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【摘 要】在生物教学中让学生利用3D虚拟仿真软件构建生物模型，不仅能够将微观的物质、动态的变化过程更形象的呈现出来，加深学生对所学知识的记忆、理解，提高学生学习生物的兴趣，而且也能引导学生进行发散思维，提高学生的探究能力和分析解决问题的能力。此外，也比现实中构建模型更易操作，更有趣味，提高了课堂有效性。
【关键词】学科整合3D虚拟仿真技术 生物模型构建
一、3D虚拟仿真技术与生物学科整合的研究背景
2001年，教育部在《基础教育课程改革纲要（试行）》中提出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”随着科学技术的不断发展，现代教育技术已逐渐渗透于各学科教学中，这也必将引起教学观念、教学内容、尤其是教学手段的巨大变革。
几年来，笔者在生物教学过程中深刻的体会到，生物学是一门偏重微观的科学。平常，虽然老师讲解详细，教材图片丰富，但是学生要真正理解掌握起来还是非常困难，经常把一些知识记混，或记不住，也总觉得生物学知识显得那么琐碎、零乱。比如在讲细胞减数分裂，这过程很是抽象，划分的时期多，每个时期也各具不同特点，学生记忆起来非常的困难。再如讲DNA分子的结构时，脱氧核苷酸由三个组成成分，这三种物质到底是怎么构成DNA双螺旋结构的，学生总很难理解。诸如此类的例子还有很多。怎么帮助学生解决这一类难题呢？
笔者在教学研究中发现，如果能让学生自己动手构建模型，那么学生理解和记忆起来就非常的容易了，并且不容易记错。
模型指的是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。以实物或图画形式直观的表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。物理模型包括静态的结构模型和动态的过程模型。它们最显著的特点是形象直观。但是，物理模型的构建要在现实生活中让学生完成会比较难实现，主要原因是理想材料不易获得，构建的效果不理想，学生兴趣不高。
二、3D虚拟仿真技术与生物学科整合的优势
经研究发现，信息技术中的3D虚拟仿真技术具有身临其境的模拟、超时空的链接、超大的信息量等特点。学生利用3D虚拟仿真软件制作模型，方便、易操作，可以轻松帮助我们完成构建模型的目标。在生物教学中让学生利用3D虚拟仿真软件构建生物模型，不仅能够将微观的物质、动态的变化过程更形象的呈现出来，加深学生对所学知识的记忆、理解，而且也能引导学生进行发散思维，提高学生的探究能力，学会科学研究的基本方法。此外，这种构建方式也比现实中构建模型更易操作，更有趣味，效果更加直观形象，提高了课堂有效性。
本文中构建生物模型采用萝卜圈公司的IrobotQ 3D仿真软件，这款软件具有真实的3D效果，多样化的搭建模块，简单的图形化编程方式，它特有的网络竞技形式可以实现家校互连、在线竞赛，取得寓教于乐的效果，具有良好的教育有效性。
三、利用IrobotQ 3D仿真软件构建生物模型的实例
打开IrobotQ 3D仿真软件，并利用事先注册好的账号登录系统，点击进入“模型搭建窗口”后，在安装块项目内系统自带了不同类型、颜色、大小安装块
1、制作生物膜模型
生物膜的结构模型示意图作为人教版《分子与细胞》生物必修1的“封面人物”，历年高考都有涉及到一些相关内容的考察，由此可见其地位在教学中的重要性。为了加深学生对生物膜分子组成和空间结构特点的认识，不妨引导学生试构建一个流动镶嵌模型，能有效的达到教学的目的。
在IrobotQ 3D仿真软件的“模型搭建窗口”内，选择半径1.5个单位的红色圆球作为磷脂分子的头部，3个单位高度的黄色圆柱安装柱作为磷脂分子尾部，宽、厚、长分别为3、0.5、8个单位的灰色安装板及圆形安装板拼装成为蛋白质分子，长、宽、高均为3个单位的绿色立方体安装板及绿色安装块组装成糖类。将若干红色圆球和黄色圆安装柱相连并排列在一个水平面上，这样就做好了“磷脂单分子层”。
