unity3D在初中生物教学中的应用研究教育学专业毕业论文.docx
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unity3D在初中生物教学中的应用研究教育学专业毕业论文
unity3D在初中生物教学中的应用研究-教育学专业毕业论文
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主里大学硕士学位论文第四章初中生物教学情境模拟实现
创建地形的目的在于为接下来的人体模型搭建背景，在这个过程中教师可以根据提示以及学习内容自行修改所需背景的基本情况，如图4．4所示：
图4-4灯光效果展示
接下来将做好的模型导入Unity中进行效果上的优化制作，上图为在摄像机中设置灯光的效果使场景中的人体看起来更具有真实性。
图4-5灯光细节设置界面
在灯光设置界面中调试出合适的灯光效果，在本次设计中一共加入了两束灯光，一个平行光，还有一束点光源，上图为点光源的参数细节可作为参考。
（如图4-5所示）
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宁夏大学硕士学位论文第四章初中生物教学情境模拟实现
图4-6人体模型导入
在设置完背景与灯光效果后，将制作好的人体模型导入进Unity调整合适的大小高度，并且设置人体的透明化以便于观察随后倒入进去的消化器官模型，如图4-6所示：
图4．7人体模型属性细节
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宁夏大学硕士学位论文第四章初中生物教学情境模拟实现
将贴图与模型拖曳进来后按下Add完成导入动作，在细节与参数中设置材质大小阴影等细节与特效。
如图4．7所示：
图4-8交互菜单霁面
现在需要制作界面中的交互菜单，首先进行版面设计，然后做交互。
这一步有许多关键问题需要注意，其中最重要的一点就是“通用”二字，以笔者的制作经历来说，要保证通用性必须分清需求是框架需要还是项目需要。
举一个例子，所有的项目都需要一个弹窗提示的接口，但是不同项目弹窗都不一样，如果当时做的时候没有想好怎么分离，那就放到项目类库里，保证框架不受影响，以后再重构，如图4．8所示。
下面根据主题的要点针对性说下方案（以NGUI框架为基础，UGUI还在研究中）：
UI和场景中物体的交互如何控制目前遇到的场景中交互有血条的显示：
通过摄像机转换坐标的方法UI坐标来同步位置。
对点击等操作的响应：
属于控制管理器，不应该放在UI框架中，但是u框架需要提供UI尺寸和实际尺寸的比例便于规划控制范围。
3D物体的展示：
可以直接放在界面中也可以使用RenderTexture。
1．切换场景时对UI如何处理unity提供了Scene这个功能给开发者使用，但是笔者的个人的最终目标是将整个项目
运行在一个场景中，但这并不影响UI框架。
一个场景一个管理器（M2），还有一个跨场景的菜单（M1），M2负责具体的创建和关闭，M1负责对象池之类的功能。
如果多场景，场景切换时M2实例和界面就都销毁了，不需要特别处理；如果单场景，创建和销毁都已经由M2实例负责了。
2．UI如何分组，分类以方便管理从个人角度看来这可以理解为资源的管理也可以理解为结构的管理，下面分别回答。
资源管理：
小的项目可以使用公用图集（+Texture）的方式，大的项目UI资源太多，只靠
公用图集肯定会造成内存的严重占用，所以建议是公用图集+功能图集（+Texture）。
功能图集就是一个功能模块的公用图集，在功能操作完毕时就可以释放掉了。
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宁夏大学硕士学位论文第四章初中生物教学情境模拟实现
结构管理根据笔者思路是分为三类：
1．控件，就是button、label、spfite等。
（像buttonGroup就是button的组合，使用代
码创建和控制）
2．弹窗／界面／N表项，这三者都由控件组成。
3．共用布局，这一类是为了节省时问而分的，比方说卡牌游戏中反复出现的卡牌布局其实就是共用布局，每个界面重复制作显然浪费，是否有这类关键在于UE结构是否明确和复杂布局的复用程度。
（1）如何统一管理LⅡ的深度
这条可以引申为Z坐标（如果UI中有3D物体或者UI本身就是3D的）、renderQueue、界面的调用顺序等全局属性的管理。
