淺談大概念下初中生物學自制教具的創新與應用

摘要：本文以神經系列模型為例，闡述了自制教具的構建過程及創新應用。在《義務教育生物學課程標準（2022年版）》的指導下，筆者緊扣概念教學，對模型進行整體化、系列化改進，靈活運用到關鍵概念圖生成、問題導向設置、真實情境的營造、作業評價形式的拓展等教學環節中，增加課堂有效性的同時培養學生的核心素養。

關鍵詞：初中生物；自制教具；神經調節

文章編號：1003-7586（2024）04-0083-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《義教課標》）強調要引導學生積極主動地參與動手和動腦活動，并在七個學習主題中多次強調模型的重要性。模型是事物原型的某個表征和體現，同時又是事物原型的抽象和概括。利用模型教具可對一些特定實例的框架進行剝離，減少不必要的細枝末節，生物結構的本質特征以及功能的一般規律會被合理放大展現出來，從而激發學生的學習興趣，鍛煉自主學能力。初中階段，學生能簡單地識別神經系統和神經元的二維圖片，但對其具體結構和功能機理尚未掌握，對于反射弧的結構功能更是生疏。多數學生的抽象思維能力尚未成熟，自主概念構建的意識薄弱，利用改良的自制模型可以很好地突破以上瓶頸。

根據《義教課標》內容及學情分析，筆者將“人體的神經調節”的重要概念及難點進行了整理（見表1）。

結合重難點，筆者對模型做了以下改進。

模型①為神經元（見圖1），用扭扭棒纏繞組裝出細胞體、樹突和一個帶著神經末梢的軸突，將硅膠軟管剪成小段穿插于軸突外，白色軟管模擬髓鞘，成品即為一個神經元模型。模型②為神經（見圖2），將多個神經元模型并列排放，用透明膠帶（模擬神經結締組織膜）將軸突纏繞成束，模擬一條神經。模型③為神經系統（見圖3），根據實際情況調整神經的長短，用神經模型組裝出腦、脊髓和周圍神經。調整腦的形狀，突出左、右半腦以及小腦和腦干的形狀。周圍神經包括12對腦神經和31對脊神經，實際制作時，教師可以根據實際情況適當地減少周圍神經的數量。模型④為反射弧（見圖4），用白色和灰色卡紙繪制腦和脊髓的橫截面結構示意圖，注意白質和灰質在腦和脊髓結構中的分布位置差異。同樣用白色和灰色卡紙制作神經結構的平面結構示意圖，注意傳人神經大多為假單極神經元，一般有神經節，而傳出神經無神經節。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構。

1 模型構建創新點

該系列模型所用到的材料簡單易得：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，有一定的穩定性且成本低，是新穎、理想的材料。

1.1 多維度凸顯結構特征，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地呈現出實際結構特征。根據不同器官的位置特征，學生可以在模型上清楚地指認出大腦（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）結構；根據周圍神經所連接的結構的差異，學生可以將其分為腦神經和脊神經。由此可見，該系列模型與真實結構特征貼合度高，為學生理解各部分的具體功能奠定了基礎。

該套模型在材料的材質、顏色選擇上注重滲透整體性理念。此外，整個模型構建過程遵循神經元（細胞）→神經組織→大腦等器官→神經系統的結構層次順序最終呈現一個1.6 m真人等比例神經系統模型。由微觀到宏觀，局部到整體，層層遞進，前后聯系緊密，極大地降低了學生自主整合概念框架的難度。

1.2 使用范圍廣，靈活度高，實用性強

該套模型不僅可以在“人體的神經調節”的三個課時（觀察神經元、觀察神經系統的組成、神經調節的基本方式）中被使用，還可以運用到“人體對信息的感知”的兩個課時中（視覺和聽覺），同時還有助于理解神經系統對運動系統的調節作用，用途廣泛，使用率高。在使用方法和場景選擇上，該套模型也有著很高的靈活度。例如，學生借助更具像化的改良神經系統模型，用關鍵概念闡述演示某一抽象的反射過程，解釋生命活動機理，利用生命觀念解決實際問題；教師還可以將學生自制神經元模型活動作為創新實踐作業，運用到課后評價中。綜上，經過改良后的神經系統模型更貼合新課標理念，凸顯核心素養內涵。

2 模型應用的建議

2.1 以框架圖為中心，錨定關鍵概念，滲透生命觀念

掌握重要概念是形成生命觀念基礎。在此基礎上，學生對概念進行整合并提煉出本質規律是關鍵，之后再培養應用規律解決實際問題的意識，進而形成生命觀念。概念框架圖配合模型有助于學生夯實基礎，突破關鍵，形成觀念。

根據本單元的重要概念靈活制作概念圖（見圖5）教師可按實際情況選擇性地遮蓋一部分關鍵詞。學生可以以小組為單位，參考書本資料，觀察模型的組裝過程和整體結構特征，完成概念圖中的概念填空。該種形式大大降低了基礎概念構建的難度，提高了學生的學習興趣和自主學習的意愿。將三張概念圖按照一定的順序排列，引導學生得出結論：神經元在細胞層面上體現結構與功能相適應的規律；神經系統的結構特征也與其功能特點匹配；反射弧和反射的概念由神經系統的具體生命活動規律衍生而來，同樣也具有結構與功能相適應的特點。這一結論的提煉與升華再次印證了生命觀念中的結構與功能觀。

