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        基于科學思維和科學探究的“神經(jīng)調(diào)節(jié)”教學設計

        2022-05-30 22:13:40王小丹
        新課程·上旬 2022年10期
        關(guān)鍵詞:科學實驗學生

        王小丹

        神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式以及神經(jīng)沖動的產(chǎn)生和傳導是人教版新教材選擇性必修一《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》模塊中第二章“神經(jīng)調(diào)節(jié)”中的重要內(nèi)容。人體內(nèi)有一個巨大的神經(jīng)網(wǎng)絡,人體的一切生命活動都離不開神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制。本節(jié)課力求通過精心設計問題,將知識還原到科學史的研究背景中,引領(lǐng)學生進入科學探究的情境中。

        一、教學目標

        1.描述神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及其完整性。概述興奮在神經(jīng)纖維上的傳導過程及興奮在神經(jīng)元間的傳遞過程。

        2.通過分析科學家的實驗,培養(yǎng)科學思維,提高科學探究的能力;通過利用電學原理分析膜電位變化,提高學生學科之間相互滲透的遷移能力;用突觸的信號傳遞機制解釋一些問題,培養(yǎng)在真實情境下分析解決問題的能力以及擔當社會責任。

        3.隨著探索“興奮傳導”等思維活動的深入開展,培養(yǎng)學生探索生命本質(zhì)的科學精神,同時領(lǐng)會研究神經(jīng)生理的科學方法,領(lǐng)悟生命科學研究的價值。

        二、教學重點和難點

        興奮在神經(jīng)纖維上的傳導以及神經(jīng)元之間的傳遞。培養(yǎng)學生的社會責任。

        三、教學過程

        (一)創(chuàng)設情境,導入新課

        通過欣賞“亞洲飛人”蘇炳添2021年東京奧運會100米半決賽的精彩視頻,激發(fā)學生的學習興趣。教師再適時拋出問題:作為首個闖入奧運會男子100米決賽的亞洲人,他以9秒83的成績創(chuàng)造了歷史,刷新了亞洲紀錄??墒悄銈冎绬?,蘇炳添身高只有1米72,博爾特用41步能夠完成比賽,蘇炳添需要48步。100米的7步之差,這就意味著更快的步頻要求以及更多的關(guān)節(jié)阻力和體能消耗。大家回顧視頻,你覺得他能做出如此迅速的反應并完成如此協(xié)調(diào)的動作需要哪些系統(tǒng)的調(diào)節(jié)?什么系統(tǒng)在其中扮演了主要角色?從而及時將學生從感性層面引入對問題的理性思考。

        (二)反射、反射弧

        開展活動:體驗縮手反射。

        組織學生圍繞精心設計的問題展開討論:神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式是什么?含羞草被觸碰后會垂下葉子,草履蟲會向水中有糖分的一側(cè)移動,這是不是屬于反射呢?分析幾組有趣的現(xiàn)象,它們分別屬于哪類反射?并說出判斷的依據(jù)是什么?結(jié)合膝跳反射圖解說說反射活動所需要的結(jié)構(gòu)有哪些,進而總結(jié)反射弧的組成與功能。播放課件,引導學生觀察,并提示注意閃動部位代表的結(jié)構(gòu)。如果反射弧不完整,能完成反射嗎?若有完整的反射弧,就一定會發(fā)生反射嗎?構(gòu)成反射弧的傳入神經(jīng)和神經(jīng)中樞以及傳出神經(jīng)等都是由神經(jīng)元構(gòu)成的,神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能是怎樣的?

        對于反射、反射弧這部分內(nèi)容的處理,選擇以點帶面的方式,從一個縮手反射實例喚起學生的回憶。環(huán)節(jié)設計按照從整體到局部、從宏觀到微觀的原則,從神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式反射,到結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)反射弧,到神經(jīng)元,環(huán)環(huán)相扣,淡化了細枝末節(jié),有助于學生建立知識網(wǎng)絡,更培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)乃季S能力。

        (三)重視過渡,理解知識之間的內(nèi)在聯(lián)系

        學習本節(jié)內(nèi)容千萬不能將興奮的傳導與反射完成的過程脫離。神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式是反射,反射的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是反射弧,那么興奮在反射弧上如何傳導呢?學生很容易分析出來,既包括興奮在一個神經(jīng)元上的傳導,又包括興奮在神經(jīng)元之間的傳遞。從而使學生理解知識之間的內(nèi)在聯(lián)系,幫助學生形成特定的知識體系或架構(gòu)。這一過渡環(huán)節(jié),教師應特別注意語言的輕重緩急和抑揚頓挫,以集中學生的注意力,為突出重點、突破難點做好準備。

        (四)興奮在神經(jīng)纖維上的傳導

        生活中大家都有體會,當手被針扎產(chǎn)生縮手反射的速度比剛才課件演示的過程要快得多!教師再播放電刺激蛙的坐骨神經(jīng)腓腸肌標本的錄像,學生發(fā)現(xiàn)刺激神經(jīng),肌肉會立即收縮(坐骨神經(jīng)腓腸肌標本實際上是截取了反射弧的一部分)。用問題引導學生大膽猜想:聯(lián)系電、光的傳播等知識,你覺得興奮是以怎樣的一種形式如此快速地沿神經(jīng)傳導的?如何用簡單的實驗證明這是一種電現(xiàn)象?通過這樣的設計,力求培養(yǎng)學生敢于想象的科學精神,并引導學生如何運用已有的知識和相應的技術(shù)來證明自己的猜想。

