3D打印技术在中学生物学教学中的应用
中图分类号：G633.91文献标识码：B
《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》以下简称《课程标准》）明确指出，教学过程重实践是普通高中生物学课程中的基本理念之一，高度关注学生在学习过程中的实践经历，旨在通过探究性学习活动或完成工程学任务，深化学生对生物学概念的理解，提升其应用知识的能力。目前，生物学概念教学普遍通过图片和视频等多媒体手段展示生物结构或现象，以此辅助学生对概念的理解。然而，这种相对单一的教学方式可能在某种程度上限制了学生科学思维能力与动手能力的发展。
在此背景下，3D打印技术的引入为生物学教学提供了新的视角。该技术能够将抽象的生物学概念具象化为实体模型，这与《课程标准》强调的工程学设计及模型构建的教学理念高度契合。在教学实践中，教师通过引导学生自主设计并制作3D模型，帮助学生构建知识体系，在探究活动中加深对知识的理解；同时，这一教学方法还能显著提升学生的观察分析能力、动手操作能力以及创新意识，促进学生形成建模思维，从而更有效地实现生物学学科核心素养的培养目标。
13D打印技术概述
3D打印技术以计算机智能设计与制造为基础，首先通过计算机设计出三维模型，再利用激光束、热熔喷嘴等技术手段，将粉末状金属、塑料等材料分层堆积、粘连叠加，最终制造出实体物品，实现虚拟三维模型向实体物品的转化。
3D打印技术在各行各业中展现出广泛的应用前景。在教育领域，尤其是教育教学层面，3D打印技术同样展现出其独特的价值。然而，尽管3D打印技术在多个学科领域已有成功应用案例，但将其应用于生物学教学的相关研究却相对匮乏[2][3]究其原因，3D打印技术的复杂性可能是制约其在生物学教学中普及的重要因素之一。因此，开发简易、操作便捷的3D打印技术对于生物学教师而言显得尤为迫切。此举不仅有助于降低技术应用的门槛，使更多生物学教师能够轻松掌握并有效应用3D打印技术于教学实践中，还能进一步推动3D打印技术在中学生物学教学领域的普及与推广，从而推动生物学教学方式的革新与进步。
23D打印技术在生物学教学中的应用价值
2.1提高学生生物学学科核心素养
3D打印技术能够实现模型的可视化、生动化和形象化，使得微观且难以直观理解的结构清晰地展现在学生面前。这一技术特性不仅显著加深了学生对物质结构的认知，还为功能特性的学习奠定了坚实基础。例如，学生能够通过3D打印技术制作细胞膜的结构模型，在这一过程中学生能够全面理解细胞膜的结构特征和功能，明确物质流、信息流与能量流之间的关系，进而促进结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观等生命观念的形成与发展。
在构建3D打印生物模型的过程中，学生不断修正和优化模型，有助于培养科学思维。学生明确任务并展开合作探讨，形成利用工程学设计解决问题的意识，培养合作交流的能力，提升科学探究能力。学生将平面图转化为立体的作品，激发学习生物学的兴趣，在实践操作中培养实践能力和创造能力。
2.2为中学生物学教师的跨学科教学提供思路
3D打印技术以STEM教育理念为指导、模型设计和模型构建为核心，将生物学模型的构建与工程设计相结合，开发学生的设计思维，实现了复杂科学概念的“实物化\呈现，进而促进了科学、技术和工程学三者的深度融合。这一过程不仅培养了学生的创造力，还通过跨学科知识的融合，开创了一种全新的多学科交叉学习模式。
在完成细胞结构相关理论的学习后，学生运用简易的3D打印技术自主制作相关细胞模型，形成可视化的学习作品。在模型制作的过程中，学生加深对细胞结构的认识，形成更为全面和深入的认知。通过跨学科知识的筛选与整合，学生的创造性和探究能力得到了显著提升，认知水平也进一步提高。
3D打印技术在生物学教学中的简易操作，是基于解决实际问题的目标而实施的跨学科学习活动，为生物学与其他学科的融合提供了一种创新思路。这一应用不仅培养了学生的综合应用能力与创新实践能力，还为学生从校园学习到未来职业生涯的过渡搭建了坚实的桥梁，有助于学生在复杂多变的社会环境中更好地适应与发展。
33D打印技术在生物学教学中的应用实例
3.1大单元教学构建“细胞的基本结构\概念模型
“细胞的基本结构”是人教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》（以下简称“教材\）第3章的内容，包含“细胞膜的结构与功能”“细胞器之间的分工合作”和“细胞核的结构与功能\3节内容。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》以下简称《课程标准》强调内容聚焦大概念，倡导课程内容结构化，单元教学应注重整体性、系统性与逻辑性。
教师在讲授本节内容时，可以采用大单元教学的方式来构建概念模型，借助概念图将零散、琐碎的生物学知识串联起来，形成结构化的知识框架，从而实现知识的整体化和系统化。
在自主构建概念的过程中，学生需对知识进行发