周晓庆 龚南贵

（重庆市巴蜀中学校 重庆 400013）

模型教学法是生物学教学中常用的方法之一，既包括模型的运用教学，也包括模型构建的过程教学。通过模型将原型中复杂的结构和功能予以简化，将抽象的问题形象化[1]。稳态与调节中的神经调节内容比较抽象，通过开发制作神经调节互动模型，设计模型应用系列问题，让学生通过该单元的学习有效提升归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学思维，形成正确的生命观念，发展其学科核心素养。本文从教材分析、教具制作与教具运用3 个方面进行阐述。

1 教材分析与问题探讨

初中阶段的“膝跳反射”实验介绍了反射、反射弧等基础知识，并将反射类型划分为简单反射和复杂反射，以此作为高中该部分内容学习的前概念。神经调节是高中生物学新课程标准选择性必修1“稳态与调节”中的一个重要章节。该单元的教学内容紧密围绕神经调节而展开，要求“概述人体神经调节的结构基础和调节过程，从分子水平阐明神经冲动的产生和传导，分析神经系统如何分级调控协调统一共同完成生命活动，举例说明中枢神经系统对内脏活动的调节，简述人脑的高级功能。”[2]整个章节层层深入，其中，正确认识“反射”和“反射弧”是学生学习“神经调节”的基础。

2 教具设计思路与制作

图1为教具设计思路图，笔者以教材章节为指导设计了3 个模块：人体神经系统整体示意模块、膝跳反射过程模块、排尿反射过程模块，并将排尿反射过程划分为3 个层次：无意识排尿反射、大脑皮层参与下的排尿反射和大脑皮层语言区参与下的排尿反射。可分别用于指导教材第1 节、第2 节、第4 节和第5 节的课程教学或复习。每个模块以快装板的形式，按照排尿反射模块、膝跳反射模块、人体神经系统整体示意模块的顺序由内至外进行安装。模型中的每条神经束以不同颜色灯带表示，每条灯带由多个LED 灯组成，开启后每个灯将由前往后逐个开启再熄灭，代表神经信号的传输过程。每条灯带均可通过对应颜色遥控器（图2）远程控制开启与关闭。

图1 教具设计思路

图2 教具远程遥控器

1）模块1：人体神经系统整体示意图（图3）。该模块作为整个模型的引入环节，选用教材第1 节“神经调节的结构基础”中的“神经系统基本结构示意图”。该示意图图像生动形象，文字简明扼要，有利于学生快速回顾已学习的该部分知识。以此示意图为原型制作成上、下2 个部分KT板，形成可分装的快装板，取出下部分即可进入第2 模块。

图3 人体神经系统整体示意图

2）模块2：膝跳反射过程（图4）。该模块采用KT 板制作大腿（感受器和效应器）和神经中枢，用红色和蓝色LED 灯带分别代表传入、传出神经，利用电磁铁通电与断电让小腿抬起与收回。当用手敲打KT 板膝盖的同时，依次开启红色LED灯带和蓝色LED 灯带，模拟神经信号的传入与传出，然后打开电磁铁开关，让小腿抬起与收回，模拟整个膝跳反射。通过膝跳反射模型，让微观未见过程直观展现在分段演示模型上，帮助学生回忆并巩固反射的概念及反射弧的5 个组成部分。

图4 膝跳反射模型

3）模块3：排尿反射过程（图5～图7）。该模块是整个模型的核心，主要由3 个主体部分组成。第1 部分为无意识排尿反射，该部分由模块2 直接演绎而成。首先，取掉腿部结构快装板，将红色和蓝色灯带插在气球后面，气球进、出气口固定打气装置，如图5。通过打气装置向气球打气，气球逐渐胀大模拟膀胱壁感受器受到胀尿刺激。再依次打开红色和蓝色灯带，模拟传入神经将兴奋传入骶髓排尿中枢，骶髓排尿中枢通过传出神经将兴奋传至膀胱逼尿肌（效应器）进行排尿，最后，气球放气缩小，完成整个无意识排尿过程。

图5 无意识排尿反射示意图及模型

第2 部分为大脑皮层参与下的排尿反射。取下模型上部快装板，展示出神经系统分级调控排尿反射模型。根据图6示意图，用KT 板制作大脑，以不同颜色进行大脑功能区域划分，用粉色和黄色LED 灯带代表上行传导束和下行传导束。通过打气装置让气球胀大后，再依次打开红色、粉色、黄色、蓝色灯带，当蓝色跑马灯传至气球后，不再给气球打气，让其逐渐排气缩小，完成整个分级调控模拟过程，层层递进让学生形象地学习高级神经中枢精准调控低级神经中枢。

