“通过神经系统的调节”（第1课时）的教学设计*

羊垂功 （广东省开平市开侨中学 广东开平 529300）

1 教材分析与设计思路

“通过神经系统的调节”是人教版高中生物学教材《稳态与环境》第2章第1节的内容，包括神经调节的基本方式（反射）和神经调节的结构基础（反射弧）、兴奋在神经纤维上的传导（第1课时），其在教材中主要起承上启下作用。它是在学习人体内环境和稳态的基础上，要求学生掌握的第1种调节方式，属于维持内环境稳态调节网络的延续和拓展，同时又为后续学习体液调节、神经调节与体液调节的关系、免疫调节奠定基础。学生在初中阶段已经学过反射、反射弧、神经元等知识，对神经调节的结构基础、神经调节的基本方式具有一定认知基础，通过 《分子与细胞》、《遗传与进化》2个模块的学习已经具备信息处理、实验分析、逻辑推理等能力基础，因此这部分内容主要采取递进式问题串与实验设计题相结合的教学策略，引领、启发学生思维，在强化学生对神经调节结构基础和神经调节基本方式理解的同时，强化学生信息处理、实验分析、逻辑推理等能力，深化对结构与功能相适应生物学观点的理解；兴奋在神经纤维上的传导既是本节教学重点又是教学难点，由于该内容抽象、复杂，若采用传统的“授一受式”教学，不利于促进学生思维的发展、调动学生学习的积极性，因此这部分内容主要以“探讨蛙坐骨神经实验现象→揭示蛙坐骨神经实验现象本质”教学方式为载体，引导学生历经发现问题、提出问题、解决问题过程，在深化学生分析解决问题、逻辑推理、综合分析等能力的同时，使学生对学科之间相互渗透有感性认识，从而理解唯物主义普遍联系的观点。

2 教学目标

1）知识目标：①概述神经调节的结构基础、神经调节的基本方式；②说明兴奋在神经纤维上的传导。

2）能力目标：①通过分析反射弧受损部位，提高实验分析能力、逻辑推理能力；②通过分析蛙坐骨神经实验，提高分析问题能力；③通过分析兴奋产生机理，提高逻辑推理能力、综合分析能力。

3）情感态度与价值观目标：①通过利用电学原理分析膜电位变化等，对学科之间相互渗透有感性认识，从而理解唯物主义普遍联系的观点；②培养实事求是的科学态度和不断探究的科学精神。

3 教学过程

3.1 整合章节绪言之间的逻辑关系，温故知新导入新课 利用本章节绪言与前一章内容存在的逻辑关系，创设递进式问题串：①内环境的组分有哪些？它们之间有怎样的关系？②组织细胞如何从外界环境获取物质与能量？③什么是内环境稳态？它有什么意义？为什么正常情况下人体内环境能处于一个相对稳定的状态？其原理是什么？引领、启发学生构建章与章知识之间内隐的逻辑关系（图1）。

图1 人生命活动调节问题串

归纳、总结，导入新课：正是机体的调节作用，各个器官、系统才能协调活动，维持内环境各种理化性质的相对稳定，细胞才能正常与外界环境进行物质交换、能量转换和信息传递，才能保证生命活动有序进行，机体如何通过调节作用以适应外界环境变化、维持内环境稳态［1］？这是第2章的核心内容。本节课学习人体调节网络中最重要的调节方式——“通过神经系统的调节”。

设置意图：在激发学生学习兴趣的同时促使他们产生新的认知需要，为学习后续内容奠定基础。

3.2 探讨神经调节的结构基础和反射 依据学生原有认知结构创设递进式问题串，引领、启发学生交流、讨论反射概念、神经调节的结构基础、神经元结构与功能关系、神经元与人或动物适应外界环境变化、维持内环境稳态的关系：①人和动物各器官、系统的协调活动，以及对外界环境作出各种反应主要是通过神经系统完成，神经调节的基本方式是什么？②什么是反射？其类型有哪些？请结合初中学习过的知识例举相关实例。③完成反射活动的结构基础是什么？反射弧包括哪些基本环节？请回顾初中学习的膝跳反射和缩手反射，并画出其反射弧简图。④神经元包括哪些结构？神经元中能够进行信号分析的结构在哪里？神经元有大量的树突、粗长的轴突对其功能有什么意义？神经元独特的结构对人或动物适应外界环境变化、维持内环境稳态有什么作用？

