興奮的傳導和傳遞的可視化教學

云南

教師講授知識，學生觀摩和記憶是高中生物課程“興奮的產生、傳導及傳遞”的常用教學方式，可是這種形式的教與學不利于學生思維能力的提升和發展，具體表現在學生不能獨立分析并解決不同情境中興奮的傳導、傳遞問題。如何突破這個難點呢？筆者抓住“可視”這個關鍵詞，引導學生用“模仿→思考后構建肢體模型→綜合運用”模式完成該內容的學習，將實驗探究融入到肢體模型構建過程中，使學生的思維被有效帶入知識情境中，把抽象難懂的理論教學變成由肢體模型構建帶動學生思維發展的、可快速檢測學生學習效果的活動教學。該模式的教學不僅提升了學生實驗探究的能力，還可促進學生科學思維的發展，且具有很強的可操作性及推廣性。如何把興奮的產生、傳導及傳遞轉變成有層次的可視化教學呢？筆者是按照下列層次分階段完成教學的。

一、可視化肢體模型的模仿學習

肢體模型的構建是學生對興奮產生、傳導及傳遞知識的另一種表述方式，需要在師生達成一定共識的基礎上進行，因而在利用肢體模型進行深層次學習之前，教師需要讓學生模仿并熟悉不同肢體模型與各種神經結構之間的對應關系。設置該階段的目的是讓學生通過模仿來完成相關知識的記憶，同時提高學生學習的積極性。

1.模仿神經元的結構

【教師示范】神經元的結構：手指代表樹突，手掌代表細胞體，手臂代表軸突。

【學生活動】以雙手為素材，按教師要求完成模仿并敘述對應肢體模型的含義。目的是熟悉神經元的結構。

2.模仿神經元間的連接

【教師示范】反射弧中神經元間的連接：一只手搭在另一個人的肩部，代表上一個神經元的軸突與下一個神經元的樹突或細胞體連接。

【學生活動】以雙手為素材，按教師要求完成模仿并敘述對應肢體模型的含義。目的是熟悉神經元間的連接方式。

3.模仿突觸的結構

【教師示范】突觸小體：手握拳代表突觸小體；突觸：兩手作抱拳狀（如圖1 所示）。

圖1

【學生活動】①以雙手為素材，按教師要求完成模仿并敘述突觸小體、突觸各個部分的結構；②與周圍同學合作，同時構建多個突觸模型并簡述模型中各個部分的名稱以及功能。目的是通過多次敘述來熟悉神經細胞間信號轉換的基礎及類型。

二、在理解的基礎上構建興奮傳導的模型

在學生熟悉了神經結構之后，筆者就帶領學生進入神經沖動產生過程的學習，重點理解靜息電位和動作電位發生的原因。通過學習，筆者借助示意圖要求學生分析并構建模型來表述不同情境下電位改變情況及興奮傳導的方向。

【教師活動】展示靜息電位的示意圖（如圖2），用問題驅動學生思考并構建相關模型。

圖2

【設問】分別刺激A 點或C 點時，請用頭的搖擺來表示電表指針的偏轉方向并分析原因。

【活動提示】伸展的雙臂代表神經纖維，左手代表電表A 側，右手代表電表C 側，頭代表安放在神經纖維外表面的電表的指針，即B。

【學生活動】回顧靜息狀態下的電位情況和受到刺激后膜內、外離子的移動情況來分析電位變化、電表指針的變化，然后用頭和兩只胳膊來構建肢體模型。目的是加深學生對“神經沖動以電信號的形式在神經纖維上傳導”的理解。

【教師檢測的標準】刺激左邊A 點時，頭（即電表指針）的偏轉方向為向左→回正→向右→回正；刺激右邊C 點時，頭（即電表指針）的偏轉方向為向右→回正→向左→回正，原因分析略。

三、綜合判斷興奮傳導和傳遞方向并完成模型構建

在學生能熟練構建興奮傳導的肢體模型后，筆者再借助難度更大的示意圖，要求學生分析、回答問題，并按自己的思路來構建肢體模型。

【教師活動】①展示示意圖，設置問題；②要求學生自己分析、判斷后構建肢體模型，并用圖中的字母和箭頭來表示興奮傳導或傳遞的方向；③教師觀察學生在分析、構建過程中遇到的困難和錯誤并進行輔導。

【學生活動】先獨立分析相應的問題并按自己的思路來構建肢體模型，隨后與其他同學進行探討交流。

圖3

圖4

【問題1】如電表兩端均連接在膜外，分別刺激A、B 兩點，神經沖動的傳導方向如何變化？電表指針會如何偏轉，為什么？

【檢測標準】刺激圖3A 點時，神經沖動的傳導方向從A →B，電表會發生方向相反的兩次偏轉，具體為向左→回正→向右→回正；刺激圖3B 點時，神經沖動的傳導方向從B →A，電表會發生方向相反的兩次偏轉，具體為向右→回正→向左→回正，原因略。