2、制作DNA分子结构的模型
在人教版《遗传与进化》模块中的《DNA分子的结构》一节，重在引导学生模仿科学家构建DNA分子结构的模型。构建模型前，学生需先掌握DNA分子结构的特点：第一DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。第二DNA分子中脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。第三DNA分子两条链上的碱基按照补配对原则两两配对，并且以氢键连接。之后才能分小组开始构建模型。
构建模型时，DNA的结构模型采用蓝色圆形底板代表脱氧核糖，高度为3个单位的深蓝色圆形安装柱代表磷酸二脂键，半径为1个单位的绿色圆球代表磷酸分子，分别用高度为3个单位的红色、黄绿色、灰色、绿色方形安装柱代表不同碱基。
3、建构减数分裂过程的模型
学生动手建构减数分裂过程中染色体形态变化的模型，属于动态的物理模型。减数分裂过程中学生最难掌握的就是染色体的行为变化，还有对同源染色体、姐妹染色单体等名词的概念比较模糊。模型构建能强化学生对减数分裂过程染色体规律变化的观念和印象，为学生进一步获取系统知识确立了前提条件，达到对减数分裂本质深层次认识的目的。
模型建构完毕，要留时间给学生进行展示，并让学生指出他们在相应的模型建构上的特点，教师要对学生的模型进行审核，指出其错误或不足之处，我们制作模型，宗旨就是为了加深对书本知识的理解，所以学生对模型制作的错误之处，肯定是对书本上的某一知识的理解有欠缺。
四、利用3D虚拟仿真技术构建生物模型在教学中的意义
面对一个新的模型制作任务，学生需要对书本知识充分的理解，并要查阅相关的资料，以掌握模型对象的特征。初步建构完模型后，为了完善自己的设计，还需要进一步审查模型的科学性和美观性，以及他的可保存性，并在此基础上进行进一步修改完善，从而力求客观真实反映认识对象的特征。通过反复调整结构，逐步完善的教学活动，学生的创新和实践能力也得到了很大的提高。 利用3D仿真虚拟软件的编程功能，可以让生物模型运动起来，对生物模型变化过程进行仿真模拟，既提高学生学习生物的兴趣，又有利于培养和提高学生分析和解决问题的能力，和较严密的逻辑思维能力，从而提升学生的信息素养和技术素养。
【关键词】学科整合3D虚拟仿真技术 生物模型构建
一、3D虚拟仿真技术与生物学科整合的研究背景
2001年，教育部在《基础教育课程改革纲要（试行）》中提出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”随着科学技术的不断发展，现代教育技术已逐渐渗透于各学科教学中，这也必将引起教学观念、教学内容、尤其是教学手段的巨大变革。
几年来，笔者在生物教学过程中深刻的体会到，生物学是一门偏重微观的科学。平常，虽然老师讲解详细，教材图片丰富，但是学生要真正理解掌握起来还是非常困难，经常把一些知识记混，或记不住，也总觉得生物学知识显得那么琐碎、零乱。比如在讲细胞减数分裂，这过程很是抽象，划分的时期多，每个时期也各具不同特点，学生记忆起来非常的困难。再如讲DNA分子的结构时，脱氧核苷酸由三个组成成分，这三种物质到底是怎么构成DNA双螺旋结构的，学生总很难理解。诸如此类的例子还有很多。怎么帮助学生解决这一类难题呢？
笔者在教学研究中发现，如果能让学生自己动手构建模型，那么学生理解和记忆起来就非常的容易了，并且不容易记错。
模型指的是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。以实物或图画形式直观的表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。物理模型包括静态的结构模型和动态的过程模型。它们最显著的特点是形象直观。但是，物理模型的构建要在现实生活中让学生完成会比较难实现，主要原因是理想材料不易获得，构建的效果不理想，学生兴趣不高。
二、3D虚拟仿真技术与生物学科整合的优势
