模型，是人们对客观事物的一种认识手段。模型是人们基于事物的研究机理，抽取其主干部分所组合成的图像，是人们思想加工后的产物。在初中生物学教学中，教师经常使用的是物质模型
［1］，即对生物的形态、结构以及生理过程的原型按照一定比例进行放大或缩小的装置。
建构物质模型的过程，有助于学生理解生物结构及相关生理过程。模型是辅助初中生物学教学的重要教学工具。
1 模型设计背景
“动物的运动”位于《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称课标）第五个主题“人体生理与健康”之下。具体内容要求为：大概念5为人体的结构与功能相适应，各系统协调统一，共同完成复杂的生命活动；重要概念5.5为人体各系统在神经系统和内分泌系统的调节下，相互联系和协调，共同完成各项生命活动，以适应机体内外环境的变化；次位概念5.5.3为人体的运动是在神经系统支配下，由肌肉牵拉着骨围绕关节进行的。
根据课标的建议，通过实物观察，学生能够认识动物运动系统的基本组成——肌肉、骨骼、关节。但运动是动态的过程，这三者在运动形成过程中所起的作用，也就是运动形成的机理过于抽象，学生难以理解。
学生仅了解表面，而不能深入理解，更不用说应用这一概念解决真实问题。针对这一问题，笔者决定从肘关节的真实结构中抽提其主要结构及原理，并通过概括、抽象等思维手段设计肘关节物质模型。在使用过程中，针对问题逐步进行迭代升级，直至6.0版模型。
2 现有肘关节模型
在“运动的形成”这部分教学中，使用的教具模型种类较少，日常教学常用的肘关节模型是用硬纸壳和线绳制作的平面模型
［2］，如
图1所示。
2.1 平面设计限制了结构特点的准确性
在使用硬纸壳制作模型时，多是将骨形态的二维图片拓印在硬纸壳上，并沿轮廓进行剪裁，而骨与骨之间的关节通常使用钉子固定加以表示，骨骼肌则是使用线绳代替。在这样的模型中，纸壳只能表现骨与关节的平面形态，而整体模型是扁平的。
即使个别同仁对关节或肌肉进行改进，也都局限于二维平面层面。这就从根本上限制了创造者对模型进一步改进和发展的思维，导致在利用整个模型对骨、关节、骨骼肌各结构形态特点进行说明和表达时，存在较为明显的不足。
2.2 动态演示机理不明
当演示“肌肉牵拉骨绕关节运动”时，扁平化的模型无法正确地展示关节在运动中的作用。局限于扁平化的结构，常常需要演示者抽拉代表肌肉的线绳，使纸壳与纸壳之间的线绳缩短，从而拉动纸壳绕着固定的钉子发生位移。当然，该过程与运动形成的真实过程相距甚远，无法准确说明骨骼肌在运动形成这一动态过程中所发挥的作用。
对于初中生来说，这样的模型演示起不到解释、说明的作用，反而会带给学生错误认知，与学生认知发展规律不符，不利于相关概念的建构。
3 模型创新过程
对“运动依赖于一定的结构”这一概念进行抽提，从中推导出肘关节模型的主要组成包括3个部分，即：骨、关节和骨骼肌。在对模型制作的材料进行筛选时，从形象和科学两个角度考虑是十分必要的。肘关节模型的设计与迭代升级进程如
图2所示。
3.1 模拟运动动态过程
2.0版模型使用超市中包装大蒜用的网兜和气球模拟骨骼肌（
图3）。其中，气球模拟肌腹，而网兜模拟附着在骨上的肌腱。向气球中打气实现“肌肉”收缩，导致横径增粗而缩短，遂产生牵拉硬纸壳绕钉子发生移动的动力。经过改进后，2.0版模型可实现运动形成的动态过程。
3.2 立体突破思维桎梏
三维立体模型可以打破平面模型的局限，使模型呈现的结构特点更加准确。