在小组派代表到黑板上画出反射弧简图、相互补充、完善以上问题答案的基础上，教师向学生渗透结构与功能相适应的生物学观点：正是神经元存在大量树突，才使其能够与其他神经元建立密切联系、才使其能够更加方便地接受来自于其他神经元的信号；当树突接受信号后其胞体先对相关信号进行分析、整合，再通过粗长的轴突将相关信号快速传导、传递至下一个神经元（神经系统具备感受、调节能力的细胞基础），才能使人或动物对外界环境各种刺激作出快速反应，才能使人或动物适应外界环境变化、维持内环境稳态，因此说神经元是神经系统的结构与功能单位。

教师结合学生在黑板上画出的反射弧简图，创设递进式问题串，引领、启发学生交流、探讨反射活动发生的基本条件：①刺激传入神经时，肌肉会收缩吗？这属于反射活动吗？这说明发生反射活动必须具备什么条件？②刺激传出神经或肌肉本身时，肌肉都会收缩吗？它们都属于反射活动吗？这说明发生反射活动必须具备什么条件？③将手放至蜡烛火焰上时，会发生缩手反射，但是若将手放至没有火焰的蜡烛上时，不会发生缩手反射，这说明发生反射活动必须具备什么条件？在各小组交流、讨论的基础上，师生共同归纳、总结反射活动发生的基本条件：1）必须要保持反射弧结构的完整性：由于实例①中没有中枢神经系统参与，不符合反射概念，所以它不属于反射；由于实例②中反射弧的结构不完整，所以它也不属于反射。实例①和实例②的相同点都是反射弧的结构不完整，区别仅是反射弧的基本环节到底缺少几个；为什么反射活动的发生必须保持反射弧结构的完整性？教师进一步拓展、辨析，以深化学生对反射与反射弧结构完整性、反射弧结构完整性与人或动物适应外界环境变化、维持内环境稳态关系的理解：对于人或动物来说，能够接受外界刺激的部位是感受器，当感受器受到外界环境的各种刺激时，会将产生的兴奋沿着完整的反射弧进行传导、传递才能抵达相应的效应器，才能使效应器产生针对特定刺激的反应，进而使人或动物适应外界环境的变化、维持内环境稳态，因此反射活动发生必须保持反射弧结构的完整性；2）外界环境给予的刺激必须要达到一定强度。

为强化学生学以致用和分析解决问题的能力，教师追问：如果某人缩手反射的传出神经受到损伤，感受器受到刺激后，人会发生缩手反射吗？会有感觉吗？如果损伤的是脊髓相应的中枢，人会发生缩手反射吗？会有感觉吗？在小组交流、讨论、补充、完善以上问题答案的基础上，教师进一步追问：如何确定反射弧损伤部位？展示实验题，以强化学生实验分析能力、逻辑推理能力、综合分析等能力。

例1：下图（图2）为某一反射弧结构示意图,已知某种毒素可以使肌肉不能收缩,但不知该毒素作用的具体部位,如果想探究该毒素的作用部位是 B（神经中枢）、D（为神经与肌细胞接头部位）、E（效应器）中的哪一个(假设该毒素只能使上述的一个部位中毒失效),某科研小组设计了以下探究实验,请完善下列探究内容。

图2

实验材料及其说明:电刺激仪1台,电流表（用电刺激Ⅰ与Ⅱ时，电流表可检测到A、C的电位变化）。

实验步骤、实验现象、实验结论如表1。

表1

参考答案：1）刺激Ⅰ时,A有电位变化,C无电位变化,E(屈肌)不收缩,刺激Ⅱ时,C有电位变化,E(屈肌)能收缩。

2）刺激Ⅰ时,A与C均有电位变化,E(屈肌)不收缩,刺激 E(屈肌)时,E(屈肌)能收缩。

3）刺激Ⅰ时,A与C均有电位变化,E(屈肌)不收缩,刺激 E(屈肌)时,E(屈肌)不收缩。

设置意图：通过揭示反射与反射弧、神经元与反射弧、神经元、反射弧与人或动物适应外界环境变化、维持内环境稳态之间内隐的逻辑关系，在深化学生对结构与功能相适应生物学观点理解的同时，强化分析解决问题能力、实验分析能力、逻辑推理等能力，为学习后续内容奠定能力基础。

