“通过神经系统的调节”一节的探究式教学设计

李 健

(江苏省南京师范大学附属中学树人学校 210036)

1 教材分析

“通过神经系统的调节”是人教版高中生物学教科书必修三《稳态和环境》第2章第1节的内容。该部分内容主要包括神经调节的结构基础、兴奋在神经纤维上的传导、兴奋在神经元之间的传递以及人脑的高级功能。其中兴奋在神经纤维上的传导和神经元之间的传递过程是本节课的重难点。鉴于课时限制，笔者选取前3部分作为本节课的授课内容。组织本节课时，笔者尝试设计情境、提供丰富的探究资料，引导学生通过自主探究的方式，在设计实验、分析实验的基础上推导实验结论，深刻理解知识、构建概念以及归纳和概括生物学基本规律。

2 教学目标

2.1 知识目标 概述兴奋在神经纤维上的传导以及在神经元之间的传递过程。

2.2 能力目标 学习实验方案设计、实验结果分析和实验结论推导。

2.3 情感态度与价值观目标 认同生命活动的物质性，养成理性思维的习惯。

3 教学过程

3.1 构建“兴奋”和“静息电位”的概念 教师要求学生自学反射弧相关知识，然后展示实验：在完整反射弧传入神经表面接上一个微型电表的正负极，刺激感受器，结果发现电表指针发生偏转，引出“兴奋”概念——动物或人体的某些组织如神经组织或细胞感受外界刺激后，由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。

教师提出：在没有刺激的情况下，神经元带电情况是怎样的呢？随后展示实验：将微型电表的正极接在神经元的外表面，负极接在神经元相应位置细胞膜内侧。结果发现，电表指针向负极偏转约70 mV。教师引出“静息电位”概念——未兴奋时，神经细胞膜内外电位表现为外正内负，称为静息电位。

设计意图：引导学生分析实验现象来构建新的概念。

3.2 探究兴奋在神经纤维上传导的过程 引导学生进行实验设计和分析实验，以合作和探究方式，探究静息电位和动作电位产生的原因，理解并概述兴奋在神经纤维上传导的过程，提升理性思维能力。

3.2.1 探究静息电位形成的原因 教师设疑：为什么在神经元细胞膜内外形成静息电位呢？回顾知识：细胞中大部分无机盐以离子形式存在，引导学生意识到静息电位的形成可能和体液中的离子有关。接着教师展示：某种哺乳动物神经元细胞膜外钠离子、钾离子、氯离子和钙离子浓度分别是145 μmol/L、3 μmol/L、120 μmol/L和1.2 μmol/L；膜内钠离子、钾离子、氯离子和钙离子浓度分别是18 μmol/L、140 μmol/L、7 μmol/L和0.1 μmol/L。教师提出：静息时，膜两侧的电位是外正内负，请问静息电位形成的原因可能是什么？根据问题能做出怎样的假设？

引导学生假设：钾离子或(和)钠离子外流或(和)氯离子的内流造成静息电位的形成。教师提供素材：细胞膜磷脂双分子层对离子不通透，但是如果细胞膜上存在离子通道，则在一定条件下离子可以跨膜流动。教师提出：根据素材，你能设计实验验证假设吗？教师将学生分成若干小组，每组4人。请学生尝试设计实验探究这一问题。

教师引导学生讨论，形成初步的实验方案。此后以小组为单位进行实验方案的展示和全班讨论，提出实验方案：分别取相同的神经元分成四组，第一组用氯离子通道抑制剂处理、第二组用钾离子通道抑制剂处理、第三组用钠离子通道抑制剂处理、第四组用等量生理盐水替代试剂作为空白对照。教师展示结果：第一组到第四组膜两侧静息电位变化分别从-70 mV变化为：-69.5 mV、几乎消失、-70 mV和约-70 mV。并设问：根据实验结果，你能得出什么结论？引导学生得出：静息电位主要是由钾离子外流造成的。

