对插图“神经表面电位差的实验示意图”

马斌

[摘要]电位差的测量及电位差曲线的形成原因，测量过程中灵敏电流计偏转方向与电位差曲线之间的关系是高中生物《通过神经系统的调节》一节的难点，也是近几年高考生物试题涉及最多的高频考点。基于此，分析人教版生物教材中的插图“神经表面电位差的实验示意图”的知识背景、电位差图像成因、相关知识的拓展和深化等方面，以帮助学生拨开迷雾，突破难点，提高学习和备考效率。

[关键词]插图;电位差;灵敏电流计;神经纤维

[中图分类号] G633.91

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（2020）14-0079-02

高中生物教材中有着丰富的可用于辅助教学的各种插图，每一种插图都承载了特定的教学信息，有些信息是明面上的，要求学生通过识图或思考插图后的“思考与讨论”内容掌握插图所包含的知识点以及能力要求;但也有一些信息是隐含信息，对图像的成因、背景知识交代得很模糊。它们的出现，按编者的原意，只是用来说明某一个方面的问题，但它们却成为近几年高考命题的热门素材，像这样一些插图，一旦以原型或变化后的模式图出现在试题中，可涉及的知识点、可考查的角度都大大超出了编者的设计意图。这就要求教师在平时的授课中要多加关注图形素材，并对其进行深入挖掘与分析，以帮助学生充分理解和掌握课本内容，提高学生分析问题和解决问题的能力，真正提高学生的生物科学素养。

例如，人教版生物必修3《通过神经系统的调节》一节的插图“神经表面电位差的实验示意图”如图1所示。

该插图直观表明，当神经纤维上的某一点受到适宜刺激时，可通过灵敏电流计指针的偏转情况来反映神经纤维上兴奋的传导过程。分析插图信息可知，灵敏电流计的指针的偏转方向与神经纤维上电流计两电极之间的电流方向一致。因此，学生也习惯性地接受：灵敏电流计的指针偏转方向总是和两电极之间的电流方向一致。但是，若要将该插图进一步挖掘和变式来进行考查，如将通过灵敏电流计指针的偏转情况来反映神经纤维上兴奋的传导情况的问题，转化为考查相同情景下随时间变化神经纤维上电流计两极之间电势差曲线的变化问题时，就会发现，神经纤维上电流的方向居然常常和电流计指针的偏转方向相反。这是怎么回事呢？难道教材插图信息有误？当然不是，容笔者从以下几个方面加以论述和解析。

一、插图后的知识背景

该插图信息的获得涉及了一个学生不熟悉的灵敏电流计的使用问题（如图2）。

使用灵敏电流计不但可测量神经纤维上电流的方向，还能测量神经纤维的同一点的膜内处或神经纤维上膜外不同点及膜内不同点之间的电位差的变化;而电流的方向与灵敏电流计指针偏转方向之间的关系则与电流计被接人的情况有关。当用灵敏电流计检测受到刺激时神经纤维上同一侧不同点的电势差时（属弱电流），可以直接将灵敏电流计串联入被测电路，灵敏电流计指针是否偏转以及指针的偏转方向则取决于电路中是否有电流通过以及电流流入电流计时的情况。如果电路中有电流从电流计的“+”接线柱流向“—”接线柱，则指针向有偏转;如果电路中有电流从电流计的“—”接线柱流向“+”接线柱，则指针向左偏转。简而言之，二者之间的关系可以概括为：“从哪里流入就向哪里偏转。”

二、电位差图像成因

综上所述，若教师在讲解兴奋在神经纤维上的传导问题时，就神经表面电位差测量过程中涉及的灵敏电流计的使用、测量方法稍加拓展，或者能出示簡单的测量图解，学生就自然能理解教材插图所示的测量结果，甚至还能将其转换成相同情景下神经纤维上电流计两极之间电位差随时间变化的曲线图。

灵敏电流计的原理和使用方法，上文已有论述，结论是：神经纤维上电流方向与灵敏电流计指针的偏转情况是否一致，完全取决于灵敏电流计被接入电路的情况，也就是完全取决于采取的测量方法。因此，在研究兴奋在神经纤维上的传导过程时，若将灵敏电流计的两电极均置于神经纤维膜的外侧，连接方法如图3所示，则可在静息状或给予适宜刺激时，通过观察灵敏电流计的指针偏转情况，得到兴奋在神经纤维传导时电流的流动方向以及两点间电位（势）差随时间的变化情况，如图1所示（即教材插图）。教材插图所隐含的信息就可以被揭晓，同时还可从教材插图着手，变式并获得该过程中的电位差变化曲线图，如图4所示。

三、相关知识的拓展和深化

明白了上述原理，有关兴奋在神经纤维或神经细胞间的传递过程就均可使用灵敏电流计进行测量，测量的范围和方法常被拓展和深化，而这种拓展和深化则成为近几年高考命题的热点，自然也就成了学生学习的重点。比如，当我们把灵敏电流计的两电极分别置于神经纤维同一点（或不同点）的膜的内外侧时，就可获得由静息电位产生动作电位再恢复到静息电位的全过程中电位差随时间变化的曲线图，该过程中测量方法和测量结果可分别用如图5和图6表示。其他类型的深化与拓展情况与之大体相似，不再赘述。

总之，教师应该高度重视教材中的各类图形素材，善于深入挖掘和分析其中隐含的各种教学信息，并进行相应拓展，帮助学生突破学习难点，提高学生的学习效率。

（责任编辑 黄春香）

[基金项目]本文系2017年甘肃省高中教育省级立项课题“高中生物图示教学研究”（课题立项号：GS[2017]GHBl548）的研究成果。