神經調節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]。穩態與調節中的神經調節內容比較抽象，通過開發制作神經調節互動模型，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，發展其學科核心素養。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容學習的前概念。神經調節是高中生物學新課程標準選擇性必修1“穩態與調節”中的一個重要章節。該單元的教學內容緊密圍繞神經調節而展開，要求“概述人體神經調節的結構基礎和調節過程，從分子水平闡明神經沖動的產生和傳導，分析神經系統如何分級調控協調統一共同完成生命活動，舉例說明中樞神經系統對內臟活動的調節，簡述人腦的高級功能。”[2]整個章節層層深入，其中，正確認識“反射”和“反射弧”是學生學習“神經調節”的基礎。

2 教具設計思路與制作

圖1為教具設計思路圖，筆者以教材章節為指導設計了3 個模塊：人體神經系統整體示意模塊、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參與下的排尿反射。可分別用于指導教材第1 節、第2 節、第4 節和第5 節的課程教學或復習。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、人體神經系統整體示意模塊的順序由內至外進行安裝。模型中的每條神經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：人體神經系統整體示意圖（圖3）。該模塊作為整個模型的引入環節，選用教材第1 節“神經調節的結構基礎”中的“神經系統基本結構示意圖”。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 人體神經系統整體示意圖

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）和神經中樞，用紅色和藍色LED 燈帶分別代表傳入、傳出神經，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，模擬傳入神經將興奮傳入骶髓排尿中樞，骶髓排尿中樞通過傳出神經將興奮傳至膀胱逼尿肌（效應器）進行排尿，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，展示出神經系統分級調控排尿反射模型。根據圖6示意圖，用KT 板制作大腦，以不同顏色進行大腦功能區域劃分，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，完成整個分級調控模擬過程，層層遞進讓學生形象地學習高級神經中樞精準調控低級神經中樞。

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參與下的排尿反射，根據圖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，不同顏色的燈光演示大腦皮層上不同的神經中樞區域。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）和粉色LED 燈（上行神經傳導束），僅打開MP3 聲音信號和綠色LED 燈（聽覺神經）也能通過下行神經傳導束（黃色LED 燈）和傳出神經（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式教學完成神經調節課程標準中的4 個方面。

3.1 概述神經調節的基本方式是反射，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 回顧初中所學神經系統的基本結構、神經細胞的結構和功能，思考人體的運動、內臟器官的活動等受什么神經中樞控制？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了結構異常，人體將分別表現什么癥狀？ 4）通過學習反射與反射弧、神經系統的基本結構與功能，闡述對“結構與功能觀”的理解。

3.2 分析神經系統如何分級調控協調統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控的意義。

3.3 舉例說明中樞神經系統對內臟活動的調節

使用模型：模塊3-1、模塊3-2。

問題串：1）內臟活動是否只受交感神經或副交感神經的單一控制？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調節膀胱活動？

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，分別是由哪個區域負責對其進行分析判斷？2）結合語音功能區組裝模型（圖9），如果某人的大腦皮層語言區的V區出現障礙，該個體排尿反射的相關活動會出現哪些不同于正常人的表現？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 大腦功能區域組裝模型

圖9 語言功能區組裝模型

由于各條神經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。整個模型與教學內容環環相扣、層層推進，但制作簡單，所用材料主要為廢棄KT 板、節日使用燈帶、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、發聲器、電磁鐵，將神經調節過程分模塊演示，培養學生觀察、比較、推理、演繹的理性思維能力，形成正確的生命觀念。