这些内容都应该在界面制作的时候就记录在界面信息上，在创建、聚焦、关闭界面时记录在管理器中。
Ⅵ本身的深度其实很好管理，麻烦在UI上可能会有3D物体和特效，不同的shader可能会导致不同的问题。
（2）打开、关闭时的动效，以及被遮挡时的动效动效本身其实更应该当作项目需求而不是框架需求。
首先建议有单独的动效管理器，
其次如果项目规划中对动效规划不明确，可以放在具体实现中。
3DUI相比2D多了很多问题，这些问题要提前想清楚，比方说在界面上有3D物体的情
况下（不用renderTexture）打开弹窗时，z坐标和缩放的管理。
图4-9交互中的点击效果
图4-9所展现的是在交互过程中单机后所呈现的效果，创建新的场景，在场景中插入从优酷视频中下载到的微视频作为教学的支撑材料，其中的交互按钮做法与上一步相同。
本文中运用NT两个微视频来展现消化系统的消化过程。
如图4．10所示：
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宁夏大学硕士学位论文第四章初中生物教学情境模拟实现
图4．10微视频界面
图4．11最终效果图
根据设计想法和制作流程的最终效果展示如图4．11所示。
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宁夏大学硕士学位论文第五章虚拟现实在初中生物教学中的教学案例设计
第五章虚拟现实在初中生物中的教学案例设计
笔者以Unity3D软件为开发平台，详细论述了辅助程序制作过程的核心要点以及后期效果。
在本章内容的中心是将已经制作好的辅助性教学工具融合进当前的教学课堂中。
5．i基于Unity3D虚拟教学情境案例的设计
5．1．1教学内容分析
笔者选取了人教版初一生物第四单元的第二章的内容《人体的消化与吸收》，该章节的内容主要包括“人体的消化器官”和“消化过程”两大部分。
5．1．2学习者分析
此次实践的被试目标是石嘴山市大武口区某中学初一两个班的100名学生。
已经经过一学期的初中阶段学习的学生和小学生的状态完全不同，个性明显，个人自主意识也基本可以表现出来。
然而孩子稚气未脱，自我约束能力方面明显不足。
会非常轻易地对不同学科的学习产生主观情感，可能因为一些非主要因素而产生对学科的好恶，虽然容易产生厌学情绪但想激发他们的学习兴趣也较为容易。
中学生在这一阶段内主要表现出思维活跃还有极强的模仿能力。
对新知事物满怀探求的欲望因而教师应注重对于其想象能力的培养。
然而因为其抽象思维能力还发展不完全，对于具象化的知识可以很好的理解，抽象的知识与内容很难被记住。
对于生物这门学科而言，第一学期以了解和知道的内容过多，容易在第二个学期让学生轻视这门课程，然而事实上从第二学期开始教学内容整体难度大幅度提高，可能会上学生措手不及。
把虚拟现实技术应用在生物教学中，把抽象内容具象化的呈现出来让学生可以用熟悉的方式学>-J至U知识并且为下一阶段的学习锻炼了自己的技能。
不仅如此，虚拟现实技术是可以把初中生物书本中消化器官的描述性文字和单调的图片转化为3D效果的动画形式，由此来提高学生对生物的学习兴趣。
5．1．3教学设备的选择
根据本章生物课的教学目标和教学对象，在教学设计的过程中应该考虑到采用什么样的设备来进行教学辅助。
如何体现出新产品在其中的作用以及新技术和传统教学手段的有机组合，建构合理的教学过程，使得教学的效果体现到最优。
综合分析考虑，本文采用被试学校内的机房作为实现这一教学过程（包括55台一体机、讲解话筒，投影机，以及电子白板等作为实践教学的主要工具）。
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宁凝大学硕士学位论文第五章康拟现实在初中生物教学中的教学案例设计
5．1．4教学目标的制定
知识謦标：
消化吸收的概念，消化系统和消化酶和牙齿的结构，胃和肠道的结构特征的功能的作
用；腺体的位置，蛋白质，碳水化合物和脂肪的化学在消化器蜜中的消化过程。
能力目标：
在通过Unity3D教学软件的体验中与同学和老师进行问题的探讨，与虚拟场景中的模
型迸行交互。
培养学生交流、主动观察帮学习的能力。
情感、态度、价值观：
了解健藤饮食对予身体健康的重要性。
培养饮食健康的好习惯。
教学重点：
1。
