STEAM教育理念下的生物3D模型课件的制作——以《T2噬菌体模型》为例

谭惠婷

(广东省开平市开侨中学 529300)

随着STEAM教育理念不断渗透，将科学知识、高新技术、工程设计和数学思维紧密结合的3D设计和打印技术成为创新教育的主流，这也为3D制作在高中生物教学课件上的运用提供有力的技术支撑.

一、理论依据——STEAM教育理念

STEAM是结合科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)、数学(Mathematics)的跨领域综合素质教育.它的核心是跨学科的融合，强调解决任何问题都不可能只依靠单一学科知识，而是多学科之间的相互渗透，相互支撑，相互补充，共同发展.

二、生物3D模型课件的制作需要STEAM跨学科的思想支撑

3D建模是利用三维制作软件通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型.生物3D模型课件的制作主体就是进行3D建模，其过程就是利用3D 软件从X，Y，Z轴三个维度构建出逼真、生动的立体化教学模型，这也是生物学科与信息技术融合的体现；3D建模不是简单的模型的绘制，由于立足于教学，其构建的模型具备科学性，如比例是否合理，各部分位置是否正确，而这些都是需要运用数学思维来计算模型各部分之间的空间位置；如需要进行实体打印，还需要考虑工程因素；又如模型课件能否吸引学生注意力，这也涉及到艺术方面的知识.

三、STEAM教育理念指导下的生物3D模型课件的制作思路

1.教学需求分析

噬菌体侵染细菌的实验是《DNA是主要的遗传物质》中的第二个实验，了解T2噬菌体结构有助于学生更好理解实验过程，更清楚遗传物质是什么.

2.STEAM制作列表构建(见表1)

表1

3.3DOne模型建模

T2噬菌体由头部和棒状尾部构成，头部呈正20面体，尾部由尾管、尾鞘、基盘、尾钉和尾丝等部分构成，3D建模重点是将这几部分制作出来.

(1)头部建模.为了建模准确，设定r0为10mm，得出r=13.0902mm，计算好数值开始对头部建模：

①选择草图工具中的正多边形命令，画一个中心点为原点(0，0)，边数为3，外接圆半径为10的正三角形.

②创建一个六面体，用作参照体，将其中一顶点放在原点位置，中心点(-10，10，0)，设置高为13.0902.

③使用直线命令，以六面体正侧面为参考面，以正六面体的一边绘制一条高13.0902的直线，删除六面体后剩下的这条高就是内接圆半径r.

④利用放样命令，以高的顶点进行放样，制作一个三棱锥.

⑤选择镜像命令.选择一个向上的面镜像，按确定，继续向上镜像三次，直到出现一条直线.

⑥利用圆形阵列命令，全选所有基体，沿着直线方向设置阵列个数为5，按确定，一个正20面体完成.

(2)尾部建模.T2噬菌体尾部主要为棒状结构，由尾管、尾鞘、基盘、尾钉和尾丝等部分构成，所以主要以圆柱体为建模主体.

①尾管和尾鞘的建模.选择圆柱体命令，选择“两者之间”，选中正二十面体底部顶点处，再点击出现圆柱体后按确定，返回圆柱体参数界面设置合适参数.同理，利用圆锥体命令，选择“曲率中心”，点击圆柱体底面，绘制一个上半径为3，下部半径为5，高为6的圆锥.调整好位置后再选择圆柱体命令，选择“曲率中心”，点击锥体底面，绘制一个半径为6，高为-55的圆柱体.选择圆柱的最底面为绘制平面，绘制一个圆心(0，0)，半径为6.5的圆，再选择拉伸命令，输入拉伸距离-0.5，按确定.选中刚刚拉伸的圆柱体，选择阵列命令，方向(-0，0，1)，阵列个数为45，距离为54.8，按确定.至此，尾管和尾鞘建模完毕.

②基盘建模.选择草图工具画一个半径为16的圆，向下拉伸长度为3.

③尾钉建模.利用圆形命令，在适当位置画一个半径为2的草图，确定后再拉伸到适当长度.再选择阵列命令中的圆形阵列，阵列个数设置为8.

④尾丝建模.选择直线命令，在基盘边缘位置找好参考平面，绘制三条直线，按确定，但不退出草图界面，再选择链状圆角命令，全选三条直线，将半径设置为5.确定后退出草图，利用圆形命令，在刚刚绘制的草图上画一个半径为1.5的圆，确定后退出草图.使用扫掠命令，轮廓选圆，路径选直线，制作出尾丝效果.通过移动命令，将尾丝移动到基盘内.再选择尾丝底面，向下拉伸高度为10，拔模角度为-6.然后全选尾丝进行圆形阵列，个数8个.

最后利用材质渲染工具对整个模型进行渲染美化.

利用3DOne制作生物3D模型课件进行教学优势明显：

(1)3D模型具有立体、逼真的特征，相比平面模型更能使学生印象深刻；

(2)3D模型是数字资源，可以长期保存，避免因老化，磨损，人为损坏等因素造成的重复购置，减少学校经费开支；

(3)3D模型可以利用3D打印机进行实体打印，教学灵活度更高.

总之，在STEAM教育理念指导下，依照教学需求分析，STEAM制作列表构建，3Done建模的制作思路，制作出来的生物3D模型立体、逼真，能替代平面课件和实体模型用作教学，达到很好的教学效果.