李小川 （南京師范大學附屬中學 江蘇南京 210003）

1 教材分析

高中《生物3：穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第2章“生物個體的穩(wěn)態(tài)”第2節(jié)內容包括“人體生命活動的神經調節(jié)”“人腦的高級功能”和“人體的體液調節(jié)”3個部分?！叭梭w生命活動的神經調節(jié)”第1課時主要介紹神經元的結構和功能，以及興奮在神經纖維上的傳導過程［1］。本課時內容抽象難懂，但又是學生學好本節(jié)內容的基石，因此制定讓學生容易接納的教學設計尤為重要。筆者通過展示科學家進行科學探究的過程，展現(xiàn)科學實驗所觀察到的現(xiàn)象，讓抽象的問題形象化，使學生的學習事半功倍。

2 學情分析

經過初中生物學內容的學習，學生已對神經調節(jié)過程有初步了解，可判斷哪些生命活動有神經系統(tǒng)的參與，但對神經調節(jié)具體過程和調節(jié)的機理缺乏認識；學生對必修1《分子與細胞》模塊第3章“細胞的結構和功能”中“細胞的結構”和“物質跨膜運輸?shù)姆绞健眱热莸膶W習，已為學習本節(jié)內容做好鋪墊；在學習本章第1節(jié)“人體內環(huán)境的穩(wěn)態(tài)”的過程中，學生對神經調節(jié)具體過程已產生諸多疑惑，這促使學生形成了學習本節(jié)的內驅力。教師在授課過程中通過問題設計，鼓勵學生發(fā)散思維，理性猜想；提供實驗材料，讓學生設計驗證性實驗，預測結果；展示科學家科學分析實驗現(xiàn)象的過程，讓學生感同身受，相信自己也能像科學家一樣思考，幫助學生形成科學思維的習慣。

3 教學目標

1）知識目標：說明神經元的結構和功能；概述興奮在神經纖維上傳導的過程。

2）能力目標：通過觀察科學史現(xiàn)象，預測實驗結論，提高學生理性思維能力；通過設計實驗驗證猜想，培養(yǎng)和加強學生科學實驗能力。

3）情感態(tài)度與價值觀目標：通過觀察實驗現(xiàn)象，預測實驗結果，設計實驗驗證，展示科學家猜想和驗證的過程，學生會發(fā)現(xiàn)自己有著與科學家相近的科學思維，從而激發(fā)學生投身科學的熱情；科學家在實驗中所表現(xiàn)出來的嚴謹而不放棄的科學精神，可以影響學生的一生。

4 教學重、難點

興奮在神經纖維上傳導的過程。

5 教學過程

5.1 創(chuàng)設情境，提出新課 利用多媒體播放網(wǎng)絡視頻《幸運哥》（快速躲避交通災害）。教師提問：看完視頻，大家覺得“幸運哥”面對突發(fā)情況反應如何？學生：反應快、身手敏捷…… 教師提問：這主要是身體的哪套系統(tǒng)參與調節(jié)的結果？學生答：神經系統(tǒng)。

教師引入：神經系統(tǒng)為什么能作出如此迅速的反應？引入學習人體神經系統(tǒng)參與生命活動調節(jié)（神經調節(jié)）的過程。

5.2 新課研學 教師用PPT展示本節(jié)課題：人體生命活動的神經調節(jié)，并提問：神經調節(jié)的基本結構單位和功能單位是什么？學生答：神經元。

教師展示神經元圖片，講解神經元結構（胞體、樹突、軸突）；解析神經元、神經纖維和神經三者之間的區(qū)別和聯(lián)系，并提問：有著這樣特殊結構的神經元具備怎樣的功能？請看科學家是怎樣一步步認知神經元的。

材料 1：1791年意大利解剖學家加伐尼（L.Galvani）偶然發(fā)現(xiàn)，如果將蛙腿的肌肉置于鐵板上再用銅鉤鉤住蛙的脊髓，當銅鉤與鐵板接觸時肌肉就會發(fā)生收縮［2］。

材料2：視頻播放“蛙的坐骨神經-腓腸肌刺激”演示實驗。

學生發(fā)現(xiàn)給予坐骨神經一定刺激后，肌肉會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。教師明確興奮概念（某些組織或細胞在接受刺激后，可由相對靜止狀態(tài)轉變?yōu)轱@著活躍狀態(tài)的過程）并提問：為什么刺激神經元肌肉組織會產生興奮？神經元上產生了什么？學生答：電流（電信號）。教師追問：怎樣驗證你的猜想？學生答：用電流表檢測。

材料3：1849年，德國生理學家雷蒙德（Reymond）在動物神經表面放置2個電極，連接到一個電表上。在神經一側的相應位置給予適當?shù)拇碳?，則電流表指針發(fā)生偏轉［3］。

學生觀看素材發(fā)現(xiàn)，原來自己的想法和偉大的科學家想法一樣，由此增加學習的熱情和動力。

教師提問：神經（元）上為什么會產生電流？請結合物理學知識分析可能的原因。學生交流討論，得出猜測結論：由于離子的移動造成。

材料3-1:雷蒙德提出：①所有不損傷的神經或肌肉都存在“靜息電位”,并設想這是由于神經或肌肉表面有秩序地排列著一層帶電粒子所致；②當神經或肌肉因受刺激作用而興奮時,由于帶電粒子的流動而使原先的靜息電位降低（零）。

看到上述材料，學生的學習會更加自信，為后續(xù)設計驗證性實驗鋪平道路。

教師追問：最可能是哪些離子的移動造成的？請根據(jù)所學知識大膽猜測。學生交流討論，教師根據(jù)學生交流情況給予引導。

在本章第1節(jié)“人體內環(huán)境的穩(wěn)態(tài)”的學習中，學生了解到：細胞內、外 Na+、K+分布不均，K+主要分布在細胞內液，Na+主要分布在細胞外液。因此很容易猜想到可能是Na+或 K+移動引起的。

