自制模型在“人体的运动”中的应用与优化
（苏州工业园区东沙湖实验中学江苏苏州215021）
《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）在实施建议部分明确提出教师在组织学生开展实验时，应鼓励学生参与实验设计，可以设计利用实验室仪器设备的实验，也可以设计利用简单易得、低成本器具材料的实验。自制模型是利用生活中的原材料，模拟制作生物模型，从而促进学生对生物体结构和功能的理解，是一种有效的教学方法。“人体的运动”是苏科版初中《生物学》第十七章第一节的教学内容，该节内容涉及到人体八大系统之一——运动系统。教材在本节内容中安排了长骨的观察实验，但是对于组成运动系统的骨、骨连接、骨骼肌的相互关系以及三者如何配合完成运动并没有安排实验。学生在学完相关内容后能够了解骨、骨骼肌、骨连结的结构，但对三者的功能及相互联系无法形成直观的感受，很难落实“结构与功能观”的生命观念。基于此，笔者结合教学实际，在“人体的运动”一节中利用4种自制模型巧妙地解决了本节课的难点。
制作材料：希沃白板软件，自由绘图技术，图片克隆技术，如图1所示。
图1电子模型1
制作过程：该模型材料中，有人体上肢部分结构，圆点代表连接点，黄色线条代表牛皮筋。学生可拖动白板中的相应图形，构建运动模型，如图2所示。
图2电子模型2
该模型优点在于使用方便，操作简单，一旦发生错误，可以一键重置，也可反复多次制作。该模型不足之处在于电子模型为二维图，缺乏真实性。学生无法通过该模型对结构与功能观形成强烈的感受。
制作材料：瓦楞纸，橡皮筋，铆钉。
制作过程：学生按照小组设计的电子模型将制作材料进行拼装，然后分组展示手臂的屈肘动作，如图3所示。活动中，教师要提醒学生思考：橡皮筋模拟了人体的什么结构，运动时哪个结构提供了力？通过实践，学生充分了解了骨、骨连接、骨骼肌的功能。
图3纸板平面模型
该模型优点在于其在电子模型的基础上，按照电子模型的设计，用实物来建构真实模型，将虚拟变为现实，使学生有更真实的体验。活动中，学生对橡皮筋模拟骨骼肌收缩产生运动动力、铆钉模拟关节可作为运动的支点、骨可作为运动的杠杆等知识点有了形象而深刻的认识。该模型的不足之处在于其仍为平面模型。学生在使用该模型时也会出现错误操作，如双手分别握着上臂和前臂，分别使力也会发生屈肘或伸肘运动，因此无法理解运动的力来自骨骼肌。
制作材料：瓦楞纸，塑料吸管，剪刀，热熔胶，热熔枪，直尺，钓鱼线。
制作过程：将右手五指微微张开，手背平贴在瓦楞纸上，用铅笔沿着手指、手掌及前臂勾勒出形状，并标记各关节的位置。用剪刀沿着铅笔线剪下手部模型，并在标记的关节处向内折叠。另外剪下一个长15cm，宽3cm的长方形瓦楞纸，粘贴在手臂的最上端，作为抓手。将塑料吸管剪成17个1cm长、4个3cm长的片段，并取用3cm长的吸管褶皱处，用热熔胶分别将这些吸管的片段固定在手部模型的不同部位。用钓鱼线依次穿过这些吸管，在线的最前端（指尖部）用热熔胶进行固定，在后端将线系成一个圈，使人的一个手指能穿过，如图4所示。稍用力弯曲手指，拉动细线使瓦楞纸的手指弯曲，形成运动，如图5所示。
图4纸质可运动模型（正面、背面）
图5纸质可运动模型
该模型优点在于能很好地演示手指弯曲等动作，学生能直观感受到有了力才能在关节处发生运动。该模型完成了由平面模型逐步向空间结构模型的转变。该模型的缺点在于设置的关节结构不明显，无法使学生感受到骨、骨连接和骨骼肌三者的联系。
制作材料：3D打印机及材料，3Dmax软件，钓鱼线，钉子。
制作过程：在专业人士的协助下，打印出手部各部分骨的模型，然后在关节处用钉子将骨连起来并保证能灵活地活动。用钓鱼线将这些骨依次串联并套在大臂和前臂上，利用屈肘时肘关节外侧钓鱼线被拉伸的力量引起手指部的弯曲，如图6所示。
图63D打印模型
该模型优点在于能精确到手部的各块骨，充分显示各部分的联系，使学生充分理解产生运动的原因。该模型的缺点在于技术要求高，需要学生具备一定的信息技术技能，3D打印耗时较长，需提前做好准备。实际操作中，3D模型打印的手部零件与实际手部的骨结构上还是存在一定的差异，需要不断修改模型参数，并对模型进行打磨。而且3D打印价格相对较高，无法被全员使用，只能做演示实验。
建模属于核心素养中“科学思维”的范畴。模型具有直观、形象的特点，可以帮助学生理解较为复杂的概念，从而有利于培养学生的生命观念。从电子模型、纸板平面模型，到纸质可运动模型、3D打印模型等，从平面的描述结构的模型到立体的兼顾结构和功能的模型，教师通过模型的应用与优化，阶梯式地引导学生逐步深入探索运动的几个要素及相互关系，使学生逐步掌握了生物学相关的结构特点和功能特性，符合学生的认知规律，也有利于培养学生“结构与功能相适应”的生命观念。
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