在高中阶段，有关生物学的学习内容已经触及分子水平，如“神经冲动的产生和传导”过程是微观且动态的过程，对兴奋在神经纤维上的传导，使用文字描述及对“神经表面电位差实验示意图”进行讲解；对兴奋在神经元之间的传递，通过文字描述和“神经元之间通过突触传递信息图解”进行讲解。由于学生看不见、摸不着，在学习中因缺乏感性认识，难以克服微观结构认识的困难，学习难度加大，打击学生的学习兴趣。
针对以上问题，为了激发学生学习兴趣，实现高效的课堂教学，直观表达、动态演示是最基本、最重要的手段
［1］。要将微观动态过程可视化，需以信息技术为手段，发挥其变不可见为可见、变可见为精细化呈现的优势，让静止的事物进行动态演示
［2］。通过制作具有指导意义的动画和教具，利用动画设计软件，让连续的动态过程分解图动起来，可使用开源硬件制作神经冲动传递和传导的演示模型，让微观的过程具象化，让学生直观地去观察和学习，从而降低学习难度，激发学习兴趣，提高学习效率。
1 兴奋在神经纤维上的传导
在教学过程中，教师通过演示模型，从视觉上给学生以冲击，激发学生学习兴趣，学生再进行实际操作，能直接观察到微观现象，有助于学生概念的迁移和深化
［3］，获得真实体验，突破因缺乏感性认识带来的学习困难，还能激发学生创新思维，引导学生深度学习。
兴奋在神经纤维上的传导演示模型的不足之处体现在：①由于技术、场地、材料的限制，兴奋在神经纤维上的传导实验不能在课堂中再现；②课本作为知识的载体，对动态过程呈现能力有限，只能通过文字与动态过程分解图共同描述动态过程。
【解决办法】对于已经被验证并得到公认的结果，没有必要再次进行验证，可以运用信息技术再现实验过程，既省耗材，又节省时间。对于神经表面电位差变化的动态过程，可以通过动画展示，采用Flash软件制作交互式动画，导出动画并插入PPT演示文稿中，演示时，通过移动鼠标并点击相应的按钮，代表刺激神经纤维左侧或右侧，观察电位表指针的变化，生动直观地展示神经表面电位差的变化情况，具体设计如
图1所示。
打开PPT演示文稿，动画开始播放，一个神经元细胞不断放大，待神经纤维较直部分出现在屏幕中央时，让其渐渐隐去，神经纤维抽象为圆柱，带箭头的“冂”形电路自上向下运动，接到横着的圆柱上，紧接着“冂”形电路顶端出现电位表，代表连接电路，此时a、b处符号均为“+”，电位表指针指向中间，表示a、b间没有电位差，此时动画停止，让鼠标移动到a处或b处，均会出现一只黄色的小手，小手分别指向a或b，点击小手，代表刺激当前端，该端电极先变为负电位，接着恢复正电位，指针也会发生相应的转动，最后，另一端变为负电位，接着变为正电位。待演示结束，会出现重播按钮，点击重播，恢复刺激前的状态，可进行重复演示。
该过程通过交互式动画直观呈现，学生获得感性认识，不但节省了实验耗材，还可以重复使用。对于神经冲动如何产生以及传导的内在机理，也可通过类似方法直观展示，让微观现象具象化。
2 兴奋在神经元之间的传递
不足之处：呈现“神经元之间通过突触传递信息图解”，展示突触的结构，配以文字说明，讲解突触的定义，以及神经递质的产生过程及作用机理，最后得到兴奋在神经元之间传递是单向的这个结论。没有模型展示，学生很难将微观动态的过程与已有认知产生关联，这无异于增加了学习负担。
解决办法：使用开源硬件辅助制作神经冲动的产生和传导演示模型，将整个微观、动态的过程可视化，让学生观看或动手操作，加深对抽象知识的理解，培养学科核心素养。
2.1 功能设计
为了完整演示兴奋的传导与传递这一微观动态的过程，需要将神经冲动的传导与传递模型集成在一起，共需要两条神经元首尾相接，且要有突触结构的放大图，展示兴奋传递的细节。神经元较为细长，故模型设计为长条形，为了便于展示兴奋在神经元及神经元间的传导与传递且互不干扰，模型结构采用折叠式设计。折叠时，只呈现一个神经元细胞，可以演示兴奋在神经纤维上的传导过程；展开时，呈现两个相连的神经元细胞，中间连接处有突触结构细节放大图，可以演示兴奋在神经元之间的传递过程。将两个功能集于一身，很好地呈现兴奋在神经纤维上的传导以及在神经元之间的传递过程。
如
图2所示，模式一：折叠状态，演示神经冲动在神经纤维上的传导，可以看见一个神经元细胞，在上面有两个刺激点位，当刺激任一点位时，兴奋向受刺激的左右两端依次蔓延，之后再逐渐恢复原始状态，呈现兴奋在离体神经纤维上的双向传导。模式二：展开状态，演示兴奋在神经元间的传递，左侧一条神经元为模式一展示的神经元，中间圆形放大图为突触结构，靠近突触前膜内侧处有一可移动的红色标记物，表示神经递质，右侧为一个神经元细胞，上面有一个刺激点位，当触碰该位置，兴奋向刺激点位两侧传导，由于突触的特殊结构，兴奋在到达突触后不会传到左侧神经元，只有刺激左侧神经元上的刺激点位，兴奋不但会在左侧神经元上传导，当兴奋到达突触结构时还会促使红色标记物从突触前膜移动到突触后膜，代表神经递质的运动和功能。接着下一个神经元继续传导兴奋，逐步向右移动，代表信号传递到下一个神经元。