形象的记忆整个消化系统的布局和组成，明确知道消化腺和消化道的区别。
2．不同的消讫腺体在消讫过程中起到酌作焉分象是什么。
3．概述食物在消化道内的消化和吸收过程。
5．2《人体的消化与吸收》结合Un毋的教学案例的实践
l。
实践对象
本文以石嘴山市某中学的初一（4）班和初一（7）班为实践对象，通过抽取两个平行班班：
其中初一（4）班共52人，初一（7）共有48入。
其中把初一（4）班为结合虚拟现实技术的教学实验班，初一（7）班是传统教学对照班。
2．实践细节与过程虚拟教学环境下，结合Unity的虚掇现实教学产品在初一生物“入体酶消纯与吸收”教
学实践过程如下：
（1）第一步是让学生将制{謦好魄Unity3D虚拟人体模型打开，在虚拟完整的入体消化系统的情景中仔细观察人体中的消化系统涉及到的每一个器官和腺体。
在观察结束后点击进入微视频场景结合刚刚看到的记住的知识来进行在消化过程中的细节学习。
（2）第二步诖学生对3D虚拟人体模鍪游览完成以及观看宪徽视频的细节讲辩衙，对观察到的消化器官进行特点分类分析，了解物理消化与化学消化发生的部位区别。
（3）第三步将学生分成三组，让其中两组同学分裂阐述消化管与消纯腺的特征与区别，另外一组同学则进行总结不同的营养物质在不同的消化器官内是如何被消化的，这些营养物质又是如何被人体吸收的。
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宁夏大学硕士学位论文第五章虚拟现实在初中生物教学中的教学案例设计
活动步骤：
教学过程
教师活动学生活动设计意图
一、探究导入“人体的消化和吸收”知识内容是整个单元的核心，也是整个这章内容的教学难点。
通过本章的学习让学生知道了解我们人体的消化系统。
但到底是食物是如何在消化系统消化，吸收的知识还
比较缺乏。
这部分知识由于其非直观性难以获得。
让学生打开消化培养学生观察“自主，探究，合作”的课堂学习是本届课程的三系统3D虚拟人体模型总结的能力。
个基本要点，在教件的制作过程中需要充分利用进行浏览，于对人体的
学生生活的先验知识，生活为出发点的经验，现消化系统有形象直观
代信息资源，注重培养学生的心理特点和心理需的认识。
求和动机，主动性和积极性为学生的学习，让学
生获得直观形象的消化器官与消化过程知识。
在导入过程中主要是对Unity3D开发出的3D虚拟人体模型以及各个消化器官进行展示。
（然后教师出示探究问题一）
食物进入人体都经过了那些器官，发生了哪
些变化?
我们吃进去的食物都去了哪里?
学生打开微视频1人每天都要摄入食物，均衡的膳食可以为我进行进一步的学习。
在激活学生的兴
们的身体提供全面的营养保证身体的健康成长，微视频中了解食物在奋点，以饱满的
但是所有食物中的营养物质都会被我们的身体消人体中的消化形态和热情走进情景。
化吸收吗（教师提出问题，引发学生探究的兴趣）状态。
二、讲授新课
新单元的内容导入由教师结合笔者开发的3D虚拟人体模型引入，引发大家对新课的好奇从学生对教师提出而进行下一步的教学的问题相互交流，学生
让学生想一想自己摄入食物之后到饥饿感的回答。
消除食物在我们的人体中都经过了哪些地方，在
问题能激发学不同的部位内部吃进去的食物发生了哪些变化并学生讨论：
（消化生的学习兴趣，对照教材组讨论。
汇报讨论结果。
腺与消化管之间的联带着强烈的学
【教学活动】：
在观看了微视频后大家对于食
物的消化过程都有了一定的了解，随后让各小组系与区别）习欲望进入角
进行角色扮演，以第一视角来呈现每一个消化器色。
官在整个消化进程之中的作用，加深学生对于具
体消化器官的印象。
[教师引导】：
通过我4fNU睡JU得角色扮演以及3D模型的浏览大家已经知道了我们的消化系统包括哪些器官，位于我们身体的哪些部位。
在我
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宁夏大学硕士学位论文第五章虚拟现实在初中生物教学中的教学案例设计
们的身体进行消化的过程中，食物经过但不发生消化反应的部位是消化管，所有的消化反应都需要消化腺分泌消化液才可以。
要想让食物被我们的身体所吸收，我们需要消化系统对大分子的食学生打开虚拟情景界物进行加工细化，这样我们身体内的细胞才能摄面，进行观察。
取到营养，维持生命的正常新陈代谢。
[阶段性提问]：
大家都明白了随着我们的食物进入消化道之后各个消化器官的分工是怎样的了吗?
