“突觸的信號傳遞”一節的教學設計

王紅梅

(浙江省嘉善高級中學 314100)

1 教材分析

“突觸的信號傳遞”選自浙科版高中生物學教材必修3《穩態與環境》第2章第2節，是學生已經學習的“興奮在單個神經元上傳導”的內容上的延伸，是整個神經系統學習中的重要內容。一個完整的反射活動，除了要在單個神經元上傳導以外，還要在神經元和神經元之間，以及神經元和肌肉之間進行傳遞。神經元之間的信號傳遞是細胞間信息傳遞的一種方式，需要學生理解其作用機理，形成結構與功能相統一的生物學思想。本節課的教學內容需要學生在學習中聯系日常生活，將所學知識內化，解釋生活現象，形成健康、科學的生活觀念。其教學重點是突觸的結構和神經遞質的作用過程，教學難點是神經遞質的作用過程。在教學中，筆者嘗試通過科學爭議導入新課，并將雙蛙心灌流實驗設計這一科學史作為探究的素材，引導學生通過對經典實驗過程進行深入探究，領悟實驗思路和方法，并嘗試自己設計實驗探究神經遞質的作用。另外，通過多媒體的輔助使用、問題串的設置等，深入學習突觸的結構，并用所學知識探究解決生活問題。

2 教學目標

2.1 知識目標 簡述突觸的結構、概述突觸的信號傳遞過程。

2.2 能力目標 運用所學知識解釋日常生活中的實際問題，能通過神經遞質的發現過程對實驗探究的過程和結果進行簡單的評估，提高提煉和處理信息的能力。

2.3 情感態度與價值觀目標 認同像突觸的發現過程那樣，科學是在不斷的觀察、實驗、探索和爭論中前進的；感受生命活動過程的復雜性。

3 教學過程

3.1 引入科學史，導入新課 提供科學史資料：19世紀，意大利科學家高爾基與西班牙科學家卡哈爾產生的爭論：高爾基認為數以億計的神經元之間緊密聯接，神經元連接得就像網一樣密切，沒有間隙。而西班牙科學家卡哈爾卻認為神經元間是存在間隙的。神經元之間的信號傳遞是依靠化學物質進行的。并引導學生提出問題：興奮在神經元之間以及神經和肌肉細胞之間如何傳遞？

設計意圖：通過科學史提出問題，引發學生的探究興趣，并做出相應假設。

3.2 介紹神經遞質的發現，分析討論探究的過程 科學家一直沒能用實驗驗證此假說，直到德國科學家奧托·洛伊(Otto Loewi)設計了雙蛙心灌流實驗。教師先進行實驗背景的補充并提出問題：選擇蛙的離體心臟及與之相連的迷走神經作為實驗材料，首先將青蛙的生理鹽水(任氏液)灌注到蛙的心臟中，蛙的心率正常，說明什么呢？電刺激與蛙心臟相連的迷走神經，迷走神經興奮，蛙心率減慢，這說明了什么？學生分析，得出：迷走神經的興奮可以傳到心肌，引起心跳減慢，心臟收縮節律變慢。

設疑過渡：如果要證明神經元與心肌的信號傳遞是依靠化學物質進行的，接下來應該怎么設計實驗？教師進一步引導學生小組討論分析并進行實驗設計補充：如果神經元之間的信號傳遞依靠化學物質進行，那么在神經元信號傳遞過程中必然釋放此種化學物質，此物質必然溶解在任氏液中。這時只要用吸管吸取少量任氏液即可獲得此種物質；將此物質加入另一個未受刺激的心臟，預期未受刺激的心臟收縮節律與心跳也會減慢。通過奧托·洛伊的雙蛙心灌流實驗的再現，學生明白神經和肌肉細胞之間是通過一種化學物質(遞質)進行興奮傳遞的。

設計意圖：將科學史料作為探究素材，通過雙蛙心灌流實驗的分析及實驗設計，學生順著科學家的腳步了解到神經遞質發現過程，領悟實驗思路和方法，也為后面的獨立實驗設計做好鋪墊。

