“人体生命活动的调节——神经调节”（第1课时）教学设计*

李小川 （南京师范大学附属中学 江苏南京 210003）

1 教材分析

高中《生物3：稳态与环境》第2章“生物个体的稳态”第2节内容包括“人体生命活动的神经调节”“人脑的高级功能”和“人体的体液调节”3个部分。“人体生命活动的神经调节”第1课时主要介绍神经元的结构和功能，以及兴奋在神经纤维上的传导过程［1］。本课时内容抽象难懂，但又是学生学好本节内容的基石，因此制定让学生容易接纳的教学设计尤为重要。笔者通过展示科学家进行科学探究的过程，展现科学实验所观察到的现象，让抽象的问题形象化，使学生的学习事半功倍。

2 学情分析

经过初中生物学内容的学习，学生已对神经调节过程有初步了解，可判断哪些生命活动有神经系统的参与，但对神经调节具体过程和调节的机理缺乏认识；学生对必修1《分子与细胞》模块第3章“细胞的结构和功能”中“细胞的结构”和“物质跨膜运输的方式”内容的学习，已为学习本节内容做好铺垫；在学习本章第1节“人体内环境的稳态”的过程中，学生对神经调节具体过程已产生诸多疑惑，这促使学生形成了学习本节的内驱力。教师在授课过程中通过问题设计，鼓励学生发散思维，理性猜想；提供实验材料，让学生设计验证性实验，预测结果；展示科学家科学分析实验现象的过程，让学生感同身受，相信自己也能像科学家一样思考，帮助学生形成科学思维的习惯。

3 教学目标

1）知识目标：说明神经元的结构和功能；概述兴奋在神经纤维上传导的过程。

2）能力目标：通过观察科学史现象，预测实验结论，提高学生理性思维能力；通过设计实验验证猜想，培养和加强学生科学实验能力。

3）情感态度与价值观目标：通过观察实验现象，预测实验结果，设计实验验证，展示科学家猜想和验证的过程，学生会发现自己有着与科学家相近的科学思维，从而激发学生投身科学的热情；科学家在实验中所表现出来的严谨而不放弃的科学精神，可以影响学生的一生。

4 教学重、难点

兴奋在神经纤维上传导的过程。

5 教学过程

5.1 创设情境，提出新课 利用多媒体播放网络视频《幸运哥》（快速躲避交通灾害）。教师提问：看完视频，大家觉得“幸运哥”面对突发情况反应如何？学生：反应快、身手敏捷…… 教师提问：这主要是身体的哪套系统参与调节的结果？学生答：神经系统。

教师引入：神经系统为什么能作出如此迅速的反应？引入学习人体神经系统参与生命活动调节（神经调节）的过程。

5.2 新课研学 教师用PPT展示本节课题：人体生命活动的神经调节，并提问：神经调节的基本结构单位和功能单位是什么？学生答：神经元。

教师展示神经元图片，讲解神经元结构（胞体、树突、轴突）；解析神经元、神经纤维和神经三者之间的区别和联系，并提问：有着这样特殊结构的神经元具备怎样的功能？请看科学家是怎样一步步认知神经元的。

材料 1：1791年意大利解剖学家加伐尼（L.Galvani）偶然发现，如果将蛙腿的肌肉置于铁板上再用铜钩钩住蛙的脊髓，当铜钩与铁板接触时肌肉就会发生收缩［2］。

材料2：视频播放“蛙的坐骨神经-腓肠肌刺激”演示实验。

学生发现给予坐骨神经一定刺激后，肌肉会出现收缩现象。教师明确兴奋概念（某些组织或细胞在接受刺激后，可由相对静止状态转变为显著活跃状态的过程）并提问：为什么刺激神经元肌肉组织会产生兴奋？神经元上产生了什么？学生答：电流（电信号）。教师追问：怎样验证你的猜想？学生答：用电流表检测。

材料3：1849年，德国生理学家雷蒙德（Reymond）在动物神经表面放置2个电极，连接到一个电表上。在神经一侧的相应位置给予适当的刺激，则电流表指针发生偏转［3］。

学生观看素材发现，原来自己的想法和伟大的科学家想法一样，由此增加学习的热情和动力。

教师提问：神经（元）上为什么会产生电流？请结合物理学知识分析可能的原因。学生交流讨论，得出猜测结论：由于离子的移动造成。

材料3-1:雷蒙德提出：①所有不损伤的神经或肌肉都存在“静息电位”,并设想这是由于神经或肌肉表面有秩序地排列着一层带电粒子所致；②当神经或肌肉因受刺激作用而兴奋时,由于带电粒子的流动而使原先的静息电位降低（零）。

看到上述材料，学生的学习会更加自信，为后续设计验证性实验铺平道路。

教师追问：最可能是哪些离子的移动造成的？请根据所学知识大胆猜测。学生交流讨论，教师根据学生交流情况给予引导。

在本章第1节“人体内环境的稳态”的学习中，学生了解到：细胞内、外 Na+、K+分布不均，K+主要分布在细胞内液，Na+主要分布在细胞外液。因此很容易猜想到可能是Na+或 K+移动引起的。