不同的消化腺都分泌消化什么物质的消化液，它们之间的不同在哪里?
【小结】：
消化系统组成：
称为消化道的部分有：
口腔；咽喉；食道。
内部含有消化腺的食道有：
胃：
小肠；大肠。
食物在这些部位消化需要借助其中的消化腺体来
分泌消化液。
学生打开微视频1进行
消化腺分为大消化腺和小消化腺，小消化腺进一步的知识学习。
是位于一些食道的特殊位置的。
大唾液腺是腺体在食道外部的比如我们的唾液腺分泌唾液，唾液中含有唾液淀粉酶，用来初步消化淀粉类物质。
肝脏分泌的是胆汁。
胰腺分泌的是胰液。
【进一步学习】：
观看微视频2，里面主要讲了消化的流程，各器官的职能，以及消化的形式分角色扮演的课
为化学性消化与物理性消化两种。
我们在消化系堂活动环节能
统地组成部分告诉过大家参与消化的腺体会分泌组织学生角色扮演达成学生对于物质将我们身体原本无法吸收的大分子物质加工课程的期望，发为可以吸收的小分子，在这个过程中大分子物质1．把学生分成三个小散式的教学思分解成为小分子物质是一种化学性消化。
然而我组，分别扮演身体内想可以帮助学们通过口腔内牙齿的咀嚼，舌的搅拌，胃的蠕动不同部位的消化器官。
生的想象力和这样将食物磨碎的过程没有我们的消化液参与其创造力得到提中目的是使食物可以很好的进入我们的消化系统2．要求用拟人的表现手升。
系统内，里面没有发生任何的化学反应，这个过法将在不同部位进行
程是物理消化。
消化的知识和课程中在参与过程中，
【提问】：
物理性消化与化学性消化的区别你消化的意义表现出来。
既可以发挥出懂了吗?
单个学生的某
【小节】：
总结概括出消化的概念与意义。
3．各小组之间交流经验些突出优点，又[思考问题】：
和建议，将这一环节充结合了小组合1．反复在口中嚼土豆（土豆中含有大量的淀分展开。
作的方式，让大
粉），感觉它的味道是否和刚刚入口的时候有些家都体验到了
不一样?
为什么会产生这种变化?
4．引导学生更加熟悉整合作学习的乐2．是什么原因让土豆在我们的口腔周中转个消化系统的工作流趣和效果。
完全
化为了其他物质?
程。
突出了以学生
[提出问题】：
在我们的1：
3腔内是否发生了化为主体的教学学性消化?
思想。
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宁夏大学硕士学位论文第五章艨拟现实在初中生物教学中的教学案例设计
III
【探究性假设】：
淀粉在口腔内发生了某种化学变化导致有甜味出现。
【实验耋|姆条箨】：
在纯学课上同学懿已经舞道碘液的作用，遇到淀粉类的物质会变色。
唾液会将淀粉变成糖类物质。
根据裁趱魄学习凌容霹毅褥蕊漕诧翡概念：
在清纯道蠹将食凌分解成为可以吸收的营养成分的过程叫消化。
化学性消化进行的过程中食物已经和愿先的状态不一祥了。
耪理性消纯灵是食物的形状，实质并没有改变。
所以本质是：
是否有新物质产生对区分化学消健帮物理消他的一个鲜明酸特点。
将准备好的±豆分绦同学稍然后让大家一起
咀嚼煮熟的_土厦，仔细的体验这一物理消化过程中甜味酶产生。
诖所有鼹学都有共尾静经验。
1．郦些消化器官是和我们的消化道连接在一起的?
