随着多媒体技术的发展，三维模型及其动画被引入高中生物教学领域。目前，高中生物教学领域中使用的三维模型及其动画存在资源短缺、实用性不强等问题，现亟需一批符合新课程改革要求和教学要求的、高质量的三维模型及其动画资源。基于三维模型及其动画在高中生物教学中的应用现状以及存在的问题，本文以三维模型及其动画在《细胞的基本结构》教学设计中的应用为例，探究三维模型及其动画在高中生物教学中的应用。在软件选择上，考虑到高中生物教师软件基础薄弱的特点，为了方便他们对课程资源的开发和利用，笔者选择使用操作较为简便的Corel Motion Studio3D软件进行三维模型及其动画的制作。本论文以认知负荷理论、建构主义学习理论、教育传播理论、“经验之塔”理论为理论指导，从降低外在认知负荷、增加相关认知负荷以及帮助学生意义建构等角度出发，结合高中生物教学内容的特点和实际需求，分析在三维模型及其动画设计和教学设计过程中需要注意的问题，借鉴他人已有的研究成果，总结出一套系统的、用于指导三维模型及其动画制作的设计原则：科学性与有效性原则、必要性原则、多信息通道刺激原则、相邻性原则、发展性原则、速度适中原则、兼顾个体差异原则，望能够对日后三维模型及其动画的制作起到一定的借鉴意义。笔者根据总结的三维模型及其动画的设计原则，结合《细胞的基本结构》一章的教学特点，制作了细胞器和细胞核的三维模型及其动画，为使三维模型及其动画对教学的辅助作用得到最大发挥，笔者还针对三维动画进行了相应的教学设计。最后，笔者将制作的三维模型及其动画和教学设计应用于高中生物教学实践，得到了教师和学生的一致肯定，初步证明笔者制作的三维模型及其动画可以起到有效地辅助教学的作用。