基于科学思维和科学探究的“神经调节”教学设计

王小丹

（南京师大附中江宁分校，江苏 南京）

神经调节的基本方式以及神经冲动的产生和传导是人教版新教材选择性必修一《稳态与调节》模块中第二章“神经调节”中的重要内容。人体内有一个巨大的神经网络，人体的一切生命活动都离不开神经系统的调节和控制。本节课力求通过精心设计问题，将知识还原到科学史的研究背景中，引领学生进入科学探究的情境中。

一、教学目标

1.描述神经调节的基本方式、结构基础及其完整性。概述兴奋在神经纤维上的传导过程及兴奋在神经元间的传递过程。

2.通过分析科学家的实验，培养科学思维，提高科学探究的能力；通过利用电学原理分析膜电位变化，提高学生学科之间相互渗透的迁移能力；用突触的信号传递机制解释一些问题，培养在真实情境下分析解决问题的能力以及担当社会责任。

3.随着探索“兴奋传导”等思维活动的深入开展，培养学生探索生命本质的科学精神，同时领会研究神经生理的科学方法，领悟生命科学研究的价值。

二、教学重点和难点

兴奋在神经纤维上的传导以及神经元之间的传递。培养学生的社会责任。

三、教学过程

（一）创设情境，导入新课

通过欣赏“亚洲飞人”苏炳添2021 年东京奥运会100 米半决赛的精彩视频，激发学生的学习兴趣。教师再适时抛出问题：作为首个闯入奥运会男子100 米决赛的亚洲人，他以9 秒83 的成绩创造了历史，刷新了亚洲纪录。可是你们知道吗，苏炳添身高只有1 米72，博尔特用41 步能够完成比赛，苏炳添需要48 步。100 米的7步之差，这就意味着更快的步频要求以及更多的关节阻力和体能消耗。大家回顾视频，你觉得他能做出如此迅速的反应并完成如此协调的动作需要哪些系统的调节？什么系统在其中扮演了主要角色？从而及时将学生从感性层面引入对问题的理性思考。

（二）反射、反射弧

开展活动：体验缩手反射。

组织学生围绕精心设计的问题展开讨论：神经调节的基本方式是什么？含羞草被触碰后会垂下叶子，草履虫会向水中有糖分的一侧移动，这是不是属于反射呢？分析几组有趣的现象，它们分别属于哪类反射？并说出判断的依据是什么？结合膝跳反射图解说说反射活动所需要的结构有哪些，进而总结反射弧的组成与功能。播放课件，引导学生观察，并提示注意闪动部位代表的结构。如果反射弧不完整，能完成反射吗？若有完整的反射弧，就一定会发生反射吗？构成反射弧的传入神经和神经中枢以及传出神经等都是由神经元构成的，神经元的结构和功能是怎样的？

对于反射、反射弧这部分内容的处理，选择以点带面的方式，从一个缩手反射实例唤起学生的回忆。环节设计按照从整体到局部、从宏观到微观的原则，从神经调节的基本方式反射，到结构基础反射弧，到神经元，环环相扣，淡化了细枝末节，有助于学生建立知识网络，更培养了学生严谨的思维能力。

（三）重视过渡，理解知识之间的内在联系

学习本节内容千万不能将兴奋的传导与反射完成的过程脱离。神经调节的基本方式是反射，反射的结构基础是反射弧，那么兴奋在反射弧上如何传导呢？学生很容易分析出来，既包括兴奋在一个神经元上的传导，又包括兴奋在神经元之间的传递。从而使学生理解知识之间的内在联系，帮助学生形成特定的知识体系或架构。这一过渡环节，教师应特别注意语言的轻重缓急和抑扬顿挫，以集中学生的注意力，为突出重点、突破难点做好准备。

（四）兴奋在神经纤维上的传导

生活中大家都有体会，当手被针扎产生缩手反射的速度比刚才课件演示的过程要快得多！教师再播放电刺激蛙的坐骨神经腓肠肌标本的录像，学生发现刺激神经，肌肉会立即收缩（坐骨神经腓肠肌标本实际上是截取了反射弧的一部分）。用问题引导学生大胆猜想：联系电、光的传播等知识，你觉得兴奋是以怎样的一种形式如此快速地沿神经传导的？如何用简单的实验证明这是一种电现象？通过这样的设计，力求培养学生敢于想象的科学精神，并引导学生如何运用已有的知识和相应的技术来证明自己的猜想。

