韋 玲
(重慶市南開中學(xué)校 重慶 400030)
《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》要求學(xué)生掌握大概念“生命個體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng),各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動,并通過一定的調(diào)節(jié)機(jī)制保持穩(wěn)態(tài)”,掌握重要概念“神經(jīng)系統(tǒng)能夠及時感知機(jī)體內(nèi)、外環(huán)境的變化,并作出反應(yīng)調(diào)控各器官、系統(tǒng)的活動,實現(xiàn)機(jī)體穩(wěn)態(tài)”[1]。“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”(人教版高中生物學(xué)必修3 第2 章第1 節(jié))即對應(yīng)于上述內(nèi)容要求,是學(xué)生繼學(xué)習(xí)了“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)”的概念和意義之后,將要接觸的第1 種保持穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制。有關(guān)“機(jī)制”的內(nèi)容比較抽象生澀,易讓學(xué)生望而生畏。因此,將該節(jié)內(nèi)容的第1 課時做到既生動易懂,又兼具深度與科學(xué)性,對學(xué)生學(xué)習(xí)本章內(nèi)容至關(guān)重要。本節(jié)內(nèi)容包括神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和反射,興奮在反射弧上的傳導(dǎo)和傳遞,以及神經(jīng)系統(tǒng)的分級調(diào)節(jié)和人腦的高級功能等,可安排為3 課時。第1 課時為“神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和反射”,為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
1)概述神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和反射,能說出神經(jīng)系統(tǒng)的組成、神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)與其功能的適應(yīng)性。
2)運用演繹與推理的方法探討生物學(xué)問題;能針對特定的生物學(xué)問題進(jìn)行實驗設(shè)計、結(jié)果的預(yù)測與討論。
3)舉例說明研究神經(jīng)調(diào)節(jié)與社會科技發(fā)展的聯(lián)系。
2.1 導(dǎo)入新課——認(rèn)識神經(jīng)調(diào)節(jié) 教師通過播放短視頻、展示圖片的方式列舉一些常見的神經(jīng)調(diào)節(jié)實例:天熱時,人體會出汗;天冷時,會打冷顫;異物進(jìn)入氣管,會咳嗽;昆蟲飛向眼睛,會眨眼。神經(jīng)調(diào)節(jié)容易給學(xué)生一種抽象而復(fù)雜的印象。通過直觀認(rèn)識日常生活中的神經(jīng)調(diào)節(jié)實例,讓學(xué)生對神經(jīng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生親切感,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
2.2 分析實例,構(gòu)建“反射”概念 教師指出以上實例都是通過神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式——“反射”實現(xiàn)的,并組織學(xué)生討論總結(jié)這些過程的共同點、歸納反射的概念。針對學(xué)生的總結(jié),教師再拋出問題:該過程與大家已熟悉的應(yīng)激性有何區(qū)別?進(jìn)而引出區(qū)分反射和應(yīng)激性的關(guān)鍵要素。最后,列舉一些反例,讓學(xué)生判斷它們是否屬于反射并說出理由。
從生物學(xué)事實,上升到生物學(xué)概念,符合學(xué)生的基本認(rèn)知規(guī)律。通過與應(yīng)激性的比較、列舉反例,讓學(xué)生更好地界定“反射”的內(nèi)涵與外延。
2.3 根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能觀,認(rèn)識“反射弧”
2.3.1 由“反射的過程”推出“反射弧的組成”教師設(shè)問:反射是如何實現(xiàn)的?結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的,結(jié)構(gòu)決定功能。機(jī)體要實現(xiàn)反射功能,必須具備相應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)——反射弧。結(jié)合反射的環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出反射弧的5 個組成部分。
教師將一臺電腦比作一個反射弧,讓學(xué)生將電腦的不同部件比作反射弧的5 個部分。通過類比,形象化的反射弧就很容易被理解。教師提示電腦就是在模擬神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本原理工作;而在現(xiàn)代社會中,近到身邊的手機(jī)、空調(diào),遠(yuǎn)到無人駕駛汽車、阿里云研發(fā)的城市大腦等當(dāng)前火熱的人工智能產(chǎn)品,模擬神經(jīng)系統(tǒng)工作的過程可謂比比皆是。
結(jié)構(gòu)與功能觀是最基礎(chǔ)的生命觀念,培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀對學(xué)生科學(xué)認(rèn)識生命現(xiàn)象和規(guī)律、甚至認(rèn)識整個物質(zhì)世界都會有很大幫助[1]。因此,教師將反射與反射弧進(jìn)行如上聯(lián)系旨在滲透結(jié)構(gòu)與功能觀。而無人駕駛汽車等事例則是讓學(xué)生體會到不僅神經(jīng)調(diào)節(jié)本身對人體趨利避害、維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)起著關(guān)鍵作用,而且研究神經(jīng)調(diào)節(jié)的機(jī)制并對其加以應(yīng)用對科技的進(jìn)步、社會的發(fā)展也起著重要的推動作用。
2.3.2 追根究底,回顧神經(jīng)系統(tǒng)的組成 教師設(shè)問:上述人工智能產(chǎn)品在模擬神經(jīng)調(diào)節(jié)的過程中應(yīng)用到各種復(fù)雜的零部件實現(xiàn)對信息的接收、傳遞、綜合與反饋,反射弧的5 個部分又分別對應(yīng)于哪些具體的生理結(jié)構(gòu)?(學(xué)生答:基本上就是神經(jīng)系統(tǒng))從而引出對神經(jīng)系統(tǒng)組成的教學(xué)。
由于此部分內(nèi)容在初中教材中有所涉及,而在高中教材中缺乏講述,因此在課前將初中教材內(nèi)容印發(fā)給學(xué)生,讓學(xué)生自主溫習(xí)。在課上則帶領(lǐng)學(xué)生以“教師給出問題串、學(xué)生分組討論作答的形式”對這部分知識進(jìn)行梳理和提升:1)神經(jīng)元為什么具有很多短的突起?2)神經(jīng)元為什么具有非常長的突起,例如組成坐骨神經(jīng)的神經(jīng)元有些突起可長達(dá)1 m?3)為什么大部分的神經(jīng)元位于腦和脊髓中共同組成的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中,還有一些神經(jīng)元則從腦和脊髓中發(fā)射出來組成周圍神經(jīng)系統(tǒng)?4)一個神經(jīng)元能組成一個反射弧嗎?
