淺談大概念下初中生物學(xué)自制教具的創(chuàng)新與應(yīng)用

摘要：本文以神經(jīng)系列模型為例，闡述了自制教具的構(gòu)建過(guò)程及創(chuàng)新應(yīng)用。在《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的指導(dǎo)下，筆者緊扣概念教學(xué)，對(duì)模型進(jìn)行整體化、系列化改進(jìn)，靈活運(yùn)用到關(guān)鍵概念圖生成、問(wèn)題導(dǎo)向設(shè)置、真實(shí)情境的營(yíng)造、作業(yè)評(píng)價(jià)形式的拓展等教學(xué)環(huán)節(jié)中，增加課堂有效性的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中生物；自制教具；神經(jīng)調(diào)節(jié)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）04-0083-04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《義教課標(biāo)》）強(qiáng)調(diào)要引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地參與動(dòng)手和動(dòng)腦活動(dòng)，并在七個(gè)學(xué)習(xí)主題中多次強(qiáng)調(diào)模型的重要性。模型是事物原型的某個(gè)表征和體現(xiàn)，同時(shí)又是事物原型的抽象和概括。利用模型教具可對(duì)一些特定實(shí)例的框架進(jìn)行剝離，減少不必要的細(xì)枝末節(jié)，生物結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征以及功能的一般規(guī)律會(huì)被合理放大展現(xiàn)出來(lái)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉自主學(xué)能力。初中階段，學(xué)生能簡(jiǎn)單地識(shí)別神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)元的二維圖片，但對(duì)其具體結(jié)構(gòu)和功能機(jī)理尚未掌握，對(duì)于反射弧的結(jié)構(gòu)功能更是生疏。多數(shù)學(xué)生的抽象思維能力尚未成熟，自主概念構(gòu)建的意識(shí)薄弱，利用改良的自制模型可以很好地突破以上瓶頸。

根據(jù)《義教課標(biāo)》內(nèi)容及學(xué)情分析，筆者將“人體的神經(jīng)調(diào)節(jié)”的重要概念及難點(diǎn)進(jìn)行了整理（見(jiàn)表1）。

結(jié)合重難點(diǎn)，筆者對(duì)模型做了以下改進(jìn)。

模型①為神經(jīng)元（見(jiàn)圖1），用扭扭棒纏繞組裝出細(xì)胞體、樹(shù)突和一個(gè)帶著神經(jīng)末梢的軸突，將硅膠軟管剪成小段穿插于軸突外，白色軟管模擬髓鞘，成品即為一個(gè)神經(jīng)元模型。模型②為神經(jīng)（見(jiàn)圖2），將多個(gè)神經(jīng)元模型并列排放，用透明膠帶（模擬神經(jīng)結(jié)締組織膜）將軸突纏繞成束，模擬一條神經(jīng)。模型③為神經(jīng)系統(tǒng)（見(jiàn)圖3），根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整神經(jīng)的長(zhǎng)短，用神經(jīng)模型組裝出腦、脊髓和周?chē)窠?jīng)。調(diào)整腦的形狀，突出左、右半腦以及小腦和腦干的形狀。周?chē)窠?jīng)包括12對(duì)腦神經(jīng)和31對(duì)脊神經(jīng)，實(shí)際制作時(shí)，教師可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)販p少周?chē)窠?jīng)的數(shù)量。模型④為反射?。ㄒ?jiàn)圖4），用白色和灰色卡紙繪制腦和脊髓的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，注意白質(zhì)和灰質(zhì)在腦和脊髓結(jié)構(gòu)中的分布位置差異。同樣用白色和灰色卡紙制作神經(jīng)結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意圖，注意傳人神經(jīng)大多為假單極神經(jīng)元，一般有神經(jīng)節(jié)，而傳出神經(jīng)無(wú)神經(jīng)節(jié)。其他顏色卡紙可以模擬身體不同部位的皮膚、肌肉、腺體或者其他器官結(jié)構(gòu)。

