利用3D打印技术建构生物学模型的初探

张雪花

【案例背景】

生物科学核心素养的培养，要求学生能够在实践中进行创新，初中生物实践教学对培育学生的核心能力具有十分重要的作用，在初中生物教学的过程中，需要教师充分利用各种资源，要求学生参与到生物实践活动中，以提高学生的知识应用能力。但是，受到传统生物教学评价模式的影响，往往只是片面地追求成绩，忽视对学生实践能力的培养，导致学生的学习创新能力不能得到有效的培养。3D打印技术在初中生物教学中的应用，通过打印生物模型，帮助学生掌握生物体的结构，提高学生的知识应用能力，在生物实践教学中具有广泛的应用前景。

【案例描述】

3D打印技术在教育中的应用，能够有效地改变课堂教学模式，为学生提供多种可打印的教具，有利于培养学生的实践操作能力，也有利于培养学生的创新能力。在初中生物教学中，利用3D打印技术，能够为学生提供多元化的教学模式，有利于培养学生学科核心素养能力。

1.3D打印技术在初中课堂教学的应用流程

在初中生物教学中，利用3D打印技术辅助教学时，需要结合课程的内容以及学生的特征，设计好学习任务，让学生在学习的过程中有明确的目标，以激发学生的学习兴趣与创造能力，利用3D打印技术的目的在于向学生展示如何利用它来完成具有挑战性的学习任务，在课程开始时，教师需要将学生分成小组，向学生讲解生物课程的内容，并讲解如何设计生物模型以及如何在3D资源库中搜索初中生物课程资源，在这期间，学生可以通过网络搜索，或者在其他地方进行信息收集这些物品的造型，确定需要打印的模型，然后在实践活动中，先组织学生在计算机上设计模型，在经过教师指导与确认后，再打印出模型，直到学生完成整个学习过程。具体的教学流程如图1所示。

采用3D打印技术进行教学的最大特点是学生在完成实物模型打印之后，可以通过交流展示自己的作品，便于进行师生评价与学生互评，让学生在相互评价的过程中，能够及时发展自己在学习过程中存在的不足或问题，同时，也便于教师对学生的作品进行评价、指导与反馈，进而能够帮助学生更好地完成作品模型，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。

2.构建基于3D打印技术的初中生物教学模式

在初中生物教学中，利用3D打印技术，教师可设计个性化的教学模式，帮助初中学生更好地形成沉浸式学习模式，以帮助学生更好地掌握与理解学习内容，学生通过3D打印技术，可以实施创新性的学习，培养自己批判性的学习思维。作为一种通用性的技术，3D打印技术在生物学中的应用，可以为学生提供生物实体打印模型，让学生在实践操作中提高自己的知识应用能力。因此，在初中生物教学中，不仅要提高学生的实践能力，还要注重对学生的学科核心素养进行培养，构建一种适用3D打印的教学模式就是非常必要的，结合3D打印技术的特征以及初中生物的学习特点，构建如图2所示的3D打印在初中生物教学中的教学模式。

在教学模式中，教师需要将生物教学内容、教学设备、需要的教学资源、学生的个性化需求等结合在一起，最终确定需要利用3D打印技术打印的生物教学模型，然后通过前期的模型设计、3D打印的切片分层等过程，还可以从3D模型库中调用相应的资源库类型来构建生物模型，在教学模式的应用中，重点是调动学生学习的积极性与主动性，例如可以在3D模型资源库中调取人体骨骼模型图，然后利用3D打印机将其打印出来，便于学生利用现实模型来学习人体骨骼的系统结构知识，加强学生对理论知识的理解，同时也有利于培养学生的生物学科核心素养。

3.辅助完成教具的应用

在初中生物课程中，有很多教具可以自行制作，采用3D打印技术做出的教学模型能够给学生以直观的形象，帮助学生理解课程教学的内容，在具体的生物教学过程中，教师可以利用3D打印机来打印教学模型，让学生通过观察打印机的成型过程，使得教学内容变得更加直观、生动、形象、具体，这样能够有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力与实践操作能力，也能够帮助学生理解复杂、抽象的生物学内容，提高学生的知识应用能力，从而突破教学的重点、难点，提高生物课堂的教学效率。例如，学习初中生物学中的导管、筛管的结构时，为了提高学生对导管与筛管的认知，采用3D打印机技术，可以快速地成型，帮助学生掌握导管与筛管的形成过程，提高学生对生物模型的认知能力，同时通过学生自己的动手设计、3D打印导管与筛管，不仅有利于学生对导管、筛管功能的理解，还有利于培养学生的实践操作能力，进而有利于培养学生生物学科的核心素养。打印的筛管如图3所示。

【案例反思】

3D打印技术是一门前瞻性比较强的技术，运用3D打印技术打印生物课程内容中的生物模型，使得教学内容更加直观、形象、具体，同时也能够激发学生的学习兴趣。通过对3D打印技术的基本内涵进行分析，探究了3D打印技术在初中生物教学中的应用流程、教学模式及具体的应用。

在初中生物学习中，教师需要注重培养学生的实践操作能力与创新能力，学生对生物体的实物认识是提高学生学习兴趣的关键，在课堂中利用3D打印技术将实物打印并立体地展示给学生观察，能帮助学生加深对生物概念的理解，同时也能够将3D打印技术带进课堂，让学生了解新科技给学习与生活带来的变化，学生可以在先期学习如何用计算机技术来构建生物模型，完成设计生物体小实物的造型，比如细胞、筛管、导管、植物根茎叶等生物教学的模型，然后通过3D打印技术将这些小实物打印出来，同时，在教学的过程中，还可以布置实物项目，让学生学习生物书、观察生活中的实物，进行创意与信息采集与设计实物造型。然后，在教师的指导下，运用3D打印机设计实物模型。在经过不断的修改与矫正之后，完成需要打印的实物模型，从而让初中学生能够掌握生物学习中的一些重要实践知识，使学生了解初中生物课本中的一些生物形状。在初中生物课堂教学中，教师可以利用多媒体技术展示3D打印机技术对生物教材中的各种生物图形或者教具模型，向学生展示如何综合利用各项技术的组合来实现对初中生物教学中所需的教具、生物体模型，从而能完成具有挑战性的设计任务，提高学生对生物学知识的感性认识，提高学生对生物学的学习兴趣。

在初中生物教学中，采用3D打印技术能够有效地提高学生的学习兴趣，转变学生的学习观念，提高学生的动手能力与实践操作的能力。同时，采用3D打印技术也能够为学生提供更为直观的实物，便于学生近距离观察生物学的知识，转变学生的学习观念，也有利于促进现代信息技术在初中生物课堂教学中的应用。

参考文献：

[1]李媛媛，艾贤明.3D打印技术在高中通用技术课程中的应用研究[J].中小学电教，2015（6）.

[2]吴丽业.新课程理念下的初中生物实践教学[J].中学生物教学，2016（5）.

[3]王萍.3D打印及其教育應用初探[J].中国远程教育，2013（8）.