“兴奋在神经元间的传递”一节的教学设计

许 芸

(北京育才学校 100050)

1 教材分析

人教版高中生物学教材《稳态与环境》第2章第1节“通过神经系统的调节”的内容包括神经系统的结构基础和反射、兴奋在神经纤维上的传导、兴奋在神经元间的传递、神经系统的分级调节和人脑的高级功能等。其中重难点是神经调节的过程。结合教学实际将教学内容安排为3课时。本课是“兴奋在神经纤维上的传导”之后的内容，是学生全面理解反射弧及反射活动不可缺少的部分，也为后续学习高级神经中枢的调节奠定知识基础，故将其独立作为1课时。笔者在本节课的教学中以“多巴胺”为具体实例推进教学过程，促进学生自主建构知识并体验科研过程，提高学生科学探究的生物学科核心素养。

2 教学目标

2.1 知识目标 描述突触的结构，说明兴奋在细胞间的传递过程。

2.2 能力目标 从所给资料中获取信息并分析，尝试解释毒品危害及成瘾的机制。

2.3 情感态度与价值观目标 关注和认同“珍爱生命，健康生活”的观念。

3 教学过程

3.1 创设情境——发现毒品的危害 出示多位涉毒明星照片，激发学习兴趣，启发学生思考毒品危害和成瘾机制。播放禁毒宣传片，学生获取视频中相关信息，明确毒品会引起神经系统过度兴奋。教师说明正常情况下人体兴奋时参与调节的神经元不只1个，通过回顾兴奋的产生和在神经纤维上的传导，进而提问：兴奋在神经元间如何传递？

设计意图：创设学习情境，激发学习兴趣，引导学生关爱健康和生命，引出本节课题。

3.2 构建概念——说明兴奋的传递 过渡提问：兴奋在神经元间是以电信号的形式传递吗？引导学生从兴奋传递的结构基础入手进行思考。教师出示电镜图，证实突触间隙的存在，同时否定了电信号这种传递形式。再结合模式图，说明突触的结构。

问题①：人体产生兴奋和快感时神经元间发生了什么变化？提供资料1：科学家研究发现，将微电极植入脑内某神经纤维束进行电刺激，可使被试生物产生兴奋、快感。进一步研究发现，快感产生时，该神经末梢所投射到的组织内某种化学物质的浓度显著升高，该物质就是多巴胺(水溶性小分子)。学生从所给资料中分析出多巴胺这种化学成分参与了神经元间兴奋的传递。教师出示2000年诺贝尔奖研究成果，证实学生的推测，明确神经递质的概念。

问题②：多巴胺的产生场所？提供资料2：日常饮食中蛋白的分解，或者苯丙氨酸在肝细胞中转化均可得到酪氨酸。酪氨酸进入神经细胞，在胞质中被相关酶催化，转变成多巴胺。多巴胺还可由胞内的单胺氧化酶等氧化分解。此外，胞外还存在儿茶酚胺氧位甲基转移酶(COMT酶)，也可氧化分解多巴胺。多巴胺经氧化分解最终转变为高香草酸和H2O2，活性氧H2O2会对细胞产生毒性。根据资料回答问题。

问题③：多巴胺产生后是否立刻释放？ 依据所学，引导学生推测出多巴胺的释放与神经元的兴奋有关。进而追问：多巴胺产生后若不能立即释放，其储存场所在哪？通过回顾细胞结构及功能等相关知识，推测出囊泡结构。出示电镜图证实突触小泡的存在，进一步引导学生推测多巴胺进入突触小泡的方式，出示模式图(图1)证实载体蛋白(VMAT2)的存在，同时为后续分析毒品作用机制进行铺垫。

图1 膜蛋白协助多巴胺跨膜运输

图2 钙离子介导神经递质的释放

问题④：多巴胺以何种方式释放？学生依据所学很容易想到胞吐，教师出示电镜图证实学生的推测。再结合图2说明电信号转变为化学信号的具体机制。

问题⑤：多巴胺释放后是否进入突触后神经元？推测其作用位点。出示资料3：正常突触间隙中多巴胺浓度为4 nM，当神经冲动发生时会瞬时上升60倍，达到250 nM。然而在突触后神经元中却没有检测到多巴胺。引导学生推测出多巴胺的作用位点位于突触后膜，最可能是某些膜蛋白。教师介绍免疫荧光标记法，同时出示多巴胺受体的荧光标记显影图片，使学生认同相关神经元膜表面存在多巴胺的特异性受体。