3.2.2 探究动作电位形成的原因 教师展示实验现象：在神经纤维表面一段距离左右方向上接上电表的负极和正极，在负极的左侧给予刺激，发现电表指针先向负极偏转，然后回复到电表刻度中央，再向正极偏转，最后回复到电表刻度中央。教师提出，在指针发生两次偏转的时刻，和正负电极接触的细胞膜表面带电情况是怎样的？引导学生知道：兴奋时，膜外电位为负电位。教师继续展示：将电表的正负两极分别置于细胞膜同一位置外侧和内侧，给神经纤维施加刺激，结果发现兴奋传到电极所接之处，电表的电位由-70 mV变为+30 mV再变为-70 mV。引导学生分析实验现象，认识到未兴奋部位转变为兴奋部位的实质：膜两侧电位由未兴奋时的外正内负变为兴奋时的内正外负，然后膜两侧电位又恢复到静息电位。

教师提出：兴奋时，膜电位变化的原因是什么呢？然后教师展示：兴奋时，随着膜两侧电位变化，细胞膜上钠离子通道电导增加，而钾离子通道电导几乎没有变化。教师提示：电导表示离子通道开放程度。再次设问：钠离子通道打开时，根据细胞膜内外离子的浓度差，推断钠离子的运动方向是怎样的？该推断能解释膜电位的变化吗？引导学生根据实验现象了解：刺激传导到兴奋位点时，钠离子内流导致膜电位由外正内负变为内正外负。并让学生概述出神经冲动在神经纤维上的传导过程。

设计意图：引导学生尝试在提供相关知识和素材的情况下，有效地进行知识迁移，设计实验方案、分析实验结果，共同对问题进行逐步探究解答来构建新的概念。

3.3 探究兴奋在神经元之间的传递过程 引导学生分析生理学上的经典实验，探究兴奋在神经元之间的传递过程，深入理解知识并提升思维能力。

3.3.1 构建“突触”概念 教师提出：兴奋如何由一个神经元传递给下一个神经元的呢？教师展示突触结构示意图，并适当拓展：神经和肌肉之间接头处的结构类似于神经元之间的结构，帮助学生构建“突触”概念。

3.3.2 探究兴奋在突触处的传递过程 教师展示实验现象：① 分离出两个蛙心甲和乙，甲带有神经元，乙不带有神经元；② 刺激甲蛙心神经元A，发现蛙心跳动加速；③ 立即取甲蛙心培养液放入乙蛙心培养液中，发现乙蛙心跳动加速，类似刺激了神经元A之后的反应。教师设疑：你能得出什么结论？引导学生通过分析实验现象得出：神经元通过分泌某种化学物质作用于心脏而非通过电信号。教师顺势引出“神经递质”的概念。

教师继续展示实验现象：刺激反射弧中的传出神经，在传入神经上检测不到电信号。教师提出：为什么兴奋在突触处的传递是单向的？引导学生认识到：兴奋在突触处的传递是单方向的。然后教师提供素材：① 给培养的神经元细胞提供带放射性的神经递质合成原料，发现放射性出现在突触小泡内；② 带放射性的神经递质注射到神经元之间，发现放射性主要出现在突触后膜；③ 某病人体内产生能结合在突触后膜上某种蛋白质的抗体，导致其肌肉收缩困难。教师提出：请推测兴奋如何由前一个神经元传递给下一个神经元？鼓励学生展开想象，进行小组讨论。接着教师请每个组派代表展示讨论结果。在此基础上，教师播放突触处兴奋传递的动画。

设计意图：引导学生分析实验结果和教师提供的素材，展开想象、推理和讨论，概述出兴奋在突触处的传递过程。

3.4 总结主干知识，及时反馈 引导学生对知识进行自主梳理，并针对重要知识点进行及时的反馈和总结。

4 教学反思

在本节课中，教师引导学生结合教材，在分析了大量的神经生理学实验资料的基础上，通过合作和探究的学习过程，尝试进行实验设计、分析实验结果，推导实验结论，逐步构建如动作电位、突触等重要概念，并尝试概述兴奋在神经纤维及神经元之间的传递过程，促进学生建立知识之间的有机联系，加深对知识的深入理解，提升多种理性思维能力和生物学素养。