神经调节中兴奋产生的离子基础

李宏伟 孙立新

一、教材分析

“通过神经系统的调节”是人教版高中生物学必修3“稳态与环境”模块中的重点章节，也是高考的热点知识。

本节教学内容源自人教版教材P18小字内容。该部分内容在现行的人教版教材中未涉及过多篇幅来介绍动作电位的形成分析方法和过程，但是浙教版教材却做了详细的介绍。这部分知识要求学生能够分析静息电位和动作电位产生的原因及运用物质跨膜运输方式的特点来解释离子进出神经细胞的特点，其中静息电位和动作电位产生时离子进出神经细胞的特点是学生学习的难点内容。

这部分内容在近年来的高考题中有不同程度的考查，会涉及离子跨膜运输的相关知识，也会涉及有关动作电位的波形分析。因此在教学中我们很有必要对这部分内容加以深入的探究和学习。

二、教学过程

1.验证神经冲动以电信号方式传播

如果用电刺激蛙的坐骨神经腓肠肌，可以发现其肌肉会立即收缩，而且这个反应非常迅速。

问1.感受器受到刺激后会形成神经冲动，冲动继续传播使效应器肌肉做出了相应的应答。这个过程用时很短，也就是说冲动传播速度非常快。请问神经冲动是化学信号还是电信号？

问2.生物学上的电信号反应与物理学科的电学实验原理是一样的。你能设计实验验证神经冲动是电信号吗？

设计意图：以生物学的知识引出课堂研究的主题，并采用学科相融的观点，为学生的自主学习与能力发展做好铺垫。在学生自主发言，相互讨论和观点交流的基础上，教师引导：利用电流表可以验证在神经冲动传递过程中是否产生了电流，如果有电流产生则说明神经冲动就是以电信号的方式传播。给出提示——在蛙的坐骨神经上连接上两个微电极，然后与一个电流表相连接。电流表指针静止时，神经表面不存在电位差;用电刺激神经，电流表指针快速发生偏转，证明电信号产生，兴奋以电信号形式传导。

2.验证电信号传递的生物学方式

（1）静息电位时

科学家研究过很多脊椎动物其轴突直径最大都在0.02mm，最新发现枪乌贼的神经轴突的直径可达1mm。无疑枪乌贼的轴突就是研究膜电位的最佳材料之一。科学家发现静息状态下神经细胞膜的两侧也有电位差，示波器显示器差值为-70mV，说明膜内电压明显低于膜外。因而说明静息电位时细胞内为负电荷，而细胞外是正电荷。

问1.请结合课本资源解释这一现象可能出现的原因。

学生猜测K+流向膜外导致。

问2.如何验证这一假设是否成立？

学生结合化学平衡原理，提出设想，在细胞外液中再加以一些K+，打破原有的电位差，观察示波器的数值会如何变化。

因实验室条件限制，这个实验采用多媒体演示实验代替，证明学生的假设可行性，并验证相关结论。教师进一步提出反思性问题：膜内侧K+是否会一直外流，它的运动受什么影响？进而得出结论，当膜内外的电位差稳定在-70mV，K+停止运动。这部分知识与化学平衡移动原理相通，学生很容易理解。

（2）动作电位时

动作电位时研究过程与静息电位时相类似，主要区别在于实验开始时要给予神经细胞膜一定的电位刺激，使其电位差发生改变。通过示波器观察动作电位发生过程中电位差的数值变化，以研究膜内外离子的运动情况。

这个过程同样是以多媒体演示实验来完成，在观看过程中可以发现示波器的数字发生了一个明显的变化：由-70mV逐渐上升到0并出现+35mV的峰值。边播放电子演示实验，边通过问题引导学生有效思考：这一过程中细胞膜内外的离子可能產生了哪些变化？结合教材内容给出自己的解释。并提出问题：Na+是以何种方式内流的？Na+会一直内流吗？

设计意图：通过层层的问题引导，让学生既能认真观察实验现象，同时认真思考实验中的一些细节问题，加强学生对教材内容的理解和巩固。

（3）回归静息电位

神经兴奋结束后，再次测定细胞内外的K+浓度和Na+浓度，可以发现与实验开始前时几乎相同。这进一步说明K+和Na+在神经细胞膜内外双向流动的特征。与课本内容完全相符，这时候教师可以再纵向延伸，引导学生思考神经细胞膜内外的离子跨膜运输方式，进一步彰显生物教学的整体性。

三、教学反思

通过本节课的教学，发现在课堂上以一系列提问串的提问方式能吸引学生的注意力，激发学生学习探究的兴趣，并且促进学生能够积极地参与课堂学习。学必有疑，疑必有思，只有设置情景引发学生思考，才能使学生主动学习。因此在备课时要设计有针对性、启发性、趣味性和探究性的问题，以激发学生的积极思维。在课堂教学中，老师需要合理地创设情境，有效地分层引导，起到主导作用，才能让学生有更多时间思考、提问，主动参与学习，充分发挥主体作用，取得更好的学习效果。

注：本文系2018年度甘肃省“十三五”教育科学规划课题《基于整体性教学设计的高中生物学教学策略研究》阶段性成果，课

题批准号为：GS[2018]GHB0359。

编辑 冯志强