1 模型構(gòu)建創(chuàng)新點(diǎn)

該系列模型所用到的材料簡(jiǎn)單易得：灰色扭扭棒、3 mm×5 mm白色硅膠軟管、透明膠帶、白色和灰色等卡紙。模型的主體由扭扭棒組成，扭扭棒容易塑形，連接能力強(qiáng)，有一定的穩(wěn)定性且成本低，是新穎、理想的材料。

1.1 多維度凸顯結(jié)構(gòu)特征，富有整體性和連貫性

比起二維圖形模型，該套涵蓋立體和平面的系列模型能更生動(dòng)地呈現(xiàn)出實(shí)際結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)不同器官的位置特征，學(xué)生可以在模型上清楚地指認(rèn)出大腦（腦的最上方）、小腦（大腦后下方）、腦干（大腦下方）和脊髓（與腦干相連）結(jié)構(gòu)；根據(jù)周?chē)窠?jīng)所連接的結(jié)構(gòu)的差異，學(xué)生可以將其分為腦神經(jīng)和脊神經(jīng)。由此可見(jiàn)，該系列模型與真實(shí)結(jié)構(gòu)特征貼合度高，為學(xué)生理解各部分的具體功能奠定了基礎(chǔ)。

該套模型在材料的材質(zhì)、顏色選擇上注重滲透整體性理念。此外，整個(gè)模型構(gòu)建過(guò)程遵循神經(jīng)元（細(xì)胞）→神經(jīng)組織→大腦等器官→神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次順序最終呈現(xiàn)一個(gè)1.6 m真人等比例神經(jīng)系統(tǒng)模型。由微觀到宏觀，局部到整體，層層遞進(jìn)，前后聯(lián)系緊密，極大地降低了學(xué)生自主整合概念框架的難度。

1.2 使用范圍廣，靈活度高，實(shí)用性強(qiáng)

該套模型不僅可以在“人體的神經(jīng)調(diào)節(jié)”的三個(gè)課時(shí)（觀察神經(jīng)元、觀察神經(jīng)系統(tǒng)的組成、神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式）中被使用，還可以運(yùn)用到“人體對(duì)信息的感知”的兩個(gè)課時(shí)中（視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)），同時(shí)還有助于理解神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，用途廣泛，使用率高。在使用方法和場(chǎng)景選擇上，該套模型也有著很高的靈活度。例如，學(xué)生借助更具像化的改良神經(jīng)系統(tǒng)模型，用關(guān)鍵概念闡述演示某一抽象的反射過(guò)程，解釋生命活動(dòng)機(jī)理，利用生命觀念解決實(shí)際問(wèn)題；教師還可以將學(xué)生自制神經(jīng)元模型活動(dòng)作為創(chuàng)新實(shí)踐作業(yè)，運(yùn)用到課后評(píng)價(jià)中。綜上，經(jīng)過(guò)改良后的神經(jīng)系統(tǒng)模型更貼合新課標(biāo)理念，凸顯核心素養(yǎng)內(nèi)涵。

2 模型應(yīng)用的建議

2.1 以框架圖為中心，錨定關(guān)鍵概念，滲透生命觀念

掌握重要概念是形成生命觀念基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行整合并提煉出本質(zhì)規(guī)律是關(guān)鍵，之后再培養(yǎng)應(yīng)用規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)，進(jìn)而形成生命觀念。概念框架圖配合模型有助于學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，突破關(guān)鍵，形成觀念。

根據(jù)本單元的重要概念靈活制作概念圖（見(jiàn)圖5）教師可按實(shí)際情況選擇性地遮蓋一部分關(guān)鍵詞。學(xué)生可以以小組為單位，參考書(shū)本資料，觀察模型的組裝過(guò)程和整體結(jié)構(gòu)特征，完成概念圖中的概念填空。該種形式大大降低了基礎(chǔ)概念構(gòu)建的難度，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)的意愿。將三張概念圖按照一定的順序排列，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：神經(jīng)元在細(xì)胞層面上體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的規(guī)律；神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征也與其功能特點(diǎn)匹配；反射弧和反射的概念由神經(jīng)系統(tǒng)的具體生命活動(dòng)規(guī)律衍生而來(lái)，同樣也具有結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)。這一結(jié)論的提煉與升華再次印證了生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀。

