兴奋的传导和传递的可视化教学

云南

教师讲授知识，学生观摩和记忆是高中生物课程“兴奋的产生、传导及传递”的常用教学方式，可是这种形式的教与学不利于学生思维能力的提升和发展，具体表现在学生不能独立分析并解决不同情境中兴奋的传导、传递问题。如何突破这个难点呢？笔者抓住“可视”这个关键词，引导学生用“模仿→思考后构建肢体模型→综合运用”模式完成该内容的学习，将实验探究融入到肢体模型构建过程中，使学生的思维被有效带入知识情境中，把抽象难懂的理论教学变成由肢体模型构建带动学生思维发展的、可快速检测学生学习效果的活动教学。该模式的教学不仅提升了学生实验探究的能力，还可促进学生科学思维的发展，且具有很强的可操作性及推广性。如何把兴奋的产生、传导及传递转变成有层次的可视化教学呢？笔者是按照下列层次分阶段完成教学的。

一、可视化肢体模型的模仿学习

肢体模型的构建是学生对兴奋产生、传导及传递知识的另一种表述方式，需要在师生达成一定共识的基础上进行，因而在利用肢体模型进行深层次学习之前，教师需要让学生模仿并熟悉不同肢体模型与各种神经结构之间的对应关系。设置该阶段的目的是让学生通过模仿来完成相关知识的记忆，同时提高学生学习的积极性。

1.模仿神经元的结构

【教师示范】神经元的结构：手指代表树突，手掌代表细胞体，手臂代表轴突。

【学生活动】以双手为素材，按教师要求完成模仿并叙述对应肢体模型的含义。目的是熟悉神经元的结构。

2.模仿神经元间的连接

【教师示范】反射弧中神经元间的连接：一只手搭在另一个人的肩部，代表上一个神经元的轴突与下一个神经元的树突或细胞体连接。

【学生活动】以双手为素材，按教师要求完成模仿并叙述对应肢体模型的含义。目的是熟悉神经元间的连接方式。

3.模仿突触的结构

【教师示范】突触小体：手握拳代表突触小体；突触：两手作抱拳状（如图1 所示）。

图1

【学生活动】①以双手为素材，按教师要求完成模仿并叙述突触小体、突触各个部分的结构；②与周围同学合作，同时构建多个突触模型并简述模型中各个部分的名称以及功能。目的是通过多次叙述来熟悉神经细胞间信号转换的基础及类型。

二、在理解的基础上构建兴奋传导的模型

在学生熟悉了神经结构之后，笔者就带领学生进入神经冲动产生过程的学习，重点理解静息电位和动作电位发生的原因。通过学习，笔者借助示意图要求学生分析并构建模型来表述不同情境下电位改变情况及兴奋传导的方向。

【教师活动】展示静息电位的示意图（如图2），用问题驱动学生思考并构建相关模型。

图2

【设问】分别刺激A 点或C 点时，请用头的摇摆来表示电表指针的偏转方向并分析原因。

【活动提示】伸展的双臂代表神经纤维，左手代表电表A 侧，右手代表电表C 侧，头代表安放在神经纤维外表面的电表的指针，即B。

【学生活动】回顾静息状态下的电位情况和受到刺激后膜内、外离子的移动情况来分析电位变化、电表指针的变化，然后用头和两只胳膊来构建肢体模型。目的是加深学生对“神经冲动以电信号的形式在神经纤维上传导”的理解。

【教师检测的标准】刺激左边A 点时，头（即电表指针）的偏转方向为向左→回正→向右→回正；刺激右边C 点时，头（即电表指针）的偏转方向为向右→回正→向左→回正，原因分析略。

三、综合判断兴奋传导和传递方向并完成模型构建

在学生能熟练构建兴奋传导的肢体模型后，笔者再借助难度更大的示意图，要求学生分析、回答问题，并按自己的思路来构建肢体模型。

【教师活动】①展示示意图，设置问题；②要求学生自己分析、判断后构建肢体模型，并用图中的字母和箭头来表示兴奋传导或传递的方向；③教师观察学生在分析、构建过程中遇到的困难和错误并进行辅导。

【学生活动】先独立分析相应的问题并按自己的思路来构建肢体模型，随后与其他同学进行探讨交流。

图3

图4

【问题1】如电表两端均连接在膜外，分别刺激A、B 两点，神经冲动的传导方向如何变化？电表指针会如何偏转，为什么？

【检测标准】刺激图3A 点时，神经冲动的传导方向从A →B，电表会发生方向相反的两次偏转，具体为向左→回正→向右→回正；刺激图3B 点时，神经冲动的传导方向从B →A，电表会发生方向相反的两次偏转，具体为向右→回正→向左→回正，原因略。