材料3-2：1902年雷蒙德的學生伯恩斯坦（Bernstein）依據(jù)細胞損傷時電位較完好時低的事實，推測在靜息狀態(tài)情況下細胞膜內電位低于細胞膜外（外正內負）。

提問：最可能由哪個離子做什么方向的移動會造成膜外電位為正、膜內電位為負的情況？學生交流回答：（靜息狀態(tài)下電位差）是由K+外流引起。提問：能否用學過的生物學技術設計驗證性實驗？學生交流討論，教師做好引導。提示學生本實驗的目的是觀測物質的移動。學生很快會想到可用“同位素標記法”設計實驗。

材料4：河豚毒素對細胞膜上Na+通道有特異阻斷作用；四乙胺對細胞膜上K+通道有特異性阻斷作用。

教師請學生根據(jù)此資料信息設計實驗，預測實驗結果，并介紹20世紀50年代，英國生理學家霍奇金（Hodgkin）等人做的相關實驗。

本處的設置目的是讓學生學會用已學知識設計驗證性實驗，并預測實驗結果，培養(yǎng)學生理性思維和科學實驗的能力。展示科學家的驗證性實驗過程，讓學生切實感受到自己具備與科學家一樣的理性思維和科學實驗的能力。

教師總結：科學結論的獲得需要科學實驗的驗證。如果要檢測神經元上的興奮傳導過程，上述科學家的實驗還需要在實驗材料和實驗工具上做哪些改進？教師根據(jù)學生的交流情況加以提示和引導：當時雷蒙德測的是“神經”和“肌肉”。為什么不直接檢測單個的神經元？如果有單個的神經元，對檢測的電流表又有怎樣的要求？

學生交流討論，教師引導，總結歸納得出后續(xù)的實驗應在以下2個方面開展工作：①找到巨大的神經元；②發(fā)明更加靈敏的檢測工具。

教師展示素材［4］。

材料5：1936年英國解剖學家楊（J.Z.Young）找到了一個理想的試驗材料——槍烏賊的神經元。該神經元軸突直徑可達1 mm（一般脊椎動物軸突直徑最大不超過 0.02 mm）。

材料6：1939年英國生理學家霍奇金（Hodgkin）和赫胥黎(Huxley)用他們發(fā)明的微電極技術，測得槍烏賊神經細胞軸突膜兩側的靜息電位相差70 mV。更意外發(fā)現(xiàn)的是，在刺激時動作電位變化的幅度極大超過了零電位，達到了+30～50 mV（圖1、圖2）。

圖1

圖2

教師請學生分析，動作電位產生的可能原因。學生交流討論得出：Na+內流。

教師介紹英國生理學家霍奇金（Hodgkin）和卡茨（Katz）提出的“離子學說”：①靜息狀態(tài)：神經膜主要是由K+擴散出膜外形成“外正內負”的靜息電位；②興奮狀態(tài)：形成了“外負內正”的動作電位，是因為膜對Na+的通透性迅速增加，使膜外高濃度的 Na+進入膜內。

1976年，德國生物物理化學家埃爾溫·內爾（Erwin Neher）和伯特·薩克曼（Bert Sakmann）建立了膜片鉗技術，這是一種以記錄通過離子通道的離子電流，反映細胞膜單一的或多個的離子通道分子活動的技術。驗證了霍奇金和卡茨“離子學說”。

教師總結興奮在神經纖維上的傳導過程，見表1。

表1 興奮在神經纖維上的傳導過程

5.3 課堂小結 了解了神經元的結構，理解了興奮傳導過程，學生不禁感嘆人體結構的精妙和神經調節(jié)玄機的奧妙，也更加懂得生命的偉大，學會珍愛生命、熱愛生活。

6 自我評價

1）將記錄儀的2個電極分別放置在神經纖維膜外的a、c 2點，c點所在部位的膜已被損傷，其余部位均正常。圖3是刺激前、后的電位變化（圖中黑色區(qū)域為興奮部位，陰影區(qū)域為被損傷部位），以下說法不正確的是（ ）。

圖3

A.興奮的產生與膜對Na＋的通透性改變有關

B.被損傷部位c點的膜外電位為負電位

C.興奮傳到b點時記錄儀的指針將向左側偏轉

D.結果表明興奮在神經纖維上以電信號形式傳導

2）科學家在細胞外液滲透壓和鉀離子濃度相同的條件下，進行了含有不同鈉離子濃度的細胞外液對離體槍烏賊神經纖維電位變化影響的實驗，結果如圖4所示。下列相關說法正確的是（ ）。

圖4

A.Na＋和K＋進出神經細胞都是主動運輸方式

B.由圖中 3條曲線 a、b、c可知，細胞外液中Na＋濃度高低的關系是 a＜b＜c

C.由圖中3條曲線可知細胞外液中鈉離子濃度可以同時影響動作電位和靜息電位的峰值

D.若持續(xù)降低細胞外液中鈉離子的濃度，最終可能使離體槍烏賊神經纖維無法產生動作電位

7 教學反思

本節(jié)內容的教學設計主線通過科學史素材講述，鼓勵學生大膽猜測，再通過材料補充，讓學生合作探究，設計實驗驗證猜測。在教學過程中，將抽象難懂的知識點轉化為形象生動的科學實驗，激發(fā)學生的理性思維，鼓勵學生進行科學實驗探究。學生既掌握了神經元結構和功能的知識，也在一定程度上更加懂得了生命的偉大，從而鞏固了學生的生命觀念。從珍愛生命發(fā)展到勇于承擔更多的社會責任。