创设大学习情境的大单元人体模拟课堂教学实践——以“神经调节”为例

马腾禹 贾荣荣

(1.延安市新区高级中学 陕西延安 716000)

(2.西安市曲江第一中学 陕西西安 710000)

常规的课时教学只是聚焦一个课时的知识点进行针对性练习,很难跳出知识点的局限,学生难以形成完整的知识体系和思维体系。而基于大观念、大概念、大任务、大主题和大学习情境的“大单元教学”,体现了对学科内的单元教学内容的再次深度开发和总体设计,是落实学科核心素养的有效途径和有力抓手。大单元教学早已有之,但如今的核心素养视域下的新课程、新教材和新高考,给大单元教学注入了育人使命和新的时代内涵。大单元教学有利于学生跳出知识的“零碎”与“零散”,基于“大观念”的视角,在“大概念”的统领下,建构学科知识体系,有利于学生进行深度学习,可以更好地发展学生的核心素养。

下文紧扣“核心素养—课程标准—核心概念—单元设计—课时安排”这五个环节,以人教版高中生物学教材《选择性必修1·稳态与调节》第二章“神经调节”大单元教学为例,运用人体模拟创设大学习情境,有效突破教学难点,实现重要概念的单元教学。

1 教材分析与大单元教学设计思路

在维持内环境稳态中,神经调节居于“神经—体液—免疫调节网络”的主导地位,是落实《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)中“神经系统能够及时感知机体内、外环境的变化,并作出反应,调控各器官、系统活动,实现机体稳态”这一重要概念的必备知识。教师遵循学生认知规律,通过人体模拟创设贯穿神经调节内容的大学习情境,引导学生经历“微观(人体模拟神经元)→宏观(人体模拟反射弧)→微观(人体模拟兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在神经元之间的传递)→宏观(人体模拟神经系统的分级调节)”的认知过程,使学生体验推理建模和解释问题的过程,有效突破教学难点,在帮助学生建构重要概念的同时,促进了学生生物学核心素养的形成。

2 大单元教学目标

(1)通过人体模拟,结合自身日常生活、学习情境,说出机体为维持内环境稳态通过神经系统对内外环境变化作出的各种反应,体会运用结构与功能观解释生物学现象和解决实际问题的过程。

(2)能够对多种生活方案的优缺点进行横评,采纳并认同健康文明的生活方式,远离毒品。

(3)能够积极宣传毒品的危害和传染病的防控措施等。

3 大单元教学重点和难点

“神经调节”大单元教学的重点为:①神经系统的构成;②神经元的结构和功能;③反射和反射弧;④神经冲动的产生及兴奋在神经纤维上的传导过程;⑤兴奋在神经元之间的传递与突触的特点;⑥神经系统的分级调节;⑦语言、学习、记忆、情绪等人脑高级功能。

“神经调节”大单元的学习难点为:①自主神经系统的特点;②条件反射的形成;③神经冲动的产生及其在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递过程;④人类大脑皮层言语区功能的区分。

在难点突破方面,很多教师对“神经冲动的产生、传导与传递”这一难点都是通过画图的方法来进行突破的,这样留给学生的印象往往是生物学知识很抽象、不好记,也阻碍了一线教师开发课堂中现有教学资源的思维。从某种意义上来说,教师没有把课堂中一个个活生生的学生看作是教学资源,便是对教育资源的一种极大浪费。而本节课教师在教学实践中采用了先人体模拟神经元、再人体模拟缩手反射弧、而后人体模拟电信号在神经纤维上的传导和化学信号在神经元之间的传递的方法,将教学内容形象化,在极大提高学生学习生物学的兴趣的同时,有效降低了学生的记忆负荷,也发展了学生团结协作的精神品质和力求最好的优秀意识。

4 大单元教学的过程

4.1 大情境导入,聚焦本章核心问题

教师引导学生回忆到医院看病或体检时,医生给看病个体开具化验单让个体去进行血检或者尿检的经历,并以此贯穿整个神经调节的学习。这种大学习情境不仅做到了课时内容的一以贯之,更是做到了7个不同课时的前后贯穿,使前后9 个问题情境一脉相承、逻辑自洽。随着学习的不断深入,学习内容的抽象程度不断提高,更要求教师从学科知识发展的逻辑必然性中创设情境和提出问题。

