基于理性思维的高中生物课堂教学设计

摘 要：高中生物教学如何将理论层面的理性思维素养具象为教师可具体实施和教学的内容，将理性素养的培养完全融入具体的课程之中，在教学实践中通过对教材进行开发、挖掘和利用，设计出具体的课程案例进行教学，收到较好的教学效果。

关键词：理性思维；高中生物；教学设计

一、教材分析

1.教材地位

通过神经系统的调节一课，选自新人教生物必修3“稳态与环境”第2章第1节。其主要内容是神经调节的基本方式和兴奋的产生、传导。神经调节作为最早发现的稳态调节机制，在稳态调节网络中占主导地位，教材内容从细胞水平上说明了稳态的本质，与第一章个体水平上的稳态密切联系，也对后续体液调节的学习奠定了基础。

2.教学目标

概述神经调节的结构基础和调节过程。

说明兴奋在神经纤维上的产生和传导过程。

3.重点难点

说明兴奋在神经纤维上的产生和传导过程。

二、学情分析

知识基础：初中已经学习了反射、反射弧等相关知识。

能力基础：学生具有一定的逻辑性、系统性的思维能力。

可能存在的问题：对反射、反射弧等知识认识尚浅；兴奋的产生、传导抽象难懂，学生难以理解。

解决方案：通过问题等对反射和反射弧进行巩固和升华。通过探究实验、模拟实验等完成抽象问题形象化。

三、教法学法

1.教法：问题驱动教学法、情境驱动教学法、讨论法。

2.学法：自主学习、合作探究。

四、基于学生理性思维培养的主要教学环节

1.课堂导入

通过游戏导入（课件显示游戏规则），游戏结束后统计获胜一方，请一位学生说出要经过哪些方式的调节才能较好地完成这一快速动作？它的内在机制是怎样的？引入本节的课题。

设计意图：使学生带着兴趣主动参与到神经调节过程的学习中，既可活跃课堂气氛，又可激发学生的兴趣。

2.温故知新

通过播放草履虫应激性反应的视频，我引导学生思考两个问题：①人体可以对外界刺激作出反应吗？与草履虫的应激性有什么不同？②神经调节除了对外界的刺激作出反应以外，还能对机体内部的刺激作出反应吗？举例说明？通过两个与人类应激反应作对比的问题，引导学生进行对比分析得出：人体是在中枢神经系统的参与下完成对内外刺激的反应，而草履虫则是通过原生质发生的应激反应。从应激反应的物质基础不同得出反射的概念，反射作为应激性高度发展的结果，又可以进一步区分为条件反射和非条件反射。

为了使学生理解反射的类型，我引导学生对以下成语进行归类：①朝三暮四；②狗急跳墙；③打草惊蛇；④望梅止渴；⑤谈虎色变；⑥雁过留声；⑦酒酣耳热；⑧见兔放鹰；⑨闻鸡起舞；⑩初生牛犊不怕虎。通过对成语鉴定归类，较好地理解条件反射和非条件反射的区别和联系。

学生在初中阶段已经对反射有了一定的认识，同时，在本节教材中也做了比较明确的介绍。所以，对于该部分内容的教学，我设置以下问题串：①神经元包括哪些部分？其功能是什么？神经元、神经纤维和神经之间的关系是什么？②反射的结构基础是什么？反射弧各部分的组成、功能及破坏后的症状是什么？③结合膝跳反射分析：一个完整的反射活动仅靠一个神经元能完成吗？至少需要几个？④反射必备的两个条件是什么？被蚊虫叮咬后感覺到痒，属于反射吗？学生结合问题自主自学，交流展示，教师适时点拨的方法，调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣。

设计意图：反射的相关内容是初中生物学知识，通过视频引导回忆学习反射的概念、类型及结构基础。通过具体事例分析完成反射时的结构基础完整的重要性。

3.探究推理

（1）实验探究：感知兴奋在神经上传导的过程

兴奋如何产生的？又是如何在反射弧中传导和传递的呢？对于这部分内容，我采用情景驱动和问题驱动的教学方法，通过播放蛙坐骨神经受到电刺激的视频片段创设情景；提出两个问题：①坐骨神经受到刺激后，腓肠肌发生了什么现象？②神经纤维上的兴奋最可能以怎样的一种形式如此迅速传导的？通过问题引发学生思考，学生会根据腓肠肌的迅速收缩现象，提出收缩的可能原因：一定强度的刺激使神经纤维产生了电位差，形成了电流。学生思考做答后继续追问，电位差真的存在吗？你能设计一个实验来证明电流的存在吗？

此时，向学生展示灵敏电流计、枪乌贼的巨大神经纤维（巨轴突，直径可达1mm，肉眼可以分辨）、两个微电极、导线等材料。同时介绍实验原理：当灵敏电流计两端存在电位差时，电流表指针发生偏转，且偏向电位低的方向，即：偏向负电位。让学生根据实验原理和实验材料设计实验加以验证，并分析预期结果。随后呈现出科学家实验的真实结果（图1），让学生分析讨论图1的实验结果可以得出什么实验结论。