3.3 探讨蛙坐骨神经实现现象 反射活动发生需要保持反射弧结构的完整性，而组成反射弧的神经元细胞之间必须建立联系才能使反射活动得以完成，而这种联系的建立离不开兴奋在一个神经元细胞上的传导与兴奋在2个神经元细胞之间的传递，兴奋怎么产生？以何种形式在轴突上传导？教师播放蛙坐骨神经实验视频动画；展示教材中的“神经表面电位差的实验示意图”；创设递进式问题串引领、启发学生交流、讨论：①蛙坐骨神经未受到刺激时，电流表指针没有发生偏转，这一实验现象说明什么？（说明蛙神经未受到刺激时，没有电流产生。）②当蛙坐骨神经左侧受到一定强度的外界刺激时，电流表指针发生了2次方向相反的偏转，这一实验现象说明什么？（说明蛙神经受到刺激时，产生了电流。）③什么是兴奋？通过分析该实验现象，你认为（神经组织、细胞）兴奋的本质是什么？④当蛙坐骨神经某侧受到一定强度的外界刺激时，电流表指针为什么会发生2次方向相反的偏转？请依据“神经表面电位差的实验示意图”尝试阐述自己的推测。

在学生交流、讨论的基础上，师生共同归纳、总结兴奋产生的原因及其传导机理：蛙坐骨神经未受到刺激时，由于无电位差的存在或电信号的出现，因此电流表指针未发生偏转；但蛙坐骨神经某侧受到一定强度的外界刺激时，在受刺激侧的表面与未受刺激侧的表面之间会出现短暂的电位差，而使电流表指针发生偏转，因此神经组织（细胞）兴奋的本质是：电位差的产生或电信号的出现；刺激先使神经膜内与膜外的电荷发生转变（膜内由负变为正，膜外由正变负）即产生兴奋，然后兴奋再以电信号的形式沿着神经纤维由受刺激部位传导至未受刺激部位，这种传导过程能使兴奋部位（膜外呈现负电荷）恢复至未兴奋状态（膜外呈现正电荷）、未兴奋部位（膜外呈现正电荷）转变为兴奋状态（膜外呈现负电荷），而使它们之间产生电位差，致使电流表指针偏转。即受刺激部位，由于产生兴奋而使其膜外出现负电荷，而未兴奋部位膜外依然保持正电荷，由于两者之间存在电位差，所以电流表指针发生第1次偏转；兴奋传导过程由于能使兴奋部位与未兴奋部位的膜外电荷逆转而使两者存在电位差，致使电流表指针发生第2次偏转。

3.4 探讨、归纳、总结兴奋传导基础知识 以上推测是否正确？假如正确，其产生、传导的机理怎样？请根据以下问题，阅读教材并交流、讨论：①神经纤维未受到刺激时膜内、外离子具有怎样的分布特点？神经纤维上电位表现怎样？呈现这种电位表现的原因是什么？②神经纤维某处受到刺激时膜电位怎么变化？发生这种变化的原因是什么？③兴奋在神经纤维上传导以什么形式进行？④若刺激点在神经纤维中段，兴奋在其上的传导具有什么特点？若刺激点在树突或胞体，兴奋在神经纤维上的传导又具有什么特点？⑤兴奋传导的方向是怎样的？兴奋产生时，神经纤维膜内、外电流方向与兴奋传导的方向具有怎样的关系？在小组交流、讨论、补充、完善以上问题答案的基础上，教师引导学生采用思维地图中的气泡图，进行知识归纳、总结并投影展示，最后师生共同补充、完善（图3）。

