浅谈大概念下初中生物学自制教具的创新与应用

摘要：本文以神经系列模型为例，阐述了自制教具的构建过程及创新应用。在《义务教育生物学课程标准（2022年版）》的指导下，笔者紧扣概念教学，对模型进行整体化、系列化改进，灵活运用到关键概念图生成、问题导向设置、真实情境的营造、作业评价形式的拓展等教学环节中，增加课堂有效性的同时培养学生的核心素养。

关键词：初中生物；自制教具；神经调节

文章编号：1003-7586（2024）04-0083-04 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称《义教课标》）强调要引导学生积极主动地参与动手和动脑活动，并在七个学习主题中多次强调模型的重要性。模型是事物原型的某个表征和体现，同时又是事物原型的抽象和概括。利用模型教具可对一些特定实例的框架进行剥离，减少不必要的细枝末节，生物结构的本质特征以及功能的一般规律会被合理放大展现出来，从而激发学生的学习兴趣，锻炼自主学能力。初中阶段，学生能简单地识别神经系统和神经元的二维图片，但对其具体结构和功能机理尚未掌握，对于反射弧的结构功能更是生疏。多数学生的抽象思维能力尚未成熟，自主概念构建的意识薄弱，利用改良的自制模型可以很好地突破以上瓶颈。

根据《义教课标》内容及学情分析，笔者将“人体的神经调节”的重要概念及难点进行了整理（见表1）。

结合重难点，笔者对模型做了以下改进。

模型①为神经元（见图1），用扭扭棒缠绕组装出细胞体、树突和一个带着神经末梢的轴突，将硅胶软管剪成小段穿插于轴突外，白色软管模拟髓鞘，成品即为一个神经元模型。模型②为神经（见图2），将多个神经元模型并列排放，用透明胶带（模拟神经结缔组织膜）将轴突缠绕成束，模拟一条神经。模型③为神经系统（见图3），根据实际情况调整神经的长短，用神经模型组装出脑、脊髓和周围神经。调整脑的形状，突出左、右半脑以及小脑和脑干的形状。周围神经包括12对脑神经和31对脊神经，实际制作时，教师可以根据实际情况适当地减少周围神经的数量。模型④为反射弧（见图4），用白色和灰色卡纸绘制脑和脊髓的横截面结构示意图，注意白质和灰质在脑和脊髓结构中的分布位置差异。同样用白色和灰色卡纸制作神经结构的平面结构示意图，注意传人神经大多为假单极神经元，一般有神经节，而传出神经无神经节。其他颜色卡纸可以模拟身体不同部位的皮肤、肌肉、腺体或者其他器官结构。

1 模型构建创新点

该系列模型所用到的材料简单易得：灰色扭扭棒、3 mm×5 mm白色硅胶软管、透明胶带、白色和灰色等卡纸。模型的主体由扭扭棒组成，扭扭棒容易塑形，连接能力强，有一定的稳定性且成本低，是新颖、理想的材料。

1.1 多维度凸显结构特征，富有整体性和连贯性

比起二维图形模型，该套涵盖立体和平面的系列模型能更生动地呈现出实际结构特征。根据不同器官的位置特征，学生可以在模型上清楚地指认出大脑（脑的最上方）、小脑（大脑后下方）、脑干（大脑下方）和脊髓（与脑干相连）结构；根据周围神经所连接的结构的差异，学生可以将其分为脑神经和脊神经。由此可见，该系列模型与真实结构特征贴合度高，为学生理解各部分的具体功能奠定了基础。

该套模型在材料的材质、颜色选择上注重渗透整体性理念。此外，整个模型构建过程遵循神经元（细胞）→神经组织→大脑等器官→神经系统的结构层次顺序最终呈现一个1.6 m真人等比例神经系统模型。由微观到宏观，局部到整体，层层递进，前后联系紧密，极大地降低了学生自主整合概念框架的难度。

1.2 使用范围广，灵活度高，实用性强

该套模型不仅可以在“人体的神经调节”的三个课时（观察神经元、观察神经系统的组成、神经调节的基本方式）中被使用，还可以运用到“人体对信息的感知”的两个课时中（视觉和听觉），同时还有助于理解神经系统对运动系统的调节作用，用途广泛，使用率高。在使用方法和场景选择上，该套模型也有着很高的灵活度。例如，学生借助更具像化的改良神经系统模型，用关键概念阐述演示某一抽象的反射过程，解释生命活动机理，利用生命观念解决实际问题；教师还可以将学生自制神经元模型活动作为创新实践作业，运用到课后评价中。综上，经过改良后的神经系统模型更贴合新课标理念，凸显核心素养内涵。

2 模型应用的建议

2.1 以框架图为中心，锚定关键概念，渗透生命观念

掌握重要概念是形成生命观念基础。在此基础上，学生对概念进行整合并提炼出本质规律是关键，之后再培养应用规律解决实际问题的意识，进而形成生命观念。概念框架图配合模型有助于学生夯实基础，突破关键，形成观念。

