“兴奋在神经元之间的传递”一节的教学设计

马小娟 安 军

(北京市第101中学 100091)

1 教材分析与设计思路

“兴奋在神经元之间的传递”是人教版必修3“稳态与环境”模块第2章“动物和人体生命活动的调节”第1节“通过神经系统的调节”中的内容。高中生物课程标准对该模块的核心概念表述为：所有的生命系统都存在于一定的环境之中，在不断变化的环境条件下，依靠自我调节机制维持其稳态。该模块突出体现了“稳态与平衡观”的学科思想。第2章从个体水平上讨论了稳态维持机制，是“生命系统维持稳态”的重要组成。其中神经调节因其快速、精细、复杂的特点，成为动物体应对环境变化、维持稳态的重要方式。本节课承接“兴奋在神经纤维上的传导”，突触传递兴奋不仅是反射弧上的重要环节，同时也是学生理解神经系统的调节能够精细、准确的知识基础，有助于学生构建模块核心概念。在整体备课思路的指导下，教师依据必修3模块及第2章的核心概念设计本节课的重要概念，并以此设计核心问题；并为学生理解核心问题提供丰富的素材，以说明化学突触在反射弧中传递兴奋的过程、特点及对神经调节维持稳态的意义。本节课的重要概念：突触传递是兴奋沿反射弧传递的重要环节。神经元之间有复杂的突触联系，进而构成复杂的反射弧，这是神经系统对生命活动进行精细、准确调控的结构基础。本节课的核心问题：反射弧中的突触传递如何实现神经系统精细、复杂的调节？基于重要概念，教学重点是兴奋在神经元之间的传递过程，教学难点是突触传递对实现神经调节精细、复杂的作用。围绕学科思想和核心概念进行教学设计，通过科学史料分析建立突触概念，通过提供大量生物学事实，调动学生思考来获得概念，并传递知识背后体现出的学科思想及教育价值。

2 教学目标

2.1 知识目标 描述突触的结构，概述兴奋在神经元之间的传递过程，阐明突触对实现精细、复杂的神经调节的作用。

2.2 能力目标 联系化学药品对突触传递过程的影响，解释生活中与健康相关的问题。

2.3 情感态度与价值观目标 通过学习毒品成瘾的机理，运用突触与学习记忆的关系，指导健康生活。

3 教学过程

3.1 分析经典实验，建立突触和神经递质的概念 直接导入本课主题，要完成一次反射，就需要反射弧上神经元之间的相互交流。教师组织学生了解科学史上的相关研究。

经典实验：突触的发现和概念的提出 1897年，英国神经生理学家谢灵顿通过研究狗的屈腿反射，发现兴奋沿神经纤维传导的速度与其在反射弧上的传导速度不同[1]：前者约为40m/s，而在反射弧上的传导速度平均低于15m/s。通过对实验过程的观察和结果的思考，学生猜测反射弧传导的延迟发生在两个神经元的结点处，理解了谢灵顿提出“突触”这一术语的背景和意义。教师引导学生继续猜想：突触具体以什么方式在神经元之间传递兴奋？通过分析德国生理学家勒维(Loewi)的蛙心灌流实验，得出结论：突触通过释放化学物质来传递信息。

设计意图：通过经典实验，让学生了解突触和神经递质的提出过程，通过分析实验训练学生的理性思维；也让学生认识到生物学的基本概念多是在实验的基础上提出的。

3.2 阐明突触传递过程，了解突触传递对健康和行为的影响 了解了突触和神经递质发现的科学史后，神经递质作用的机制是什么？教师先展示电镜下的突触，说明突触和神经递质的结构关系，再播放动画演示突触传递兴奋的过程。引导学生思考问题：①神经递质与突触后膜上的受体结合后，为什么能够引发后一个神经元兴奋？其结构基础？②神经递质与突触后膜上的受体结合后的去向？该过程异常可能引发的结果？在问题②的基础上，补充神经毒气和有机磷农药可以抑制乙酰胆碱酯酶的活性，使乙酰胆碱积累，持续作用于突触后膜，使肌肉痉挛、强直或产生痉挛性麻痹，如果呼吸肌被麻痹则引起死亡。该实例说明神经元和肌肉之间的突触传递异常，对人类健康甚至生命的威胁。同时再补充脑突触传递信号(如多巴胺)受阻的图示(图1)，让学生分析吸毒为什么会成瘾？其本质是可卡因与多巴胺的转运蛋白结合，使多巴胺在突触中的停留时间延长，最终改变突触后膜上多巴胺受体的数量。