刺激圖4A 點時，神經沖動沿A →B 的方向傳遞，電表會發生方向相反的兩次偏轉，具體為向左→回正→向右→回正；刺激圖4B 點時，神經沖動只能傳導至B 點所在的細胞體及樹突，不能傳遞至A 點，電表只會發生一次偏轉，具體為向右→回正，原因略。

【問題2】若電表兩端均連接在膜內，分別刺激A、B 兩點，神經沖動的傳導方向如何變化？電表指針會如何偏轉，為什么？

【檢測標準】刺激圖3A 點時，神經沖動的傳導方向從A →B，電表會發生方向相反的兩次偏轉，具體為向右→回正→向左→回正；刺激圖3B 點時，神經沖動的傳導方向從B →A，電表會發生方向相反的兩次偏轉，具體為向左→回正→向右→回正，原因略。

刺激圖4A 點時，神經沖動的傳導方向從A →B，電表會發生方向相反的兩次偏轉，具體為向右→回正→向左→回正；刺激圖4B 點時，神經沖動只能傳導至B 點所在的細胞體及樹突，不能傳遞至A 點，電表只會發生一次偏轉，具體為向左→回正，原因略。

【問題3】若近A 端的電表接線柱連接在膜外，近B端的電表接線柱連接在膜內，電表指針方向如何變化？分別刺激A、B 兩點，神經沖動的傳導方向如何變化？電表指針會如何偏轉，為什么？

【檢測標準】圖3、圖4 的電表初始狀態均為偏向右側；刺激圖3A 點時，神經沖動的傳導方向從A →B,電表會發生兩次方向相同的偏轉，具體為回正→向右→回正→向右；刺激圖3B 點時，神經沖動的傳導方向從B →A，電表會發生兩次方向相同的偏轉，具體為回正→向右→回正→向右，原因略。

刺激圖4A 點時，神經沖動的傳導方向從A →B，電表會發生兩次方向相同的偏轉，具體為回正→向右→回正→向右；刺激圖4B 點時，神經沖動只能傳導至B 點所在的細胞體，不能傳遞至A 點，電表只會發生一次偏轉，具體為回正→向右，原因略。

【問題4】若近A 端的電表接線柱連接在膜內，近B端接線柱連接在膜外，電表指針方向如何變化？分別刺激A、B 兩點，神經沖動的傳導方向如何變化？電表指針會如何偏轉，為什么？

【檢測標準】圖3、圖4 的電表初始狀態均為偏向左側；刺激圖3A 點時，神經沖動的傳導方向從A →B,電表會發生兩次方向相同的偏轉，具體為回正→向左→回正→向左；刺激圖3B 點時，神經沖動的傳導方向從B →A，電表會發生兩次方向相同的偏轉，具體為回正→向左→回正→向左，原因略。

刺激圖4A 點時，神經沖動的傳導方向從A →B，電表會發生兩次方向相同的偏轉，具體為回正→向左→回正→向左；刺激圖4B 點時，神經沖動只能傳導至B 點所在的細胞體，不能傳遞至A 點，電表只會發生一次偏轉，具體為回正→向左，原因略。

【活動目標】檢測學生對“興奮在神經纖維上的傳導和傳遞”知識的理解能力及綜合運用能力。

四、可視化教學效果的檢測

學生學會構建不同假設條件下的肢體模型后，需要用相關試題來檢測學生能否把構建模型時的思維方式用在解題過程中，這是可視化教學的落腳點，需要教師根據具體情況來選擇試題，所選試題要有代表性，難度需要逐漸加深，這樣才能檢測出學生的思維層次。

【例1】神經細胞在靜息時具有靜息電位，受到適宜刺激時可迅速產生能傳導的動作電位，這兩種電位可通過儀器測量。下列示意圖為正確測量神經纖維靜息電位的是（ ）

A.A 和B B.A 和C C.B 和D D.C 和D

【答案】B

【試題分析】該題屬于中等難度的試題，但對于熟悉肢體模型的學生來說，抓住靜息電位為“外正內負”這一關鍵信息，要檢測出靜息電位，則需要將電流表兩端分別連在膜內和膜外即可快速、準確地得出答案。

【例2】在神經系統的參與下，人體或動物體會對外界環境變化作出規律性應答。圖5 為神經元之間的聯絡及部分放大示意圖。請回答下列相關問題：

圖5

（1）圖5 中神經元A、B 和C 之間形成的突觸共__________ 個，該結構信號轉換情況為______________________________________。

（2）圖5 中信號分子指的是___________，該信號分子能引起后一個神經元____________，釋放過程可體現生物膜具有的結構特點是_____________________。

（3）若已知信號分子均為興奮型，利用M 和N 兩個實驗位點及自選實驗器材來完成以下兩個問題（簡要寫出設計思路即可）：

①驗證各神經元釋放的信號分子均為興奮型；

②驗證興奮在突觸位置的傳遞具有單向性。

【答案】（1）3 電信號→化學信號→電信號（2）神經遞質 興奮或抑制 具有一定的流動性（3）①用適宜刺激刺激N 點一次，利用電表檢測M 點會出現多次膜電位的變化 ②用適宜刺激刺激N 點，利用電表檢測M 點有膜電位變化；用適宜刺激刺激M 點，利用電表檢測N 點無膜電位變化

