王 翔 （華東政法大學(xué)附屬中學(xué) 上海 200052）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （2017年版）》在“教學(xué)建議”中提出要“注意學(xué)科間的聯(lián)系”，并作了進(jìn)一步說(shuō)明：“加強(qiáng)學(xué)科間的橫向聯(lián)系，有利于學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)的思想方法和跨學(xué)科的科學(xué)概念和過(guò)程，這將有利于學(xué)生建立科學(xué)的生命觀，逐步形成正確的世界觀，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”［1］。

滬科版高中《生命科學(xué)》第5 章第2 節(jié)中的“神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)”與高中《化學(xué)》第4 章第2 節(jié)中的“銅-鋅原電池及原理”都安排在高一年級(jí)第1學(xué)期學(xué)習(xí)。為幫助學(xué)生理解生物電的本質(zhì)，并建立相關(guān)的生命觀念，筆者在“神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)”的復(fù)習(xí)課中，嘗試將二者相聯(lián)系進(jìn)行教學(xué)。

1 直觀引入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

上課伊始，教師利用PPT 出示生物電與化學(xué)電源的測(cè)量圖示（圖1、圖2）。

圖1 生物膜電位（神經(jīng)電位測(cè)量）［2］

圖2 化學(xué)電源（銅-鋅原電池）［3］

學(xué)生觀察后很容易回憶：圖1是用電壓表測(cè)量（神經(jīng)）細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差，靜息時(shí)內(nèi)、外差值大約為－70 mV；圖2為化學(xué)電源（銅－鋅原電池），用靈敏電流計(jì)測(cè)量?jī)蓸O之間的電流，電流大小與極板面積、酸液濃度有關(guān)。同時(shí)，學(xué)生也感困惑：為何將生命科學(xué)中的圖與化學(xué)中的圖擺在一起？難道這2幅圖中的“電”有聯(lián)系？此時(shí)，教師提問(wèn)：圖1是生物電，圖2是非生物電，它們究竟有何區(qū)別？

2 根據(jù)要求，對(duì)應(yīng)復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)

教師要求學(xué)生從產(chǎn)生條件、形成原理、電能來(lái)源、傳導(dǎo)過(guò)程4 個(gè)方面對(duì)化學(xué)電源與生物電的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行回顧。學(xué)生歸納出以下知識(shí)。

2.1 產(chǎn)生條件

1）化學(xué)電源產(chǎn)生的條件是，有能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)，有活潑性不同的2 種材料作為電極材料，且陰極、陽(yáng)極、電解質(zhì)溶液應(yīng)構(gòu)成一個(gè)閉合電路。

2）生物電產(chǎn)生的條件是，生活在正常環(huán)境下的完整細(xì)胞。

2.2 形成原理

生物電是由于Na+、K+在細(xì)胞膜兩側(cè)分布不均衡（在ATP 供能下，由鈉泵維持的），以及膜在不同情況下對(duì)Na+、K+的通透性發(fā)生改變所造成的 （通道蛋白質(zhì)狀態(tài)改變）。靜息電位產(chǎn)生的主要原因是細(xì)胞內(nèi)K+高濃度和靜息時(shí)膜主要對(duì)K+有通透性，K+外漏導(dǎo)致膜電位為內(nèi)負(fù)、外正。動(dòng)作電位產(chǎn)生的主要原因是，刺激時(shí)，Na+、K+的通透性發(fā)生變化，Na+大量?jī)?nèi)流，導(dǎo)致膜電位為內(nèi)正、外負(fù)。

2.3 電能來(lái)源

1）在化學(xué)電源中，由于在鋅、銅2 個(gè)電極上不斷發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，一極不斷失去電子，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)不斷流向另一極，形成電流?？梢?jiàn)，化學(xué)電源中的電能是由化學(xué)能轉(zhuǎn)變而來(lái)。

2）生物電是在細(xì)胞膜兩側(cè)Na+、K+分布不均衡的情況下所形成的，而Na+、K+在膜兩側(cè)分布不均衡需要ATP 供能由鈉泵維持，ATP 的能量來(lái)自于細(xì)胞中有機(jī)物的氧化分解?？梢?jiàn)，生物電的能量也是由化學(xué)能轉(zhuǎn)變而來(lái)的。

