高中生物模型建构类自制教具实例三则

江西省安义中学(330500) 万晓军 肖灵华

1 实例一：神经反射弧及反射过程演示器

1.1 教具装置图

反射弧由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器5个部分组成,如图1所示。人体膝跳反射过程模拟演示器原理示意图见图2,装置实物图见图3。

图1 反射弧

图2 原理图

图3 实物图

1.2 仪器或特点及用途

(1)特点：本教具取材较方便,结构只有简单电路,制作较简单,操作简便。使教学形象化,模拟现象更为科学、生动、有趣。

(2)用途：本教具可直观形象地模拟演示神经反射弧结构及其反射过程。

1.3 制作材料

五合板(或有机玻璃板、泡沫板)(涂肉色)、干簧管、低速电机、节日流水彩灯(或小指示灯和蜂鸣器)、铁丝、磁铁块、导线等。

1.4 制作方法

(1)将五合板切成1条带足小腿形状,涂成肉色,在其背面(腿膝关节部)安上固定轴(螺杆),轴的径长为8mm,长约5cm。小电机和蜂鸣器固定在脊髓模型后面。2个小指示灯,一个固定在传入神经节(细胞体)上,另一个固定在脊髓神经中枢灰质中。

(2)把制成的腿从背面在膝关节部挖1 个小洞,但不要挖通,把接好线的干簧管放进洞里,以磁铁隔着五合板能吸合干簧管为宜。

(3)在小腿上打螺丝并用铁丝将其紧固在电机轴上,然后把线路连接起来。

(4)在面板上根据制成的腿背面的小周,分别打孔,用螺丝固定。且腿肚上轴孔以膝轴为顶点由电机转动使小腿作意弧运动的孔。

(5)自制带磁铁铁锤的小木锤(或小磁铁)。

1.5 使用方法

(1)接通电源将带有磁铁的锤头(或小磁铁)一端靠近并轻轻敲击膝关节下方(有干簧管的地方),电机由于干簧管的吸合而接通(叩击膝盖下位的韧带时,大腿股四头肌的肌腱和肌肉的感受器接受刺激而产生神经冲动)。

(2)小电机转动并通过铁丝带动面板上的小腿,使小腿向前运动。同时,小指示灯一明一暗(神经冲动沿着传入神经传动脊髓里的神经中区,神经中区发出的神经冲动,通过传出神经传导效应器,引起大腿相应的肌肉收缩,使小腿前伸)。

(3)将小腿回到原来的位置。此时,将小锤(或小磁铁)离开,切断电源,演示完毕。

2 实例二：叶绿体光合作用原理及影响因素演示器

2.1 教具装置图

叶绿体光合作用原理及影响因素演示器装置图如图4所示。

2.2 仪器或特点及用途

(1)特点：本教具借用直观形象的LED 灯光(七色流水效果或闪烁效果)来模拟叶绿体光合作用光反应、暗反应过程及光照强弱对光合速率的影响,使高中生物光合作用一节的教学形象化,模拟现象更为科学、生动。

图4 正面平面图(动态LED灯光，机械传动齿轮)

(2)用途：本教具可模拟以下现象。

①形态结构：叶绿体的结构及其与线粒体的关系；②分步讲解：光反应的物质变化、暗反应的物质变化(原料、产物)；③综合演示：光合作用完整过程中光反应、暗反应的关系；④影响因素：左上方灯泡代表光照强度——1个灯泡亮,一半LED 灯亮；2个灯泡亮,全部LED 灯亮；3 个灯泡亮,全部LED 灯亮(饱和状态)。

2.3 制作材料

截面为80cm×50cm 的方形铝塑板(或木板、亚克力装修材料)1块,小电机2个,传动齿轮2个(机械,小电池),小灯泡3 个(独立电路,开关),7种颜色的LED 灯管(或单色彩灯,9条灯路)。

2.4 制作方法

(1)截取铝塑板(也可挖成树叶型),打印塑料纸覆盖板面(或油画)。在板内打孔,光反应5色灯孔6条灯路；暗反应2色灯孔3条灯路,板面纸上标注物质名称和方向箭头,如图4所示。