图6 大脑皮层参与下的有意识排尿反射示意图及模型

第3 部分为大脑皮层言语区参与下的排尿反射，根据图7示意图，采用KT 板制作人耳及声音演示信号，并用MP3 录音器录制一段音频，例如，学校铃声系统中常用的下课提示语，作为每次上厕所时的暗示声音信号，用绿色LED 灯带模拟听觉神经，不同颜色的灯光演示大脑皮层上不同的神经中枢区域。整合第1 部分、第2 部分，通过多次演示有意识排尿打开MP3 录制的音频信号和绿色LED 灯模拟条件反射的建立。最后，不打开红色LED 灯（传入神经）和粉色LED 灯（上行神经传导束），仅打开MP3 声音信号和绿色LED 灯（听觉神经）也能通过下行神经传导束（黄色LED 灯）和传出神经（蓝色LED 灯），完成膀胱的排泄即气球的缩小过程，以完整演绎条件反射的形成。

图7 大脑皮层言语区参与下的排尿反射示意图及模型

3 教具在教学中的应用

本教具的3 个模块既独立又层层递进，教师可利用模型结合问题串进行启发式教学完成神经调节课程标准中的4 个方面。

3.1 概述神经调节的基本方式是反射，其结构基础是反射弧

使用模型：模块1、模块2。

问题串：1）结合模块1 回顾初中所学神经系统的基本结构、神经细胞的结构和功能，思考人体的运动、内脏器官的活动等受什么神经中枢控制？2）结合模块2，认识膝跳反射，从模型中梳理出一个完整的反射弧由哪几部分构成，分别是什么功能？ 3）结合模块2，思考如果反射弧中的各个部分依次出现了结构异常，人体将分别表现什么症状？ 4）通过学习反射与反射弧、神经系统的基本结构与功能，阐述对“结构与功能观”的理解。

3.2 分析神经系统如何分级调控协调统一共同完成生命活动

使用模型：模块3-1、模块3-2。

问题串：1）结合生活经验和教材上的“思考·讨论”，分析排尿反射的低级中枢和高级中枢分别是什么？2）结合模块3，分析排尿反射过程中，高级中枢是如何控制低级中枢的？3）阐述高级中枢对低级中枢调控的意义。

3.3 举例说明中枢神经系统对内脏活动的调节

使用模型：模块3-1、模块3-2。

问题串：1）内脏活动是否只受交感神经或副交感神经的单一控制？2）人为什么能有意识地控制排尿？3）举例说明大脑、脊髓如何通过自主神经调节膀胱活动？

3.4 简述人脑的高级功能

使用模型：模块3-3。

问题串：1）结合大脑功能区域组装模型（图8），当声音信号传达到大脑皮层，分别是由哪个区域负责对其进行分析判断？2）结合语音功能区组装模型（图9），如果某人的大脑皮层语言区的V区出现障碍，该个体排尿反射的相关活动会出现哪些不同于正常人的表现？3）人脑的高级功能给人类带来了不同于其他动物的哪些体验？例如，学习过程中的低阶思维：记忆、理解、应用；高阶思维：分析、评价、创造。试举例说明你对某种体验（例如，抑郁、亢奋、失眠等）的认识。

图8 大脑功能区域组装模型

图9 语言功能区组装模型

由于各条神经束灯带都可远程遥控开关，学生可直接通过遥控器进行模型操作学习并回答相应问题。整个模型与教学内容环环相扣、层层推进，但制作简单，所用材料主要为废弃KT 板、节日使用灯带、气球、彩色胶纸和物理学实验室常用电磁铁，教师可参照本文设计思路制作与使用。

4 总结

将抽象的问题形象化，应用模型构建课堂教学，可多角度、多层次地促进学生认知的发展。建构主义理论认为学习的过程是新信息的意义构建和对已有经验的重新组合，整个模型通过快装板的形式层层推进，利用不同颜色灯带、发声器、电磁铁，将神经调节过程分模块演示，培养学生观察、比较、推理、演绎的理性思维能力，形成正确的生命观念。