“蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本”在高中生物學中的應用

傅建利 周黎明

(浙江省富陽中學 杭州 311400)

浙科版高中生物學必修1第3章第1節(jié)中介紹了ATP是細胞的能量通貨，必修3第2章第2節(jié)中介紹了神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。結(jié)合教學實踐和訪談調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生對上述知識點的理解上常常會產(chǎn)生學習困惑。還原最初的教學過程后發(fā)現(xiàn)，在學習ATP功能的過程中，學生常常是被灌輸式地告知ATP是能量通貨，導致學生的認知只是停留在簡單的識記水平。在神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的學習過程中，教師常常是利用書本中的蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本模型，開展紙上談兵式教學，由于知識本身抽象微觀、復雜難懂，學生又缺乏對蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本的直觀感受，因此學生對神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能中相關概念的理解總是存在一定困難。

經(jīng)過反思和探索，筆者結(jié)合這兩個知識點之間的共性特點，利用蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本開展相關實驗，讓學生在“做中學，學中做”，體驗知識的產(chǎn)生過程，形成科學思維的習慣，提升探求知識的能力。

1 “蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本”用于研究ATP功能的實驗過程

腓腸肌收縮肉眼可見，腓腸肌收縮時需要消耗ATP，細胞內(nèi)的ATP耗盡會導致腓腸肌接受電刺激后無法正常收縮。因此，可用于驗證ATP的功能。

實驗材料包括： 蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本3個、鋅銅弓、玻璃分針、任氏液、5%的葡萄糖溶液、ATP溶液、滴管等。

實驗過程是將3個蛙坐骨神經(jīng)神經(jīng)腓腸肌標本分別置于培養(yǎng)皿中，編號為1、2、3組，每組加入等量的任氏液浸潤標本；分別用鋅銅弓刺激坐骨神經(jīng)，使肌肉收縮，耗盡肌肉中的能量；不斷施加電刺激約15min，肌肉收縮減緩，20min后肌肉幾乎不收縮；待肌肉不再動彈，但仍處于活性狀態(tài)時，3個標本分別滴加等量的10mmol/L ATP溶液、5%的葡萄糖溶液和任氏液，再分別用鋅銅弓刺激蛙坐骨神經(jīng)，觀察每組肌肉有無收縮現(xiàn)象，并將結(jié)果記入表1。

實驗結(jié)束后，上述實驗步驟的實驗結(jié)果匯總在表1中，并得出結(jié)論——ATP是細胞中的能量通貨。

表1 驗證ATP是細胞中的能量通貨實驗結(jié)果記錄表

2 “蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本”用于研究神經(jīng)系統(tǒng)功能的實驗過程

實驗材料包括： 蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本、任氏液、鋅銅弓、玻璃分針、滴管、微電流傳感器、郎威數(shù)據(jù)采集、電腦、攝像機等，實驗前期準備是先解剖制備蛙坐骨神經(jīng)神經(jīng)腓腸肌標本備用，并用任氏液不斷濕潤坐骨神經(jīng)和腓腸肌。

2.1 驗證神經(jīng)元的功能 將制備好的蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本在靠近脊椎一側(cè)用棉線扎緊坐骨神經(jīng)，防止胞漿流出。然后，用棉線拉住坐骨神經(jīng)，用鋅銅弓刺激蛙坐骨神經(jīng)，觀察腓腸肌的收縮情況(圖1)。

2.2 驗證腓腸肌細胞是可興奮細胞 用棉線拉住腓腸肌，然后用鋅銅弓刺激腓腸肌，觀察腓腸肌的收縮情況(圖2)。

圖1 驗證神經(jīng)元的功能

圖2 驗證腓腸肌細胞是可興奮細胞

2.3 驗證興奮在神經(jīng)纖維上雙向傳導 用棉線拉住坐骨神經(jīng)，將微電流傳感器的紅、黑色鱷魚夾夾在裸露的蛙坐骨神經(jīng)上，并將微電流傳感器通過數(shù)據(jù)采集器和電腦連接，打開數(shù)據(jù)采集軟件，用鋅銅弓刺激位于微電流傳感器和腓腸肌之間的坐骨神經(jīng)，觀察電腦中的微電流波形曲線圖及腓腸肌收縮情況(圖3)。

2.4 驗證興奮在突觸處單向傳遞 用鋅銅弓刺激坐骨神經(jīng)，觀察腓腸肌收縮情況；用鋅銅弓刺激腓腸肌，觀察電腦中微電流波形曲線圖及腓腸肌收縮情況(圖4)。

圖3 驗證興奮在神經(jīng)纖維上雙向傳導

圖4 驗證興奮在突觸處單向傳遞

實驗結(jié)束后，上述四個實驗步驟的實驗結(jié)果填入表2中，并討論、交流得出實驗結(jié)論。

表2 蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本實驗結(jié)果及結(jié)論

3 教學體會

高中生物學教學過程中常常會涉及相關的科學史實驗，如本文中利用蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本開展的相關探究實驗就是科學史實驗的再現(xiàn)和延伸。由于課時有限，蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標本制作耗時且有一定的難度，筆者通過教學實踐，發(fā)現(xiàn)將實驗過程組織興趣小組在校本課程中完成，并錄制成微視頻，最后以微視頻的形式呈現(xiàn)在教學中，是開展科學探究實驗教學的一條新途徑。

在具體的教學過程中，采用任務驅(qū)動的教學模式。例如，在告知學生“ATP是能量通貨”的知識后，提供相關的實驗材料，讓學生自行設計實驗方案，然后，將經(jīng)過交流討論得出的實驗方案在課后組織興趣小組成員實施并拍成微視頻。在下一課時中播放微視頻，并由興趣小組成員介紹實驗過程，學生根據(jù)視頻中呈現(xiàn)的實驗結(jié)果，進一步交流與討論，深入理解ATP是能量通貨的含義。又如，在“神經(jīng)系統(tǒng)相關結(jié)構(gòu)和功能”的教學中，先在視頻中呈現(xiàn)刺激坐骨神經(jīng)，觀察腓腸肌的收縮情況，讓學生通過思考討論得出神經(jīng)元的基本特性。然后提出新的命題：“腓腸肌細胞是可興奮細胞嗎？”“興奮在神經(jīng)纖維上傳導方向的特點？”“興奮在突觸處傳遞方向的特點？”，讓學生嘗試設計新的實驗方案，課后組織學生開展實驗拍成微視頻，在課中播放實驗微視頻，讓學生觀察并思考實驗現(xiàn)象，在討論和交流中合作學習，最后得出正確的結(jié)論。像這樣，通過“學、思、做、悟”四個流程，充分達成讓學生“在做中學，在學中做”。這種教學形式可很大程度上提高學生的直觀感受，激發(fā)學生的學習樂趣和積極性，加深學生對基本概念的認識和理解，同時在理解生物學概念的基礎上形成結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀。此外，讓學生根據(jù)現(xiàn)學的知識，自行設計實驗方案、實施實驗方案，根據(jù)實驗的結(jié)果讓學生進行比較和討論，不僅可以發(fā)展學生的科學思維，也能引發(fā)學生探究的興趣，提高科學探究能力。