神經(jīng)調(diào)節(jié)互動模型的制作與應用*

周曉慶 龔南貴

（重慶市巴蜀中學校 重慶 400013）

模型教學法是生物學教學中常用的方法之一，既包括模型的運用教學，也包括模型構建的過程教學。通過模型將原型中復雜的結構和功能予以簡化，將抽象的問題形象化[1]。穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)中的神經(jīng)調(diào)節(jié)內(nèi)容比較抽象，通過開發(fā)制作神經(jīng)調(diào)節(jié)互動模型，設計模型應用系列問題，讓學生通過該單元的學習有效提升歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學思維，形成正確的生命觀念，發(fā)展其學科核心素養(yǎng)。本文從教材分析、教具制作與教具運用3 個方面進行闡述。

1 教材分析與問題探討

初中階段的“膝跳反射”實驗介紹了反射、反射弧等基礎知識，并將反射類型劃分為簡單反射和復雜反射，以此作為高中該部分內(nèi)容學習的前概念。神經(jīng)調(diào)節(jié)是高中生物學新課程標準選擇性必修1“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”中的一個重要章節(jié)。該單元的教學內(nèi)容緊密圍繞神經(jīng)調(diào)節(jié)而展開，要求“概述人體神經(jīng)調(diào)節(jié)的結構基礎和調(diào)節(jié)過程，從分子水平闡明神經(jīng)沖動的產(chǎn)生和傳導，分析神經(jīng)系統(tǒng)如何分級調(diào)控協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成生命活動，舉例說明中樞神經(jīng)系統(tǒng)對內(nèi)臟活動的調(diào)節(jié)，簡述人腦的高級功能?！盵2]整個章節(jié)層層深入，其中，正確認識“反射”和“反射弧”是學生學習“神經(jīng)調(diào)節(jié)”的基礎。

2 教具設計思路與制作

圖1為教具設計思路圖，筆者以教材章節(jié)為指導設計了3 個模塊：人體神經(jīng)系統(tǒng)整體示意模塊、膝跳反射過程模塊、排尿反射過程模塊，并將排尿反射過程劃分為3 個層次：無意識排尿反射、大腦皮層參與下的排尿反射和大腦皮層語言區(qū)參與下的排尿反射?？煞謩e用于指導教材第1 節(jié)、第2 節(jié)、第4 節(jié)和第5 節(jié)的課程教學或復習。每個模塊以快裝板的形式，按照排尿反射模塊、膝跳反射模塊、人體神經(jīng)系統(tǒng)整體示意模塊的順序由內(nèi)至外進行安裝。模型中的每條神經(jīng)束以不同顏色燈帶表示，每條燈帶由多個LED 燈組成，開啟后每個燈將由前往后逐個開啟再熄滅，代表神經(jīng)信號的傳輸過程。每條燈帶均可通過對應顏色遙控器（圖2）遠程控制開啟與關閉。

圖1 教具設計思路

圖2 教具遠程遙控器

1）模塊1：人體神經(jīng)系統(tǒng)整體示意圖（圖3）。該模塊作為整個模型的引入環(huán)節(jié)，選用教材第1 節(jié)“神經(jīng)調(diào)節(jié)的結構基礎”中的“神經(jīng)系統(tǒng)基本結構示意圖”。該示意圖圖像生動形象，文字簡明扼要，有利于學生快速回顧已學習的該部分知識。以此示意圖為原型制作成上、下2 個部分KT板，形成可分裝的快裝板，取出下部分即可進入第2 模塊。

圖3 人體神經(jīng)系統(tǒng)整體示意圖

2）模塊2：膝跳反射過程（圖4）。該模塊采用KT 板制作大腿（感受器和效應器）和神經(jīng)中樞，用紅色和藍色LED 燈帶分別代表傳入、傳出神經(jīng)，利用電磁鐵通電與斷電讓小腿抬起與收回。當用手敲打KT 板膝蓋的同時，依次開啟紅色LED燈帶和藍色LED 燈帶，模擬神經(jīng)信號的傳入與傳出，然后打開電磁鐵開關，讓小腿抬起與收回，模擬整個膝跳反射。通過膝跳反射模型，讓微觀未見過程直觀展現(xiàn)在分段演示模型上，幫助學生回憶并鞏固反射的概念及反射弧的5 個組成部分。

圖4 膝跳反射模型

3）模塊3：排尿反射過程（圖5～圖7）。該模塊是整個模型的核心，主要由3 個主體部分組成。第1 部分為無意識排尿反射，該部分由模塊2 直接演繹而成。首先，取掉腿部結構快裝板，將紅色和藍色燈帶插在氣球后面，氣球進、出氣口固定打氣裝置，如圖5。通過打氣裝置向氣球打氣，氣球逐漸脹大模擬膀胱壁感受器受到脹尿刺激。再依次打開紅色和藍色燈帶，模擬傳入神經(jīng)將興奮傳入骶髓排尿中樞，骶髓排尿中樞通過傳出神經(jīng)將興奮傳至膀胱逼尿?。ㄐ鳎┻M行排尿，最后，氣球放氣縮小，完成整個無意識排尿過程。