材料3-2：1902年雷蒙德的学生伯恩斯坦（Bernstein）依据细胞损伤时电位较完好时低的事实，推测在静息状态情况下细胞膜内电位低于细胞膜外（外正内负）。

提问：最可能由哪个离子做什么方向的移动会造成膜外电位为正、膜内电位为负的情况？学生交流回答：（静息状态下电位差）是由K+外流引起。提问：能否用学过的生物学技术设计验证性实验？学生交流讨论，教师做好引导。提示学生本实验的目的是观测物质的移动。学生很快会想到可用“同位素标记法”设计实验。

材料4：河豚毒素对细胞膜上Na+通道有特异阻断作用；四乙胺对细胞膜上K+通道有特异性阻断作用。

教师请学生根据此资料信息设计实验，预测实验结果，并介绍20世纪50年代，英国生理学家霍奇金（Hodgkin）等人做的相关实验。

本处的设置目的是让学生学会用已学知识设计验证性实验，并预测实验结果，培养学生理性思维和科学实验的能力。展示科学家的验证性实验过程，让学生切实感受到自己具备与科学家一样的理性思维和科学实验的能力。

教师总结：科学结论的获得需要科学实验的验证。如果要检测神经元上的兴奋传导过程，上述科学家的实验还需要在实验材料和实验工具上做哪些改进？教师根据学生的交流情况加以提示和引导：当时雷蒙德测的是“神经”和“肌肉”。为什么不直接检测单个的神经元？如果有单个的神经元，对检测的电流表又有怎样的要求？

学生交流讨论，教师引导，总结归纳得出后续的实验应在以下2个方面开展工作：①找到巨大的神经元；②发明更加灵敏的检测工具。

教师展示素材［4］。

材料5：1936年英国解剖学家杨（J.Z.Young）找到了一个理想的试验材料——枪乌贼的神经元。该神经元轴突直径可达1 mm（一般脊椎动物轴突直径最大不超过 0.02 mm）。

材料6：1939年英国生理学家霍奇金（Hodgkin）和赫胥黎(Huxley)用他们发明的微电极技术，测得枪乌贼神经细胞轴突膜两侧的静息电位相差70 mV。更意外发现的是，在刺激时动作电位变化的幅度极大超过了零电位，达到了+30～50 mV（图1、图2）。

图1

图2

教师请学生分析，动作电位产生的可能原因。学生交流讨论得出：Na+内流。

教师介绍英国生理学家霍奇金（Hodgkin）和卡茨（Katz）提出的“离子学说”：①静息状态：神经膜主要是由K+扩散出膜外形成“外正内负”的静息电位；②兴奋状态：形成了“外负内正”的动作电位，是因为膜对Na+的通透性迅速增加，使膜外高浓度的 Na+进入膜内。

1976年，德国生物物理化学家埃尔温·内尔（Erwin Neher）和伯特·萨克曼（Bert Sakmann）建立了膜片钳技术，这是一种以记录通过离子通道的离子电流，反映细胞膜单一的或多个的离子通道分子活动的技术。验证了霍奇金和卡茨“离子学说”。

教师总结兴奋在神经纤维上的传导过程，见表1。

表1 兴奋在神经纤维上的传导过程

5.3 课堂小结 了解了神经元的结构，理解了兴奋传导过程，学生不禁感叹人体结构的精妙和神经调节玄机的奥妙，也更加懂得生命的伟大，学会珍爱生命、热爱生活。

6 自我评价

1）将记录仪的2个电极分别放置在神经纤维膜外的a、c 2点，c点所在部位的膜已被损伤，其余部位均正常。图3是刺激前、后的电位变化（图中黑色区域为兴奋部位，阴影区域为被损伤部位），以下说法不正确的是（ ）。

图3

A.兴奋的产生与膜对Na＋的通透性改变有关

B.被损伤部位c点的膜外电位为负电位

C.兴奋传到b点时记录仪的指针将向左侧偏转

D.结果表明兴奋在神经纤维上以电信号形式传导

2）科学家在细胞外液渗透压和钾离子浓度相同的条件下，进行了含有不同钠离子浓度的细胞外液对离体枪乌贼神经纤维电位变化影响的实验，结果如图4所示。下列相关说法正确的是（ ）。

图4

A.Na＋和K＋进出神经细胞都是主动运输方式

B.由图中 3条曲线 a、b、c可知，细胞外液中Na＋浓度高低的关系是 a＜b＜c

C.由图中3条曲线可知细胞外液中钠离子浓度可以同时影响动作电位和静息电位的峰值

D.若持续降低细胞外液中钠离子的浓度，最终可能使离体枪乌贼神经纤维无法产生动作电位

7 教学反思

本节内容的教学设计主线通过科学史素材讲述，鼓励学生大胆猜测，再通过材料补充，让学生合作探究，设计实验验证猜测。在教学过程中，将抽象难懂的知识点转化为形象生动的科学实验，激发学生的理性思维，鼓励学生进行科学实验探究。学生既掌握了神经元结构和功能的知识，也在一定程度上更加懂得了生命的伟大，从而巩固了学生的生命观念。从珍爱生命发展到勇于承担更多的社会责任。