摘 要：模型是物质的直观体现，通常是依据相应的教学目标，强化学生认知结构的简化性描述与概括，将难以理解且抽象的事物形象化，实现学生思维与能力培养。本文主要对生物3D模型及其构建原则进行分析，并提出高中生物3D模型的应用策略，促进学生的生物学科素养的提高。

关键词：高中生物;3D模型;核心素养;构建;应用

《普通高中生物学课程标准》主要将核心素养作为宗旨，关注实践能力以及创新精神培养，提倡以工程学任务进行教学。模型与建模是高效化的一种学习方式，其不仅有助于学生的生物学科素养培养，而且还能促进学生设计能力、思维能力的提高，是高中生物教学的重要部分。但是，高中生物的3D模型建构中，普遍存有注重具体的模型形成结果，轻视建模思维过程、教学资源相对缺乏的现象，这会影响生物课堂教学中模型建构。3D模型由于其具有多学科通用性以及模型建构灵活性，是实现模型建构、立德树人教育任务落实以及培养核心素养的重要途径。

一、3D模型概念及其建构原则

（一）3D模型概述

3D模型主要是指经过不同的细节处理以及层次渲染，通过特定的算法对物体空间结构进行构造，再现物体的真实结构。3D模型既能翔实、全面、逼真地重现出生物体实际结构特征，又能通过计算机进行放大缩小、自由旋转[1]。部分3D模型还附带了显影动画播放的效果，是生动形象的电子教具。同时，3D模型还能带来良好的视觉体验，并在各个学科教育中得到广泛运用。

（二）3D模型建构的原则

依据生物模型与3D模型的建构特点，在进行3D生物模型的建构时，需遵循相应的原则，具体表现在以下几点：

1.科学性原则

生物模型主要是立足于生物原型抓住主要特点进行简化、抽象的模型，并反映出原型具备的基本特征，通常包含了大小、形状、颜色、结构等[2]。不论建构哪种生物模型，最重要的是科学性。生物模型作为知识传播的载体，模型错误通常会使学生对相关生物知识的结构与功能产生错误认知。因此，在生物模型的建构时，需保证模型建构没有知识性错误。3D模型的建构模型需明确数据的精确性以及结构形态的良好呈现，使模型的建构更加科学、准确。

2.简明性原则

模型通常是原型简化，生物教师需依据教学需求，进一步删减原型模型的具体结构，或将其复杂的结构进行简化演示。例如，高中生物的课堂教学中，新课程对细胞的认识提出了更高的要求，尤其是细胞器的功能与结构相对统一，生物教师在建构3D模型的时候，需注重细胞器具备的结构特征，由于叶绿体与线粒体在细胞的呼吸以及光合作用对于生命活动具有重要影响，因此，教师需通过两部分的结构进行单独模型的建构。

3.相似性原则

模型通常是以生物原型进行建构的，需注重模型特征的体现，基本的形态结构需和原型相似。对于相似性原則而言，其主要是通过3D模型替代原型模型，不断放大原型比例，将微观化生物结构进行实物化展现[3]。

4.灵活性原则

不同生物模型具有不同建构法，面对相同生物模型依据不同的教学需求以及实际情况，也需采取不同建构法，建构模式并非唯一，需依据内容特点进行灵活建构。在3D模型设计时，需充分考虑到其实际应用范围，增加3D模型的运用宽度，和模型结构有关的内容都能通过3D模型作为基础进行延伸应用[4]。例如，DNA双螺旋的结构模型建构时，不仅有DNA的分子结构能够运用模型，而且还能在DNA复制、转录、翻译的时候，促进DNA双螺旋的结构模型拓展。积极运用3D模型，将模型运用于实际教学中，在进行3D建模时，需充分考虑到运用对象以及运用方式。模型建构的教学不能仅局限在静态模型，需确保模型能够“动起来”，引导学生深刻体会模型建构的全过程。若模型是教师在课堂教学中使用，模型体积与动态演示是其关键的问题，因此，生物教师需依据教学场景的不同，设计出可用的3D模型。

5.艺术性原则

在确保建构的生物模型准确性、科学性的基础上，对模型实施优化，以呈现出模型的艺术性。建构精美的模型，能充分吸引学生在课堂学习的注意力，并促使学生充满兴趣地观察与研究模型。3D模型建构时的模型组块、角度搭建均会对成品观感造成直接影响。因此，生物教师在建构3D模型的时候，需注重增加模型的美观以及区分度，并对其实施上色处理。