2.2 材料
（1） 开源硬件主控板：DFRobot Arduino UNO主控板，可以通过编程软件Mind+编写程序后上传程序到开源硬件主控板，主控板按照程序预设指令执行，并精准控制各部件按部就班协同工作，免于展示过程中因不可控原因而中断，打断学生的学习思路。
（2） WS2812B全彩可编程流水跑马灯条（2条）：该灯条有LED小灯60只，共1 m长，通过编程能精准控制任意灯珠的亮、灭及颜色，通过灯亮之后再熄灭，逐渐向两侧蔓延，用来展示兴奋在神经元细胞上的传导。
（3）按钮开关（3个）：按钮可以呈现两种状态，即按压和弹起，可以模拟神经元上被刺激的位置，使用3个按钮开关，左侧神经元上2个，右侧神经元上1个。
（4） 180 °舵机（1个）：舵机能在180 °范围内转动，可以控制转动的角度及速度，让舵盘一端连接一红色标记物，代表神经递质，待兴奋传至突触前膜，舵机转动180 °，携带“神经递质”传递到突触后膜。
（5） 透明塑料泡沫2块：用于制作立体神经元细胞模型，不但能真实还原神经元细胞的全貌，还能让底层灯条上LED的灯光透过它呈现给学生，感觉兴奋真在神经元上传导一样，光线柔和，观感较好。
（6） 木块（18 cm×127 cm）：切割为3块，分别承载神经元细胞（2个）以及突触结构，粘贴背景图。
（7） 合页（4个）：连接木板。
（8） 杜邦线若干：连接主控板和各部件。
2.3 制作过程
模型的搭建及安装：用锯子将长为127 cm、宽为18 cm的木板分为3段，分别是18 cm×54 cm（粘贴第一条神经元模型），18 cm×19 cm（代表突触结构，背面安装180 °舵机），18 cm×54 cm（粘贴第二条神经元模型）。在18 cm×19 cm木板中间开口，大小为3.5 cm×1.0 cm（将舵机的舵盘从该口伸出，舵机转动带动红色标记物模拟神经递质运输路径），并用合页将3块木板连接，可以折叠为“匚”字形，如
图3所示。在“匚”字形外面粘贴背景图，背景图也按木板大小切断，便于折叠。
除3个按钮与灯条外，其他部件均安装在“匚”字形内部，使用双面胶、螺丝钉等将DFRobot Arduino UNO主控板、杜邦线等安装在框架内侧，在不影响观看的同时也不影响折叠，杜邦线用胶带牢牢粘贴在木板上，如
图4所示。按钮开关及WS2812B全彩可编程流水跑马灯条安装在背景图上，两条灯条分别粘在相同大小的两块木板上，舵机安装在18 cm×19 cm木板背面，让舵盘从3.5 cm×1.0 cm的小口伸出，调节位置，使舵盘转动时不会触碰到木板。按钮位置模拟触碰神经纤维的可刺激点位，灯条上LED小灯的亮、灭模拟兴奋的传导。将使用透明泡沫塑料制作而成的立体神经元模型贴在灯带上。
【编写代码】在Mind+编程环境中编写代码，控制各部件按部就班工作，核心代码略。
2.4 使用方法和步骤
（1） 连接电源。将电源线插入5 V电源，可以插在计算机USB接口或手机充电头上，灯带小灯闪烁一次，代表设备准备就绪，可以显示神经冲动在神经纤维上的传导以及在神经元间的传递。
（2） 将木板折叠，第一个神经元模型正对学生。如
图2中的模式一所示，可以演示兴奋在神经纤维上的传导。
（3） 按下按钮，代表刺激该神经元的中部和前部（树突端），灯光代表信号的传导方向，待灯光结束，就代表信号传导结束。
（4） 展开模型，呈现2条神经元模型，中间为放大的突触结构，移动底座，固定模型，如
图2中的模式二所示。
（5） 先后按下不同神经元上的按钮，信号在神经纤维上传导以及在神经元间传递，学生根据现象总结传导与传递的特征，再结合突触结构，解释内在机理。
（6） 拔出电源，回收设备。通过该自制教具的使用，学生学习兴趣被激发，课后检测反馈较好，学生对教具具有浓厚兴趣，进而更加关注该节相关知识点，从而加深对微观抽象知识的理解，引导学生深度思考与学习。
3 结语
高中生物学中有很多动态微观的生命活动，由于实验工具、技术、场地、材料等限制，很多科学实验在课堂中不可再现，仅凭图片和文字的描述，学生对新知识难以获得感性的认识。如神经冲动的产生和传导，是一个微观动态的生命活动过程，认识该过程的内在机理既是教学重点也是难点，学生学习时很难突破，难以达成教学目标。需要教师以信息技术为手段，通过对课本知识进行加工、整理，开发教学资源，化微观为具体，将其可视化，并合理利用，让学生看一看、动一动，通过现象探究本质，激发学生真正的思考，逐步增强学生对自然现象的好奇心和求知欲，使其学会主动探讨、阐述生命现象和规律。
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