图1 可卡因与多巴胺的转运蛋白结合

设计意图：通过问题层层递进，引导学生思考过程背后的科学本质，建立“结构与功能一致”的生命观念，并指导学生健康生活，珍爱生命，远离毒品。

3.3 设置认知矛盾，比较化学突触和电突触的特点 教师提出问题：“快速”是神经调节的突出特点，为什么兴奋在神经元之间不通过电传导？化学突触“慢”的价值在哪？提供以下素材，教师引导学生分析化学突触的其他特点：①神经递质的类型：通过对膝跳反射路径的分析，引导学生发现一组肌肉收缩时另一组肌肉不收缩，才能完成反射活动，进一步分析出神经递质的不同类型(兴奋型递质、抑制型递质)。②化学突触的可塑性：图片展示人幼年(0～2岁)大脑皮层的成熟过程，说明脑发育过程中神经元的数量变化不大，但是神经元之间的轴突和树突联系更加复杂、精细；展示成年小鼠的两个神经元一个月的树突变化(图2)，说明成年个体化学突触的后天可塑性。研究发现，学习和记忆都与新的化学突触形成有关。③突触整合：展示多个突触之间形成复杂的突触联系(图3)，每个突触后神经元上既有兴奋型突触，又有抑制型突触[2]。教师提问：为什么神经元之间形成如此复杂的突触联系？其生物学意义？在教师的引导下，学生认识到单个突触传递的信号弱，多个突触叠加在一起才产生动作电位；多个突触同时作用于下一个神经元，就像民主投票，有人支持(兴奋型突触)，有人反对(抑制型突触)。神经元之间通过错综复杂的联系避免传递错误的信息，最终使反射弧传递正确的信息，个体做出正确的行为。反观电突触，虽然可以通过细胞间的通道快速传递电信号，但却失去了化学突触的可调、可变等特点，这就是化学突触“慢”的价值。

图2 成年小鼠神经元树突一个月的变化[1]

图3 有多个突触的一个神经细胞体的显微图(15000×)[2]

设计意图：围绕核心问题，通过大量的生物学事实，比较电突触和化学突触的结构特点和作用特点，凸显化学突触是实现神经调节精细、复杂的结构基础，提升学生对生命现象本质的认识。化学突触可塑性对学习、记忆的影响，为学生正常作息、劳逸结合提供科学依据。

3.4 回顾核心问题，评价教学效果 教师再次提出本节课的核心问题：为什么神经系统能够对环境变化作出精细、复杂的调节？

综合之前对突触的结构及传递过程的学习，对化学突触和电突触特点的比较，学生认识到化学突触传递是反射弧的重要环节。化学突触中的神经递质类型不同、作用结果不同、突触单向传递、突触后天可变、多个突触之间还会形成复杂的突触联系，这些特点是实现复杂反射活动的结构基础，在此基础上，人和动物的神经系统通过反射活动，对外界刺激作出快速、精确的反应，有利于动物适应环境变化，保证其生存、繁衍。

4 教学反思

在备课时，教师心中有观点(学科思想)、有主线(核心概念)，就能够灵活、得当地将大量的素材应用于教学，将知识作为载体，传递给学生相应的生命观念和态度，这些观念和态度将来会影响学生的决策。在教学的最后再次提出核心问题，回顾教学主线，回扣单元和章节的核心概念，评价教学效果；学生有了大量事实的铺垫，自身对化学突触在反射弧中的作用体会增多，就能够用自己的语言说出其生物学意义。