设计意图：通过视频中的腓肠肌快速收缩现象，学生提出问题，自主设计实验，通过实验设计还原科学研究的真相，达到了启发理性思维的目的。以灵敏电流计的偏转的直观示意图引导学生分析认识，兴奋以电信号的形式沿神经传导，而且是以“负电位”的形式依次传导，兴奋过后电位可以恢复，这种方式的教学很容易理解兴奋在神经纤维上是以电信号传导。

（2）探究静息电位及形成的机理

要探究静息电位及形成的机理，最好能在单根神经纤维上记录电位的变化。教师呈现科学家利用枪乌贼的巨大神经纤维，电极B插入细胞内时，在记录仪器上显示出一个电位跃变（图2），并告诉学生放大器的指针偏向右侧，此时的电位叫作静息电位，这个实验可以得出什么结论？

学生根据图示信息很容易得出在静息时，膜内膜外存在电位差，且能够分析出膜内电位低，膜外电位高，表现出外正内负。

设计意图：通过设计静息电位的电位变化示意图，让学生根据现象推测神经纤维膜内外存在电位，并且根据指针的偏转方向让学生判断神经纤维膜内外电位的高低。

静息电位是如何形成的呢？教师出示两个科学事实资料。

【科学事实1】：神经细胞膜上存在着与神经细胞兴奋性有关的离子通道。离子通道本质是一类具有特殊结构的蛋白质，不同种离子通道可以根据不同的刺激通过结构的改变达到开启或关闭的效果。在开启状态时由于细胞膜两侧存在浓度差，相应离子可以通过通道“溜”到膜的另一侧，关闭时则不能进出。

【科学事实2】：枪乌贼巨轴突细胞膜两侧主要离子浓度分布情况。

根据两个科学事实资料，引导学生小组讨论分析静息电位形成的可能原因，提出合理的假设，然后根据假设内容尝试设计实验探究这一问题。教师评价学生的实验设计，引导学生归纳出：用不同离子通道抑制剂处理和用等量生理盐水替代试剂作为空白对照，形成四种实验方案。最后教师呈现出科学家的实验结果是：靜息电位时神经细胞膜的离子通道只对K+有通透性。引导学生得出：静息电位主要是由钾离子外流造成的。

设计意图：为学生的学习搭建支架，先给出细胞内外的离子数据，学生提出假设，并设计探究实检验假设，学生的理性思维在探究中得到培养，最后给出事实，学生能够结合自己的探究理解静息电位形成的机理。

（3）探究动作电位形成的机理

教师再次呈现两个科学事实材料，同时展示图1的实验现象，引导学生分析出：兴奋时，膜外电位为负电位。教师提出问题：兴奋时，膜电位变化的原因是什么呢？学生观察动作电位发生的动画，同时强调在神经纤维受到局部刺激时，该部位膜上的载体对Na+有通透性、对K+没有通透性，根据数值表引导学生进行充分的思考和讨论，从而得出——动作电位形成的机理是：钠离子的内流。

为使学生更加明确其机理设计问题串，让学生讨论回答：①Na+内流的原因是什么？②Na+跨膜方式是什么？动力是什么？③Na+内流后受刺激部位的电位发生什么变化？④Na+内流后受刺激的兴奋部位与邻近未兴奋部位能否形成电流？⑤形成的局部电流的传导方向是怎样的？通过问题串的形式引导学生分析出：动作电位的传导是由于局部电流的形成及流动，并分析传导方向、传导特点等。从理论上明确了动作电位的形成机理及传导过程后，给出实验材料：实心磁铁（正电荷）、空心磁铁（负电荷）、两个磁带模拟膜内和膜外。学生根据实验材料小组合作模拟完成：①未受刺激时，神经纤维膜内外两侧的电位分布情况；②受刺激时，兴奋部位与未兴奋部位的电位分布情况；③受刺激后，兴奋在神经纤维上的传导过程。模拟完成后学生展示模拟成果，师生共同评价。

设计意图：引导学生尝试在提供相关知识和素材的背景下，对知识进行有效迁移，同时结合问题串的形式步步引导学生进行思考，建立知识之间的逻辑关系，学生能较好地理解知识并提升学生的理性思维能力。教学过程中采用模拟实验，变抽象内容为直观化，学生更容易理解和接受这一教学难点。

五、教学心得

本节课从游戏入手，激起学生的学习兴趣，通过设置情境问题，采用任务驱动法，以科学史中的经典实验为探究主线，在分析了大量的神经生理学实验资料的基础上，通过探究实验、模拟实验等引导学生积极主动地参与知识的构建过程，完成知识的宏观化与系统化；通过构建兴奋、电位、静息电位、动作电位等核心概念，使抽象知识具化为生动、形象、直观、易于理解接受的知识，并通过亲手设计和模拟活动使学生获得相应的科学情感体验，提升学生的理性思维能力和生物学科素养。

注：基金项目：河南省基础教育教学研究项目课题JCJYC

18080112；郑州市教育科学研究课题2018-ZJKYB-S76-010。

作者简介：刘文奇（1977—），男，汉族，河南柘城人，郑州市扶轮外国语学校，中小学高级教师，教育硕士，主要从事高中生物教学研究，曾获得郑州市第四、五届名师，河南省优秀教师，河南省市优质课壹等奖，河南省教学标兵等荣誉。

编辑 李琴芳