創設大學習情境的大單元人體模擬課堂教學實踐
——以“神經調節”為例

馬騰禹 賈榮榮

(1.延安市新區高級中學 陜西延安 716000)

(2.西安市曲江第一中學 陜西西安 710000)

常規的課時教學只是聚焦一個課時的知識點進行針對性練習,很難跳出知識點的局限,學生難以形成完整的知識體系和思維體系。而基于大觀念、大概念、大任務、大主題和大學習情境的“大單元教學”,體現了對學科內的單元教學內容的再次深度開發和總體設計,是落實學科核心素養的有效途徑和有力抓手。大單元教學早已有之,但如今的核心素養視域下的新課程、新教材和新高考,給大單元教學注入了育人使命和新的時代內涵。大單元教學有利于學生跳出知識的“零碎”與“零散”,基于“大觀念”的視角,在“大概念”的統領下,建構學科知識體系,有利于學生進行深度學習,可以更好地發展學生的核心素養。

下文緊扣“核心素養—課程標準—核心概念—單元設計—課時安排”這五個環節,以人教版高中生物學教材《選擇性必修1·穩態與調節》第二章“神經調節”大單元教學為例,運用人體模擬創設大學習情境,有效突破教學難點,實現重要概念的單元教學。

1 教材分析與大單元教學設計思路

在維持內環境穩態中,神經調節居于“神經—體液—免疫調節網絡”的主導地位,是落實《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)中“神經系統能夠及時感知機體內、外環境的變化,并作出反應,調控各器官、系統活動,實現機體穩態”這一重要概念的必備知識。教師遵循學生認知規律,通過人體模擬創設貫穿神經調節內容的大學習情境,引導學生經歷“微觀(人體模擬神經元)→宏觀(人體模擬反射弧)→微觀(人體模擬興奮在神經纖維上的傳導和興奮在神經元之間的傳遞)→宏觀(人體模擬神經系統的分級調節)”的認知過程,使學生體驗推理建模和解釋問題的過程,有效突破教學難點,在幫助學生建構重要概念的同時,促進了學生生物學核心素養的形成。

2 大單元教學目標

(1)通過人體模擬,結合自身日常生活、學習情境,說出機體為維持內環境穩態通過神經系統對內外環境變化作出的各種反應,體會運用結構與功能觀解釋生物學現象和解決實際問題的過程。

(2)能夠對多種生活方案的優缺點進行橫評,采納并認同健康文明的生活方式,遠離毒品。

(3)能夠積極宣傳毒品的危害和傳染病的防控措施等。

3 大單元教學重點和難點

“神經調節”大單元教學的重點為:①神經系統的構成;②神經元的結構和功能;③反射和反射弧;④神經沖動的產生及興奮在神經纖維上的傳導過程;⑤興奮在神經元之間的傳遞與突觸的特點;⑥神經系統的分級調節;⑦語言、學習、記憶、情緒等人腦高級功能。

“神經調節”大單元的學習難點為:①自主神經系統的特點;②條件反射的形成;③神經沖動的產生及其在神經纖維上的傳導和在神經元之間的傳遞過程;④人類大腦皮層言語區功能的區分。

在難點突破方面,很多教師對“神經沖動的產生、傳導與傳遞”這一難點都是通過畫圖的方法來進行突破的,這樣留給學生的印象往往是生物學知識很抽象、不好記,也阻礙了一線教師開發課堂中現有教學資源的思維。從某種意義上來說,教師沒有把課堂中一個個活生生的學生看作是教學資源,便是對教育資源的一種極大浪費。而本節課教師在教學實踐中采用了先人體模擬神經元、再人體模擬縮手反射弧、而后人體模擬電信號在神經纖維上的傳導和化學信號在神經元之間的傳遞的方法,將教學內容形象化,在極大提高學生學習生物學的興趣的同時,有效降低了學生的記憶負荷,也發展了學生團結協作的精神品質和力求最好的優秀意識。

4 大單元教學的過程

4.1 大情境導入,聚焦本章核心問題

教師引導學生回憶到醫院看病或體檢時,醫生給看病個體開具化驗單讓個體去進行血檢或者尿檢的經歷,并以此貫穿整個神經調節的學習。這種大學習情境不僅做到了課時內容的一以貫之,更是做到了7個不同課時的前后貫穿,使前后9 個問題情境一脈相承、邏輯自洽。隨著學習的不斷深入,學習內容的抽象程度不斷提高,更要求教師從學科知識發展的邏輯必然性中創設情境和提出問題。

