重构膝跳反射的教学活动设计——指向反射弧结构基础及反射活动调节的概念教学

陈思杭 陈静雯 刘 晟

（1北京市三帆中学 北京 1000882北京师范大学生命科学学院 北京 100875）

1 教学背景分析

1.1 教材分析 本课内容在《义务教育生物学课程标准（2011年版）》中，属于“生物圈中的人”一级主题下“人体通过神经系统和内分泌系统调节生命活动”二级主题的子内容，相关的重要概念是“神经系统和内分泌系统调节人体对环境变化的反应及生长、发育、生殖等生命活动”。本节课由生理结构的学习转入生理功能的理解，介绍了神经调节的机制，通过探究活动，引导学生理解现象并形成概念。

1.2 学情分析 通过之前的学习，学生已对神经系统的组成及功能有所了解。对于神经调节的方式，学生需在亲身体验和探究分析的基础上，通过回顾生活经验和运用已有知识，理解反射、反射弧的概念，并在此基础上继续学习简单反射和复杂反射等概念。

然而，在教学实践中，对膝跳反射这一现象进行实验和展示时，许多学生在作为被试者时，会不由自主地关注测试者的行动，或好奇地以自身作为实验对象，在这些情况下，实验是不能产生预期结果的。如何处理和利用好这些生成性的情况？能否有针对地设计相应的教学活动，以更好地帮助学生理解本节课的重要概念？ 这都是教学设计中需要解决的问题。

1.3 教学策略 建构主义理论认为，学习是学习者主动地构建内部心理表征的过程，它不仅包括结构性的知识，还包括大量的非结构性的经验背景。教学应使学习在与现实情境相类似的情境中发生，以解决学生在现实生活中遇到的问题为目标，使教学过程与现实问题的解决过程相似；应当提供理解和解决问题的工具，让学生尝试进行问题的解决；应加强师生之间、学生之间的交流与讨论，从而形成更加丰富的理解，以利于学习的广泛迁移。

《义务教育生物学课程标准（2011年版）》强调，要“关注重要概念的学习”，且“在教学中，教师一方面需要向学生提供各种丰富的、有代表性的事实为学生的概念形成提供支撑；另一方面，教学活动不应仅停留在让学生记住一些生物学事实，而是要帮助学生通过对事实的抽象和概括，建立生物学重要概念，并以此构建合理的知识框架，进而为学生能在新情境下解决相关问题奠定基础”。

根据建构主义理论和课程标准的要求，在本节课的教学设计中，一是要通过课堂教学活动，为学生提供机会，助其回忆起或当场获取与反射弧相关的体验；二是要通过教师的提问和引导，帮助学生基于这些体验和已有知识基础，形成反射弧及其控制机制相关的概念，从而完成重要概念的传递。

笔者将“反射和反射弧”的内容设置在第1课时中进行教学，将“反射的类型”等内容的学习设置在第2课时。本文介绍的是第1课时的教学设计。

2 教学目标

1）知识目标：概述人体神经调节的基本方式，描述反射弧的结构。

2）能力目标：通过对膝跳反射和缩手反射的讨论，分析反射弧的结构和反射活动的控制机制。

3）情感态度与价值观目标：在学习、实验和讨论中，养成实事求是、大胆质疑、敢于探索的科学精神；通过反射和反射弧的学习，进一步形成结构与功能相适应的生物学观点。

3 教学重、难点

1）重点：分析反射弧的结构；分析神经中枢对简单反射的控制。

2）难点：分析神经中枢对简单反射的控制。

4 教学过程

4.1 导入新课 教师首先引导学生共同回顾之前学习的“神经系统的组成及功能”的内容，重点强调脑和脊髓的功能，为本节课后续环节的分析做好准备。

之后，教师在吸引全体学生注意力并确保安全的前提下，做一个用自己的手指急速接近某位学生眼睛的动作，引起其眨眼反射，以此为例，引导学生思考生活中类似的情形，学生能例举缩手、唾液分泌等实例。

4.2 反射及反射弧

1）反射的概念。教师结合学生的举例，分析眨眼、缩手、婴儿吮吸等现象，总结共性：这些现象都是在神经系统的控制下发生的，是由生物体内部或外界的刺激所引起的，产生的反应是稳定的、有规律的。由此，师生共同得出反射的概念。

2）膝跳反射实验。教师请一位学生在教室前方就坐，请其闭目、放松、搭腿，然后快速地叩击其上叠腿膝盖下方的韧带，学生出现小腿弹动的现象。教师由此介绍，此种现象称为膝跳反射。