根据本单元的重要概念灵活制作概念图（见图5）教师可按实际情况选择性地遮盖一部分关键词。学生可以以小组为单位，参考书本资料，观察模型的组装过程和整体结构特征，完成概念图中的概念填空。该种形式大大降低了基础概念构建的难度，提高了学生的学习兴趣和自主学习的意愿。将三张概念图按照一定的顺序排列，引导学生得出结论：神经元在细胞层面上体现结构与功能相适应的规律；神经系统的结构特征也与其功能特点匹配；反射弧和反射的概念由神经系统的具体生命活动规律衍生而来，同样也具有结构与功能相适应的特点。这一结论的提炼与升华再次印证了生命观念中的结构与功能观。

2.2 以问题为导向，培养科学思维

学生仅仅依靠构建概念和框架图进行小组自主学习显然是不够的，还需要一些导向性明确的问题作为辅助，教师引导学生从多角度观察、分析模型，进行独立思考和判断，辩证地分析问题。例如，教师提问：请在模型上指出树突和轴突，如何区分它们的？请结合神经元的功能，分析轴突的结构特征。请在模型上演示周围神经将接收到的神经冲动传递给脑处理的路径，分别是脑的哪部分结构处理这些信息的。中枢神经为什么会分灰质和白质，是什么造成了两部分结构颜色的不同？失去一部分脑组织后人还能生存吗，为什么？请参考反射弧的定义和二维模型，在神经系统的立体模型上找到感受器和神经中枢的位置。如何区别传人神经和传出神经？以上问题可以引导学生比较结构之间的异同，发现结构与功能之间的必然联系。学生在问题的引导下，灵活切换分析的角度，充分锻炼了抽象思维能力。通过小组讨论还能对既有观点和结论作出批判性思考，为创造性见解的提出铺设了大量基础。

2.3 以真实情境为依托，树立态度责任

教师以问题引导学生观察模型，培养科学思维的这一过程需要以真实情境为依托。除了书本上常用的缩手反射、膝跳反射外，笔者还尝试过以下几种情境，可做为参考。

婴幼儿时期，排尿反射通常是无意识、不可控的，当膀胱中尿液量大约为80 mL时，膀胱壁上的感受器就会把压力刺激转换为神经冲动，在神经中枢进行信息处理后，效应器即相应的括约肌舒张，尿液排出。但是成年以后，膀胱中液体容量达到250 mL时，成人才会感受到尿意，而且会选择合适的场地和时间排尿。教师引导学生分析情境并回答以下问题：婴儿时期控制排尿反射的神经中枢是什么结构？成年后，尿意是在什么结构中形成的，为什么婴儿没有？成年后排尿反射为什么可控了？请在神经系统模型上分别演示两种排尿反射的过程。

教师追问：现有一位车祸患者，他有非常明显的尿意，却无法排出尿液，请分析他的什么结构可能出了问题？如果不采取措施可能会导致何种后果？可以采取什么措施暂时缓解这一症状？脊髓受伤一定会导致无法排尿吗？为什么？如果某人的排尿反射弧各结构都正常，他一定会有排尿反射吗？请利用模型分析以上问题，并借助模型进行演示讲解。

学生利用以上情境，分析问题，利用所学概念解释现象，阐明生命活动原理并尝试作出解决方案，在结构与功能观的影响下树立健康意识，养成良好的生活习惯。

2.4 以创新作业为契机，拓展评价形式

《义教课标》特别强调作业类型和评价形式要注重多元性，并且在教学建议中增加了动手制作等实践要求。于是，笔者尝试鼓励学生开发更多的材料，以小组为单位，从神经元、脑、脊髓、神经系统、反射弧等结构中选取一项，制作模型，并在课堂中分享过程与心得，学生互相点评，讨论并改进措施，成效显著。

笔者选取了比较有代表性的两份，并对这两份作品从细节上分析（见图6、图7）。学生作业展示了具有信号传递功能的反射弧模型，该模型由电源、流水灯和触发器三部分重组改装而成。学生介绍：当手指触碰到触发器线圈时，流水灯产生向特定方向流动的灯光，手指拿开即停止，与反射弧功能的相似性极高。这一作品极具想象力与创新性，且融合了物理学等跨学科知识。学生建议：如果作品中的结构能对应上反射弧各结构，学习效果会更好。本次作业尝试说明学生充满创造力，而教师需要做的就是提供机会。

3 教学反思

自制教具在教学工作中的重要性不言而喻，它不仅可以促进学生对概念的理解，增加情境的真实感，辅助学生分析、解决实际案例，还能转化学生作业形式，提高学生的动手能力和创造力。在这一过程中，学生的科学思维、探究实践能力获得锻炼，生命观念、责任意识随之提高，核心素养得以发展。不仅如此，教具还可以转变为每一位学生可以实实在在操作的学具，甚至还可以发展成为学生的创新跨学科建模课程，为学生之后的自主学习、实践运用，深度探索等活动搭建良好的平台，有助于核心素养的提升。因此，如何在已有的教育资源上开发出更简洁，更易上手，更能突显核心概念本质的模型教具是值得深思的问题，这也将激励教育行业从业者在技能和理论上不断突破自我、革故鼎新，从而形成教学，教学相长的良性循环。