设计意图:鉴于神经调节的教学内容比较抽象,因此,教师选择每位学生都较为熟悉的在医院抽血化验和尿检的经历贯穿“神经—体液—免疫调节网络”的教学内容,更利于提高学生的参与感,增强学生善于从日常生活中探秘科学的意识,激发学生的学习兴趣,培养学生处处留心皆学问的学习态度,使学生体会、认同结构与功能观,凸显了生物学生活化和生动性的学科特点。

4.2 以“情境—问题—模拟—交流—生成”为主线,建构大概念

“神经调节”的大单元学习共设计7 个课时。教师通过创设的情境并提出问题:神经系统到底是如何控制人体呢? 从而引出“神经元”的概念。教师采用人体模拟,不用为提前准备教具而苦恼,教学资源容易获取,教学手段形象直观,也为后面更为抽象的内容的教学做好了铺垫,教师引导学生基于教材进行进一步探究。

4.2.1 人体模拟神经元

教师引导学生模拟神经元:用岔开五指并屈臂的左手模拟树突;用人体的躯干部分模拟神经元的细胞体,心脏模拟细胞核;用伸出两根手指并伸直的右手臂模拟轴突。

设计意图:教师通过创设情境和设置问题串,引导学生模拟神经元,为学生后期学习“缩手反射”“膝跳反射”“兴奋在神经纤维上的传导”和“兴奋在神经元之间的传递”打下了基础。同时,“神经系统”人体模型的构建,也更能体现“以学生为主体”的学生发展观。教师针对三项任务驱动学生,通过三个活动训练学生提取关键信息的能力和分析图表的能力,发展学生归纳与概括的科学思维核心素养。

4.2.2 人体模拟反射弧

教师将全班学生分成若干小组,每四名学生为一个反射弧模拟探究小组。由于缩手反射比膝跳反射更为复杂,至少由三个神经元组成,因此,由三位学生分别模拟三个不同的神经元,三位学生共同构成了一个缩手反射的反射弧。刺激通过感受器,依次经过传入神经、神经中枢,到达传出神经,最后抵达传出神经末梢和其所支配的肌肉或腺体,从而完成完整的缩手反射。

设计意图:由于这一部分内容对于学生来说比较难以理解和抽象,学生通过知识点、概念的学习或许能说出反射弧的组成,但是,具体某一反射弧的组成部分是如何传递这种刺激的,又是通过哪些部位来传递的,学生缺乏准确的判断和清晰的认知,因此,教师通过人体模型的构建,使学生能够更加深入地去探索完成反射的机理。教师创设了环环相扣的问题情境,采用任务驱动和人体模拟等教学方法突破难点,引导学生构建兴奋在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递过程,教学手段形象直观,提高了学生的参与性。

4.2.3 人体模拟兴奋在神经纤维上的传导

教师以一名学生为代表,采用人体模拟的方式,来讲解兴奋在神经纤维上的传导。学生的左手五指伸直岔开,微屈肘关节,代表多而短的树突,右手臂伸展,伸出两根手指代表长而少的轴突。在未受到刺激时,神经纤维处于静息状态,细胞膜两侧的电位表现为内负外正。皮肤表面代表正电位,皮肤内部代表负电位。此时,若在靠近树突(左手手指代表树突)的部位,给予一定的刺激,这个部位的膜两侧会出现变化,代表神经纤维的手肘,左侧皮肤外侧最先开始由正电位变为负电位,皮肤内侧由负电位变为正电位。随着刺激的传导,膜电位依次变化。当这种刺激传到轴突末梢附近时,已经兴奋过的部位,皮肤外侧又恢复为正电位,皮肤内侧则恢复为负电位。同一个个体的任何动作由个人决定,是不需要和另外一位学生沟通的,因此这一人体模拟可以模拟出兴奋在同一个神经元上传导的双向性。

设计意图:由于兴奋在神经纤维上的传导的内容不是简单的和机械的记忆内容,而是需要学生在了解兴奋在神经纤维上的传导过程的基础上来加以分析。因此,教师通过构建人体模型的方式进行模拟教学,为学生提供了一种解决问题的思路和方法,从而有利于学生解决在练习习题时遇到的各种复杂问题。