刺激图4A 点时，神经冲动沿A →B 的方向传递，电表会发生方向相反的两次偏转，具体为向左→回正→向右→回正；刺激图4B 点时，神经冲动只能传导至B 点所在的细胞体及树突，不能传递至A 点，电表只会发生一次偏转，具体为向右→回正，原因略。

【问题2】若电表两端均连接在膜内，分别刺激A、B 两点，神经冲动的传导方向如何变化？电表指针会如何偏转，为什么？

【检测标准】刺激图3A 点时，神经冲动的传导方向从A →B，电表会发生方向相反的两次偏转，具体为向右→回正→向左→回正；刺激图3B 点时，神经冲动的传导方向从B →A，电表会发生方向相反的两次偏转，具体为向左→回正→向右→回正，原因略。

刺激图4A 点时，神经冲动的传导方向从A →B，电表会发生方向相反的两次偏转，具体为向右→回正→向左→回正；刺激图4B 点时，神经冲动只能传导至B 点所在的细胞体及树突，不能传递至A 点，电表只会发生一次偏转，具体为向左→回正，原因略。

【问题3】若近A 端的电表接线柱连接在膜外，近B端的电表接线柱连接在膜内，电表指针方向如何变化？分别刺激A、B 两点，神经冲动的传导方向如何变化？电表指针会如何偏转，为什么？

【检测标准】图3、图4 的电表初始状态均为偏向右侧；刺激图3A 点时，神经冲动的传导方向从A →B,电表会发生两次方向相同的偏转，具体为回正→向右→回正→向右；刺激图3B 点时，神经冲动的传导方向从B →A，电表会发生两次方向相同的偏转，具体为回正→向右→回正→向右，原因略。

刺激图4A 点时，神经冲动的传导方向从A →B，电表会发生两次方向相同的偏转，具体为回正→向右→回正→向右；刺激图4B 点时，神经冲动只能传导至B 点所在的细胞体，不能传递至A 点，电表只会发生一次偏转，具体为回正→向右，原因略。

【问题4】若近A 端的电表接线柱连接在膜内，近B端接线柱连接在膜外，电表指针方向如何变化？分别刺激A、B 两点，神经冲动的传导方向如何变化？电表指针会如何偏转，为什么？

【检测标准】图3、图4 的电表初始状态均为偏向左侧；刺激图3A 点时，神经冲动的传导方向从A →B,电表会发生两次方向相同的偏转，具体为回正→向左→回正→向左；刺激图3B 点时，神经冲动的传导方向从B →A，电表会发生两次方向相同的偏转，具体为回正→向左→回正→向左，原因略。

刺激图4A 点时，神经冲动的传导方向从A →B，电表会发生两次方向相同的偏转，具体为回正→向左→回正→向左；刺激图4B 点时，神经冲动只能传导至B 点所在的细胞体，不能传递至A 点，电表只会发生一次偏转，具体为回正→向左，原因略。

【活动目标】检测学生对“兴奋在神经纤维上的传导和传递”知识的理解能力及综合运用能力。

四、可视化教学效果的检测

学生学会构建不同假设条件下的肢体模型后，需要用相关试题来检测学生能否把构建模型时的思维方式用在解题过程中，这是可视化教学的落脚点，需要教师根据具体情况来选择试题，所选试题要有代表性，难度需要逐渐加深，这样才能检测出学生的思维层次。

【例1】神经细胞在静息时具有静息电位，受到适宜刺激时可迅速产生能传导的动作电位，这两种电位可通过仪器测量。下列示意图为正确测量神经纤维静息电位的是（ ）

A.A 和B B.A 和C C.B 和D D.C 和D

【答案】B

【试题分析】该题属于中等难度的试题，但对于熟悉肢体模型的学生来说，抓住静息电位为“外正内负”这一关键信息，要检测出静息电位，则需要将电流表两端分别连在膜内和膜外即可快速、准确地得出答案。

【例2】在神经系统的参与下，人体或动物体会对外界环境变化作出规律性应答。图5 为神经元之间的联络及部分放大示意图。请回答下列相关问题：

图5

（1）图5 中神经元A、B 和C 之间形成的突触共__________ 个，该结构信号转换情况为______________________________________。

（2）图5 中信号分子指的是___________，该信号分子能引起后一个神经元____________，释放过程可体现生物膜具有的结构特点是_____________________。

（3）若已知信号分子均为兴奋型，利用M 和N 两个实验位点及自选实验器材来完成以下两个问题（简要写出设计思路即可）：

①验证各神经元释放的信号分子均为兴奋型；

②验证兴奋在突触位置的传递具有单向性。

【答案】（1）3 电信号→化学信号→电信号（2）神经递质 兴奋或抑制 具有一定的流动性（3）①用适宜刺激刺激N 点一次，利用电表检测M 点会出现多次膜电位的变化 ②用适宜刺激刺激N 点，利用电表检测M 点有膜电位变化；用适宜刺激刺激M 点，利用电表检测N 点无膜电位变化