2.4 傳導(dǎo)過(guò)程

1）化學(xué)電源中，電流沿導(dǎo)線(xiàn)的傳導(dǎo)，從正極流向負(fù)極。電流是以電場(chǎng)的方式傳遞的，其速度就是光速。

2）生物電的傳導(dǎo)不是指電流從膜內(nèi)至膜外或從膜外至膜內(nèi)。此外，靜息電位是不能傳導(dǎo)的。生物電的傳導(dǎo)是指動(dòng)作電位在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)。神經(jīng)纖維受刺激部位形成動(dòng)作電位（產(chǎn)生興奮），膜電位為外負(fù)、內(nèi)正。鄰近的未興奮部位膜電位是外正、內(nèi)負(fù)。這樣，在膜外電流由未興奮部位流向興奮部位，在膜內(nèi)則由興奮部位流向未興奮部位，從而形成了局部電流回路。這種局部電流又刺激相鄰的未興奮部位發(fā)生上述同樣的電位變化，又產(chǎn)生局部電流。如此循環(huán)，興奮不斷地向前傳導(dǎo)，而已興奮的部位又不斷地依次恢復(fù)原先的電位。有髓（神經(jīng)）纖維傳導(dǎo)速度可達(dá)100 m／s。

3 通過(guò)比較，提煉有關(guān)生命觀念

3.1 從產(chǎn)生條件分析 化學(xué)電源形成于“陰極—陽(yáng)極—電解質(zhì)”這個(gè)閉合的系統(tǒng)中，與外界幾乎沒(méi)有聯(lián)系，系統(tǒng)內(nèi)的成分無(wú)法更新，反應(yīng)物一旦用完，化學(xué)電源即立即終止。而生物電產(chǎn)生于細(xì)胞，細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位，是最基本的生命系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)與外界環(huán)境之間進(jìn)行著物質(zhì)、能量和信息的交換，具有一定的開(kāi)放性［4］。正因?yàn)榧?xì)胞這個(gè)系統(tǒng)具有開(kāi)放性，細(xì)胞內(nèi)的成分可不斷地自我更新，生物電能隨細(xì)胞的生存而持續(xù)。（結(jié)構(gòu)與功能觀）

3.2 從形成原理分析 化學(xué)電源的形成依賴(lài)于有電子得失的氧化還原反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是無(wú)機(jī)物，沒(méi)有有機(jī)物參與。而生物電的形成依賴(lài)于細(xì)胞中的鈉泵、Na+、K+的通道蛋白、ATP 水解酶等蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)是生命的特有物質(zhì)，是生命活動(dòng)的承擔(dān)者。（結(jié)構(gòu)與功能觀）

3.3 從電能來(lái)源分析 化學(xué)電源的能量直接由化學(xué)能轉(zhuǎn)變而來(lái)。而生物電的能量直接來(lái)自細(xì)胞中的ATP，ATP 是生命系統(tǒng)中的能量通貨，ATP 中的能量來(lái)自細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物的氧化分解。（物質(zhì)與能量觀）

3.4 從傳導(dǎo)過(guò)程分析 化學(xué)電源中電流沿導(dǎo)線(xiàn)的傳導(dǎo)，只要閉合開(kāi)關(guān)，就以光速度傳導(dǎo)，無(wú)法控制。生物電在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)速度是受細(xì)胞自身控制的，因?yàn)椴煌?lèi)型的神經(jīng)纖維傳導(dǎo)興奮的速度可因直徑大小、髓鞘有無(wú)及髓鞘厚度不同而有很大差別［5］。有髓鞘神經(jīng)纖維及其跳躍式傳導(dǎo)是生物進(jìn)化的產(chǎn)物［5］，這種傳導(dǎo)的速度較無(wú)髓鞘纖維快約50 倍，對(duì)于機(jī)體對(duì)內(nèi)、外環(huán)境的變化能迅速作出反應(yīng)具有重要的生物學(xué)意義［6］。（穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀）

4 教后反思

1）這節(jié)課通過(guò)比較生物電與非生物電，建立相關(guān)生命觀念，學(xué)生易理解、易內(nèi)化。

2）進(jìn)行“學(xué)科間的聯(lián)系”教學(xué)，有利于學(xué)生構(gòu)建跨學(xué)科知識(shí)體系。對(duì)于“電”這一概念，生命科學(xué)中有“生物電”，化學(xué)中有“化學(xué)電源”，將二者加以聯(lián)系，有利于學(xué)生構(gòu)建有關(guān)“電”的整體知識(shí)。

3）除“電”外，生物與非生物中還有很多共有的現(xiàn)象，例如，“有機(jī)物的燃燒”“通過(guò)透鏡成像”等。

4）生物學(xué)教師進(jìn)行“學(xué)科間的聯(lián)系”教學(xué)，就要對(duì)原先學(xué)習(xí)過(guò)的其他學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)，同時(shí)向相關(guān)學(xué)科教師請(qǐng)教，提高自身其他學(xué)科的知識(shí)水平。