4.2.4 人体模拟兴奋在神经元之间的传递

教师引导学生构建人体模型模拟突触还可以有效突破“兴奋在神经元之间的传递”这一难点。这一人体模型至少需要两位学生:A 学生代表第一个神经元,其右手手臂伸直并伸出两指代表轴突,右手手指头肚代表轴突末端膨大的部分,即突触小体,突触小体中存在突触小泡,A 学生右手拿的粉笔头模拟神经递质;B 学生代表下一个神经元的树突(或者细胞体),B 学生左手五指分开,微屈肘关节,代表树突,或者用身体代表细胞体,两人中间存在的间隙代表突触间隙。由于突触这一结构是由两位学生合作才能完成模拟,要将粉笔头传下去就需要另一位学生沟通来配合完成,因此,这一人体模拟可以模拟出兴奋在神经元之间的单向传递。

设计意图:教师通过构建人体突触模型,引导学生模拟兴奋在神经元之间的传递,使学生深入理解为什么突触小泡受到刺激释放的神经递质只能由突触前膜释放、作用于突触后膜。教师帮助学生明确突触间隙存在的机制和原理,突破教学重难点。

4.3 学以致用,布置大单元作业

教师向学生布置大单元作业:①请结合日常生活中的情境,分析说明你在炎热环境和寒冷环境中时,人体为维持自身体温的恒定通过神经系统的调节作用对内外环境变化作出的反应。②评估多种生活方案,分析说明饮水不足和饮水过量对人体健康的危害,倡导健康的生活方式,并积极向身边的亲人和朋友宣传饮水不足和饮水过量的危害。

设计意图:教师通过结合日常生活中的情境培养学生运用所学知识解决生活中实际问题的能力,发展学生的批判性思维能力、表达和交流的能力。通过要求学生向身边的亲人和朋友宣传饮水不足和饮水过量的危害,教师增强了学生的社会责任意识,落实了社会责任的培养,同时也落实了神经调节在《课程标准》中规定的学生学业要求。

5 大单元评价目标

教学评价是反馈教学设计的必然途径,从传统课堂的教学评价向大单元教学评价目标转变,是保障大单元教学设计完整性的关键步骤,是衡量大单元教学设计的适用程度及适用范围的标尺。因此,基于大单元情境创设的“神经调节”大单元人体模拟教学实践的总体评价目标应当贯彻以下三点内容。

5.1 基于学科素养的评价

通过“神经调节”大单元人体模拟教学实践,教师实现基于核心素养达成的大单元评价目标。教师应对“神经调节”大单元教学设计中的各个实践内容进行深入讲解,如“人体模拟反射弧”“兴奋在神经纤维上的传导”和“兴奋在神经元之间的传递”等,教师再通过情境及人体模拟将实践内容串联,帮助学生形成大单元的整体观和统一观。学生应明确神经调节是一种调节机制,是一整套完整的“程序”,发展生命观念、科学思维、科学探究等生物学核心素养。

5.2 基于整体教学观的评价

教师通过本学习单元的大情境创设和大单元人体模拟教学,有利于促进大单元教学目标的达成,促进学生整体学习观和整体知识网络的建立。大单元的人体模拟教学,不仅能促进学生的高效率学习,也能促进教师将零散的教学内容归类在大单元中的整体教学观的建立,从而提高教学效率,提升学业质量。

5.3 基于建构主义的评价

建构主义强调学习者的主动性,即强调学生通过原有的知识经验生成意义、建构理解的过程。 在大单元教学过程中,通过教师讲解,学生自主建构知识脉络,形成自己的“大单元”。 学生能否将反射和反射弧运用到除教材给出的“缩手反射”和“膝跳反射”以外的其它反射活动中;能否灵活运用兴奋的传递或传导等,这些都是基于建构主义的观点来进行的评价的设计。

综上,基于大情境、大单元的评价目标,着力点在于能否贯彻核心素养、能否起到“双促”作用,同时,学生能否主动构建“大单元”是落实大单元评价目标应当考虑的问题。

6 大单元教学反思

大情境创设下的“神经调节”大单元人体模拟设计,在教学实践中取得了可观的教学效果。例如,学生在医院看病的真实情境中,通过人体模拟反射弧、膝跳反射和缩手反射等一系列体验式学习,化微观抽象为具体形象,有效突破学习难点,学生表现出了很大的兴趣和参与度,并对于所学知识展开了积极思考。

但是,由于学生之前很少接触到大单元教学,在学习各部分内容时,仍然会将各部分的学习内容割裂开来,无法形成对神经调节机制的整体认识,因此,教师需要在模拟之前和模拟之后通过构建概念图的形式帮助学生加以串联,采用总—分—总的方式进行授课。

诚然,大单元教学不应该只注重教师端,学生心中也要树立大单元学习的观念。