4.6.3 “人体生命活动调节”教学设计 人教版 七年级下册

基于项目式学习的“人体生命活动调节”教学设计
01 教材分析
“神经调节”一节阐述了人体各系统的协调配合保障了机体正常生命活动的进行，落实了 《课程标准》“人体生理与健康”的大概念。首先介绍神经系统的组成，这是能够进行神经调节的结构基础；然后阐明神经调节的基本方式是反射，其结构基础是反射弧，渗透“结构与功能相适应”的生命观念。同时落实大概念。
第 1 节从人体对外界的感知入手。人体对外界的感知及各种生命活动都离不开神经系统的调节，继而介绍神经系统的组成和神经调节的基本方式。最后一节提出，人体的生命活动并不仅靠神经调节，从而引出激素调节。这样学生能从整体上认识到，人体是通过神经调节和激素调节来适应环境变化的，从而帮助学生形成重 要概念 5.5“人体各系统在神经系统和内分泌系统的调节下，相互联系和协调，共同完成各项生命活动，以适应机体内外环境的变化”。
02 教学目标
1）通过描述神经系统的组成和功能，初步形成结构与功能相适应的观念（生命观念）。2）通过分析人体的神经系统对机体内外环境变化做出的反应，阐明其重要意义（科学思维）。3）通过设计机器人反射弧模型，探究反射弧的组成（科学探究）。4）通过设计金鱼循声觅食实验，解释复杂反射的建立过程（科学探究）。5）通过分析复杂反射的建立与消退的实验，养成良好的生活和学习习惯（态度责任）。
03 教学过程
3.1 结合学生实际，确定驱动性问题及其子项目
从学生期中测试的分析反思和前期对学生学习习惯的调查问卷入手，引导学生基于实际学习中的困惑提出本项目的驱动性问题：如何提高记忆的有效性？激发学生的学习兴趣，指导其学习和生活，解决实际问题。
学生以提高记忆的有效性为目标，通过讨论确定记忆的结构基础、记忆的形成、记忆的保持 3 个子项目来进行探究。
3.2 子项目 1：记忆的结构基础
3.2.1 神经系统的组成及其与记忆的关系
记忆是进行思维、想象等高级心理活动的基础。从生物学的角度看，通过讲解记忆依赖的神经系统的组成及功能，进入子项目 1 的探究，明确神经系统组成，厘清概念之间的关系，认可神经系统是记忆的结构基础，进一步形成结构与功能相适应的生物学观念。
神经元是神经系统结构和功能的基本单位。人体内各个神经元的突起末端都与多个神经元的突起相接触，而记忆与相邻神经元突触结构的变化、神经元胶质细胞的增加和神经元突触连接数量的增加有关。
3.2.2 神经系统的功能模拟
完成学习和记忆的过程，要不断从外界接收信息。有时要对外界刺激产生一些反应，这是生物的重要特征之一。从熟悉的生物学概念入手，由便于观察的现象引入任务。
首先让学生2人一组，分别体验3种不同的反射。
活动1：每2人一组，学生A坐在椅子上，一条腿搭在另一条腿上，全身放松，闭上眼睛，学生 B 用手掌内测边缘突然快速叩击学生A上方腿的膝盖下方的韧带（可以找1名学生配合演示），观察反应。
活动 2：每 2 人一组，学生A坐在椅子上，一条腿搭在另一条腿上，全身放松，睁开眼睛关注学生B的行动，学生B用手掌内测边缘突然快速叩击学生 A 上方腿的膝盖下方的韧带，观察反应。
活动 3：实验者坐在椅子上，一条腿搭在另一条腿上，全身放松，用手掌内测边缘快速叩击上方腿的膝盖下方的韧带，观察反应。感受人体接收外界刺激并产生反应的过程，理解反射的概念。
但这一过程中，信息在神经系统中的传导是较抽象的，学生不易于观察和理解，因此利用模型来模拟反射的形成，可以使学生更直观地观察到神经传导的方向，便于理解反射完成的过程和反射的结构基础。
为学生提供以下材料模拟膝跳反射过程 。
1）积木搭建的机器人下肢（机器人兴趣小组学生搭建）。膝关节可活动，下方有模拟膝盖下韧带的传感器，点击可模拟膝跳反射中的敲击过程。用大型电机（接受指令后，可控制齿轮旋转） 模拟大腿和膝关节。
2）2条导线。模拟通向下肢的脊神经，可与传感器、大型电机、EV3 处理器接口进行连接。
3）EV3 处理器（在计算机教师辅导下，由兴趣小组学生预先进行编程）。模拟脊髓中的“膝跳反射”中枢，接收到传感器传来的信息后，有红灯闪烁，指挥大型电机的齿轮旋转，模拟小腿的弹跳。在端口标注好信息的传入和传出方向，方便学生正确连接。学生只有正确搭建神 经模型，才能让机器人成功完成膝跳反射。在 成功搭建模型并完成膝跳反射后，请学生分析此反射完成过程中的信息传导方向，尝试解释 完成一个反射，至少需要几个结构，明确反射弧的概念。让学生通过实验观察，如某个结构出现故障，EV3 处理器是否会闪烁、小腿弹跳是否可以进行。通过模拟实验和分析，让学生理解反射弧的完整性是反射完成的基础。