2.2 以問(wèn)題為導(dǎo)向，培養(yǎng)科學(xué)思維

學(xué)生僅僅依靠構(gòu)建概念和框架圖進(jìn)行小組自主學(xué)習(xí)顯然是不夠的，還需要一些導(dǎo)向性明確的問(wèn)題作為輔助，教師引導(dǎo)學(xué)生從多角度觀察、分析模型，進(jìn)行獨(dú)立思考和判斷，辯證地分析問(wèn)題。例如，教師提問(wèn)：請(qǐng)?jiān)谀Ｐ蜕现赋鰳?shù)突和軸突，如何區(qū)分它們的？請(qǐng)結(jié)合神經(jīng)元的功能，分析軸突的結(jié)構(gòu)特征。請(qǐng)?jiān)谀Ｐ蜕涎菔局車(chē)窠?jīng)將接收到的神經(jīng)沖動(dòng)傳遞給腦處理的路徑，分別是腦的哪部分結(jié)構(gòu)處理這些信息的。中樞神經(jīng)為什么會(huì)分灰質(zhì)和白質(zhì)，是什么造成了兩部分結(jié)構(gòu)顏色的不同？失去一部分腦組織后人還能生存嗎，為什么？請(qǐng)參考反射弧的定義和二維模型，在神經(jīng)系統(tǒng)的立體模型上找到感受器和神經(jīng)中樞的位置。如何區(qū)別傳人神經(jīng)和傳出神經(jīng)？以上問(wèn)題可以引導(dǎo)學(xué)生比較結(jié)構(gòu)之間的異同，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能之間的必然聯(lián)系。學(xué)生在問(wèn)題的引導(dǎo)下，靈活切換分析的角度，充分鍛煉了抽象思維能力。通過(guò)小組討論還能對(duì)既有觀點(diǎn)和結(jié)論作出批判性思考，為創(chuàng)造性見(jiàn)解的提出鋪設(shè)了大量基礎(chǔ)。

2.3 以真實(shí)情境為依托，樹(shù)立態(tài)度責(zé)任

教師以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生觀察模型，培養(yǎng)科學(xué)思維的這一過(guò)程需要以真實(shí)情境為依托。除了書(shū)本上常用的縮手反射、膝跳反射外，筆者還嘗試過(guò)以下幾種情境，可做為參考。

嬰幼兒時(shí)期，排尿反射通常是無(wú)意識(shí)、不可控的，當(dāng)膀胱中尿液量大約為80 mL時(shí)，膀胱壁上的感受器就會(huì)把壓力刺激轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動(dòng)，在神經(jīng)中樞進(jìn)行信息處理后，效應(yīng)器即相應(yīng)的括約肌舒張，尿液排出。但是成年以后，膀胱中液體容量達(dá)到250 mL時(shí)，成人才會(huì)感受到尿意，而且會(huì)選擇合適的場(chǎng)地和時(shí)間排尿。教師引導(dǎo)學(xué)生分析情境并回答以下問(wèn)題：嬰兒時(shí)期控制排尿反射的神經(jīng)中樞是什么結(jié)構(gòu)？成年后，尿意是在什么結(jié)構(gòu)中形成的，為什么嬰兒沒(méi)有？成年后排尿反射為什么可控了？請(qǐng)?jiān)谏窠?jīng)系統(tǒng)模型上分別演示兩種排尿反射的過(guò)程。

