“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”一節(jié)的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

李 健

(江蘇省南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹人學(xué)校 210036)

1 教材分析

“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”是人教版高中生物學(xué)教科書必修三《穩(wěn)態(tài)和環(huán)境》第2章第1節(jié)的內(nèi)容。該部分內(nèi)容主要包括神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)、興奮在神經(jīng)元之間的傳遞以及人腦的高級(jí)功能。其中興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)和神經(jīng)元之間的傳遞過程是本節(jié)課的重難點(diǎn)。鑒于課時(shí)限制，筆者選取前3部分作為本節(jié)課的授課內(nèi)容。組織本節(jié)課時(shí)，筆者嘗試設(shè)計(jì)情境、提供豐富的探究資料，引導(dǎo)學(xué)生通過自主探究的方式，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，深刻理解知識(shí)、構(gòu)建概念以及歸納和概括生物學(xué)基本規(guī)律。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo) 概述興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)以及在神經(jīng)元之間的傳遞過程。

2.2 能力目標(biāo) 學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論推導(dǎo)。

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 認(rèn)同生命活動(dòng)的物質(zhì)性，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣。

3 教學(xué)過程

3.1 構(gòu)建“興奮”和“靜息電位”的概念 教師要求學(xué)生自學(xué)反射弧相關(guān)知識(shí)，然后展示實(shí)驗(yàn)：在完整反射弧傳入神經(jīng)表面接上一個(gè)微型電表的正負(fù)極，刺激感受器，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，引出“興奮”概念——?jiǎng)游锘蛉梭w的某些組織如神經(jīng)組織或細(xì)胞感受外界刺激后，由相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱@著活躍狀態(tài)的過程。

教師提出：在沒有刺激的情況下，神經(jīng)元帶電情況是怎樣的呢？隨后展示實(shí)驗(yàn)：將微型電表的正極接在神經(jīng)元的外表面，負(fù)極接在神經(jīng)元相應(yīng)位置細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電表指針向負(fù)極偏轉(zhuǎn)約70 mV。教師引出“靜息電位”概念——未興奮時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)外電位表現(xiàn)為外正內(nèi)負(fù)，稱為靜息電位。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來構(gòu)建新的概念。

3.2 探究興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的過程 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析實(shí)驗(yàn)，以合作和探究方式，探究靜息電位和動(dòng)作電位產(chǎn)生的原因，理解并概述興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的過程，提升理性思維能力。

3.2.1 探究靜息電位形成的原因 教師設(shè)疑：為什么在神經(jīng)元細(xì)胞膜內(nèi)外形成靜息電位呢？回顧知識(shí)：細(xì)胞中大部分無機(jī)鹽以離子形式存在，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到靜息電位的形成可能和體液中的離子有關(guān)。接著教師展示：某種哺乳動(dòng)物神經(jīng)元細(xì)胞膜外鈉離子、鉀離子、氯離子和鈣離子濃度分別是145 μmol/L、3 μmol/L、120 μmol/L和1.2 μmol/L；膜內(nèi)鈉離子、鉀離子、氯離子和鈣離子濃度分別是18 μmol/L、140 μmol/L、7 μmol/L和0.1 μmol/L。教師提出：靜息時(shí)，膜兩側(cè)的電位是外正內(nèi)負(fù)，請問靜息電位形成的原因可能是什么？根據(jù)問題能做出怎樣的假設(shè)？

引導(dǎo)學(xué)生假設(shè)：鉀離子或(和)鈉離子外流或(和)氯離子的內(nèi)流造成靜息電位的形成。教師提供素材：細(xì)胞膜磷脂雙分子層對(duì)離子不通透，但是如果細(xì)胞膜上存在離子通道，則在一定條件下離子可以跨膜流動(dòng)。教師提出：根據(jù)素材，你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)嗎？教師將學(xué)生分成若干小組，每組4人。請學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究這一問題。

教師引導(dǎo)學(xué)生討論，形成初步的實(shí)驗(yàn)方案。此后以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的展示和全班討論，提出實(shí)驗(yàn)方案：分別取相同的神經(jīng)元分成四組，第一組用氯離子通道抑制劑處理、第二組用鉀離子通道抑制劑處理、第三組用鈉離子通道抑制劑處理、第四組用等量生理鹽水替代試劑作為空白對(duì)照。教師展示結(jié)果：第一組到第四組膜兩側(cè)靜息電位變化分別從-70 mV變化為：-69.5 mV、幾乎消失、-70 mV和約-70 mV。并設(shè)問：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？引導(dǎo)學(xué)生得出：靜息電位主要是由鉀離子外流造成的。

