基于学科交叉的“神经调节”一节教学尝试

于红炜 刘燕妮 熊 伟 田小芬

（1 新疆阿克苏地区第二中学 新疆阿克苏 843000 2 新疆阿克苏市高级中学 新疆阿克苏 843000 3 湖北省孝感市教育科学研究院 湖北孝感 432100 4 湖北省孝感高级中学 湖北孝感 432100）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》要求学生主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践的能力［1］。“神经调节”是人教版必修3 第2 章第1 节的内容，让学生了解在个体水平上生命活动的本质。学生通过初中生物学教材有关膝跳反射的学习和亲身经历，对反射活动有了比较宏观的认识。本节内容教材还列举了学生最为熟悉的2 类反射：膝跳反射和缩手反射，旨在激发学生对生命本质的探索。学生学习本节内容前已具备一定的生物学知识，例如物质跨膜运输的方式、内环境的化学组成及理化性质等；物理学中的基础电学内容；化学学科中离子浓度的测定、溶液的性质、原电池等。基于学生已有多学科的基础知识及教师提供的科学史内容，在实际教学中进行了如下教学尝试。

1 教学过程

1.1 情境再现，引导学生提出问题

学生活动：再体验膝跳反射的发生，2 人配合完成；说出自己无意间手碰触到尖刺物品或火焰时手臂的活动。

教师关注学生在实践活动中的安全，对完成有困难的学生配合做出适当的建议；指导学生应用术语准确表达出缩手反射、膝跳反射时所发生的生命活动现象。

提问1：从微观层面分析，膝跳反射发生时，哪些结构参与了活动？刺激在2 种神经细胞上完成哪些活动，效应器才会有相应的生理变化？

学生阅读教材并回答：感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器，即反射弧。兴奋在神经细胞上完成传导和神经细胞之间的传递才能使效应器发生生理变化。

提问2：关于膝跳反射，大家还想有怎样的进一步认识？教师收集问题，并对有研究价值的问题进行整合、呈现在黑板上。

学生思考：感受器的生命活动是以什么形式传到效应器？反射发生的时候，神经细胞发生了怎样的变化？

1.2 分析资料，指导学生作出合理假设 教师利用多媒体呈现资料分析，生物电的发现［2］。

资料1：很久以前，人们接触电鳗会受到电击，因而可以推测动物体会产生电流。

资料2：1678年，荷兰生物学家J.Swammerdan用蛙的肌肉做实验。他将肌肉放在玻璃管内，用一根银丝和铜棒触及肌肉，引起肌肉收缩。

资料3：1771年，L.Galvani（伽尔瓦尼）重复了这个实验：“我把蛙放在桌子上，在蛙的附近放着1 台静电发生器和1 个来登瓶 （一种聚电器）。当我的助手用解剖镊子碰一下蛙的坐骨神经后，奇迹发生了，蛙的肢体产生了一次迅速收缩。同时参与了这个实验的另一个助手发现，在这一瞬间那台机器的导线上出现而了火花。当时我本人已经完全沉浸在这个实验现象中。”后来，他用2种金属导体在肌肉和神经间建立起回路，肌肉就会产生颤抖，即收缩。于是他认为肌肉和神经上带有相反的电荷，这种收缩是由于从肌肉内部流出来并沿神经传到肌肉表面的电流刺激引起的，这是人类第1 次将电现象与生命活动相联系。于是，L.Galvani 在他的论文中宣称动物组织可产生生物电，但他认为电火花现象是一个毫不相干的事件。

著名的争论：意大利物理学家A.Volta（伏特）对L.Galvani 的实验结果提出异议，他认为由于他们的实验使用导体金属性不同，2 种不同的金属接触可产生电位差，所以，使蛙肌肉收缩的实际上是一种“双金属流”，纯属物理现象。争论促使他们各自进行进一步实验以验证其观点。伏特由此发明了世界上第1 个直流电池。后来，伽尔瓦尼改做“无金属接触收缩”实验，验证了肌肉中电现象的存在。18世纪末和19世纪初的仪器无法测量这种电流。1794年，有人用电流计测出了肌肉中的电流。

