人教版高中生物課本中“神經生物學”內容增設研究

劉星雨

摘 要：神經生物學是生命科學中發展最為迅速的一支，其重要性在教學實踐和科研實踐中已得到體現。但在我國高中生物課程中不受重視。本文旨在為高中課程教學大綱、教學方式的重新設計，整合一線高中教師、大學生物教授及神經生物學博士意見，為高中課程改革提出可行性建議。

關鍵詞：高中教學；神經生物學；課程改革

問題提出

近年來，神經生物學取得了重大的技術突破與理論突破，與其相關學科取得了近60%的諾貝爾生理或醫學獎項，全球神經生物學發展都呈現欣欣向榮之勢。然而由于缺乏基礎導致學習難度較高，大多數學生對此望而卻步。像浙江大學和中山大學這樣的傳統的生命科學強校，神經生物學也只是作為一個大三下學期的選修課，且選修人數較少。

而在我國現行的高中生物教學中，以人教版必修三教材為例，直接講解神經生物學內容的板塊只有第二章第一節而已，間接的則包括本章第三節“神經調節與體液調節的關系”和必修一第三章第二節“物質進出細胞的方式”。對于必修三的兩節，第一節較大篇幅地講解了反射弧，靜息電位與動作電位，突觸結構這三大基本內容，簡單介紹了腦的高級功能，學習與記憶的關系兩個當前研究的熱點。第三節則是以水鹽平衡等為例，介紹了兩種調節方式的配合機制。必修一第三章第二節涵蓋了對神經生物學研究較重要的離子進出機制，被劃分在了分子生物學的基礎知識當中。

學生調查

根據筆者在蘭煉一中2020屆高二一班和七班（理科重點班）中發放問卷的結果顯示，對于《高中人教版生物必修三：穩態與環境》的第二章“動物和人體生命活動的調節”的第一節“通過神經系統的調節”。認為該章節“難以理解，完全不懂”的理科重點班學生僅僅占14%；而認為“難度中等”、“容易理解”的理科重點班高中生總占比為86%。認為插圖不足的重點班高二學生占比接近一半。這是理科班的情況。而對于文科班而言，認為難度中等的學生占比為41%，認為內容容易理解的達到了67%，但認為內容無趣的文科學生占比為1/5。值得注意的是，文科班學生和理科班學生對神經生物學在現代生物學科中所占地位的認識的各個比例是類似的。分析以上數據，我們可以得出幾個結論。一：對于絕大多數學生而言，學習神經生物學是游刃有余的，適量增多神經生物學內容是可以接受的。二：當前的生物教材尚顯枯燥，在引發興趣上還有提升空間。三：生物教材對該部分內容編排尚有改進空間，特別是配圖的信息量方面尚待改進。筆者也對來自西北師范大學的丁艷平副教授和浙江大學胡海嵐研究室的馬爽爽博士進行了訪談，他們也均指出在當前的高中教育中，神經生物學不受到重視，而這也影響到了本科教育，所以進行課程改革勢在必行。

解決方案

對于高中生物課程改革，筆者在此提出一些可行的方案。

對教材既有內容進行修改，重視高中-大學的知識銜接。提高課本中個別語句以及圖片的準確度，加強圖文配合。[2]比如說生物必修三的第二章第一節的圖2-2，在描述神經沖動傳導時并沒有表現出鈉離子和鉀離子的進出過程，而下方的文字則在描述這一現象。這使得離子進出這一電位變化的分子生物學層級的原理時常被“孤立于動作電位的傳導機制”理解，高度依賴分子生物學基礎知識是神經生物學的固有特點之一，顯然這種編排法是不利于知識對接的。同時從排版上講，該圖所處的教材第18頁也還留有大塊空白可供使用。