設計意圖:鑒于神經調節的教學內容比較抽象,因此,教師選擇每位學生都較為熟悉的在醫院抽血化驗和尿檢的經歷貫穿“神經—體液—免疫調節網絡”的教學內容,更利于提高學生的參與感,增強學生善于從日常生活中探秘科學的意識,激發學生的學習興趣,培養學生處處留心皆學問的學習態度,使學生體會、認同結構與功能觀,凸顯了生物學生活化和生動性的學科特點。

4.2 以“情境—問題—模擬—交流—生成”為主線,建構大概念

“神經調節”的大單元學習共設計7 個課時。教師通過創設的情境并提出問題:神經系統到底是如何控制人體呢? 從而引出“神經元”的概念。教師采用人體模擬,不用為提前準備教具而苦惱,教學資源容易獲取,教學手段形象直觀,也為后面更為抽象的內容的教學做好了鋪墊,教師引導學生基于教材進行進一步探究。

4.2.1 人體模擬神經元

教師引導學生模擬神經元:用岔開五指并屈臂的左手模擬樹突;用人體的軀干部分模擬神經元的細胞體,心臟模擬細胞核;用伸出兩根手指并伸直的右手臂模擬軸突。

設計意圖:教師通過創設情境和設置問題串,引導學生模擬神經元,為學生后期學習“縮手反射”“膝跳反射”“興奮在神經纖維上的傳導”和“興奮在神經元之間的傳遞”打下了基礎。同時,“神經系統”人體模型的構建,也更能體現“以學生為主體”的學生發展觀。教師針對三項任務驅動學生,通過三個活動訓練學生提取關鍵信息的能力和分析圖表的能力,發展學生歸納與概括的科學思維核心素養。

4.2.2 人體模擬反射弧

教師將全班學生分成若干小組,每四名學生為一個反射弧模擬探究小組。由于縮手反射比膝跳反射更為復雜,至少由三個神經元組成,因此,由三位學生分別模擬三個不同的神經元,三位學生共同構成了一個縮手反射的反射弧。刺激通過感受器,依次經過傳入神經、神經中樞,到達傳出神經,最后抵達傳出神經末梢和其所支配的肌肉或腺體,從而完成完整的縮手反射。

設計意圖:由于這一部分內容對于學生來說比較難以理解和抽象,學生通過知識點、概念的學習或許能說出反射弧的組成,但是,具體某一反射弧的組成部分是如何傳遞這種刺激的,又是通過哪些部位來傳遞的,學生缺乏準確的判斷和清晰的認知,因此,教師通過人體模型的構建,使學生能夠更加深入地去探索完成反射的機理。教師創設了環環相扣的問題情境,采用任務驅動和人體模擬等教學方法突破難點,引導學生構建興奮在神經纖維上的傳導和在神經元之間的傳遞過程,教學手段形象直觀,提高了學生的參與性。

4.2.3 人體模擬興奮在神經纖維上的傳導

教師以一名學生為代表,采用人體模擬的方式,來講解興奮在神經纖維上的傳導。學生的左手五指伸直岔開,微屈肘關節,代表多而短的樹突,右手臂伸展,伸出兩根手指代表長而少的軸突。在未受到刺激時,神經纖維處于靜息狀態,細胞膜兩側的電位表現為內負外正。皮膚表面代表正電位,皮膚內部代表負電位。此時,若在靠近樹突(左手手指代表樹突)的部位,給予一定的刺激,這個部位的膜兩側會出現變化,代表神經纖維的手肘,左側皮膚外側最先開始由正電位變為負電位,皮膚內側由負電位變為正電位。隨著刺激的傳導,膜電位依次變化。當這種刺激傳到軸突末梢附近時,已經興奮過的部位,皮膚外側又恢復為正電位,皮膚內側則恢復為負電位。同一個個體的任何動作由個人決定,是不需要和另外一位學生溝通的,因此這一人體模擬可以模擬出興奮在同一個神經元上傳導的雙向性。

設計意圖:由于興奮在神經纖維上的傳導的內容不是簡單的和機械的記憶內容,而是需要學生在了解興奮在神經纖維上的傳導過程的基礎上來加以分析。因此,教師通過構建人體模型的方式進行模擬教學,為學生提供了一種解決問題的思路和方法,從而有利于學生解決在練習習題時遇到的各種復雜問題。