问题⑥：多巴胺刺激突触后膜产生哪种信号？如何产生？通过回顾兴奋产生的机制，推测出钠离子通道为受体的兴奋传递过程。过渡设问：神经递质种类多样，都以钠离子通道为受体？引导学生思考与膜电位变化相关的其他离子通道。出示“典型神经细胞膜两侧带电离子浓度表”，学生讨论分析，说明抑制性电位产生的机制。结合图3，使学生直观认识信号转变的机制。在此基础上教师指出，并非所有神经递质的受体都是离子通道，结合模式图说明多巴胺的传递方式，使学生对兴奋传递的过程有更全面的认识。

图3 离子通道型受体的作用机制

问题⑦：多巴胺作用后可能的去路？结合资料2进行推测，动画演示说明突触前膜上存在具有回收功能的多巴胺转运体，归纳出神经递质失活的方式。

最后，要求学生在学案上构建多巴胺进行兴奋传递的过程图。

设计意图：以“人体产生兴奋和快感”这一生命活动为例，通过创设递进式问题串，按照“获取信息—大胆推测—验证推测—得出结论”的认知过程，让学生体验科研过程，在自主探究的过程中构建知识，提高资料分析能力和识图能力。提供大量真实的科研实证图片来证实推测，使学生感悟科学实证精神。

3.3 迁移运用——解释毒瘾机制 教师提问：研究发现，吸毒可导致突触间隙多巴胺浓度急剧上升，推测毒品可能影响了多巴胺传递过程中的哪些途径？学生依据所构建的过程图进行合理推测，教师对学生回答进行点评，说明毒品可以加快多巴胺的储存、阻止胞外酶对多巴胺的分解、阻断甚至逆转多巴胺转运体等，使学生认识到毒品导致神经细胞的结构发生改变。

进一步追问：“吸毒为什么易成瘾难戒除？”学生很容易想到对兴奋和快感的心理依赖，教师出示吸毒者生理结构受损的图片，血淋淋的教训使学生主动思考其深层原因。此时出示资料4：英国研究人员对19名长期吸毒者的脑内多巴胺分泌情况进行了分析，发现这些人大脑分泌多巴胺的能力明显低于常人，且吸毒越早，吸食量越大，大脑分泌的多巴胺越少。学生自然产生疑问：“不吸毒时多巴胺的分泌为什么没有回到正常水平呢？”启发学生运用反馈调节的原理进行解释。同时指出导致这一变化发生的生理基础，即吸毒者脑内相关神经元中囊泡转运蛋白减少、多巴胺受体减少、多巴胺转运体数量减少等，使学生认同毒品的危害。

过渡提问：“正常的刺激还会使吸毒者兴奋吗？”引导学生分析生理毒瘾的产生。在此基础上，教师指出多巴胺参与调节的其他神经通路，逐条列举毒品的诸多危害(图4)，带给学生强烈的震撼，促使其自觉形成远离毒品的意识。

图4 毒品的多重危害

设计意图：启发学生运用所学知识解决实际问题，引导学生关注生物学知识的社会价值。借助“毒品的危害及成瘾”这一学习情境自然渗透德育教育，使学生认同毒品危害巨大，从而自觉形成远离毒品、珍爱生命的意识。

3.4 情感升华——毒瘾无治要远离 过渡提问：“吸毒者如此痛苦，有什么办法能帮助他们呢？”引出药物戒毒。出示戒毒药物——美沙酮的药品说明书，分析其药理机制及作用效果，师生达成共识——药物无法戒毒，只能缓解痛苦，且过量服用也会上瘾。

设计意图：渗透生命教育和健康教育，使学生自觉抵制毒品。

4 教学反思

本节课以课程相应的知识作为载体，以能力训练为主线，重视对学生生物科学素养的培养。一方面，以“毒品的危害及成瘾”为情境主线贯穿始终，按照“感知—理解—应用”的认知过程安排教学，同时自然渗透德育教育，使学生树立“珍爱生命、健康生活”的观念；另一方面，以“多巴胺”为具体实例，以问题串引导学生自主探究，坚持以学生为主体、以教师为主导、以能力为根本的教育思想；第三，通过呈现大量真实图片，使学生认同概念，培养科研实证意识，也充分体现了生物作为一门科学课程的特点。