(2)在灯孔中布好9路LED 灯后,装上控制开关(流水式需芯片编程4个,闪烁式需多个手动开关),其中表示水、氧、ATP、NADPH 的6条灯路之间并联为一组开关,表示二氧化碳、葡萄糖的3条灯路并联为另一组开关,再合并两组后与电源、开关组成控制电路。

(3)面板上暗反应的卡尔文循环装上2个齿轮(立体),背后装上小电机和传动轴承,独立开关。

(4)左上方装上灯泡3 个,3 个独立开关。如图4所示。

2.5 使用方法

首先,将教具竖放水平桌面。通过直观教具,观察(演示)叶绿体形态结构与线粒体关系。

接着,打开左上方1个灯泡,通过程序控制开关分步讲解光反应(6条灯)、暗反应(3条灯,齿轮传动)；再综合演示光、暗反应的动态关系(9条灯亮一半,齿轮传动)。

最后,演示光照强度这一影响因素与光合作用速率关系,打开左上方2个灯泡9条LED 灯全亮；打开左上方3个灯泡9条LED 灯仍然全亮(处于饱和状态),如图5所示。

图5 光照强度与光合速率的关系

3 实例三：肝细胞与内环境物质交换演示器

3.1 教具装置图

干细胞与内环境物质交换演示器装置图如图6所示。

图6 正面平面图(动态LED灯光，立体管道)

3.2 仪器或特点及用途

(1)特点：本教具借用直观形象的LED灯光(四色流水效果、或闪烁效果)来模拟人体内肝细胞内液与内环境成分之间的物质交换,使高中生物人体内环境一节的教学形象化,模拟现象更为科学、生动。

(2)用途：本教具可模拟以下现象。

①形态结构：肝脏细胞(或其他各项组织细胞)的内环境；②循环方向：毛细血管(红色LED灯,闭合回路)、毛细淋巴管(黄色LED 灯,有盲端,单向)中液体的流动；③关系演示：细胞内液与内环境3种液体之间关系。面板上蓝色LED 灯代表血浆与细胞内液之间双向循环关系,绿色LED 灯代表组织液、淋巴与血浆之间单向流动关系。

3.3 制作材料

截面为60cm×60cm 的方形铝塑板(或木板、亚克力装修材料)1块,半透明红色、黄色塑料管2根,4种颜色LED 灯管(或单色彩灯,4条灯路)。

3.4 制作方法

(1)截取铝塑板(也可挖成肝脏形态),打印塑料纸覆盖板面(或油画),如图6所示。在板内打孔,毛细血管内的灯孔布红色1条灯路并分叉；毛细淋巴管内的灯孔布黄色1条灯路,并结合到血管上,板面纸上标注物质名称和方向箭头,如图6所示。

(2)在血浆与组织液、细胞内液之间布1条蓝色LED 灯,并标注氧气、养料进入细胞内和二氧化碳、代谢废物排出到组织液再回流到血浆。在细胞内液、组织液与淋巴之间布1条绿色LED 灯,并标注大分子物质进入淋巴管内再最后回流到静脉的血浆中。

(3)孔中布好4路LED灯后,装上控制开关(流水式需芯片编程3个,闪烁式需多个手动开关),其中表示血浆、淋巴的2条灯路之间并联为一组开关,表示血浆、组织液、细胞内液之间和细胞内液、组织液、淋巴之间关系的2条灯路并联为另一组开关,再合并两组后与电源、开关组成控制电路。

(4)面板上毛细血管、毛细淋巴管上粘贴半透明塑料管(立体)。

3.5 使用方法

首先,将教具竖放水平桌面。通过直观教具,观察(演示)肝脏细胞的内环境。

接着,通过程序控制开关演示循环方向(毛细血管——红色LED 灯、毛细淋巴管——黄色LED灯)中液体流动；再演示细胞内液与内环境3种液体之间关系,如图7所示。

图7 组织细胞与内环境成分之间关系

最后,合并演示毛细血管、毛细淋巴管中液体流动和细胞内液、内环境成分关系的4 条红、黄、蓝、绿色LED 灯。