2。
不露驰慧养揍屡分掰在暌些消毽器害肉进
行了化学消化?
3．我们的消化腺都可以分泌哪些消化液?
4。
在消化吸收戆过程孛，最活跃麓是哪个部壤养学生嚣慈位?
象力和动手能
认真观看实验现象，并针对现象进行讨论。
力。
三、课后任务
深后自行蘧出人体消化系统中舱漕讫器宙结祷圈。
培养学生的想象力和动手能力。
四、课詹总结贯穿整个教学设计，从最开始教师就成该特
意写|导学生进入学习情景孛学习。
孳l发学生抟探
究欲望，让学生带着热烈的学习情绪进入教学活动中去。
消化系统内容讲述的第一个，提出阀题螽就马上裂用3D盎掇入体模型进行课堂内容零l入。
老师需要丰富自己的语言情感来带动学生。
弓l导指示判断是在此教学过程中教师的指责鼹在。
耍帮助学生积极融入学豸进程中去，体验整个学习过程。
这样容易激活学生的兴奋点，以饱满酶热情走进情境。
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宁疑大学硕士学位论文第五章虚拟现实在初中生物教学中的教学紫例设计
五、评价1．虚拟瑷实的辅助教学工具增强了教材内容
豹藏观性。
激发蠢学生学习耱兴趣点。
有意为学生创设和所学内容相关的生动有趣
豹教学情境鹣恩葱始终贯穿整个谍堂。
2．角色扮演体验成功、喜获灏知角色扮演的方式避行知识的记忆加深对初一
年缎学生来说非常符合其身心发展的特点。
让学生兴趣蛰增。
学生熬在谍堂孛豹表现情况可虢被老师清晰地观察到，便于今后有针对性的个性化教学靛开展。
3．分析资料、培养能力、主动探索新知在交流讨论环节特裂注意到了学生之阉兹交
流和师生之间的交流。
在分组之后也给学生提供了大题讲凄鸯己的疑阔窥想法酶辊会；使学生主体褥到了发挥，合作学习能力、自主学习能力、语富表达能力都得到充分的发展。
5．3对于《人体的消化与吸收》结合虚拟3D模型教学效果评价
笔者在此次教学实践过程中进行了对比试验。
在试验开震鹣学校内选取秀个成绩天鼗基本都相同的搬级，通过建立一然指标和对于教学内密掌握程度的测试得出实践结粜。
并且对用Unity3D开发立体教学用的辅助产晶农初中生物教学中的应用效果傲出评价总结。
并分析了其疲孀赞值。
为了可以清晰准确的检测该辅助性教学产品是否在生物学科中具有应用价值。
设计者专f1为绘实验班的弱学设诗了调查游卷，用来测量该产燕在应用孛产生的效果，我{}】也准备了生物课堂教学效果的测试题。
在整个教学单元的教学任务完成后给学生发放问卷并进行阶段性测验。
对于学生在{乍答过程中凡是感现漏答舱，此份学生酶作答闺卷就是无效阕卷，阏卷的其体发放和回收状况统计如表5。
1。
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宁夏大学硕士学位论文第五章虚拟现实在初中生物教学中的教学案例设计表5．1问卷的发放和回收情况统计
实验组对照组
实践时间2016年4月8日2016年4月8日
实践地点初一（3）班初一（6）班发放问卷（份）5248
回收问卷（份）5248
有效问卷（份）4640
无效问卷（份）68
有效问卷率（％）88．4283．3
通过对问卷进行统计分析，得到以下结果：
1．生物课堂学习热情分析
通过问卷中的问题一：
在当前的学习中，生物是否是你最为感兴趣的学科之一?
问题二：
在课堂上，是否有感觉到轻松愉快的学习氛围?