第一，我們也可以在高中階段推廣慕課教育。慕課即大規模開放在線課程，主要用于大學優質課程共享，是“互聯網+教育”的產物。[5]慕課教育有許多優勢，首先，通過多媒體技術，可以直觀的反應有關神經生物學的內容。而不是通過書本上的抽象的文字去描述，這有助于提高學生的學習熱情。特別是對神經生物學這樣一門很依賴實驗的學科，一方面，多數學校對于實驗都會囿于應試或是財力而難以大規模組織開展；另一方面，如果要像二級考點一樣理解神經生物學的實驗，特別是近年的實驗，必須要對相關的人體器官（如眼，耳，腦）的結構熟稔于心，同時也要有扎實的大學物理，化學包括分子生物學的基礎。顯然，這部分內容是難以向教材中添加的，所以如果希望借助實驗來激發學生的學習熱情，以高中慕課為載體向學生展現神經生物學實驗影像未嘗不可。其次，慕課教育有助于減輕各地由于條件所導致的教育資源不平等。神經生物學作為一門綜合性較強的學科對老師的能力提出的一定的要求，慕課教育可以確保全國各地的學生都享受到高水平的教學。[6]再次，慕課教學更加靈活，學生可以自由選擇時間，地點，反復的去研究自己不懂的地方，而這些不僅可以作為學校教學的一種有效補充，更能讓學生感受到知識的魅力。最后，教材相對于慕課教育來說具有滯后性，慕課教育可以更加貼合當前熱點，貼合學術界最新動向。[5]

第二，增添教材未涉及或講解不夠詳盡的內容，對于增添的內容，應當起到一種銜接和引導的作用，在為日后學習神經生物學打下基礎的同時，也要保持難度適中，鼓勵學生去創新探索，并符合教材的總體內涵。我們現以Na-K泵為例。靜息電位和動作電位產生的結構基礎主要是電壓門控離子通道的開放和關閉，動作電位恢復靜息電位的結構基礎則是消耗ATP的Na-K泵主動運輸。[1]但是從必修一第三章第二節的講解看，學生分辨兩種離子進出的方式是根據濃度梯度的順和逆，判別的結果是協助擴散（被動運輸）和主動運輸。這樣的理解事實上是忽視了這兩種進出方式不同的結構基礎，也就是容易分不清離子通道和離子泵結構上的區別，這對于體現本冊書的生物學核心概念“結構與功能統一”是不利的。如果能夠增添該部分內容，學生即可以結合結構基礎和主要功能兩大知識點理解Na離子和K離子在興奮傳導過程中的進出，溝通了“結構與功能統一（不同的膜上蛋白有不同的功能）”和“穩態與平衡觀念（Na離子和K離子膜內外濃度在整個過程中達成動態平衡）”兩大核心概念。

學生們只需要死記硬背一句結論就可以拿到分數。而如果將Na-K泵納入考點，試題就會變得更加靈活。比如在考察動作電位和靜息電位時，以往只需記住內正外負這句話即可，現在我們可以詢問諸如靜息電位時鉀離子的流向？動作電位時鈉離子的流向？等，學生們則必須去理解整個知識點才能回答問題，而這有助于知識點的鞏固，綜上，基于這些知識點的考題有利于日后對神經生物學的學習。

參考文獻：

[1] 壽天德.神經生物學（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2018：1-95.

[2] 雷超，儲蓄，孫志宏.基于腦科學視角下高中生物新課標教材改進思路[J].中學生物教學2017（04）P22-P23

[3] 岑芳. 學習課標應聚焦培育生物學科核心素養[J].中學生物教學2018（06）P7-P9

[4] 王永玲. 在高中生物學教學中開展核心素養教育[J].中學生物教學2018（04）P6-P7

[5] 魯浩博與莫宏偉，基礎教育慕課解決方案：輕慕課. 現代教育科學，2017（01）：P115-P120.

[6] 鄒秋月，教育公平視野下基礎教育“慕課”的意義. 現代教育科學，2015（08）：P62-P63+P58.