在学生实验设计的基础上,教师再次设疑：人的神经纤维都很细，只有0.1mm，电极无法插入，做实验很困难。该怎么解决这一问题呢？一石激起千层浪，学生讨论热烈，教师这时再补充介绍，早在1791 年，意大利解剖学家伽伐尼发现兴奋传导实际上是一种生物电现象。但直到20 世纪30 年代英国科学家发现乌贼的巨大神经纤维是实验的理想材料，它粗大的轴突直径可达1 毫米，加之发明了微电极技术，使测量电位差的微电极易于插入，才使得之前的实验设计得以为开展实验提供了方便。这样设计，力求将知识还原到科学史的研究背景中去认识，再通过素材的补充介绍，让学生深刻体会到科学的发展离不开实验材料的选择和实验技术的进步，感受到科学研究的不易。

接着，通过播放动画，回顾科学家所做的实验（PPT展示教材神经表面电位差的实验示意图）。为什么会出现这样的实验现象呢？引导学生自主阅读教材，思考以下问题：

（1）神经纤维在未受刺激时，细胞膜内外的电位如何？当某一部位受到刺激以后，细胞膜内外电位如何变化？

（2）在神经纤维上局部电流是如何形成的？

（3）兴奋是如何在神经纤维上传导的？

播放膜电位产生的离子基础的Flash，让学生不但知其然，还知其所以然。引导学生自己动笔画一画：兴奋传导时，局部电流在膜内外的流动方向是怎样的？膜内外的局部电流方向与神经冲动的传导方向关系如何？通过完整地演示兴奋在神经纤维上的传导过程的Flash，领悟这一过程，鼓励学生归纳，用自己的语言讲述。

（五）兴奋在神经元之间的传递

当兴奋传导到神经纤维的末梢时，又是怎样到达下一个神经元呢？还能以电信号的形式吗？要研究这个问题，我们必须从哪里寻找答案？启发学生想到要研究神经元之间兴奋的传递过程，必须弄清神经元与神经元相接触部位的结构，这样水到渠成地引出突触的定义。

首先观察Flash 上突触的显微结构，思考相邻的两个神经元是怎样连接起来的？教师展示自制的模型，再利用CAI 的放大功能，展示突触的亚显微结构示意图，突触是由哪三部分组成？教师通过追问，一定要学生弄清楚突触前膜、突触后膜分别是神经元的哪部分结构，避免学生出现只见树木不见森林。

兴奋还能以电信号的形式从突触前膜传到突触后膜吗？为什么？推测动作电位是如何跨过突触间隙呢？突破这样的重难点，不需要多讲，需要引导学生多思，不愤不启，不悱不发，再用Flash 演示这一过程，请学生说出兴奋在神经元之间的传递过程，教师补充、点评。

根据学生的认知规律设置问题，环环相扣，对学生进行抽丝剥茧式的层层点拨：兴奋在神经元之间传递时发生了哪几次信号形式的转变？递质发生效应后，就被酶破坏而失活，或被移走而迅速停止作用（因此一次神经冲动只能引起一次递质释放，产生一次突触后电位变化）。如果某种药物可以阻止某种兴奋性递质的分解，那该药物的即时效应是什么？从而自然地过渡到介绍有机磷农药的中毒机理，学生兴趣盎然。（将动画仍定位在突触的亚显微结构模式图上）兴奋能从突触后膜传到突触前膜吗？为什么？师生共同总结兴奋在神经元之间的传递特点：单向性。

（六）归纳总结，练习反馈

下图表示三个通过突触连接的神经元。现于箭头处施加一强刺激，则能测到动作电位的位置有哪些？并填写表格。

比较项目 神经纤维上的传导 细胞间的传递信号形式 电信号 化学信号传导速度 快 慢传导方向 可以双向传导 单向

（七）小组合作，课外探究

（1）探究局部麻醉药物的可能作用机理。（2）兴奋剂和毒品等大多是通过突触来起作用的。可卡因既是一种兴奋剂，也是一种毒品，服用它为什么会使人上瘾？你还知道哪些毒品？如果有人劝你吸食毒品，你会以怎样的方式拒绝？你认为吸毒会对个人、家庭和社会造成哪些危害？

四、教后反思

神经调节一章中“兴奋的传导”研究的是生命活动的本质规律，微观、抽象，难以理解，利用传统的挂图、板图很难达到预期目的。因此本节课结合科学史实，精心设计问题串，以提升学生的科学思维能力，并且通过视频、形象逼真的动画，既有利于提高学生获取信息的效率，又使教学内容从静态到动态，从抽象到具体，充分体现了现代信息技术和学科的整合。通过本节课的学习，学生能运用科学思维方法，分析解释相关问题，懂得应该拒绝毒品，并能向他人宣传毒品、滥用兴奋剂等药品的危害，提高了学生的社会责任感。