提问3：神经细胞产生电流的可能机制是什么？请结合已有的物理学知识、化学知识及神经细胞生活的内环境相关内容作出大胆假设。

学生根据教师提供的科学史资料交流从这些材料中所受到的启发。不难看出，刺激会引起生物电的产生。依据已有的物理学知识可知，要形成电流必须要有电位差的形成，刺激引起了电流产生，必然引起了电位差的变化。这可能与细胞内、外带不同电荷的离子运动相关。

1.3 阅读教材，学生自主检验猜测 教师投影教材中的图2-1，要求学生结合基础物理学的电学内容，分析实验方法、结果与结论之间的关系［3］。增强对刺激会转化为电流的认同。

学生阅读教材图2-2 的内容，学习神经细胞某部位静息电位的含义、受到刺激时产生兴奋的含义、兴奋离开时恢复静息电位的含义；结合第18 页小体字部分内容用自己的语言描述神经细胞在静息、产生兴奋、恢复静息时电位变化的原因。

提问4：刺激转化成电流后，会一直以这种单一的形式传至效应器吗？实际上，膝跳反射发生时传入神经和传出神经并没有直接相连，二者在接触部位形成一个新的结构“突触”。2 种神经细胞往往要通过神经递质这个传送信号的物质相联系。

学生自学教材第19 页内容，对兴奋在神经细胞之间的传递有一个感性的认知即可。

1.4 课堂整合，揭示生命活动本质 教师概述膝跳反射活动发生时伴随的生命活动本质，感受器在未受到刺激时，神经细胞膜对K+通透性很大，K+带正电荷，K+的外流使得膜内、外（靠近膜的极小范围）呈现外正内负的膜电位分布，膜内、外存在电势差，生理学上称之为静息电位［4］；当受到刺激时，神经细胞膜对Na+通透性增加，Na+内流改变了静息时的电位差，在神经细胞上兴奋部位和未兴奋部分存在电势差，于是产生了电流。电流又作为刺激使得神经细胞的每个部位都兴奋起来，直至传至神经末梢，引起神经递质的释放，将信号传递到下一个神经细胞，最终将信号传递给肌肉群，引起肌肉活动，小腿抬起。

提问5：人体的诸多反射活动比膝跳反射复杂得多，参与的中枢、神经细胞数量比较多，你能举一些例子吗？

学生自学教材内容，分析第20 页的4 条资料。小组讨论3 个问题，关注排尿反射活动发生时，低级中枢活动和高级中枢活动之间的关系。关注人脑的高级功能，了解记忆形成的基本认识，交流自己学习与记忆的方法，应用所学知识分析这些方法的科学性。关注与脑健康有关的疾病，了解神经外科医生的工作，增强社会责任感。

2 教学反思

神经生理学是一门非常复杂的学科，神经调节与人类生命活动息息相关。高中阶段的授课必须要符合学生的认知水平和学习需求，电化学的发展为人类认识生物电现象提供了有效的理论依据和技术手段。高中生已有的物理学、化学、生物学知识决定了他们对兴奋的发生、传导、传递的认知水准。授课时，应结合学生基本情况，进行课堂设计，引导学生关注生命现象所蕴含的生命活动本质，引导学生关注神经调节与人类健康，引导学生用科学知识合理地对生活中遇到的现象作出解释。培养学生发现问题、提出假设、设计方案、检验假说的理性思维，而不是死记硬背理论知识。

高中教材延续了初中教材反射活动的举例——膝跳反射，旨在激发学生对这个熟悉、普遍生命活动的再认识，这种做法是课程标准的总指引，学生是不断发展的个体，对同一个事物的重新认识往往要依赖知识的发展。本节教学完全撇开模拟题中复杂知识记忆的要求，完整地呈现了课程标准要求下的教学方向和思路，旨在培养学生的生物科学素养、科学思维和社会责任感。