        在學生實驗設計的基礎(chǔ)上,教師再次設疑:人的神經(jīng)纖維都很細,只有0.1mm,電極無法插入,做實驗很困難。該怎么解決這一問題呢?一石激起千層浪,學生討論熱烈,教師這時再補充介紹,早在1791年,意大利解剖學家伽伐尼發(fā)現(xiàn)興奮傳導實際上是一種生物電現(xiàn)象。但直到20世紀30年代英國科學家發(fā)現(xiàn)烏賊的巨大神經(jīng)纖維是實驗的理想材料,它粗大的軸突直徑可達1毫米,加之發(fā)明了微電極技術(shù),使測量電位差的微電極易于插入,才使得之前的實驗設計得以為開展實驗提供了方便。這樣設計,力求將知識還原到科學史的研究背景中去認識,再通過素材的補充介紹,讓學生深刻體會到科學的發(fā)展離不開實驗材料的選擇和實驗技術(shù)的進步,感受到科學研究的不易。

        接著,通過播放動畫,回顧科學家所做的實驗(PPT展示教材神經(jīng)表面電位差的實驗示意圖)。為什么會出現(xiàn)這樣的實驗現(xiàn)象呢?引導學生自主閱讀教材,思考以下問題:

        (1)神經(jīng)纖維在未受刺激時,細胞膜內(nèi)外的電位如何?當某一部位受到刺激以后,細胞膜內(nèi)外電位如何變化?

        (2)在神經(jīng)纖維上局部電流是如何形成的?

        (3)興奮是如何在神經(jīng)纖維上傳導的?

        播放膜電位產(chǎn)生的離子基礎(chǔ)的Flash,讓學生不但知其然,還知其所以然。引導學生自己動筆畫一畫:興奮傳導時,局部電流在膜內(nèi)外的流動方向是怎樣的?膜內(nèi)外的局部電流方向與神經(jīng)沖動的傳導方向關(guān)系如何?通過完整地演示興奮在神經(jīng)纖維上的傳導過程的Flash,領(lǐng)悟這一過程,鼓勵學生歸納,用自己的語言講述。

        (五)興奮在神經(jīng)元之間的傳遞

        當興奮傳導到神經(jīng)纖維的末梢時,又是怎樣到達下一個神經(jīng)元呢?還能以電信號的形式嗎?要研究這個問題,我們必須從哪里尋找答案?啟發(fā)學生想到要研究神經(jīng)元之間興奮的傳遞過程,必須弄清神經(jīng)元與神經(jīng)元相接觸部位的結(jié)構(gòu),這樣水到渠成地引出突觸的定義。

        首先觀察Flash上突觸的顯微結(jié)構(gòu),思考相鄰的兩個神經(jīng)元是怎樣連接起來的?教師展示自制的模型,再利用CAI的放大功能,展示突觸的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖,突觸是由哪三部分組成?教師通過追問,一定要學生弄清楚突觸前膜、突觸后膜分別是神經(jīng)元的哪部分結(jié)構(gòu),避免學生出現(xiàn)只見樹木不見森林。

        興奮還能以電信號的形式從突觸前膜傳到突觸后膜嗎?為什么?推測動作電位是如何跨過突觸間隙呢?突破這樣的重難點,不需要多講,需要引導學生多思,不憤不啟,不悱不發(fā),再用Flash演示這一過程,請學生說出興奮在神經(jīng)元之間的傳遞過程,教師補充、點評。

        根據(jù)學生的認知規(guī)律設置問題,環(huán)環(huán)相扣,對學生進行抽絲剝繭式的層層點撥:興奮在神經(jīng)元之間傳遞時發(fā)生了哪幾次信號形式的轉(zhuǎn)變?遞質(zhì)發(fā)生效應后,就被酶破壞而失活,或被移走而迅速停止作用(因此一次神經(jīng)沖動只能引起一次遞質(zhì)釋放,產(chǎn)生一次突觸后電位變化)。如果某種藥物可以阻止某種興奮性遞質(zhì)的分解,那該藥物的即時效應是什么?從而自然地過渡到介紹有機磷農(nóng)藥的中毒機理,學生興趣盎然。(將動畫仍定位在突觸的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖上)興奮能從突觸后膜傳到突觸前膜嗎?為什么?師生共同總結(jié)興奮在神經(jīng)元之間的傳遞特點:單向性。

        (六)歸納總結(jié),練習反饋

        下圖表示三個通過突觸連接的神經(jīng)元。現(xiàn)于箭頭處施加一強刺激,則能測到動作電位的位置有哪些?并填寫表格。

        (七)小組合作,課外探究

        (1)探究局部麻醉藥物的可能作用機理。(2)興奮劑和毒品等大多是通過突觸來起作用的。可卡因既是一種興奮劑,也是一種毒品,服用它為什么會使人上癮?你還知道哪些毒品?如果有人勸你吸食毒品,你會以怎樣的方式拒絕?你認為吸毒會對個人、家庭和社會造成哪些危害?

        四、教后反思

        神經(jīng)調(diào)節(jié)一章中“興奮的傳導”研究的是生命活動的本質(zhì)規(guī)律,微觀、抽象,難以理解,利用傳統(tǒng)的掛圖、板圖很難達到預期目的。因此本節(jié)課結(jié)合科學史實,精心設計問題串,以提升學生的科學思維能力,并且通過視頻、形象逼真的動畫,既有利于提高學生獲取信息的效率,又使教學內(nèi)容從靜態(tài)到動態(tài),從抽象到具體,充分體現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)和學科的整合。通過本節(jié)課的學習,學生能運用科學思維方法,分析解釋相關(guān)問題,懂得應該拒絕毒品,并能向他人宣傳毒品、濫用興奮劑等藥品的危害,提高了學生的社會責任感。

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