有关静息电位和动作电位教学的几点思考

曹引航

［摘要］ 高中生物学的静息电位和动作电位知识在近几年的高考中多次出现，而该知识点也是学生学习的一个难点，其理解难度较大。本文通过分析静息电位和动作电位在教学中的若干疑难问题，帮助学生对这些问题有清晰的认知与理解。同时，结合教学实践对重难点知识进行分析探讨。

［关键词］ 静息电位；动作电位；教学设计；情境教学

一、静息电位和动作电位的概念初探

在高中生物学教学中，兴奋在神经纤维上的传导及其传导特征一直以来都是考查的重点。教师不必因为该知识点的较高难度就直接使用破格创新的教法，仍然可以基于教材中有关静息电位的描述和对灵敏电流计的观察，引导部分学习能力强、接受程度高的学生作为代表尝试概括总结，得出静息电位的概念：细胞在未受刺激时（即静息状态下），存在于细胞膜内外两侧的电位差即静息电位。

对于动作电位，教材中并未作描述。我们借助灵敏电流计，观察到神经纤维接受到刺激处于兴奋状态时的膜电位，学生在教师的适当点拨下，总结出动作电位的概念：动作电位的产生其实就是各种离子跨膜运动的结果。教师在此仍然采用点拨与引导学生发言的方式，总结出动作电位是膜电位的一个连续变化过程。乍一看，上述概念的总结距离书本上的标准概念还有一定距离，而且这一难点概念仍不一定为班上大部分学生所理解。但是，经过“教师点拨学生思索”的过程，接受程度高的学生，他们的思考得到了教师的认可，增强了继续探索的信心和兴趣。而接受程度一般的学生，他们虽然暂时没有理解概念，但同学发言和师生互动让他们也能够真正在课堂上具身思考，为下一步的教学做铺垫。

二、两种电位离子产生机制的深入探析

如果说上文的初探环节起到了铺垫的作用，那么在深入探析的环节中，教师就需要合理而巧妙地运用各种教学手段，将静息电位和动作电位概念理解上的困难逐一化解，并让班上的大部分学生所接受。对此，教师可以采用情境教学法来降低两种电位概念理解的困难。

我们将抽象的钾离子、钠离子具象化，并放置于一个历史故事情境之中。从前有个富人国，里面富人（钾离子）很多，穷人（钠离子）很少，而国外正相反。富人国边境，即细胞中的质膜，平时允许富人自由出国，但不让穷人进入，只有少数穷人能偷渡进来。这样，就联系上钾离子通透性高、钠通透性低的重要背景知识。因为国外物价便宜环境又好，很多富人出国定居，即钾离子外流。但为了防止富人流失，当出国人数达到一定数量时，国家便不再允许出国；喻指电场力阻止钾外流使得钾离子平衡。富人国有时会与国外发生战争，在生物学中就是细胞受到刺激。这时，政府就会开放边境，诱骗穷人进入来充当炮灰，喻指钠离子通道开启，而穷人一听说富人国开放边境便会疯狂涌入，喻指钠离子内流。可是，富人不愿意让过多的穷人涌入，因此决定定点开放边境，先让一部分穷人进来，喻指生物学中的局部反应，看看够不够打仗用，如果足够就禁止其他穷人进来。而如果事态严重到一定程度，也就是达到阈强度，政府就会全面开放边境，即钠通道大量开启，大量的穷人疯狂涌入。大量穷人迅速控制了富人国，将原本富人赶出国，喻指钾通道开放，钾大量外流。但只有少数变成新富人的穷人能懂得如何有效管理财富，很多人拿钱疯狂吃喝玩乐，很快又成为穷光蛋，甚至把身体搞坏，斗志磨灭。这时国家处于最虚弱的状态，哪怕发生小战争他们也无法抵抗，只能把国外的富人们拉拢回来，同时把国内更多的穷人赶出去，喻指钠钾泵开启，把钠运到胞外，钾泵回胞内。最终，旧富人经营有方，国家又逐渐富裕起来，富人国逐渐恢复成原来的样子，喻指细胞恢复静息水平。一切似乎都没变化，但正如黑格尔的名言“人们从历史中得到的唯一教训就是没有得到教训”，这样的静息电位与动作电位的转换在今后又会一次次发生……

上述的情境教学基于浅显易懂的历史故事改编，充分联系学生的最近发展区，同时有效调动学生的兴趣和注意力，将抽象、深奥、难懂的静息电位和动作电位概念转化为有趣而具体的问题情境，将抽象的生物学概念学习与政治、历史等其他科目所学有机联系起来。学生在教师巧妙创设的情境中发现问题、分析问题、解决问题，不仅有助于理解生物学概念难点，还在一定程度上发展了“理性思维”“社会责任”等生物学科核心素养。

三、靜息电位和动作电位的膜电位曲线变化分析

有了概念初探和情境教学环节的铺垫，班上大部分学生都能较为顺利地理解静息电位和动作电位的概念。此时，教师宜将教学主线收拢，减少不必要的课堂延伸，将教学主线归拢到本课教学的重点与难点上。教师向学生出示静息电位和动作电位中的重点图像——膜电位变化图。

教师引导学生重点分析曲线变化中钾离子、钠离子跨膜的方式。（1）钾离子跨膜的方式：a点之前细胞膜对钾离子有较高的通透性，膜内钾离子高于膜外，促使钾离子顺浓度梯度外流，cd段与de段都是钾离子的外流所致。在这两段中，钾离子跨膜的方式是协助扩散。教师可以相机补充，如果使用药物阻断钾离子扩散通道，膜内钾离子就不能外流，兴奋过后的动作电位也就不能恢复为静息电位。（2）钠离子跨膜的方式：ac段细胞膜对钠离子有较高的通透性，膜外钠离子高于膜内，促使钠离子顺浓度梯度内流。值得注意的是，这种内流是顺浓度梯度，不需要消耗能量，所以钠离子跨膜的方式是协助扩散。如果药物阻断钠离子通道，膜外钠离子无法内流，就不能形成动作电位。这里，教师反复引出“药物阻断”这一情形，旨在让学生辩证思考药物阻断对钾离子跨膜和钠离子跨膜作用机理的不同，从而深刻理解两种离子跨膜运输的本质特征，同时训练学生的思维能力。

综上所述，有关“静息电位和动作电位”这一高中生物学难点的教学，教师通过层级递进的教学思路设计，使学生的认知经历“浅表→具象→抽象→深入”的过程，不仅能够训练学生的思维能力，还在融入跨学科元素的情境教学中润物无声地培育生物学科核心素养。

［参考文献］

［1］ 曾吉.几个与动作电位有关的问题[J].生物学教学，2012，37（03）.

［2］任衍钢.钠钾泵是怎样发现的[J].生物学通报，2011，46（03）.

［3］徐兆麟.膜电位复极化的机制有别于静息电位的产生和维持[J].生物学通报，2005（06）.