再议神经调节中电位变化的教学策略

陆爱香

神经调节在人和动物生命活动调节中，占主导地位，其中在兴奋的产生、传导、传递过程中，膜电位的产生、转变、测量方法以及产生电位变化曲线，学生理解起来困难重重。下面立足教学实践，破解教学难点，开展教学设计。

1静息电位和动作电位的形成和测定

兴奋的产生实际上表现为膜电位的变化，即由静息电位转化为动作电位的过程。几乎所有细胞遇到适宜的刺激，均可以发生如此变化。但兴奋的传导（递）只能发生在神经元上，这点可以反射弧作为反射的结构基础，作为判定的依据，因为反射弧中兴奋的传导（递）都是通过神经元完成的。而效应器包含了肌肉或腺体，这些组织细胞也可以产生兴奋，从而引起肌肉收缩或腺体分泌。

静息电位和动作电位的形成以及静息电位的恢复过程，与K⁺、Na⁺进出细胞有关，其运输方式是学生容易产生迷惑之处。对此，教师不要开门见山地告知其运输方式，而可采取先告知学生K⁺、Na⁺在细胞内外浓度的大小关系，绘制相关图示，并提出问题：己知静息电位的形成是K⁺外流引起的，动作电位的形成是Na⁺内流形成的。请判定这两种离子在此过程中，运输的方式是什么？学生根据静息电位与动作电位形成的原因可知，K⁺、Na⁺外流和内流方向均是顺浓度梯度进行的，属于协助扩散。在此基础上，教师可引导学生，归纳出二者均通过离子通道的开关进行控制运输的。针对为了维持细胞内外离子正常的浓度差，可引导学生进一步分析：神经纤维兴奋部位最终要恢复为原状，即由动作电位恢复为静息电位，在此过程中，K⁺、Na⁺的流动方向应该是什么？在学生判断出分别为内流和外流后，教师追问：该过程中这两种离子运输的方式为什么类型？学生据该过程中离子运输为逆浓度梯度进行，可知属于主动运输，进而归纳出：该过程中需借助于钠钾泵，需要消耗能量，属于主动运输。

对于静息电位与动作电位的测定，学生对于电位计两电极放置的位置，难以理解，教师可出示静息电位与动作电位的示意图（图1），提出问题：静息电位与动作电位表现为什么类型？图中表示静息电位与动作电位的数字分别是什么？如何放置电位计的探针，才能准确测量出静息电位与动作电位的数值？学生在此基础上即可判定出探针放置的部位：一个放在膜内侧，另一个放在同一位置膜的外侧。

2膜电位差变化曲线的教学设计

神经调节过程中，神经纤维受到适当刺激时，受刺激部位膜电位会发生变化。通过测量膜两侧电位、膜同侧电位变化，绘制相关变化曲线，分析曲线各区段形成的原因及含义，是高考考查的重要内容，同时也是学生理解的难点。如何设计教学是教师需要关注的问题。

2.1神经纤维膜两侧电位差变化曲线的解读

对于该曲线（图2）的解读，教师需要借助于膜两侧电位差测量示意图，提出问题：

①神经纤维膜内外受刺激前后的电位是什么？当兴奋传过之后的电位有何变化？据此，学生可判定出ab段和ef均表示静息电位。

②静息电位与动作电位的膜两侧电位差有何不同？（相反）

③静息电位差是负值，是如何得出的？学生根据静息电位的类型，即可得出电位差是膜内电位与膜外电位的差值。

④动作电位的电位差应当是正值还是负值？图中哪一段曲线可表示？学生可判定出为cd段的正值。

⑤既然ed是动作电位，那么从刺激位点到c点区段、de区段的含义分别是什么？学生根据兴奋沿着神经纤维传导过程电位变化的过程，可判定出前者是静息电位到动作电位的转化过程，即动作电位的形成过程，至此可得出由刺激点到d点的过程与动作电位的形成与维持，是Na⁺通道被打开，内流所致，后者是动作电位到静息电位的转化过程，即静息电位的恢复过程。该过程中是借助于k⁺-Na⁺泵將k⁺从细胞外运输到细胞内，Na⁺从细胞内运输到细胞外，二者均属于逆浓度梯度运输，属于主动运输的过程。此外ab、ef段是静息电位维持过程，因k⁺通道被打开，外流所致。

2.2神经纤维膜同侧电位差变化曲线的教学

对于该知识的教学，相对于膜两侧电位变化较为简单，学生应该知道测量方法：电位计两探针要均放置于膜外（图3），或者同置于膜内，最终测得的曲线为图4所示。在教学过程中，教师直接给出曲线，然后引导学生对其形成的过程进行分析，不利于学生对新知识的理解。教师可引导学生对例1中流经电位计电流的方向，来加以判定分析，然后再绘制出变化曲线。这样的学习过程是知识主动构建的过程，有利于学生对知识的理解。