4.2.4 人體模擬興奮在神經元之間的傳遞

教師引導學生構建人體模型模擬突觸還可以有效突破“興奮在神經元之間的傳遞”這一難點。這一人體模型至少需要兩位學生:A 學生代表第一個神經元,其右手手臂伸直并伸出兩指代表軸突,右手手指頭肚代表軸突末端膨大的部分,即突觸小體,突觸小體中存在突觸小泡,A 學生右手拿的粉筆頭模擬神經遞質;B 學生代表下一個神經元的樹突(或者細胞體),B 學生左手五指分開,微屈肘關節,代表樹突,或者用身體代表細胞體,兩人中間存在的間隙代表突觸間隙。由于突觸這一結構是由兩位學生合作才能完成模擬,要將粉筆頭傳下去就需要另一位學生溝通來配合完成,因此,這一人體模擬可以模擬出興奮在神經元之間的單向傳遞。

設計意圖:教師通過構建人體突觸模型,引導學生模擬興奮在神經元之間的傳遞,使學生深入理解為什么突觸小泡受到刺激釋放的神經遞質只能由突觸前膜釋放、作用于突觸后膜。教師幫助學生明確突觸間隙存在的機制和原理,突破教學重難點。

4.3 學以致用,布置大單元作業

教師向學生布置大單元作業:①請結合日常生活中的情境,分析說明你在炎熱環境和寒冷環境中時,人體為維持自身體溫的恒定通過神經系統的調節作用對內外環境變化作出的反應。②評估多種生活方案,分析說明飲水不足和飲水過量對人體健康的危害,倡導健康的生活方式,并積極向身邊的親人和朋友宣傳飲水不足和飲水過量的危害。

設計意圖:教師通過結合日常生活中的情境培養學生運用所學知識解決生活中實際問題的能力,發展學生的批判性思維能力、表達和交流的能力。通過要求學生向身邊的親人和朋友宣傳飲水不足和飲水過量的危害,教師增強了學生的社會責任意識,落實了社會責任的培養,同時也落實了神經調節在《課程標準》中規定的學生學業要求。

5 大單元評價目標

教學評價是反饋教學設計的必然途徑,從傳統課堂的教學評價向大單元教學評價目標轉變,是保障大單元教學設計完整性的關鍵步驟,是衡量大單元教學設計的適用程度及適用范圍的標尺。因此,基于大單元情境創設的“神經調節”大單元人體模擬教學實踐的總體評價目標應當貫徹以下三點內容。

5.1 基于學科素養的評價

通過“神經調節”大單元人體模擬教學實踐,教師實現基于核心素養達成的大單元評價目標。教師應對“神經調節”大單元教學設計中的各個實踐內容進行深入講解,如“人體模擬反射弧”“興奮在神經纖維上的傳導”和“興奮在神經元之間的傳遞”等,教師再通過情境及人體模擬將實踐內容串聯,幫助學生形成大單元的整體觀和統一觀。學生應明確神經調節是一種調節機制,是一整套完整的“程序”,發展生命觀念、科學思維、科學探究等生物學核心素養。

5.2 基于整體教學觀的評價

教師通過本學習單元的大情境創設和大單元人體模擬教學,有利于促進大單元教學目標的達成,促進學生整體學習觀和整體知識網絡的建立。大單元的人體模擬教學,不僅能促進學生的高效率學習,也能促進教師將零散的教學內容歸類在大單元中的整體教學觀的建立,從而提高教學效率,提升學業質量。

5.3 基于建構主義的評價

建構主義強調學習者的主動性,即強調學生通過原有的知識經驗生成意義、建構理解的過程。 在大單元教學過程中,通過教師講解,學生自主建構知識脈絡,形成自己的“大單元”。 學生能否將反射和反射弧運用到除教材給出的“縮手反射”和“膝跳反射”以外的其它反射活動中;能否靈活運用興奮的傳遞或傳導等,這些都是基于建構主義的觀點來進行的評價的設計。

綜上,基于大情境、大單元的評價目標,著力點在于能否貫徹核心素養、能否起到“雙促”作用,同時,學生能否主動構建“大單元”是落實大單元評價目標應當考慮的問題。

6 大單元教學反思

大情境創設下的“神經調節”大單元人體模擬設計,在教學實踐中取得了可觀的教學效果。例如,學生在醫院看病的真實情境中,通過人體模擬反射弧、膝跳反射和縮手反射等一系列體驗式學習,化微觀抽象為具體形象,有效突破學習難點,學生表現出了很大的興趣和參與度,并對于所學知識展開了積極思考。

但是,由于學生之前很少接觸到大單元教學,在學習各部分內容時,仍然會將各部分的學習內容割裂開來,無法形成對神經調節機制的整體認識,因此,教師需要在模擬之前和模擬之后通過構建概念圖的形式幫助學生加以串聯,采用總—分—總的方式進行授課。

誠然,大單元教學不應該只注重教師端,學生心中也要樹立大單元學習的觀念。