学生回答情况分析，如图5．1所示。
实验班有88．6％的同学表示对这种类型的生物课会使他们对该课程有更大的兴趣，并且95．6％的同学在课堂上能感受到轻松愉快并且积极地学习环境；而在对照班中64％和71％的同学表示会对生物课感兴趣以及能轻松愉快地学习。
从统计的数据中可以得出这样的结论：
用Unity3D制作出的3D虚拟人体消化系统模型是可以明显提高学生对于生物课程的
学习兴趣的。
OO80
60
4O
20
0
对生物课堂很有兴趣轻松愉快地学习知识
图5-1学习兴趣比较2．呈现的教学内容是否直观、形象分析通过分析问卷中的问题“与课本中的图片相比，用虚拟现实技术制作出的3D立体模型
在表现力度上是否更加的直观形象”，实验班有75％的同学认为用三维立体的方式呈现教学内容明显更加直观，让学生可以对知识的理解更加精准。
在对照班采用常规手段进行内容的讲述和展示过程中，只有47．6％的同学认为当前的常规教学手段可以将书本中的知识形象直观的表现。
这一结果说明Unity制作的教学用产品与当前常规手段（PPT）在教学内
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宁夏大学硕士学位论文第五章虚拟现实在初中生物教学中的教学案例设计
容的表现力上效果更为突出，如图5．2所示。
80
60
40
20
0
呈现内容直观形象
图5-2呈现内容比较
3．第三个问题是关于实验班中学生对于此类教学方式的喜爱程度，通过统计得出：
有
15个学生非常喜欢；有27个学生比较喜欢；其余的4个学生认为立体化的教学方式对于他们没有什么特别之处，具体情况如图5．3所示。
图5-3学生对虚拟教学情景的喜爱程度
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宁疑大学硕士学位论文第五章虚拟现实在初中生物教学中的教学案例设计
詈詈IIII葛詈詈詈詈!
黑曩詈詈詈詈詈篡燃葛詈詈皇=詈燃葛詈詈詈詈詈鼍黑詈=詈!
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篁然詈詈詈詈詈詈嬲篁!
詈詈詈詈黑置=皇詈==鼍拦=!
詈詈
在这整章内容学习结束后，经过对于本单元教学内容的阶段性成果测试题测试得出如表5-2所示结果。
表5-2谦黠知识考婺表
附录二测试题考察内容实验班（初一（3））对照班（初一（6））回答正确率回答正确率
1．入体的消化系统由哪些器官组成?
94。
5％83。
7％
2．哪些营养物质不能被直接吸收?
97．7％90．5％
3。
营养物质被待么分解?
83。
8％7l。
4％
4．消化过程分为哪几个阶段?
93．2％88．1％
5．哪些器官分泌消化液?
94．1％84．1％
6．小肠绒毛有哪些结构特点与小肠酶吸收功麓97．7％80．3％
相适应?
7．淀粉、蛋囱质和脂肪分别在什么部位开始被95．45％76．2％
消化?
可以看到在学习的重难关键点中，实验班旋表现均优子传统对照班。
蠢于实验班采用了立体化的模型进行观察探究，学生在这一过程中可以观察的更仔细，对于消化系统中关键部位的记忆更准确。
测试方面的结果是实验班在知识的掌握程度上比对照班的程度好，如巢可以对教学过程进行迸一步的优纯，其优势可能会震现豹更加明显。
综上所述，采用umty制作出相对应的3D虚拟人体消化系统模型比当前的传统的教学方法更有效，更受学生欢迎。
尤其是在结合了徽视频之岳缓解了老瘴讲谍备课鳇压力，又可以提升学生的学习兴趣。
但是，教师在整个教学过程中也是很重要的，要调理好新技术的应用与真实课堂中的教学活动的有机结合。
部分传统教学中的教学手段会使教学过程变褥异常丰富，通过老师讲授热之3D虚拟人体消化系统模型的辅助能为学生提供更为全面详实的学习内容，同时也在培养学生语言文字理解能力上起了不小的作用。
5．4本章小结
本章酶内容主要缨述了将先嚣
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