3.2.2 探究動(dòng)作電位形成的原因 教師展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在神經(jīng)纖維表面一段距離左右方向上接上電表的負(fù)極和正極，在負(fù)極的左側(cè)給予刺激，發(fā)現(xiàn)電表指針先向負(fù)極偏轉(zhuǎn)，然后回復(fù)到電表刻度中央，再向正極偏轉(zhuǎn)，最后回復(fù)到電表刻度中央。教師提出，在指針發(fā)生兩次偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻，和正負(fù)電極接觸的細(xì)胞膜表面帶電情況是怎樣的？引導(dǎo)學(xué)生知道：興奮時(shí)，膜外電位為負(fù)電位。教師繼續(xù)展示：將電表的正負(fù)兩極分別置于細(xì)胞膜同一位置外側(cè)和內(nèi)側(cè)，給神經(jīng)纖維施加刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)興奮傳到電極所接之處，電表的電位由-70 mV變?yōu)?30 mV再變?yōu)?70 mV。引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)到未興奮部位轉(zhuǎn)變?yōu)榕d奮部位的實(shí)質(zhì)：膜兩側(cè)電位由未興奮時(shí)的外正內(nèi)負(fù)變?yōu)榕d奮時(shí)的內(nèi)正外負(fù)，然后膜兩側(cè)電位又恢復(fù)到靜息電位。

教師提出：興奮時(shí)，膜電位變化的原因是什么呢？然后教師展示：興奮時(shí)，隨著膜兩側(cè)電位變化，細(xì)胞膜上鈉離子通道電導(dǎo)增加，而鉀離子通道電導(dǎo)幾乎沒有變化。教師提示：電導(dǎo)表示離子通道開放程度。再次設(shè)問：鈉離子通道打開時(shí)，根據(jù)細(xì)胞膜內(nèi)外離子的濃度差，推斷鈉離子的運(yùn)動(dòng)方向是怎樣的？該推斷能解釋膜電位的變化嗎？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了解：刺激傳導(dǎo)到興奮位點(diǎn)時(shí)，鈉離子內(nèi)流導(dǎo)致膜電位由外正內(nèi)負(fù)變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)。并讓學(xué)生概述出神經(jīng)沖動(dòng)在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)過程。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生嘗試在提供相關(guān)知識(shí)和素材的情況下，有效地進(jìn)行知識(shí)遷移，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，共同對(duì)問題進(jìn)行逐步探究解答來構(gòu)建新的概念。

3.3 探究興奮在神經(jīng)元之間的傳遞過程 引導(dǎo)學(xué)生分析生理學(xué)上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，探究興奮在神經(jīng)元之間的傳遞過程，深入理解知識(shí)并提升思維能力。

3.3.1 構(gòu)建“突觸”概念 教師提出：興奮如何由一個(gè)神經(jīng)元傳遞給下一個(gè)神經(jīng)元的呢？教師展示突觸結(jié)構(gòu)示意圖，并適當(dāng)拓展：神經(jīng)和肌肉之間接頭處的結(jié)構(gòu)類似于神經(jīng)元之間的結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生構(gòu)建“突觸”概念。

3.3.2 探究興奮在突觸處的傳遞過程 教師展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：① 分離出兩個(gè)蛙心甲和乙，甲帶有神經(jīng)元，乙不帶有神經(jīng)元；② 刺激甲蛙心神經(jīng)元A，發(fā)現(xiàn)蛙心跳動(dòng)加速；③ 立即取甲蛙心培養(yǎng)液放入乙蛙心培養(yǎng)液中，發(fā)現(xiàn)乙蛙心跳動(dòng)加速，類似刺激了神經(jīng)元A之后的反應(yīng)。教師設(shè)疑：你能得出什么結(jié)論？引導(dǎo)學(xué)生通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出：神經(jīng)元通過分泌某種化學(xué)物質(zhì)作用于心臟而非通過電信號(hào)。教師順勢引出“神經(jīng)遞質(zhì)”的概念。

教師繼續(xù)展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：刺激反射弧中的傳出神經(jīng)，在傳入神經(jīng)上檢測不到電信號(hào)。教師提出：為什么興奮在突觸處的傳遞是單向的？引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到：興奮在突觸處的傳遞是單方向的。然后教師提供素材：① 給培養(yǎng)的神經(jīng)元細(xì)胞提供帶放射性的神經(jīng)遞質(zhì)合成原料，發(fā)現(xiàn)放射性出現(xiàn)在突觸小泡內(nèi)；② 帶放射性的神經(jīng)遞質(zhì)注射到神經(jīng)元之間，發(fā)現(xiàn)放射性主要出現(xiàn)在突觸后膜；③ 某病人體內(nèi)產(chǎn)生能結(jié)合在突觸后膜上某種蛋白質(zhì)的抗體，導(dǎo)致其肌肉收縮困難。教師提出：請推測興奮如何由前一個(gè)神經(jīng)元傳遞給下一個(gè)神經(jīng)元？鼓勵(lì)學(xué)生展開想象，進(jìn)行小組討論。接著教師請每個(gè)組派代表展示討論結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，教師播放突觸處興奮傳遞的動(dòng)畫。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和教師提供的素材，展開想象、推理和討論，概述出興奮在突觸處的傳遞過程。

3.4 總結(jié)主干知識(shí)，及時(shí)反饋 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行自主梳理，并針對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)的反饋和總結(jié)。

4 教學(xué)反思

在本節(jié)課中，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材，在分析了大量的神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，通過合作和探究的學(xué)習(xí)過程，嘗試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，逐步構(gòu)建如動(dòng)作電位、突觸等重要概念，并嘗試概述興奮在神經(jīng)纖維及神經(jīng)元之間的傳遞過程，促進(jìn)學(xué)生建立知識(shí)之間的有機(jī)聯(lián)系，加深對(duì)知識(shí)的深入理解，提升多種理性思維能力和生物學(xué)素養(yǎng)。