在以上模型正确连接的基础之上，加入模拟大脑的2号 EV3 处理器（预先完成模拟大脑的编程），可以发出不同指令。
1）模拟大脑抑制膝跳反射。点击 2 号 EV3 处理器的按钮，尝试触发模拟膝盖下韧带的传感器，可见模拟脊髓的 EV3 处理器灯光闪烁，但小腿并未抬起（如下图）。可让学生尝试分析信息传导方向，并尝试说出神经调节的过程。
2）模拟不进行刺激时，大脑控制主动抬腿的过程。点击2号 EV3 处理器的按钮，并未触发膝盖下韧带，但小腿可以主动抬起。学生联系学习的神经系统的组成和功能，分析这一过程中神经传导的方向，并分析这种调节具有的意义，同时理解高级神经中枢与低级神经中枢的关系。
在叩击膝盖下韧带时，不但发生了膝跳反射，也感知到了小锤的敲击。理解以上模拟实验中反射弧各部分的关系，认识神经调节的基本方式后，可让学生尝试分析新的情境，说出感觉产生过程中，神经中的信息是如何传递的。并尝试在学案中标示此过程信息传导的方向。
3.3 子项目 2：记忆的形成
依据模拟实验，以膝跳反射为例，通过分析膝跳反射的过程，理解、归纳简单反射和复杂反射的概念。通过进一步探究金鱼的循声觅食反射，引导学生理解复杂反射是如何建立的。
以合作小组为单位，组内先讨论和制订实验方案，在此过程中遵循探究实验的一般原则，通过不断讨论，最终改进、完善实验方案。1）准备阶段：将新购买的金鱼放置在鱼缸中，不定时敲击缸壁，静置 2 d，使其适应声音。2）在鱼缸内注入清洁的水，每个缸内放入 10 条金鱼。3）在鱼缸某一位置固定一个漏斗，记为定点投喂和敲击的位置。4）用金属镊子敲击定点位置，投喂饵料，同时观察并记录金鱼的行为。5）在固定的时间和位置，重复以上步骤，观察并记录敲击缸壁时金鱼的反应。
学生观察记录过程中发现，金鱼最初在新的陌生环境发生惊吓反射；适应新的环境后，对敲击刺激不会做出惊吓反射；再继续经过训练，将敲击这种声音刺激和觅食关联，建立复杂反射。最终敲击鱼缸时，即使不饲喂饵料，金鱼也会循声觅食。
3.4 子项目 3：记忆的保持
3.4.1 复杂反射的强化与消退
学生进一步分组进行探究实验，用已经建立循声觅食反射的金 鱼进一步探究，将敲击鱼缸与投放饵料的时间间隔 1 h。持续训练一周后发现，敲击鱼缸时，金鱼没有循声觅食反射。
复杂反射建立后，如果不进行反复的强化训练，经过一段时间后，之前建立的复杂反射逐渐减弱，甚至消失。因此在学习过程中要将短暂记忆转化为长期记忆，也是需要反复的过程。
3.4.2 记忆的方法
在对神经体统组成及神经调节的基本方式有认知的情况下，引导学生分析如何运用所学的知识、原理形成更科学的学习习惯。
首先，让学生在规定时间内记忆没有规律的动植物名称，通过亲身体验，学生发现很难做到。在此基础上引导学生进行讨论，如何通过某些辅助手段进行科学记忆？在小组讨论的基础上，学生结合自身经验进行交流，分享相关的方法，如在文字的基础上，辅助图片或声音等进行记忆。
其次，教师解释，图片形象记忆法是一种有效的学习方法,使左右脑相互协同工作,提高了记忆能力；通过多元刺激，有助于大脑在存储信息时激活多个区域，将来在信息调取时，也会通过各区域的关联，高效检索到相应的信息。学生体会到生物学知识原理在生活中的运用，认同生物学学科的价值。
最后，邀请专业人士录制视频，讲解科学记忆方法背后的原理。通过聆听现在从事医学和认知心理学专业人士的建议，结合本部分所学内容，学生对“审视自己的学习习惯，提高自己记忆的有效性”的生物学学习习惯量表进行归纳和补充，并将内容进行改进、完善，实现项目式学习效果的迭代。
04 教学反思
本节课以与学生息息相关的学习中的问题为驱动性问题，在分解子项目完成任务的过程中，逐步引导学生开展自主合作探究性学习。自主设计探究实验、构建模型、小组讨论等环节，既有利于激起学生的学习兴趣，使学生持续探究，积极讨论，提高参与度，又能提升思维和探究能力，发展核心素养。在探究过程中，通过 操作机器人理解反射弧的结构，以及反射是如何完成的，将抽象、微观、动态的生物学知识，转变成直观、易于学生理解的机器人模型。在进行一项学习时，记忆是最基本的能力，除此以外还有多种方法能帮助学生的学习，后续可以继续开展不同类型的学习探究。