经研究发现，信息技术中的3D虚拟仿真技术具有身临其境的模拟、超时空的链接、超大的信息量等特点。学生利用3D虚拟仿真软件制作模型，方便、易操作，可以轻松帮助我们完成构建模型的目标。在生物教学中让学生利用3D虚拟仿真软件构建生物模型，不仅能够将微观的物质、动态的变化过程更形象的呈现出来，加深学生对所学知识的记忆、理解，而且也能引导学生进行发散思维，提高学生的探究能力，学会科学研究的基本方法。此外，这种构建方式也比现实中构建模型更易操作，更有趣味，效果更加直观形象，提高了课堂有效性。
本文中构建生物模型采用萝卜圈公司的IrobotQ 3D仿真软件，这款软件具有真实的3D效果，多样化的搭建模块，简单的图形化编程方式，它特有的网络竞技形式可以实现家校互连、在线竞赛，取得寓教于乐的效果，具有良好的教育有效性。
三、利用IrobotQ 3D仿真软件构建生物模型的实例
打开IrobotQ 3D仿真软件，并利用事先注册好的账号登录系统，点击进入“模型搭建窗口”后，在安装块项目内系统自带了不同类型、颜色、大小安装块
1、制作生物膜模型
生物膜的结构模型示意图作为人教版《分子与细胞》生物必修1的“封面人物”，历年高考都有涉及到一些相关内容的考察，由此可见其地位在教学中的重要性。为了加深学生对生物膜分子组成和空间结构特点的认识，不妨引导学生试构建一个流动镶嵌模型，能有效的达到教学的目的。
在IrobotQ 3D仿真软件的“模型搭建窗口”内，选择半径1.5个单位的红色圆球作为磷脂分子的头部，3个单位高度的黄色圆柱安装柱作为磷脂分子尾部，宽、厚、长分别为3、0.5、8个单位的灰色安装板及圆形安装板拼装成为蛋白质分子，长、宽、高均为3个单位的绿色立方体安装板及绿色安装块组装成糖类。将若干红色圆球和黄色圆安装柱相连并排列在一个水平面上，这样就做好了“磷脂单分子层”。
2、制作DNA分子结构的模型
在人教版《遗传与进化》模块中的《DNA分子的结构》一节，重在引导学生模仿科学家构建DNA分子结构的模型。构建模型前，学生需先掌握DNA分子结构的特点：第一DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。第二DNA分子中脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。第三DNA分子两条链上的碱基按照补配对原则两两配对，并且以氢键连接。之后才能分小组开始构建模型。
构建模型时，DNA的结构模型采用蓝色圆形底板代表脱氧核糖，高度为3个单位的深蓝色圆形安装柱代表磷酸二脂键，半径为1个单位的绿色圆球代表磷酸分子，分别用高度为3个单位的红色、黄绿色、灰色、绿色方形安装柱代表不同碱基。
3、建构减数分裂过程的模型
学生动手建构减数分裂过程中染色体形态变化的模型，属于动态的物理模型。减数分裂过程中学生最难掌握的就是染色体的行为变化，还有对同源染色体、姐妹染色单体等名词的概念比较模糊。模型构建能强化学生对减数分裂过程染色体规律变化的观念和印象，为学生进一步获取系统知识确立了前提条件，达到对减数分裂本质深层次认识的目的。
模型建构完毕，要留时间给学生进行展示，并让学生指出他们在相应的模型建构上的特点，教师要对学生的模型进行审核，指出其错误或不足之处，我们制作模型，宗旨就是为了加深对书本知识的理解，所以学生对模型制作的错误之处，肯定是对书本上的某一知识的理解有欠缺。
四、利用3D虚拟仿真技术构建生物模型在教学中的意义
面对一个新的模型制作任务，学生需要对书本知识充分的理解，并要查阅相关的资料，以掌握模型对象的特征。初步建构完模型后，为了完善自己的设计，还需要进一步审查模型的科学性和美观性，以及他的可保存性，并在此基础上进行进一步修改完善，从而力求客观真实反映认识对象的特征。通过反复调整结构，逐步完善的教学活动，学生的创新和实践能力也得到了很大的提高。 利用3D仿真虚拟软件的编程功能，可以让生物模型运动起来，对生物模型变化过程进行仿真模拟，既提高学生学习生物的兴趣，又有利于培养和提高学生分析和解决问题的能力，和较严密的逻辑思维能力，从而提升学生的信息素养和技术素养。