二、高中生物3D模型的构建与应用的现存问题

（一）教师立足点不高

大部分生物教师在开展3D模型的教学中，通常只是依据具体内容进展讲解，缺乏立足于动态和立体的角度来看待模型。如对细胞结构的模型进行建构时，生物教师通常会将重点置于动植物的细胞亚显微结构图讲解，并将细胞膜、细胞壁、细胞核、细胞质、各种细胞器的功能以及结构进行清楚讲解，甚至会引导学生将动植物细胞的亚显微细胞的结构模式图亲自画出来。通过这种方法虽然有利于学生理解以及掌握相关新知识，但是，大部分教师仅是停留于该步骤，忽略了模式图仅仅为平面结构，但真实细胞通常是立体的。若生物教师没有引导学生亲自制作细胞的三维结构的动画或者模型，学生通常很难有效地理解中心体是动物细胞中心，而非细胞核为细胞中心;无法理解在显微镜下没有进行质壁分离的洋葱的鳞茎外表皮的细胞是紫色的，不清楚原生质层具体位于哪里;无法有效理解分泌蛋白在实际形成中囊泡为何有规律地朝着高尔基体移动，然后向着细胞膜移动，而不是随机移动以及随机分散。由此可知，教师建模时的立足点通常会对学生理解知识的情况造成直接影响。

（二）模型建模的精准度欠缺

目前，高中生物的课堂教学中，模型建构的标准缺乏相应的依据以及参照，大部分状况下，模型制作都与生物本身结构的大小存在巨大的差距，且生物教师在应用模型的时候，也没有对其实施相应的强调与解释，这会使学生对于生物知识的学习与理解产生误解。除此之外，生物结构通常是运动变化或者静止状态的，但在高中生物的具体教学当中，更多是静止的状态，这使学生对于生物模型所揭示的具体状况理解缺乏准确性。

（三）能力的培养欠缺

高中生物的建模教学中，部分生物教师都喜欢讲解法，该方法更加直截了当且便于操作，虽然讲解的知识严谨、系统，但是不利于学生理解和消化。实际上，模型建构的过程通常是学生通过自主思考而实现知识建构的过程，该过程相较于结果通常更加重要。例如，在对概念模型开展教学时，生物教师习惯于通过板书或者投影的方式，将其绘制的概念图直接呈现给学生，而学生也认为教师做出的归纳更具条理性，也更加全面，会直接应用。这种状况下，学生会形成思维惰性，凡事都习惯于依赖教师，影响学生自己的理解、比较、分析与概括等相关思维能力的锻炼以及发展。

三、高中生物3D模型的构建与应用的策略

（一）立足于教学内容，提高建构模型的思维能力

高中生物的3D模型建构过程通常是行为与思维的统一过程，依据生物知识以及学生无法理解的重难点实施深化与拓展，不仅有助于学生的观察力、分析力、探究力提高，而且还能促进学生的学科思维提升。依据课堂教学的具体进程，以及学生的实际学情，教学需深入研究，准确地把握好时机，运用生物建模法，深化学生对相关生物知识的理解，并促使学生积极主动地参与到生物课堂的教学活动中，对生命的活动规律进行探索，以促使学生形成相应的生物观念。就高中生来说，生物教学需注重培养学生解决生物问题的能力，以实现科学、完善、高效的知识体系构建。例如，在对“分子与细胞”中的“走进细胞”开展教学时，生物教师可依据相关知识点实施综合设计，建构概念图的3D模型，利用模型直观形象、简明的优势，为学生的学习提供充足的理论支持。同时，生物教师可调动学生已具备的生物知识进行模型建构，与灌输式教学不同，其更有助于学生进行知识记忆。在对3D模型进行建构中，需依据细胞结构的具体内容、细胞的分类与组成实施归类教学，深化学生对生物知识的认识，促进学生的学习效率提高。

（二）立足于概念模型建构，完善学生学习能力

在高中生物教学中建构3D模型，生物教师需与实际教学内容相结合，突出3D模型的建构方法，并突出其中的具体环节，注重学生自身的学习能力培养。例如，在对“细胞器——系统的分工合作”相关内容开展教学时，生物教师可对学生课下所制作的细胞模型进行完善与评价，以增强学生对细胞结构的功能认识以及掌握。本节课教学的能力目标是引导学生建构真核细胞的3D模型，在艺术性、科学性各方面进行模型建构，并给予相应的评价。同时，生物教师可引导学生经自主学习进行概念图建构，依据高等动植物的细胞模式图，对动植物的细胞器具体种类进行概括，并形成相应的3D模型，以促使学生充分掌握其细胞器种类的相同点与不同点，引导学生完善其模型建构以及评价的能力，使学生自身的学习能力得到全面提高。

