM制作列表構建，3DOne建模.

關鍵詞：STEAM;生物3D模型;T2噬菌體;高中生物

隨著STEAM教育理念不斷滲透，將科學知識、高新技術、工程設計和數學思維緊密結合的3D設計和打印技術成為創新教育的主流，這也為3D制作在高中生物教學課件上的運用提供有力的技術支撐.

一、理論依據——STEAM教育理念

STEAM是結合科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Mathematics）的跨領域綜合素質教育.它的核心是跨學科的融合，強調解決任何問題都不可能只依靠單一學科知識，而是多學科之間的相互滲透，相互支撐，相互補充，共同發展. 二、生物3D模型課件的制作需要STEAM跨學科的思想支撐

3D建模是利用三維制作軟件通過虛擬三維空間構建出具有三維數據的模型.生物3D模型課件的制作主體就是進行3D建模，其過程就是利用3D 軟件從X，Y，Z軸三個維度構建出逼真、生動的立體化教學模型，這也是生物學科與信息技術融合的體現;3D建模不是簡單的模型的繪制，由于立足于教學，其構建的模型具備科學性，如比例是否合理，各部分位置是否正確，而這些都是需要運用數學思維來計算模型各部分之間的空間位置;如需要進行實體打印，還需要考慮工程因素;又如模型課件能否吸引學生注意力，這也涉及到藝術方面的知識.

三、STEAM教育理念指導下的生物3D模型課件的制作思路

1.教學需求分析

噬菌體侵染細菌的實驗是《DNA是主要的遺傳物質》中的第二個實驗，了解T2噬菌體結構有助于學生更好理解實驗過程，更清楚遺傳物質是什么.

3.3DOne模型建模

T2噬菌體由頭部和棒狀尾部構成，頭部呈正20面體，尾部由尾管、尾鞘、基盤、尾釘和尾絲等部分構成，3D建模重點是將這幾部分制作出來.

（1）頭部建模.為了建模準確，設定r0為10mm，得出r=13.0902mm，計算好數值開始對頭部建模：

①選擇草圖工具中的正多邊形命令，畫一個中心點為原點（0，0），邊數為3，外接圓半徑為10的正三角形.

②創建一個六面體，用作參照體，將其中一頂點放在原點位置，中心點（-10，10，0），設置高為13.0902.

③使用直線命令，以六面體正側面為參考面，以正六面體的一邊繪制一條高13.0902的直線，刪除六面體后剩下的這條高就是內接圓半徑r.

④利用放樣命令，以高的頂點進行放樣，制作一個三棱錐.

⑤選擇鏡像命令.選擇一個向上的面鏡像，按確定，繼續向上鏡像三次，直到出現一條直線.

⑥利用圓形陣列命令，全選所有基體，沿著直線方向設置陣列個數為5，按確定，一個正20面體完成.

（2）尾部建模.T2噬菌體尾部主要為棒狀結構，由尾管、尾鞘、基盤、尾釘和尾絲等部分構成，所以主要以圓柱體為建模主體.

①尾管和尾鞘的建模.選擇圓柱體命令，選擇“兩者之間”，選中正二十面體底部頂點處，再點擊出現圓柱體后按確定，返回圓柱體參數界面設置合適參數.同理，利用圓錐體命令，選擇“曲率中心”，點擊圓柱體底面，繪制一個上半徑為3，下部半徑為5，高為6的圓錐.調整好位置后再選擇圓柱體命令，選擇“曲率中心”，點擊錐體底面，繪制一個半徑為6，高為-55的圓柱體.選擇圓柱的最底面為繪制平面，繪制一個圓心（0，0），半徑為6.5的圓，再選擇拉伸命令，輸入拉伸距離-0.5，按確定.選中剛剛拉伸的圓柱體，選擇陣列命令，方向（-0，0，1），陣列個數為45，距離為54.8，按確定.至此，尾管和尾鞘建模完畢.

②基盤建模.選擇草圖工具畫一個半徑為16的圓，向下拉伸長度為3.

③尾釘建模.利用圓形命令，在適當位置畫一個半徑為2的草圖，確定后再拉伸到適當長度.再選擇陣列命令中的圓形陣列，陣列個數設置為8.

④尾絲建模.選擇直線命令，在基盤邊緣位置找好參考平面，繪制三條直線，按確定，但不退出草圖界面，再選擇鏈狀圓角命令，全選三條直線，將半徑設置為5.確定后退出草圖，利用圓形命令，在剛剛繪制的草圖上畫一個半徑為1.5的圓，確定后退出草圖.使用掃掠命令，輪廓選圓，路徑選直線，制作出尾絲效果.通過移動命令，將尾絲移動到基盤內.再選擇尾絲底面，向下拉伸高度為10，拔模角度為-6.然后全選尾絲進行圓形陣列，個數8個.

最后利用材質渲染工具對整個模型進行渲染美化.

利用3DOne制作生物3D模型課件進行教學優勢明顯：

（1）3D模型具有立體、逼真的特征，相比平面模型更能使學生印象深刻;

（2）3D模型是數字資源，可以長期保存，避免因老化，磨損，人為損壞等因素造成的重復購置，減少學校經費開支;

（3）3D模型可以利用3D打印機進行實體打印，教學靈活度更高.

總之，在STEAM教育理念指導下，依照教學需求分析，STEAM制作列表構建，3Done建模的制作思路，制作出來的生物3D模型立體、逼真，能替代平面課件和實體模型用作教學，達到很好的教學效果.

參考文獻：

[1]趙雪敏.3D技術在中學地理教學中的應用研究[D].石家莊：河北師范大學，2016.

[2]安妮·班福德.3D教學引領未來學習——新興技術在教學創新中的應用評估報告（一）[J].新課程研究（上旬刊），2014（02）：4-7.

[責任編輯：季春陽]