【難點點撥】該題的難點為（1）問和（3）問。（1）圖5中突觸的數目可模仿圖1 進行模型構建，即A →B、B →C、C →B 均有軸突與樹突或細胞體的連接，存在3 個突觸；（3）由于圖5 中3 個神經元的環接致使出現3 個突觸，要檢測突觸釋放的神經遞質是興奮型還是抑制型，需要檢測是否出現電位變化，因此，自選器材為電表；若突觸處釋放的神經遞質為興奮型的，刺激N 點一次，興奮可由神經元A 傳至神經元B 的M 處，也可經神經元B 傳至神經元C，再次作用于神經元B 再到M 處，因此需將電表安放在M 點，然后刺激N 點一次，檢測M 點電位變化次數。①問借鑒模型構建中判斷興奮的傳導和傳遞方向的思路即可解決；要驗證興奮在突觸位置的傳遞具有單向性，則需要安裝兩個電表，一個在N 點位置，一個在M 點位置，然后刺激N 點，觀察M 點處的電表的變化；刺激M 點，觀察N 點處電表的變化。結果為只有刺激N 點時，M 點出現電位變化才能說明興奮在突觸處的傳遞具有單向性，用可視化教學的第三層次：綜合判斷興奮傳導和傳遞方向并完成模型構建，即可解決②問。

五、課堂設計的亮點

該課的設計靈感來自學生，加上筆者自己對該知識點的理解，不經意間創造出來這樣一節類似活動課的理論教學課。在教師言語的引導下，學生在自己的手臂上指指戳戳，口中念念有詞，在不知不覺中，由淺到深地完成了該節課的學習，不僅理解了興奮的產生，還模擬了興奮在神經纖維上的傳導以及興奮在神經元間的傳遞，把難以理解的知識具體化、形象化，學生的學習效果比教師單純地使用課件展示或者是講授要好得多。且筆者發現學生再遇到分析興奮的產生、傳導或傳遞問題的試題時，就能輕松解答。這節課的亮點可以總結如下：

1.可操作性強

由于利用的素材是學生的肢體，全體學生均能夠做到全程參與，學生學習的積極性強，課堂氛圍活躍。此外，學生可在短時間內多次重復不同的刺激，比起畫圖或課件展示，靈活性高，且不同學生構建過程中因刺激點不同，電表所在的位置不同，實驗結果自然不同，這樣不僅提高了學生分析問題的能力，教師還可根據學生手指刺激點及頭的相應擺動方向來判斷學生的模型構建是否正確，讓學習效果的檢測變得十分簡單，學生的錯誤能被及時發現并得到糾正，對于個別基礎較薄弱的學生，教師有充足的時間在課堂上完成輔導，這會提高一節課的效率。

2.學習過程符合學生的認知規律，能夠促進學生思維能力的發展

該教學過程從認識神經調節的結構基礎開始，到領悟興奮的傳導和傳遞，層層遞進，充分利用學生的肢體把微觀、抽象的“興奮的傳導和傳遞”的相關知識直觀地展示出來，肢體構建結束后再用簡圖來總結相關知識，這樣的設計有利于學生對學習內容的理解和消化，符合學生的認知規律。最后用實驗設計來檢測學生對知識的理解是否到位，進一步促進學生科學思維能力的提升，增強學生解決問題的能力。

3.使教師對學生學習過程及結果的監測變得可視化

該課教學中，學生在構建興奮的傳導和傳遞的物理模型過程中就可把他們的思維過程展現出來，使得學生的學習過程及學習效果變得可視化。因為學生利用肢體進行比劃和搖擺，活動十分明顯，教師可通過觀察學生肢體的變化情況來判斷學生對所學知識的理解程度，發現錯誤可讓學生相互糾錯，這樣既有利于糾正學生存在的問題，也可以讓其他學生積累相關經驗。而教師輔導有序地穿插進課堂，也保證了課堂的效率和效果。

4.可增大課堂容量

把學習難點轉化成有趣點后，學生在一節課內就可完成興奮在神經纖維上的傳導和興奮在神經元之間的傳遞的學習，學會分析電表的偏轉方向，該堂課的設計使得課堂容量增大。還因每個學生都參與課堂活動，在相互協作、互為指導的情況下完成了合作學習，在無形中發展了學生的思維能力，輕松領悟難點知識的同時還讓學生體驗到了學習的愉悅感。此外，通過模型構建活動還可讓學生感知神經調節的奇妙。

該課型的設計能把學習難點轉化成有趣點，符合學生對知識的認知規律，由于利用的素材是學生的肢體，全體學生均能全程參與，學習的積極性高，課堂氛圍活躍。與畫圖或課件展示相比較，肢體模型構建的靈活性高，速度快，學生可在有限的時間內完成多次不同刺激點的模擬，無形中提高了學生分析問題的能力。此外，教師通過觀察學生構建模型的情況來判斷學生思維能力的發展情況，這讓學生學習結果的檢測變得更快捷。綜上所述，筆者認為這樣的課堂教學很實用，是一線教師追求的實效課堂。