（三）立足于3D模型呈现，落实核心素养培养目的

生物3D模型的显著优势是将抽象化生物概念与原理形象地展示给学生，以便于学生更容易理解生物概念和规律，引导学生建构生物学的知识体系，并形成相应的生命观念，以此为学生形成形象思维以及核心素养做足准备与铺垫。同时，生物教师需依据3D模型建构的实际价值，融入生物教学的整个过程，调动学生的建模意识，并依据学生的学习兴趣给予科学引导。教师还需引导学生自主建构模型，凸显出以生为本的课堂教学优势，提升学生的模型建构能力。例如，在对“有丝分裂”的相关知识开展教学时，生物教师可通过图表模型、实物模型的3D模型建构，促进课堂教学的直观性和丰富性，使学生形成核心素养以及形象思维力。生物教师还能通过视频演示，将“细胞分裂成两个细胞的全过程”展示给学生，在集中学生学习注意力的同时，为学生的后续学习奠定基础。依据有丝分裂的特征，通过信息技术软件，引导学生建构3D模型，明确结构与功能之间的联系节点，以促进学生的创造性思维以及想象能力发展。

（四）立足于3D模型建构，提高问题解决能力

学生充分掌握3D模型的建构方法，可以有效解决学生在实际学习活动中的问题。减数分裂属于高中生物实际教学的主要内容，学生可以经过3D模型建构完成相关内容的学习。在进行“减数分裂”的教学中：第一，生物教师可通过多媒体将减数分裂的3D模型播放给学生，引导学生直观、形象地理解与掌握减数分裂的全过程，以促使学生形成感性认识;第二，引导学生对生物教材中的减数分裂过程图进行简要分析，与同源染色体、联会、姐妹染色体、染色体的交叉互换等有关概念相结合，绘制出减数分裂的3D模型图，对各个时期的染色单体、染色体及DNA数量等相关特征实施分析，并找出增加或者减少的具体原因，以实现DNA、染色体的数量变化的3D模型建构。学生经过减数分裂的3D模型建构，不仅能充分理解与掌握减数分裂的关键点，而且还能掌握分裂的整个过程，实现学生的生物思维拓展，通过3D模型建构，实现问题解决能力的提高。

（五）参与3D模型建构，培养学生综合素养

模型是学生研究生物知识的一种科学有效的方法，通过信息技术辅助学生进行3D模型的构建，更能够帮助学生深刻地认识生物本质，也能够促使学生学科核心素养的形成。在教材中的生物知识几乎都是以平面的形式呈现，不容易让学生想象出所研究对象的真实样子，通过模型构建的方法对生物对象的主要特征进行概括和总结，然后构建立体的3D模型，通过学生的参与、构建和观察，能够感受到生命的奥妙，清晰、具体地观察生物的空间构型，提高学生的生命意识，认同生命是复杂的。例如，在进行“基因指导蛋白质合成”教学时，通过3D模型的构建，往往能够取得良好的效果。在构建3D模型前，教师收集有关的3D素材，给学生展示模型需要的基本3D单位。诸如：脱氧核苷酸、核糖、脱氧核糖、碱基（A、G、C、T/U）、核糖体等。接下来，学生开始构建3D模型，学生运用素材构建mRNA、tRNA、氨基酸的3D图形，然后通过核糖体对mRNA的碱基序列进行翻译，肽链也不断地延伸，肽链合成后，脱离了信使RNA，最终形成具有一定氨基酸顺序和功能的蛋白质分子，3D模型构建完成。通过构建模型，能够使学生更好地认识到遗传信息从DNA到蛋白质的过程中，理解细胞中发生的复杂过程，感叹生命的奇跡，提高学生的学习动力，培养学生综合素养。

结束语

综上所述，高中生物的课堂教学中建构3D模型通常具有显著优势，其不仅有助于教学质量的转变与提升，而且还能促进学生的课堂学习效率的提升，对学生的综合能力进行培养，促进学生的主观能动性发挥，将生动、直观的生物知识呈现给学生，使高中生物的课堂教学质量与效果得到显著提高。

参考文献

[1]陈清静.高中生物模型建构教学的理论和实践研究[J].高考，2017（30）：1.

[2]荣娜于.模型建构在高中生物教学中的应用研究[J].教学方法创新与实践，2021（4）：8，50.

[3]沈锡颜.核心素养下模型构建在“生态系统的结构”教学中的应用[J].科学与财富，2020（2）：384.

[4]张亚琼.模型构建在探究式生物教学中的实践与研究[J].发明与创新·职业教育，2021（8）：189，191.

作者简介：凌燕（1987— ），女，汉族，江苏姜堰人，江苏省扬州市第一中学，中学一级，本科。研究方向：高中生物教学。