設(shè)置問題串旨在讓學(xué)生通過理解功能識記結(jié)構(gòu);體會到機(jī)體的一切結(jié)構(gòu)都是為了實現(xiàn)功能而服務(wù)的,進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與功能觀;認(rèn)識到機(jī)體的構(gòu)造是如此合理,發(fā)現(xiàn)生物體結(jié)構(gòu)之美。
2.3.3 解決問題——“反射弧”對應(yīng)的生理結(jié)構(gòu)教師提供反射弧結(jié)構(gòu)示意圖,讓學(xué)生辨認(rèn)反射弧每個部分對應(yīng)于神經(jīng)系統(tǒng)的什么結(jié)構(gòu)。學(xué)生會發(fā)現(xiàn),整個反射弧其實就是一個個神經(jīng)元首尾相接、通過對信息的接力實現(xiàn)其功能的,而機(jī)體則是通過一個個反射弧實現(xiàn)各種反射過程。
這時,教師特別指出效應(yīng)器還含有神經(jīng)系統(tǒng)以外的部分——肌肉或腺體,這是因為神經(jīng)系統(tǒng)的強(qiáng)大體現(xiàn)在其對海量信息的整合處理上,而作出應(yīng)答(例如完成具體的某一動作)則需要其他結(jié)構(gòu)的協(xié)助。這樣不僅使學(xué)生對反射弧的認(rèn)識更加科學(xué)準(zhǔn)確,而且通過揭示機(jī)體內(nèi)明確的分工與合作,在潛移默化中增強(qiáng)學(xué)生的合作意識。教師結(jié)合圖片、實物模型帶領(lǐng)學(xué)生將反射弧的各部分定位在人體中,從微觀的生理結(jié)構(gòu)再回到宏觀的機(jī)體部位,形成反射弧在機(jī)體內(nèi)的空間感。
2.3.2 中回顧神經(jīng)系統(tǒng)的組成,就是為了讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識反射弧的結(jié)構(gòu),本環(huán)節(jié)則將抽象的反射弧的5 個部分與具體生理結(jié)構(gòu)相對應(yīng),從而為“興奮在反射弧上的傳導(dǎo)和傳遞”的教學(xué)打下基礎(chǔ),也便于理解與解決實際問題。
2.4 分析資料,總結(jié)反射發(fā)生的條件 教師提供資料,讓學(xué)生分析反射發(fā)生的條件:1)手指觸碰到針尖會迅速縮回,觸碰到桌面則不會,輕摸到針尖也不會;2)脊髓灰質(zhì)炎病毒主要損害患者脊髓的傳出神經(jīng)元,主要癥狀是分布不規(guī)則和輕重不等的弛緩性癱瘓,俗稱小兒麻痹癥;3)臨床上醫(yī)生經(jīng)常通過檢查患者的膝跳反射是否正常,初步診斷相關(guān)節(jié)段的脊柱、神經(jīng)和肌肉是否受傷。學(xué)生推測:若要反射發(fā)生,首先需要足夠強(qiáng)度的適宜刺激,其次要保證反射弧的完整性。教師肯定學(xué)生的推測,并指出這是結(jié)構(gòu)決定功能的必然結(jié)果;同時也要強(qiáng)調(diào),即使是合理的推測也需要實踐以驗證其真實性。考慮到課堂效率及學(xué)生對動物生理學(xué)實驗的接受程度,教師通過播放視頻的方式演示經(jīng)典的脊蛙實驗,從而驗證“反射弧的完整性是反射完成的必要條件”。對于感興趣的學(xué)生,則可采取課外興趣小組的方式進(jìn)行相關(guān)的驗證與拓展實驗,讓學(xué)生自己動手探索神經(jīng)調(diào)節(jié)。
在本環(huán)節(jié)之前,學(xué)生已分別對反射的概念和反射弧的結(jié)構(gòu)有了充分認(rèn)識。本環(huán)節(jié)使“功能與結(jié)構(gòu)”建立起更緊密的聯(lián)系,讓學(xué)生深刻體會反射弧的完整性對完成反射的重要意義。