在3.0版模型中，将珍珠棉泡沫板切割成长25 cm、宽（高）3 cm的长方体（
图4-a），即更换模型材料，将扁平的硬纸壳“骨”立体化，使关节结构得到了发展的空间；切割泡沫板，使用T字钉对其加以固定（
图4-b），从而获得可以弯曲的肘关节模型（
图4-c）。在3.0版模型中，模拟骨的材料较为柔软，用其演示“屈肘”动作时会发生“肱骨”弯曲的现象，且气球与网兜的颜色均为红色，气球形变现象不明显，同时表面粘贴的上肢骨贴纸易损坏。
在4.0版模型中，将模拟骨的材料换成了更为坚硬的高密度泡沫板（
图5），使用白色气球模拟肌腹，且对上肢骨贴纸进行了塑封处理，模型的整体结构特点更加形象、突出。
4 重现建构、组装模型的过程
可拆卸的模型给学生提供了建构、组装模型的机会，通过重构模型的过程，学生建模思维得到外显，具有可视化特征。
一般的物质模型只能表达结构特点或生理过程，而通过对肘关节模型的迭代升级，即在5.0版模型中给代表骨骼肌的网兜两端加入磁铁，并在代表骨的结构相应位置安装磁铁，学生就可以通过对“肱二头肌”以及“肱三头肌”的组装，实现部分建模过程。
在6.0版模型中，使用PVC管替代泡沫板，而用球头夹（
图6-a）替代T字钉，至此骨、肌肉都处于分离的状态，需要学生先将“肱骨”与“桡骨、尺骨”正确连接后（
图6-b、
图6-c），再正确添加肱三头肌及肱二头肌，这样才能保证在使用打气筒给气球打气时，肘关节模型能够正常完成屈肘及伸肘运动。
5 反思及收获
从发展的角度看，事物是由低级到高级的不断发展的过程。因此，模型的设计及迭代升级过程，既体现了教师对教学的逐步思考，也验证了事物的发展历程。
5.1 课标指引模型迭代方向
肘关节模型的5次迭代升级始终以课标为依据
［3］，围绕课标中“动物的运动依赖于一定的结构”这一重要概念展开；使用气球和网兜，解决了肘关节模型的动力问题，模型发生了从静态到动态的转变；从关注结构特点升级到解释、说明肌肉在运动发生过程中所起的作用，充分阐明了运动发生的机理。
5.2 三维立体凸显学科本位
置换模型中模拟骨的材料，从平面转化为三维立体结构，使模型的表现形式有了更多选择；不断迭代升级模型，使其生物学结构特点更加形象、贴切；模拟骨的材质由较软的珍珠棉泡沫板升级到质地较硬的高密度泡沫板，体现了骨的硬度的变化；又由长方体改为PVC管的中空圆柱体，则更加贴近骨的形象和结构；关节由T字钉转变为球头夹，这就从形态上模拟了关节头和关节窝、从功能上模拟了球窝关节，更加贴近真实。
5.3 材料易获取，制作简单，便于推广
在互联网时代，模型所用材料均可从网上购买，其单个模型成品造价不足10元。在制作模型过程中，最耗费时间的环节是切割泡沫板，但替换为PVC管之后，只需切割并安装模拟关节的球头夹即可。整个模型材料易获取、造价便宜、安装便捷、操作简单，可广泛用于各类学校的实验教学。
5.4 建构过程助力学生思维发展
在建构模型的过程中，学生的科学思维得到发展
［4］。模型抽提了生物学研究对象的结构特点，但教学的作用不止于结构特点。对模型迭代升级的教学行为，给学生留出了足够的想象空间。
教师依据生物学教学的需要提出问题，引导学生建构模型并从中学习研究对象的结构特点以及生理现象发生的机理。在使用模型解决问题的过程中，能够调动学生的思维和想象能力，即学生通过猜测、假设和推理的过程，寻找解决问题的方法和途径，从中发展自身的科学思维。
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