3.3 介紹突觸的結構和遞質的作用過程，講解突觸信號傳遞過程 出示突觸的亞顯微結構圖片，告訴學生20世紀50年代發明了電子顯微鏡，人們才真正觀察到神經元與神經元之間的結構細胞間存在著0.2 nm的縫隙突觸，顯微放大后還可以觀察到突觸結構主要包括突觸前膜、突觸后膜和突觸間隙。在突觸前膜內還發現一些囊泡狀結構——突觸小泡，突觸小泡里面充滿了進行信號傳遞的物質——遞質。

具體的信號傳遞過程是怎樣的呢？教師引導學生回歸教材，帶著問題進行2分鐘的自學閱讀：軸突末梢發生了什么形式的信號轉變？乙酰膽堿(一種遞質)以什么方式釋放到突觸間隙？到突觸間隙后的乙酰膽堿如何作用于突觸后膜，是否進入肌細胞？突觸后膜去極化后形成的小電位能否傳播？

教師繼續通過動畫形象、生動地演示突觸處的信號傳遞的完整過程，并追問：正常情況下，通道蛋白會不會一直打開？若一直打開，會怎樣？學生通過分析討論，得出：如果一直打開就會引起后一個神經元持續興奮，因此還需有一個神經信號終止的過程，即與受體結合的乙酰膽堿很快被突觸間隙的乙酰膽堿酯酶催化降解而失去活性，鈉離子通道關閉，神經信號終止。

設計意圖：學生通過亞顯微圖片了解突觸的結構，認識突觸的結構組成，領悟科學的發展離不開技術的進步；運用多媒體，通過圖片和視頻讓學生了解突觸，以及神經遞質的傳遞過程。

3.4 學以致用，解決問題 生活中有與突觸功能有關的應用性問題。例如，美容行業有人通過注射肉毒桿菌減少皺紋。美容過程中注射肉毒桿菌有何作用？面部肌肉不能收縮和肉毒桿菌究竟有什么關系？有哪些可能性？

學生發散思維進行問題分析：沒有讓遞質釋放，遞質釋放后在突觸間隙被分解了，肉毒桿菌與乙酰膽堿受體結合等，一切合理的解釋都是可能的，而具體的機理可讓學生課后借助網絡查閱。

設計意圖：通過與實際生活相聯系，更加深刻地了解遞質傳遞的過程。同時，開放性的問題設計，激發了學生學習的成就感。

3.5 類比歸納，實驗驗證 引導學生從速度、形式、方向三方面比較神經纖維上的傳導和神經元之間的傳遞(表1)。繼續追問：為什么神經元之間的興奮傳遞是單向的？引導學生從突觸的結構上分析突觸處信號傳遞的單向性原因。學生利用所學知識進行比較分析，并根據突觸結構的特點(遞質只存在于突觸前神經元的突觸小泡內，只能由突觸前膜釋放作用于突觸后面)分析。

表1 信號的傳導與傳遞比較

如何通過實驗證明神經元之間興奮的單向性？教師提供：反射弧示意圖(圖略)、實驗用具提示：電刺激設備、電位測量儀等實驗用具，引導學生分組討論、設計實驗加以驗證。

設計意圖：學生小組討論、分析，給出實驗思路，從而完成從理論解釋到實驗驗證的過程，提高實驗設計能力，并再次讓學生認識到實驗設計思路的重要性。

3.6 課外拓展、布置課后學習任務 一些藥物對神經遞質的傳遞產生影響，如興奮劑類藥物作用的結果使人興奮，而鎮靜劑藥物作用的結果卻使人安靜。將學習拓展到課外，引導學生課后查閱資料后建構興奮劑和鎮靜劑作用模型，并在下節課進行分享交流。

設計意圖：將課堂學習拓展到課外，注重引導學生對信息進行選擇、利用，并且嘗試構建模型。

4 教學反思

高二學生已經具備了一定的實驗探究能力，因此本節課通過科學史以及實驗設計來了解突觸這一結構是如何傳遞興奮的。教學過程從知識的發生過程入手，引導學生自己去探索、觀察、思考、分析、歸納，使學生在一系列教學活動中發現問題、解決問題、總結規律，培養學生的探索精神，發展學生的思維能力，進一步激發學習生物學的興趣。根據高中學生在生物學學習過程中，語言表達能力較弱的問題，本節課也設有多個讓學生進行語言表達的環節，培養學生的語言表達能力。