【难点点拨】该题的难点为（1）问和（3）问。（1）图5中突触的数目可模仿图1 进行模型构建，即A →B、B →C、C →B 均有轴突与树突或细胞体的连接，存在3 个突触；（3）由于图5 中3 个神经元的环接致使出现3 个突触，要检测突触释放的神经递质是兴奋型还是抑制型，需要检测是否出现电位变化，因此，自选器材为电表；若突触处释放的神经递质为兴奋型的，刺激N 点一次，兴奋可由神经元A 传至神经元B 的M 处，也可经神经元B 传至神经元C，再次作用于神经元B 再到M 处，因此需将电表安放在M 点，然后刺激N 点一次，检测M 点电位变化次数。①问借鉴模型构建中判断兴奋的传导和传递方向的思路即可解决；要验证兴奋在突触位置的传递具有单向性，则需要安装两个电表，一个在N 点位置，一个在M 点位置，然后刺激N 点，观察M 点处的电表的变化；刺激M 点，观察N 点处电表的变化。结果为只有刺激N 点时，M 点出现电位变化才能说明兴奋在突触处的传递具有单向性，用可视化教学的第三层次：综合判断兴奋传导和传递方向并完成模型构建，即可解决②问。

五、课堂设计的亮点

该课的设计灵感来自学生，加上笔者自己对该知识点的理解，不经意间创造出来这样一节类似活动课的理论教学课。在教师言语的引导下，学生在自己的手臂上指指戳戳，口中念念有词，在不知不觉中，由浅到深地完成了该节课的学习，不仅理解了兴奋的产生，还模拟了兴奋在神经纤维上的传导以及兴奋在神经元间的传递，把难以理解的知识具体化、形象化，学生的学习效果比教师单纯地使用课件展示或者是讲授要好得多。且笔者发现学生再遇到分析兴奋的产生、传导或传递问题的试题时，就能轻松解答。这节课的亮点可以总结如下：

1.可操作性强

由于利用的素材是学生的肢体，全体学生均能够做到全程参与，学生学习的积极性强，课堂氛围活跃。此外，学生可在短时间内多次重复不同的刺激，比起画图或课件展示，灵活性高，且不同学生构建过程中因刺激点不同，电表所在的位置不同，实验结果自然不同，这样不仅提高了学生分析问题的能力，教师还可根据学生手指刺激点及头的相应摆动方向来判断学生的模型构建是否正确，让学习效果的检测变得十分简单，学生的错误能被及时发现并得到纠正，对于个别基础较薄弱的学生，教师有充足的时间在课堂上完成辅导，这会提高一节课的效率。

2.学习过程符合学生的认知规律，能够促进学生思维能力的发展

该教学过程从认识神经调节的结构基础开始，到领悟兴奋的传导和传递，层层递进，充分利用学生的肢体把微观、抽象的“兴奋的传导和传递”的相关知识直观地展示出来，肢体构建结束后再用简图来总结相关知识，这样的设计有利于学生对学习内容的理解和消化，符合学生的认知规律。最后用实验设计来检测学生对知识的理解是否到位，进一步促进学生科学思维能力的提升，增强学生解决问题的能力。

3.使教师对学生学习过程及结果的监测变得可视化

该课教学中，学生在构建兴奋的传导和传递的物理模型过程中就可把他们的思维过程展现出来，使得学生的学习过程及学习效果变得可视化。因为学生利用肢体进行比划和摇摆，活动十分明显，教师可通过观察学生肢体的变化情况来判断学生对所学知识的理解程度，发现错误可让学生相互纠错，这样既有利于纠正学生存在的问题，也可以让其他学生积累相关经验。而教师辅导有序地穿插进课堂，也保证了课堂的效率和效果。

4.可增大课堂容量

把学习难点转化成有趣点后，学生在一节课内就可完成兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在神经元之间的传递的学习，学会分析电表的偏转方向，该堂课的设计使得课堂容量增大。还因每个学生都参与课堂活动，在相互协作、互为指导的情况下完成了合作学习，在无形中发展了学生的思维能力，轻松领悟难点知识的同时还让学生体验到了学习的愉悦感。此外，通过模型构建活动还可让学生感知神经调节的奇妙。

该课型的设计能把学习难点转化成有趣点，符合学生对知识的认知规律，由于利用的素材是学生的肢体，全体学生均能全程参与，学习的积极性高，课堂氛围活跃。与画图或课件展示相比较，肢体模型构建的灵活性高，速度快，学生可在有限的时间内完成多次不同刺激点的模拟，无形中提高了学生分析问题的能力。此外，教师通过观察学生构建模型的情况来判断学生思维能力的发展情况，这让学生学习结果的检测变得更快捷。综上所述，笔者认为这样的课堂教学很实用，是一线教师追求的实效课堂。