教師追問(wèn)：現(xiàn)有一位車(chē)禍患者，他有非常明顯的尿意，卻無(wú)法排出尿液，請(qǐng)分析他的什么結(jié)構(gòu)可能出了問(wèn)題？如果不采取措施可能會(huì)導(dǎo)致何種后果？可以采取什么措施暫時(shí)緩解這一癥狀？脊髓受傷一定會(huì)導(dǎo)致無(wú)法排尿嗎？為什么？如果某人的排尿反射弧各結(jié)構(gòu)都正常，他一定會(huì)有排尿反射嗎？請(qǐng)利用模型分析以上問(wèn)題，并借助模型進(jìn)行演示講解。

學(xué)生利用以上情境，分析問(wèn)題，利用所學(xué)概念解釋現(xiàn)象，闡明生命活動(dòng)原理并嘗試作出解決方案，在結(jié)構(gòu)與功能觀的影響下樹(shù)立健康意識(shí)，養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣。

2.4 以創(chuàng)新作業(yè)為契機(jī)，拓展評(píng)價(jià)形式

《義教課標(biāo)》特別強(qiáng)調(diào)作業(yè)類(lèi)型和評(píng)價(jià)形式要注重多元性，并且在教學(xué)建議中增加了動(dòng)手制作等實(shí)踐要求。于是，筆者嘗試鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)發(fā)更多的材料，以小組為單位，從神經(jīng)元、腦、脊髓、神經(jīng)系統(tǒng)、反射弧等結(jié)構(gòu)中選取一項(xiàng)，制作模型，并在課堂中分享過(guò)程與心得，學(xué)生互相點(diǎn)評(píng)，討論并改進(jìn)措施，成效顯著。

筆者選取了比較有代表性的兩份，并對(duì)這兩份作品從細(xì)節(jié)上分析（見(jiàn)圖6、圖7）。學(xué)生作業(yè)展示了具有信號(hào)傳遞功能的反射弧模型，該模型由電源、流水燈和觸發(fā)器三部分重組改裝而成。學(xué)生介紹：當(dāng)手指觸碰到觸發(fā)器線圈時(shí)，流水燈產(chǎn)生向特定方向流動(dòng)的燈光，手指拿開(kāi)即停止，與反射弧功能的相似性極高。這一作品極具想象力與創(chuàng)新性，且融合了物理學(xué)等跨學(xué)科知識(shí)。學(xué)生建議：如果作品中的結(jié)構(gòu)能對(duì)應(yīng)上反射弧各結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)效果會(huì)更好。本次作業(yè)嘗試說(shuō)明學(xué)生充滿(mǎn)創(chuàng)造力，而教師需要做的就是提供機(jī)會(huì)。

3 教學(xué)反思

自制教具在教學(xué)工作中的重要性不言而喻，它不僅可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解，增加情境的真實(shí)感，輔助學(xué)生分析、解決實(shí)際案例，還能轉(zhuǎn)化學(xué)生作業(yè)形式，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造力。在這一過(guò)程中，學(xué)生的科學(xué)思維、探究實(shí)踐能力獲得鍛煉，生命觀念、責(zé)任意識(shí)隨之提高，核心素養(yǎng)得以發(fā)展。不僅如此，教具還可以轉(zhuǎn)變?yōu)槊恳晃粚W(xué)生可以實(shí)實(shí)在在操作的學(xué)具，甚至還可以發(fā)展成為學(xué)生的創(chuàng)新跨學(xué)科建模課程，為學(xué)生之后的自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐運(yùn)用，深度探索等活動(dòng)搭建良好的平臺(tái)，有助于核心素養(yǎng)的提升。因此，如何在已有的教育資源上開(kāi)發(fā)出更簡(jiǎn)潔，更易上手，更能突顯核心概念本質(zhì)的模型教具是值得深思的問(wèn)題，這也將激勵(lì)教育行業(yè)從業(yè)者在技能和理論上不斷突破自我、革故鼎新，從而形成教學(xué)，教學(xué)相長(zhǎng)的良性循環(huán)。