图3 兴奋在神经纤维上的传导基础知识

设置意图：使学生对兴奋产生、传导有粗略认知，为深入探讨、揭示兴奋传导这一抽象、复杂过程奠定认知基础。

3.5 揭示蛙坐骨神经实验现象的本质 教师播放神经冲动产生、传导视频动画，并结合视频动画解析静息状态时，膜内、外离子分布出现内负外正，受到刺激时，膜内、外离子分布出现内正外负的原因；再依据 “膜内电流方向与兴奋传导的方向相同、膜外电流方向与兴奋传导的方向相反”关系、以“静”→“动”→“静”过程为载体，采用“电荷转移的方法”解析黑板上的兴奋传导过程简图，以使学生明确：正是膜内电流方向与兴奋传导的方向相同、膜外电流方向与兴奋传导的方向相反，以及正电荷不断发生转移，才使兴奋在传导过程中，兴奋部位（内正外负）得以恢复成未兴奋状态（内负外正）；未兴奋部位（内负外正）得以转变成兴奋状态（内正外负），“电荷转移”的本质是什么？教师再从K+通道开启与Na+离子通道关闭的关系给予揭示，最后师生共同归纳、总结神经冲动产生、传导机理（图4）。

图4 神经冲动产生、传导机理

教师创设问题串，以深化学生学以致用能力、逻辑推理能力、综合分析等能力：①K+外流属于哪种运输方式？Na+内流属于哪种运输方式？依据K+外流的运输方式与Na+内流的运输方式，请分别推测Na+和K+膜内与膜外的浓度关系？（K+外流与Na+内流都属于协助扩散，依据其特点为顺浓度梯度，可以推测K+膜内浓度大于膜外浓度，Na+浓度则相反）；②由于K+外流、Na+内流必然导致膜内的K+浓度与膜外的Na+浓度逐渐降低，为维持静息状态时2种离子的正常分布，细胞采取了怎样的调节机制（请结合视频动画进行阐述）？你认为K+内流、Na+外流分别属于哪种运输方式？请阐述理由（请结合视频动画进行阐述）。（兴奋产生时由于有一部分Na+扩散至胞内、有一部分K+扩散至胞外而激活Na+-K+泵，Na+-K+泵再将内流的Na+泵出胞外，同时将胞外增多的K+泵进细胞内，以恢复静息状态时K+、Na+离子的正常分布，保持细胞正常兴奋性；由于K+外流、Na+内流都为逆浓度梯度、需要载体蛋白且消耗ATP，因此它们的运输方式都是主动运输。）

设置意图：从离子水平揭示神经调节机理，使学生更全面了解神经调节过程。

3.6 构建本节知识网络 教师引导学生采用思维地图中的括号图，构建本节知识网络，以完善、优化学生原有的认知结构（图5）。

图5 “通过神经系统的调节”的知识网络

4 教学反思

本节为笔者执教、展示的一节公开课，先通过创设递进式问题串，利用任务驱动法，激活学生原有知识体系，使学生在温故知新的同时激发学习兴趣、促进产生新的认知需要（神经调节是怎样调节的）；再以“神经调节离不开反射”→“反射离不开神经元独特的结构”→“反射离不开反射弧结构的完整性”→“反射离不开兴奋的传导”→“兴奋的传导离不开膜内、外特殊的电流流向”→“膜内、外特殊的电流流向离不开Na+、K+通道与Na+-K+泵的协调配合”为主线，逐层递进地引领、启发学生交流、讨论，在深化学生对神经调节的结构基础、细胞基础、离子基础的理解、深化对结构与功能相适应生物学观点的理解、领悟神经调节与机体适应外界环境变化、维持内环境稳态关系的同时，提高学生学以致用、分析解决问题、实验分析、逻辑推理、综合分析等能力，发展、提升了学生思维，避免了死记硬背知识的现象。例如，学生只要明确静息电位与K+外流密切相关、动作电位与Na+内流密切相关，且两者的运输方式都为协助扩散，即可推测出K+、Na+膜内、外的浓度关系，进而推测出K+内流、Na+外流的运输方式为主动运输，有效达成了本节的各项教学目标。

主要参考文献

［1］羊垂功.高中生物学教材中章节绪言的处理策略.生物学教学，2014，39（3）：24.

［2］钟琪,洪秀娟.基于核心概念分析的教学实践研究：以通过神经系统的调节为例.生物学通报，2013，48（12）：33.

［3］侯伟.静息电位和动作电位成的离子基础的教学.生物学通报，2012，47（9）：32.

［4］欣向红.通过神经系统的调节一节的备课阅读.生物学教学,2015，40（5）：58.

［5］羊垂功.思维地图类型及其在生物教学中的应用.中学生物学，2015，31（4）：8.

［6］刘本举.神经冲动的产生及传导教学分析与建议.生物学通报，2016，51（7）：23.