2.2 以問題為導向，培養科學思維

學生僅僅依靠構建概念和框架圖進行小組自主學習顯然是不夠的，還需要一些導向性明確的問題作為輔助，教師引導學生從多角度觀察、分析模型，進行獨立思考和判斷，辯證地分析問題。例如，教師提問：請在模型上指出樹突和軸突，如何區分它們的？請結合神經元的功能，分析軸突的結構特征。請在模型上演示周圍神經將接收到的神經沖動傳遞給腦處理的路徑，分別是腦的哪部分結構處理這些信息的。中樞神經為什么會分灰質和白質，是什么造成了兩部分結構顏色的不同？失去一部分腦組織后人還能生存嗎，為什么？請參考反射弧的定義和二維模型，在神經系統的立體模型上找到感受器和神經中樞的位置。如何區別傳人神經和傳出神經？以上問題可以引導學生比較結構之間的異同，發現結構與功能之間的必然聯系。學生在問題的引導下，靈活切換分析的角度，充分鍛煉了抽象思維能力。通過小組討論還能對既有觀點和結論作出批判性思考，為創造性見解的提出鋪設了大量基礎。

2.3 以真實情境為依托，樹立態度責任

教師以問題引導學生觀察模型，培養科學思維的這一過程需要以真實情境為依托。除了書本上常用的縮手反射、膝跳反射外，筆者還嘗試過以下幾種情境，可做為參考。

嬰幼兒時期，排尿反射通常是無意識、不可控的，當膀胱中尿液量大約為80 mL時，膀胱壁上的感受器就會把壓力刺激轉換為神經沖動，在神經中樞進行信息處理后，效應器即相應的括約肌舒張，尿液排出。但是成年以后，膀胱中液體容量達到250 mL時，成人才會感受到尿意，而且會選擇合適的場地和時間排尿。教師引導學生分析情境并回答以下問題：嬰兒時期控制排尿反射的神經中樞是什么結構？成年后，尿意是在什么結構中形成的，為什么嬰兒沒有？成年后排尿反射為什么可控了？請在神經系統模型上分別演示兩種排尿反射的過程。

教師追問：現有一位車禍患者，他有非常明顯的尿意，卻無法排出尿液，請分析他的什么結構可能出了問題？如果不采取措施可能會導致何種后果？可以采取什么措施暫時緩解這一癥狀？脊髓受傷一定會導致無法排尿嗎？為什么？如果某人的排尿反射弧各結構都正常，他一定會有排尿反射嗎？請利用模型分析以上問題，并借助模型進行演示講解。

學生利用以上情境，分析問題，利用所學概念解釋現象，闡明生命活動原理并嘗試作出解決方案，在結構與功能觀的影響下樹立健康意識，養成良好的生活習慣。

2.4 以創新作業為契機，拓展評價形式

《義教課標》特別強調作業類型和評價形式要注重多元性，并且在教學建議中增加了動手制作等實踐要求。于是，筆者嘗試鼓勵學生開發更多的材料，以小組為單位，從神經元、腦、脊髓、神經系統、反射弧等結構中選取一項，制作模型，并在課堂中分享過程與心得，學生互相點評，討論并改進措施，成效顯著。

筆者選取了比較有代表性的兩份，并對這兩份作品從細節上分析（見圖6、圖7）。學生作業展示了具有信號傳遞功能的反射弧模型，該模型由電源、流水燈和觸發器三部分重組改裝而成。學生介紹：當手指觸碰到觸發器線圈時，流水燈產生向特定方向流動的燈光，手指拿開即停止，與反射弧功能的相似性極高。這一作品極具想象力與創新性，且融合了物理學等跨學科知識。學生建議：如果作品中的結構能對應上反射弧各結構，學習效果會更好。本次作業嘗試說明學生充滿創造力，而教師需要做的就是提供機會。

3 教學反思

自制教具在教學工作中的重要性不言而喻，它不僅可以促進學生對概念的理解，增加情境的真實感，輔助學生分析、解決實際案例，還能轉化學生作業形式，提高學生的動手能力和創造力。在這一過程中，學生的科學思維、探究實踐能力獲得鍛煉，生命觀念、責任意識隨之提高，核心素養得以發展。不僅如此，教具還可以轉變為每一位學生可以實實在在操作的學具，甚至還可以發展成為學生的創新跨學科建模課程，為學生之后的自主學習、實踐運用，深度探索等活動搭建良好的平臺，有助于核心素養的提升。因此，如何在已有的教育資源上開發出更簡潔，更易上手，更能突顯核心概念本質的模型教具是值得深思的問題，這也將激勵教育行業從業者在技能和理論上不斷突破自我、革故鼎新，從而形成教學，教學相長的良性循環。