2.5 科學(xué)探究——用實驗方法判斷傳入神經(jīng)和傳出神經(jīng) 教師創(chuàng)設(shè)情境:研究人員在做脊蛙實驗時,剝離出青蛙腿上的一條神經(jīng),如何判斷這條神經(jīng)是傳入神經(jīng)還是傳出神經(jīng)?教師提供一定的實驗器材(麻醉劑,電刺激器)作為提示。學(xué)生分組討論,通過團(tuán)隊合作設(shè)計實驗方案對此問題進(jìn)行探究,并對自己小組的方案、預(yù)期結(jié)果進(jìn)行講述,鍛煉了交流、表達(dá)能力。
此實驗設(shè)計難度較高,要求學(xué)生對信息在反射弧上的傳遞方向、反射弧在機(jī)體中的空間位置有明確的認(rèn)識,因此采取小組合作的方式完成。該環(huán)節(jié)可作為課堂教學(xué)的有效評價,幫助學(xué)生進(jìn)一步理解反射弧,鍛煉其演繹與推理、科學(xué)探究能力。
2.6 課外閱讀——“神經(jīng)活動中生物電的發(fā)現(xiàn)” 在這節(jié)課的最后,教師帶領(lǐng)大家進(jìn)行小結(jié),同時拋出一個新的問題:信息在反射弧上如何傳遞?什么形式的信號可穿過長長的神經(jīng)讓反射瞬時發(fā)生?學(xué)生容易想到電信號。這時,教師布置一則課外閱讀資料——“神經(jīng)活動中生物電的發(fā)現(xiàn)” 結(jié)束本節(jié)課。生物學(xué)家伽爾瓦尼和物理學(xué)家伏特在看到同一現(xiàn)象的時候,給出了2 種截然不同的假說,并各執(zhí)己見進(jìn)行了后續(xù)的實驗論證,最終鑄就了科學(xué)史上的兩大重要發(fā)現(xiàn):伽爾瓦尼證明了“生物電”的存在,開創(chuàng)了神經(jīng)電生理學(xué)的新時代;而伏特則發(fā)明了世界上第一個直流電池——伏特電池[2]。
將真實的科學(xué)故事融入教學(xué),可激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。生物電的發(fā)現(xiàn)史不僅與信息在神經(jīng)元上的傳遞方式密切相關(guān),可為下節(jié)課的學(xué)習(xí)做鋪墊,同時也是科學(xué)史上的一樁美談。希望學(xué)生能學(xué)習(xí)到科學(xué)家在面對爭論時的態(tài)度和做法,認(rèn)識到生物學(xué)融合了物理學(xué)、化學(xué)等各學(xué)科的問題,讓喜歡數(shù)理化的學(xué)生同樣熱愛生命科學(xué)。
“神經(jīng)系統(tǒng)的組成”這部分內(nèi)容對于理解與解決神經(jīng)調(diào)節(jié)的問題至關(guān)重要,通常是先將此內(nèi)容作為鋪墊,再進(jìn)入到“反射與反射弧”的教學(xué)。本設(shè)計則從容易理解的宏觀機(jī)體功能——反射入手,讓學(xué)生先產(chǎn)生興趣,再層層深入依次進(jìn)入到“反射弧”、更微觀的“神經(jīng)系統(tǒng)的組成”,最后回到宏觀的“反射弧在機(jī)體中的定位”,符合學(xué)生認(rèn)知的一般規(guī)律,也便于理解與解決實際問題。
在必修3 的教學(xué)中,教師容易做到滲透穩(wěn)態(tài)與平衡觀而忽略其他生命觀念。每一個生命觀念都能貫穿于生命科學(xué)全部課程[3],有關(guān)人體生理結(jié)構(gòu)的內(nèi)容非常適合培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀。本設(shè)計在教學(xué)中始終貫穿結(jié)構(gòu)與功能觀,并開展科學(xué)探究活動,期望學(xué)生吃得透、記得住、用得上[3]。
科學(xué)探究環(huán)節(jié)是本設(shè)計的另一個亮點,讓學(xué)生學(xué)以致用,既做到了課堂上的有效評價,又在此過程中對學(xué)生的科學(xué)思維與素養(yǎng)有所提升。
本設(shè)計以提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)為中心,旨在幫助學(xué)生強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與功能觀、鍛煉科學(xué)思維與科學(xué)探究能力。