从挖掘机到“仿生学”

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  《骨骼、关节和肌肉》是教科版四年级上册《我们的身体》单元的第二课。在第一课《身体的结构》中,学生从整体上认识了人体的结构,从本课开始进入到人体各大系统的局部观察之中。授课教师从独特的爱好“挖掘机”引入,带学生看挖掘机视频,玩挖掘机模型,进而迁移到仿生源头——骨骼、关节和肌肉。等学生充分观察自身的骨骼、关节和肌肉后,教师组织学生举哑铃,并分析各部分的作用。再到最后,给模拟版的挖掘机提出改进建议,推动技术的发展。

  本课“仿生学”概念的引入,使学生在关注自己个体的同时,认识到人类作为自然界的一员,有着极为精密的身体结构和难以复制的功能,从而重新审视人类自身的价值,更加热爱生命。

  师:给大家上课感到非常亲切,我的儿子和你们一样的年龄,他最喜欢各种车,你们喜欢吗?

  师:老师也有自己喜欢的车,这款车世界闻名,能适应各种复杂的路况,奔驰挖掘机动力十足。

  师:看来你们对挖掘机有偏见,我给大家播放一段挖掘机的视频,看完以后,再来看看你们对挖掘机有什么不同的印象。

  (设计意图:教师在趣味的对白和挖掘机令人震撼的视频中导入学习主题,以挖掘机为载体既符合学生的童趣,更能突出机械的强大能力,奔驰挖掘机为“仿生学”的登场做好铺垫)

  师:我不仅喜欢挖掘机,还对它进行了深入研究(出示自己组装的简易挖掘机模型)。

  师:是不是很有趣?我准备了许多这样的小模型,课堂上认真探究的小组就可以获得奖励。

  师:现在先让我带大家认识一下挖掘机的结构(结合图片,介绍大臂、小臂、铲斗、液压杆和旋转点)。

  师:刚才我们说了挖掘机的这些结构很像我们的上肢,那我们就来观察一下上肢的骨骼、关节和肌肉,找一找它们在哪里,长什么样?

  师:伸出左上肢,跟着老师一起用摸的方法观察自己左上肢里的骨骼、关节和肌肉。

  生1:上臂有一根又粗又长的骨骼,小臂有一根骨骼,骨骼与骨骼之间有一个关节把它们连起来,然后连着手掌,手掌里有许多小骨骼和小关节。

  生3:我们组觉得,关节不是单独存在的,它们更像是两根骨骼“咬合”在一起。

  师:我们的上肢正像同学们所观察到的那样(出示完整的人的上肢轮廓图)。上臂有一根长长的骨骼,叫肱骨,前臂这里有两根骨骼,手掌这里有许多根小骨,骨与骨之间都有关节,外面都裹着肌肉。

  (设计意图:教师用摸和画的方式,与学生一起观察自己既陌生又熟悉的上肢,了解骨骼、关节和肌肉的位置及特点,丰富学生认知的细节。慢且安静,这种专注观察的方式,既是本节课的需要,更是学生课堂观察的培养目标。同时,学生体会到,对观察物体的认识是一个逐步完善的过程,所以在原有基础上的修正和完善正是这一理念的体现)

  (教师边演示边介绍)左手拿住哑铃,慢慢移到胸前,注意眼睛一定要仔细看:骨骼、关节、肌肉有什么变化?再慢慢伸直,观察它们又有什么变化?也可以用右手边摸边思考:骨骼、关节和肌肉在刚才的过程中各起什么作用?

  (学生动手实验,教师巡视指导,学生将变化和作用记录在学习单上,完成快的小组获得一节pvc管,试着用实验论证:如果骨骼、关节和肌肉中的其中一个不能参与了,会产生什么后果)

  生3:我们发现,移动的时候,骨骼的位置跟着哑铃发生了变化,关节随着骨骼发生了转动。

  师:同学们对变化的观察非常仔细,从这些变化中,你们觉得它们各起了什么作用?

  师:是的,不仅是关节,完成动作需要骨骼、关节和肌肉的共同参与、协调配合、缺一不可。

  师:其实挖掘机的这些结构就是在仿照我们上肢的骨骼、关节和肌肉,但是只仿了一部分,与我们的上肢比比,你们觉得谁更精密?

  师:所以我们的上肢更加精密,而且这么精密的骨骼、关节和肌肉不单上肢有,全身各处还有许多。

  师:一个正常的成年人有206块骨骼,与之相应的骨骼肌有600多块,经常锻炼身体可以使我们的骨骼粗壮,肌肉发达,关节更加灵活。

  师:是的,这样的事例还有许多,科学上还专门把这个领域称为人体仿生学。但是直到今天,奔驰挖掘机这些机械能完全代替我们人类吗?

  (设计意图:学生结合自己的生活经验,寻找身边熟悉的物体。通过讨论,不仅知道了人体仿生学这门学科,更重要的是激发了他们研究人体奥秘的兴趣)

  师:大家利用老师奖励的挖掘机模型玩一玩。玩的时候,对照自己的身体结构,想想看,这个模型还能如何改进?

  《骨骼、关节和肌肉》一课的教材设计思路并不复杂,通过学生摸自己的上肢,引出骨骼、关节和肌肉,并对它们的特点和功能进行了解,然后联系生活,找到与骨骼、关节和肌肉具有相似功能的物体或是物体上的某一部位。这样的设计对于四年级学生而言,优点是容易掌握,缺点是过于浅显,容易缺少思维含量。

  教师在尊重原教材的基础上,引入新的设计思路,通过对技术的挖掘,激活学生的思维。同时,教师由自制的挖掘机模型引入,介绍机械臂的主要结构,然后追溯技术的源头,让学生寻找身体上类似的结构,引出骨骼、关节和肌肉。师生通过观察和体验活动,探究骨骼、关节和肌肉的特点及功能,最后教师引导学生发现挖掘机的机械臂就是仿照了骨骼、关节和肌肉,引出先进的人体仿生学技术,在交流比较中发现仿生学技术再先进,依然存在着缺陷,于是有了改进挖掘机模型的活动,让学生学以致用。

  如何在学生的认知范畴内,挖掘课的内涵和边界,丰富课堂的呈现形式,提升学习过程的思维含量,是这堂课引发的思考,也是现代课堂的追求。

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