从挖掘机到“仿生学”

  《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，从本课开始步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：给大家上课感觉到很亲切，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：老师也有自己最喜欢的车，这款车世界闻名，能适应任何复杂的路况，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，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：是否很有趣？我准备了许多这样的小模型，课堂上认真探究的小组就能够得到奖励。

  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：我们得知，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，经常健身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，科学上还专门把这样的领域称为人体仿生学。但是直到今天，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来了解，然后联系生活，找到与骨骼、关节和肌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。