圖5 無意識排尿反射示意圖及模型

第2 部分為大腦皮層參與下的排尿反射。取下模型上部快裝板，展示出神經(jīng)系統(tǒng)分級調(diào)控排尿反射模型。根據(jù)圖6示意圖，用KT 板制作大腦，以不同顏色進行大腦功能區(qū)域劃分，用粉色和黃色LED 燈帶代表上行傳導束和下行傳導束。通過打氣裝置讓氣球脹大后，再依次打開紅色、粉色、黃色、藍色燈帶，當藍色跑馬燈傳至氣球后，不再給氣球打氣，讓其逐漸排氣縮小，完成整個分級調(diào)控模擬過程，層層遞進讓學生形象地學習高級神經(jīng)中樞精準調(diào)控低級神經(jīng)中樞。

圖6 大腦皮層參與下的有意識排尿反射示意圖及模型

第3 部分為大腦皮層言語區(qū)參與下的排尿反射，根據(jù)圖7示意圖，采用KT 板制作人耳及聲音演示信號，并用MP3 錄音器錄制一段音頻，例如，學校鈴聲系統(tǒng)中常用的下課提示語，作為每次上廁所時的暗示聲音信號，用綠色LED 燈帶模擬聽覺神經(jīng)，不同顏色的燈光演示大腦皮層上不同的神經(jīng)中樞區(qū)域。整合第1 部分、第2 部分，通過多次演示有意識排尿打開MP3 錄制的音頻信號和綠色LED 燈模擬條件反射的建立。最后，不打開紅色LED 燈（傳入神經(jīng)）和粉色LED 燈（上行神經(jīng)傳導束），僅打開MP3 聲音信號和綠色LED 燈（聽覺神經(jīng)）也能通過下行神經(jīng)傳導束（黃色LED 燈）和傳出神經(jīng)（藍色LED 燈），完成膀胱的排泄即氣球的縮小過程，以完整演繹條件反射的形成。

圖7 大腦皮層言語區(qū)參與下的排尿反射示意圖及模型

3 教具在教學中的應用

本教具的3 個模塊既獨立又層層遞進，教師可利用模型結合問題串進行啟發(fā)式教學完成神經(jīng)調(diào)節(jié)課程標準中的4 個方面。

3.1 概述神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式是反射，其結構基礎是反射弧

使用模型：模塊1、模塊2。

問題串：1）結合模塊1 回顧初中所學神經(jīng)系統(tǒng)的基本結構、神經(jīng)細胞的結構和功能，思考人體的運動、內(nèi)臟器官的活動等受什么神經(jīng)中樞控制？2）結合模塊2，認識膝跳反射，從模型中梳理出一個完整的反射弧由哪幾部分構成，分別是什么功能？ 3）結合模塊2，思考如果反射弧中的各個部分依次出現(xiàn)了結構異常，人體將分別表現(xiàn)什么癥狀？ 4）通過學習反射與反射弧、神經(jīng)系統(tǒng)的基本結構與功能，闡述對“結構與功能觀”的理解。

3.2 分析神經(jīng)系統(tǒng)如何分級調(diào)控協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成生命活動

使用模型：模塊3-1、模塊3-2。

問題串：1）結合生活經(jīng)驗和教材上的“思考·討論”，分析排尿反射的低級中樞和高級中樞分別是什么？2）結合模塊3，分析排尿反射過程中，高級中樞是如何控制低級中樞的？3）闡述高級中樞對低級中樞調(diào)控的意義。

3.3 舉例說明中樞神經(jīng)系統(tǒng)對內(nèi)臟活動的調(diào)節(jié)

使用模型：模塊3-1、模塊3-2。

問題串：1）內(nèi)臟活動是否只受交感神經(jīng)或副交感神經(jīng)的單一控制？2）人為什么能有意識地控制排尿？3）舉例說明大腦、脊髓如何通過自主神經(jīng)調(diào)節(jié)膀胱活動？

3.4 簡述人腦的高級功能

使用模型：模塊3-3。

問題串：1）結合大腦功能區(qū)域組裝模型（圖8），當聲音信號傳達到大腦皮層，分別是由哪個區(qū)域負責對其進行分析判斷？2）結合語音功能區(qū)組裝模型（圖9），如果某人的大腦皮層語言區(qū)的V區(qū)出現(xiàn)障礙，該個體排尿反射的相關活動會出現(xiàn)哪些不同于正常人的表現(xiàn)？3）人腦的高級功能給人類帶來了不同于其他動物的哪些體驗？例如，學習過程中的低階思維：記憶、理解、應用；高階思維：分析、評價、創(chuàng)造。試舉例說明你對某種體驗（例如，抑郁、亢奮、失眠等）的認識。

圖8 大腦功能區(qū)域組裝模型

圖9 語言功能區(qū)組裝模型

由于各條神經(jīng)束燈帶都可遠程遙控開關，學生可直接通過遙控器進行模型操作學習并回答相應問題。整個模型與教學內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣、層層推進，但制作簡單，所用材料主要為廢棄KT 板、節(jié)日使用燈帶、氣球、彩色膠紙和物理學實驗室常用電磁鐵，教師可參照本文設計思路制作與使用。

4 總結

將抽象的問題形象化，應用模型構建課堂教學，可多角度、多層次地促進學生認知的發(fā)展。建構主義理論認為學習的過程是新信息的意義構建和對已有經(jīng)驗的重新組合，整個模型通過快裝板的形式層層推進，利用不同顏色燈帶、發(fā)聲器、電磁鐵，將神經(jīng)調(diào)節(jié)過程分模塊演示，培養(yǎng)學生觀察、比較、推理、演繹的理性思維能力，形成正確的生命觀念。