例谈如何利用P3D数字模型教学自然课

许辰婕

小学自然学科新课程标准指出，在课程内容选择、教学方式方法改革和教学评价中，要充分考虑现代信息技术的影响，为发展学生自主学习意识和能力创造适宜的环境。由此可知，信息技术理应成为学生自主学习的重要工具，从提高基本的学习效率到完成较复杂的研究任务，都可以使用信息技术，以帮助学生提高学习的质量和效率。于是，笔者在本学期初次尝试将P3D数字模型运用到三年级的自然课程教学中。

一、什么是P3D数字模型？

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科。P3D数字模型教学系统是利用“虚拟现实建模语言”技术创建的交互式三维教学模型，能以极其逼真的高画质三维视觉效果呈现在师生面前，同时拥有强大的交互式教学功能，通过交互式操作，全方位多角度地观察三维模型，使观察者便捷、形象地了解模型，实现人与数字化三维模型的实时互动。

将它应用于自然课堂教学中，可以更清晰、灵活地讲解知识点，帮助教师解说复杂的教学知识，并借助3D动画介绍奇妙的科学现象，有效地促进学生理解科学知识的思维能力，增强学生的专注和参与程度，提高学生的学习兴趣，减轻教师的教学负担，为学生和教师创造一种感性认知科学知识的有利条件。

二、P3D数字模型的主要功能介绍

P3D虚拟现实交互式三维技术在基础教育教学的应用中，涵盖了生命科学、微观生物、动物、植物、地理、化学等学科。P3D教学模型提供中文菜单，可快速定位模型的具体部位，可任意进行360度旋转，可灵活缩小、放大和拖拽移动。同时该模型还能提供透视功能，在教学中能帮助教师讲解内部结构。在P3D教学模型中，可用多种颜色及粗细程度不同的笔进行标注，可通过键盘输入文字标注，可使用橡皮擦清除部分标注或整体清除标注，可保存及打印图片。

同时，学生还可以利用P3D简便的绘图工具，直接在图像和视频上自如涂写，并能够编辑保存成图片形式，以便彰显个性化的学习内容，充分提高学生的探究能力，体现学生的学习自主性。

不仅如此，教师还能利用P3D教学模型制作配套的3D视频，表现自然科学系统的结构和动态，进行演示和探索教学，为学生提供一种可供体验和观测的环境，并改变学生的思维和学习方式。

三、P3D数字模型如何突破教学难点？

自然教材中，教学内容有时受时空限制，对于语言文字所描述的许多形象，学生无法亲身体会、耳闻目睹，故可以借助已有的表象进行想象，体会语言文字、图片描述的情景，从而突破教学难点。

如“呼吸”一课，呼吸运动是本课的教学难点，学生对“呼气或吸气时，肺的变化和膈的运动方向”的理解比较困难。那么，教师如何解决这一教学难点呢？传统的教学中，教师往往会操作一个模拟实验（略）来让学生理解这个问题，需要准备实验材料，并且很难使每个学生都能清晰观察。笔者运用了3D动画《呼吸运动》来展开教学。该动画通过演示三次呼吸运动（两次正常速度放映，一次慢速放映），真实呈现了人体呼吸时肺的变化和膈的运动方向，让学生直观地形象具体地理解科学知识，极大地加深了他们对知识的记忆，提高了学习的专注和参与程度。

学生通过反复观看该动画，正确描述出：呼气时，人的肺容积变小，膈上升；吸气时，肺容积变大，膈下降。可见，3D动画既节省了人力和物力，又为每一位学生提供了具有真实画面感的学习资料；既帮助教师解说了复杂的教学知识，又为学生提供了一种可观察的生动的环境，并改变了学生的思维和学习方式。它打破了时空的限制，浓缩了更多表象，为想象打下了基础，且优化了想象的过程。同时3D动画的介入，可使抽象事物具体化，达到变难为易、化繁为简的目的，使学生愿意学、有兴趣学。

四、利用P3D数字模型让学生自主学习

人体是学生既熟悉又陌生的大自然造物，但人体内部结构究竟是怎样的？人的各个器官长成什么样？器官内部又是什么样的呢？学生对这些问题充满了好奇。以往教师在进行人体内部器官相关知识教学时，只能运用平面图或视频等素材为学生讲解。这样的教学资源和手段，相对于P3D有其局限性。P3D数字模型则通过虚拟现实技术，更好地表现自然科学系统的结构和动态，以演示来探索教学。

该模型提供的虚拟现实三维图像，以三个独立并重叠的图层为组成元素（肌肉、骨骼和内脏），可以灵活地进行组合展示。通过精细的三维图像和视频展现不同的生理过程，从而对人体进行全面深入的探究。课堂上，学生在P3D数字模型上，通过放大、缩小、旋转、透视，多角度地观察精细的三维图像所展现的身体不同部位，对人体进行全面深入的探究，了解人体内部重要器官的构造，完成一次引人人胜的人体内部旅行。

在结束人体内部旅行后，学生便产生了疑问：究竟哪些才是人体的呼吸器官呢？于是，教师适时为学生提供由P3D数字模型制作的微课《人体的呼吸系统》，为学生解答了自主学习过程中产生的疑惑：究竟人体中有哪些呼吸器官？学生通过观看微课，认识了人体呼吸器官的名称，以及这些器官在人体内部的位置。接着，教师再通过“拼补器官缺失图”活动，巩固“人体呼吸器官的名称和位置”的知识，并帮助学生直观、形象地掌握本课时的学习重点和难点。不仅如此，教师还运用全息投影技术，将P3D数字人体模型投射到学生的身上，产生真实的人体内部器官影像，从而使学生“现身说法”地认识到这些器官在人体中的位置，让学生产生身临其境的感觉。可见，P3D模型能够将晦涩的科学话题表现得易于解释，有力地推动了学生的探究性和自主性学习进程。

P3D数字模型作为促进学生自主学习的工具，运用到自然课程的教学，能使自然课堂教学更形象生动，更富感染力。实践证明，P3D数字模型在自然课上的运用，使学生在整个自主学习过程中，身临其境，如见其人，如做其事。学生由直观到抽象、由感性到理性地认识事物，能够选择自己所需要的学习内容，这个过程激发了学生的学习兴趣，提高了学生学习的积极性。

总而言之，新课程要求学生成为教学活动的主体，使课堂教学的重心从教师转向学生。那么，P3D数字模型与课程资源相互融合，就为新型教学提供了一个理想的教学环境，充分体现了教与学过程中的“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三个层面的价值取向。它给教师和学生提供了具有拓展性、探究性、互动性的学习环境，提高了学生掌握知识的效度，以达到优化教学的目的，满足了不同认知水平学习者的现实需求，使学生的自主学习、自主探究能力得到了加强。

（编辑 刘泽刚）