三维仿真技术在中学生物教学中的应用
引言
随着信息科技的不断发展，多媒体技术逐渐应用到了教学过程中，在中学生物教学过程中通过多媒体技术既能丰富课堂教学手段，提升学生的学习积极性，还能够帮助学生对课堂上的重难点进行突破，同时通过多媒体教学能够促进不同层次学生的发展。因此应当对多媒体技术在中学生物教学中的有效运用进行研究[1]。特别是在具体生物模型的讲解介绍上，教师可以利用三维仿真技术，下载并操作三维模型，使学生全方位无死角地了解模型的详细功能和结构，达到事半功倍的教学效果。
一、三维模型的基本概念
三维模型是三维仿真技术的重要体现，它作为物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。
现在，三维模型已经用于各种不同的领域。在医疗行业使用它们制作器官的精确模型；电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实电影；视频游戏产业将它们作为计算机与视频游戏中的资源；在科学领域将它们作为化合物的精确模型；建筑业将它们用来展示提议的建筑物或者风景表现；工程界将它们用于设计新设备、交通工具、结构以及其它应用领域。广为人知的三维模型创建软件3D Studio Max，简称为3ds Max或MAX，是一种常见的三维动画渲染和制作软件。在中学生物教学中，教师在安装3ds Max软件之后，即可在互联网下载所需的三维模型，读取之后并进行展示，实现对指定模型的放大、缩小、旋转以及动画设定等操作。
二、三维仿真技术对生物教学的重要意义
信息技术与生物教学的有效整合，是增强生物教学的形象性和趣味性，提高课堂教学效果的必然选择。生物科学是研究生命现象和生命活动规律的科学，涉及到人类生产生活的各个方面。有效引导学生自主学习犹如登山，虽步履艰难却步步升高，最终能尝到成功的喜悦。在教学中，利用计算机、多媒体对教材中一些抽象的概念、原理等知识理论，对难以观察的细微结构、生命现象和活动过程等进行信息处理和图像传输，模拟或再现其真实情景，可以尽最大限度地满足学生的视听等感官需求，在学生头脑中建构理论模型和知识结构，轻而易举地突破重难点[2]。像《神经调节》中的兴奋的传导这个难点，传统教学手段教师难于讲清，学生难于理解，而用三维仿真技术模拟出兴奋在“神经元内”“神经元间”的电位变化和突触内递质的释放过程。
2.1 激发学生的学习兴趣
“兴趣”是最好的老师，是一种渴求知识、探索事物的心理倾向。学生一旦对学习发生兴趣，就会由被动学习转化成主动学习，甚至达到乐此不疲，废寝忘食的地步。初中生物教学中，有很多教学内容具有时空性、运动性、微观性或宏观性等特点，这些特点使得有许多生物学的真实情景不能直观地展现在学生面前。教师在教学中要根据教学内容、学生的认知水平、教学习惯灵活有效地利用现代信息技术把相关的文字、图形、图像、声音、动画、影视等多种信息融为一体，创设出具有真实感和表现力，生动而富有启发性的情境，引导学生动情入境，激发学习兴趣和求知欲，充分调动学生学习的积极性、主动性，为提高学习效率奠定基础。
比如：在“心脏的功能”一节时可下载利用三维仿真软件3D MAX制作的人体心脏模型，向学生详细介绍心脏的血流方向。并用三维动画的演示方式呈现左：肺静脉→左心房→左心室→主动脉（流动脉血），右：上腔静脉、下腔静脉→右心室→肺动脉（流静脉血）。又如，在“昆虫的生殖和发育”一节时可利用多媒体播放“毛毛虫”变成美丽蝴蝶的三维动画来“刺激”学生的视觉，并配以解说和巧妙提问导入新课，这样既可激发学生的学习兴趣，又可激活学生的思维和求知欲。
2.2 帮助学生掌握重点突破难点
在生物课堂教学中，我们常会遇到一些抽象的概念、原理等理论知识，以及不易观察到的生命现象如细胞显微结构、生命活动过程如尿液的形成等教学内容。这些内容单纯用常规的教学方式是很难向学生讲清楚，缺乏形象性、直观性和生动性，学生也会感到枯燥无味，不易理解，但这些内容常常又是教学中的重点和难点。对这些抽象的、不易观察的知识，最好的教学方法就是利用现代信息技术处理，制作图片、动画、模拟或再现其真实情景，尽最大限度地给予学生视听等感官刺激，帮助学生建构理论模型和知识结构，轻松掌握教学重点并突破难点[3]。
比如：在教学“细胞的生长和分裂”的“细胞分裂的概念”这个重、难点时，教师可以通过三维模型演示细胞分裂过程的动态图，把枯燥的内容形象化、生动化，帮助学生认识细胞分裂过程的变化情况，获得“细胞分裂的概念”。
三、在中学生物教学中运用三维模型应注意的问题
在中学生物教学过程中应用三维模型具有非常多的优点，但是在教学过程中要合理利用多媒体技术，只有这样才能将三维仿真技术的优点充分展现出来。在教学过程中主要应该注意以下几个方面的问题：首先教师应该理性地认识三维模型教学的应用，三维模型只是教学过程中的一种手段，只能对教学起到辅助的作用，由于中学生物教学过程中实验是非常重要的，因此在生物教学软件选择、制作和使用的过程中应当坚持辅助性、实验优先、科学性以及高效率等原则[4]。
其次，如果教师在教学过程中盲目追求视觉冲击，从而造成了教学过程中的三维仿真吸引了学生太多的注意力，学生并不能集中注意力到课堂内容的学习上，这样就会使多媒体教学起到反作用，因此应当根据不同的教学内容来选择不同的三维模型内容，例如在染色质与染色体形态的转变的教学过程中，为了比较形象地展示转变过程，用一根细铁丝就能实现，可以适当应用其他多媒体技术来增强教学效果。
再次，教师在三维模型展示的教学过程中都是亲自对多媒体计算机进行控制，来进行教学的演示，这种教学方式持续下去就会影响学生和教师的交互性，只是将三维仿真教学灵活演示的特点发挥了出来，不能有效提升教学效果。针对这种问题，教师在教学软件设计与制作的过程中应当留给学生足够的自主学习空间，通过互动教学将学生和教师充分联系起来，只有这样才能充分发挥信息新技术教学的优点。
结束语
生物学是一门实验探究学科。传统的教学方式往往通过演示实验或学生实验探究生物学问题、培养学生实验技能，在教学中对一些容易出现错误的技能或实验难点教师常用讲解、演示的方式进行教学，有一定的局限性。三维仿真技术能很好地解决这一点。教师可用多媒体将实验过程的动画或视频通过播放，引导学生有目的、有针对性地观察规范的实验操作、清晰的实验现象，从而起到举一反三的效果。
实践证明这是一种很优化的教学模式。信息技术是不断发展丰富的，生物学科教学与信息技术必须是有机的结合，整合是动态的、变化的、发展的。我们只有积极行动起来，用现代化教育理论武装自己的头脑，努力提高自己的信息素质，适应信息时代对教师的素质要求，在生物学科教学中，积极开展信息技术整合，才能发挥学生的主动性，提高教学质量和效率。