之后，教师组织学生两两就近结组，分3个阶段指导学生进行实验，如表1所示。

表1 膝跳反射实验的3个阶段

实验完成后，教师以班级学生为调查总体，统计3种不同操作下膝跳反应发生的比例，师生共同发现，在他人有准备的情况下，或是以自身为对象进行膝跳反射实验时，不容易观察到膝跳现象。实验结果差异的原因是什么，是生理结构的问题还是调节机制的问题？由此，师生展开本节课后续的学习与研究。

3）总结反射弧。教师展示图片，引导学生结合之前学习的神经系统结构及功能的有关内容，分析得出膝跳反射由外界发出刺激到人体产生反应的神经通路，进一步概念化为反射弧的结构：感受器→传入神经→神经中枢→传出神经→效应器。

师生共同分析，全体学生在前述第1轮实验中能发生膝跳反应，表明大家的反射弧结构都是完整的、能执行功能，而第2、第3轮实验中膝跳反应发生几率显著降低，很有可能是神经调节机制的问题。

4）膝跳反射与缩手反射的讨论。教师请学生考虑本课起始列举的缩手反射，提出问题“在手被烫或者被刺的情况下，人体是先感觉疼痛后再缩手，还是先缩手？ ”教师提示学生，可以从生活经验、保护性需要和神经结构等方面思考这一问题，之后组织讨论并进行交流。

结合生活经验，有些学生在小组讨论时开展了现场实验，但是学生在“先疼还是先缩手”这一问题的主观感受上存在差异。再从保护性需要出发，大部分学生认为，相对于“先缩”，“先疼”可能会造成更大的伤害；但也有学生提出，如果没有疼痛感，人体为什么要作出缩手反应？

此时，教师引导学生再次回忆本节课导入阶段复习的知识： 脑和脊髓作为中枢神经系统的器官，都可对外界刺激发出反应指令；脊髓是低级中枢，大脑是高级中枢，痛觉中枢存在于大脑皮层。教师继而引导学生从神经结构的角度深入分析问题。经讨论和交流，学生形成共识：高温或扎刺的刺激传导至脊髓，脊髓就能发出缩手的反应指令，而疼痛感则是经由脊髓传递至大脑皮层的痛觉中枢后产生的。按照神经结构，如若“先疼后缩手”，则在神经传导通路上远远长于脊髓即时处理通路，这是不利的。这一理论推演是否正确？ 教师此时再结合科学实验资料向学生确认，脊髓确实可控制缩手、膝跳这一类的反射活动。

解决了缩手反射的问题，在此基础上，教师请学生继续思考“在他人有准备的情况下，或以自身为对象进行膝跳反射实验时，为何不易观察到膝跳现象？ ”经小组讨论学生较快达成一致意见：在他人有准备的情况下，或以自身为对象进行膝跳反射实验时，不易观察到膝跳现象，是因为大脑作为高级中枢对脊髓作为低级中枢所控制的反射活动作出了调节的结果。同时，学生还能例举生活中类似的例子。

4.3 反射的类型 在了解了反射、反射弧的概念，分析了低级中枢、高级中枢对反射活动的调节作用的基础上，教师引导学生初步了解简单反射、复杂反射的概念。简单反射、复杂反射的更多实例，复杂反射的科学研究史，以及相关的其他内容，师生将在第2课时继续研究。

5 教学反思

如本文“学情分析”部分所述，在课堂教学中，由于学生生成性的“意外”操作所导致的“不成功”的膝跳反射实验的体验，是否可为学生理解反射、反射弧的概念提供认知基础？ 抑或是教师就刻板地说明标准的实验结果并进入后续教学？ 具体分析就可发现，未发生预期反应的膝跳反射实验，既是学生的事实体验，又构建了冲突性的学习情境，且提供了在反射、反射弧概念上进一步分析反射活动控制机制的可能性。相对于简单的、“成功”的膝跳反射实验，在本次实验中，膝跳反应是否出现，让学生在不了解有关知识之前，没有了标准预期，增强了学习、探究的兴趣，又有了更深、更广的思维可能。

本教学设计在2016年3月北京市区县联合教研活动中由本文第1作者进行了实施。由于这次教研活动邀请了来自多所学校的教师在同一所中学进行教学展示，因此在教学设计实施前，学生与教师相互并不熟悉。但此教学设计依然顺畅实施。学生经小组讨论和教师引导，对本节课中最有挑战的问题“在他人有准备的情况下，或以自身为对象进行膝跳反射实验时，为何不易看到膝跳现象”达成一致意见，认识到这一情况与大脑作为高级中枢，对脊髓作为低级中枢所控制的反射活动作出了调节有关。