馬斌

[摘要]電位差的測量及電位差曲線的形成原因，測量過程中靈敏電流計偏轉方向與電位差曲線之間的關系是高中生物《通過神經系統(tǒng)的調節(jié)》一節(jié)的難點，也是近幾年高考生物試題涉及最多的高頻考點。基于此，分析人教版生物教材中的插圖“神經表面電位差的實驗示意圖”的知識背景、電位差圖像成因、相關知識的拓展和深化等方面，以幫助學生撥開迷霧，突破難點，提高學習和備考效率。

[關鍵詞]插圖;電位差;靈敏電流計;神經纖維

[中圖分類號] G633.91

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）14-0079-02

高中生物教材中有著豐富的可用于輔助教學的各種插圖，每一種插圖都承載了特定的教學信息，有些信息是明面上的，要求學生通過識圖或思考插圖后的“思考與討論”內容掌握插圖所包含的知識點以及能力要求;但也有一些信息是隱含信息，對圖像的成因、背景知識交代得很模糊。它們的出現，按編者的原意，只是用來說明某一個方面的問題，但它們卻成為近幾年高考命題的熱門素材，像這樣一些插圖，一旦以原型或變化后的模式圖出現在試題中，可涉及的知識點、可考查的角度都大大超出了編者的設計意圖。這就要求教師在平時的授課中要多加關注圖形素材，并對其進行深入挖掘與分析，以幫助學生充分理解和掌握課本內容，提高學生分析問題和解決問題的能力，真正提高學生的生物科學素養(yǎng)。

例如，人教版生物必修3《通過神經系統(tǒng)的調節(jié)》一節(jié)的插圖“神經表面電位差的實驗示意圖”如圖1所示。

該插圖直觀表明，當神經纖維上的某一點受到適宜刺激時，可通過靈敏電流計指針的偏轉情況來反映神經纖維上興奮的傳導過程。分析插圖信息可知，靈敏電流計的指針的偏轉方向與神經纖維上電流計兩電極之間的電流方向一致。因此，學生也習慣性地接受：靈敏電流計的指針偏轉方向總是和兩電極之間的電流方向一致。但是，若要將該插圖進一步挖掘和變式來進行考查，如將通過靈敏電流計指針的偏轉情況來反映神經纖維上興奮的傳導情況的問題，轉化為考查相同情景下隨時間變化神經纖維上電流計兩極之間電勢差曲線的變化問題時，就會發(fā)現，神經纖維上電流的方向居然常常和電流計指針的偏轉方向相反。這是怎么回事呢？難道教材插圖信息有誤？當然不是，容筆者從以下幾個方面加以論述和解析。

一、插圖后的知識背景

該插圖信息的獲得涉及了一個學生不熟悉的靈敏電流計的使用問題（如圖2）。

使用靈敏電流計不但可測量神經纖維上電流的方向，還能測量神經纖維的同一點的膜內處或神經纖維上膜外不同點及膜內不同點之間的電位差的變化;而電流的方向與靈敏電流計指針偏轉方向之間的關系則與電流計被接人的情況有關。當用靈敏電流計檢測受到刺激時神經纖維上同一側不同點的電勢差時（屬弱電流），可以直接將靈敏電流計串聯(lián)入被測電路，靈敏電流計指針是否偏轉以及指針的偏轉方向則取決于電路中是否有電流通過以及電流流入電流計時的情況。如果電路中有電流從電流計的“+”接線柱流向“—”接線柱，則指針向有偏轉;如果電路中有電流從電流計的“—”接線柱流向“+”接線柱，則指針向左偏轉。簡而言之，二者之間的關系可以概括為：“從哪里流入就向哪里偏轉。”

二、電位差圖像成因

綜上所述，若教師在講解興奮在神經纖維上的傳導問題時，就神經表面電位差測量過程中涉及的靈敏電流計的使用、測量方法稍加拓展，或者能出示簡單的測量圖解，學生就自然能理解教材插圖所示的測量結果，甚至還能將其轉換成相同情景下神經纖維上電流計兩極之間電位差隨時間變化的曲線圖。

靈敏電流計的原理和使用方法，上文已有論述，結論是：神經纖維上電流方向與靈敏電流計指針的偏轉情況是否一致，完全取決于靈敏電流計被接入電路的情況，也就是完全取決于采取的測量方法。因此，在研究興奮在神經纖維上的傳導過程時，若將靈敏電流計的兩電極均置于神經纖維膜的外側，連接方法如圖3所示，則可在靜息狀或給予適宜刺激時，通過觀察靈敏電流計的指針偏轉情況，得到興奮在神經纖維傳導時電流的流動方向以及兩點間電位（勢）差隨時間的變化情況，如圖1所示（即教材插圖）。教材插圖所隱含的信息就可以被揭曉，同時還可從教材插圖著手，變式并獲得該過程中的電位差變化曲線圖，如圖4所示。

三、相關知識的拓展和深化

明白了上述原理，有關興奮在神經纖維或神經細胞間的傳遞過程就均可使用靈敏電流計進行測量，測量的范圍和方法常被拓展和深化，而這種拓展和深化則成為近幾年高考命題的熱點，自然也就成了學生學習的重點。比如，當我們把靈敏電流計的兩電極分別置于神經纖維同一點（或不同點）的膜的內外側時，就可獲得由靜息電位產生動作電位再恢復到靜息電位的全過程中電位差隨時間變化的曲線圖，該過程中測量方法和測量結果可分別用如圖5和圖6表示。其他類型的深化與拓展情況與之大體相似，不再贅述。

總之，教師應該高度重視教材中的各類圖形素材，善于深入挖掘和分析其中隱含的各種教學信息，并進行相應拓展，幫助學生突破學習難點，提高學生的學習效率。

（責任編輯 黃春香）

[基金項目]本文系2017年甘肅省高中教育省級立項課題“高中生物圖示教學研究”（課題立項號：GS[2017]GHBl548）的研究成果。