对于神经纤维受到刺激后，流经电位计电流的变化，教师可通过绘制动态过程图来进行教学：由于兴奋在神经纤维上是双向传导，与电位计有关的兴奋传导是右侧方向，刺激的初始阶段，由于两电极均为相同大小的正电位，故起点电位差为0，位于横轴上。当兴奋传至最左侧电极时，然后随着动作电位的产生，使得膜外逐渐由正电位向负电位转化，电位差的绝对值越来越大，电流由右侧电极流向左侧电极。达到最大值之后，由于兴奋经过左边电极后，该处电位要恢复静息电位，因此，由负电位逐渐转化为正电位，最终达到与右侧电极相同大小的正电位。这时电位差又变成0。该过程中电位差的变化出现波峰的形状，由于两个电极之间有一定的距离，因而在一段时间内，在兴奋未传导右侧电极之前，两电极所处的电位均为正电位，电位差保持为0值。直至兴奋传到右侧电极，该处电位变为负值，电流由左侧电极流向右侧电极，电位差逐渐达到最大值。然后，逐渐恢复为静息电位，电位计数值恢复为0点，出现另一个与前一个位置颠倒的波峰。至此为止，这两次电位差因正负电位在不同探针引起的，故这两次电位差值的形成过程，是个相反的过程，分布于横轴两侧。

教师出示例1，引导学生思考，反馈教学。

【例1】图5甲为某一神经纤维示意图，将一电流表的a、b两极置于膜外，在x处给予适宜刺激，测得电位变化如图5乙所示。下列说法正确的是（）

A.未受刺激时，电流表测得的为静息电位

B.兴奋传导过程中，a、b间膜内电流的方向为b→a

C.在图乙中的t3时刻，兴奋传导至b电极处

D.t1-t2、t3～ta电位的变化分别是Na⁺内流、K⁺外流造成的

参考答案：C。

3电流计偏转情况的教学思考

若电流计两电极的位置分别为位于一个神经元上、两个神经元之间时，对于电流计偏转的次数和方向等问题，学生会误认为出现偏转两次方向相同的误区。如何消除学生的理解误差，教师需要根据兴奋传导（递）过程中膜电位的变化过程，展开教学思考。

首先，教师要引导学生理解电流计两电极均位于同一神经纤维膜外（图6），若刺激位点在a电极左侧，刺激位点x，由于兴奋在神经纤维上是双向传导，而电流计两电极均位于均位于x点的右侧，只需关注向右传导的兴奋即可。

对电流计的偏转与否，教师可设问：电流计是否偏转与什么有关？偏转的方向取决于什么？学生根据所学的物理知识，即可得知前者与电流是否流经两电极有关，偏转的方向取决于电流的方向。为了便于学生更好理解，教师要尽可能让学生明确兴奋在向右侧传导过程中局部电流产生的变化过程。例如，在兴奋未传到电极a之前，电极a、b的电位均为正电位，故未产生电流，电流表不偏转，记为0;当兴奋传至a时，a处膜外电位逐渐变为负电位，电流由b→a，兴奋经过a之后，此处电位逐渐恢复为原静息电位的正电位;在兴奋未传到b之前，二者之间电位差为0，电流计不偏转，记为0;兴奋传到b处，此处电位逐渐转化为负电位，由于此时a处电位为正电位，因此，电流方向为a→b，兴奋经过b之后，此处逐渐恢复为0。在学生分析后，教师可引导学生绘出电流产生的过程：0→（b→a）→0→（a→b）→0。这样，学生就能理解：由于产生两次不同方向的电流，故在此过程中，电流表发生两次方向相反的偏转。

同样，学生可依次分析刺激位点分别位于ab电极中点、ab之间非中点、位于b点右侧点以及两电极之间出现突触的情形。在此基础上，教师提出问题：什么情况下电流表不发生偏转？什么情況下偏转两次？这两次偏转的方向如何？什么情况下偏转一次？由于学生已经分析出不同刺激位点所引起电流计偏转情况，可得出结论：兴奋同时到达两电极时，不发生偏转;先后到达两电极，则发生两次方向相反的偏转;若只到达一个电极，则只偏转一次，这种情形一般发生在跨突触的电流计。最后，教师出示例2，反馈教学。

【例2】图7是以枪乌贼的粗大神经纤维作为实验材料测定其受刺激前后的电位变化情况，图中箭头表示电流方向。下列有关叙述错误的是（）

A.在a点左侧刺激，前后发生的现象依次是④、②、④、③、④

B.在b点右侧刺激，前后发生的现象依次是④、③、④、②、④

C.在a、b两点中央刺激，前后发生的现象依次是④、①、④

D.在a、b两点中央偏左刺激，前后发生的现象依次是④、③、④、②、④

参考答案：D。

该试题着重考查学生对兴奋传导过程中膜外电位变化的动态过程。在学士思考时，教师不要引导学生分析，而应耐心等待学生自主描述各刺激位点发生的变化过程。这样，学生才能真正理解其动态变化过程，更好地判断电流计的偏转情况。