“通過神經系統的調節”（第1課時）的教學設計*

羊垂功 （廣東省開平市開僑中學 廣東開平 529300）

1 教材分析與設計思路

“通過神經系統的調節”是人教版高中生物學教材《穩態與環境》第2章第1節的內容，包括神經調節的基本方式（反射）和神經調節的結構基礎（反射弧）、興奮在神經纖維上的傳導（第1課時），其在教材中主要起承上啟下作用。它是在學習人體內環境和穩態的基礎上，要求學生掌握的第1種調節方式，屬于維持內環境穩態調節網絡的延續和拓展，同時又為后續學習體液調節、神經調節與體液調節的關系、免疫調節奠定基礎。學生在初中階段已經學過反射、反射弧、神經元等知識，對神經調節的結構基礎、神經調節的基本方式具有一定認知基礎，通過 《分子與細胞》、《遺傳與進化》2個模塊的學習已經具備信息處理、實驗分析、邏輯推理等能力基礎，因此這部分內容主要采取遞進式問題串與實驗設計題相結合的教學策略，引領、啟發學生思維，在強化學生對神經調節結構基礎和神經調節基本方式理解的同時，強化學生信息處理、實驗分析、邏輯推理等能力，深化對結構與功能相適應生物學觀點的理解；興奮在神經纖維上的傳導既是本節教學重點又是教學難點，由于該內容抽象、復雜，若采用傳統的“授一受式”教學，不利于促進學生思維的發展、調動學生學習的積極性，因此這部分內容主要以“探討蛙坐骨神經實驗現象→揭示蛙坐骨神經實驗現象本質”教學方式為載體，引導學生歷經發現問題、提出問題、解決問題過程，在深化學生分析解決問題、邏輯推理、綜合分析等能力的同時，使學生對學科之間相互滲透有感性認識，從而理解唯物主義普遍聯系的觀點。

2 教學目標

1）知識目標：①概述神經調節的結構基礎、神經調節的基本方式；②說明興奮在神經纖維上的傳導。

2）能力目標：①通過分析反射弧受損部位，提高實驗分析能力、邏輯推理能力；②通過分析蛙坐骨神經實驗，提高分析問題能力；③通過分析興奮產生機理，提高邏輯推理能力、綜合分析能力。

3）情感態度與價值觀目標：①通過利用電學原理分析膜電位變化等，對學科之間相互滲透有感性認識，從而理解唯物主義普遍聯系的觀點；②培養實事求是的科學態度和不斷探究的科學精神。

3 教學過程

3.1 整合章節緒言之間的邏輯關系，溫故知新導入新課 利用本章節緒言與前一章內容存在的邏輯關系，創設遞進式問題串：①內環境的組分有哪些？它們之間有怎樣的關系？②組織細胞如何從外界環境獲取物質與能量？③什么是內環境穩態？它有什么意義？為什么正常情況下人體內環境能處于一個相對穩定的狀態？其原理是什么？引領、啟發學生構建章與章知識之間內隱的邏輯關系（圖1）。

圖1 人生命活動調節問題串

歸納、總結，導入新課：正是機體的調節作用，各個器官、系統才能協調活動，維持內環境各種理化性質的相對穩定，細胞才能正常與外界環境進行物質交換、能量轉換和信息傳遞，才能保證生命活動有序進行，機體如何通過調節作用以適應外界環境變化、維持內環境穩態［1］？這是第2章的核心內容。本節課學習人體調節網絡中最重要的調節方式——“通過神經系統的調節”。

設置意圖：在激發學生學習興趣的同時促使他們產生新的認知需要，為學習后續內容奠定基礎。

3.2 探討神經調節的結構基礎和反射 依據學生原有認知結構創設遞進式問題串，引領、啟發學生交流、討論反射概念、神經調節的結構基礎、神經元結構與功能關系、神經元與人或動物適應外界環境變化、維持內環境穩態的關系：①人和動物各器官、系統的協調活動，以及對外界環境作出各種反應主要是通過神經系統完成，神經調節的基本方式是什么？②什么是反射？其類型有哪些？請結合初中學習過的知識例舉相關實例。③完成反射活動的結構基礎是什么？反射弧包括哪些基本環節？請回顧初中學習的膝跳反射和縮手反射，并畫出其反射弧簡圖。④神經元包括哪些結構？神經元中能夠進行信號分析的結構在哪里？神經元有大量的樹突、粗長的軸突對其功能有什么意義？神經元獨特的結構對人或動物適應外界環境變化、維持內環境穩態有什么作用？

在小組派代表到黑板上畫出反射弧簡圖、相互補充、完善以上問題答案的基礎上，教師向學生滲透結構與功能相適應的生物學觀點：正是神經元存在大量樹突，才使其能夠與其他神經元建立密切聯系、才使其能夠更加方便地接受來自于其他神經元的信號；當樹突接受信號后其胞體先對相關信號進行分析、整合，再通過粗長的軸突將相關信號快速傳導、傳遞至下一個神經元（神經系統具備感受、調節能力的細胞基礎），才能使人或動物對外界環境各種刺激作出快速反應，才能使人或動物適應外界環境變化、維持內環境穩態，因此說神經元是神經系統的結構與功能單位。

教師結合學生在黑板上畫出的反射弧簡圖，創設遞進式問題串，引領、啟發學生交流、探討反射活動發生的基本條件：①刺激傳入神經時，肌肉會收縮嗎？這屬于反射活動嗎？這說明發生反射活動必須具備什么條件？②刺激傳出神經或肌肉本身時，肌肉都會收縮嗎？它們都屬于反射活動嗎？這說明發生反射活動必須具備什么條件？③將手放至蠟燭火焰上時，會發生縮手反射，但是若將手放至沒有火焰的蠟燭上時，不會發生縮手反射，這說明發生反射活動必須具備什么條件？在各小組交流、討論的基礎上，師生共同歸納、總結反射活動發生的基本條件：1）必須要保持反射弧結構的完整性：由于實例①中沒有中樞神經系統參與，不符合反射概念，所以它不屬于反射；由于實例②中反射弧的結構不完整，所以它也不屬于反射。實例①和實例②的相同點都是反射弧的結構不完整，區別僅是反射弧的基本環節到底缺少幾個；為什么反射活動的發生必須保持反射弧結構的完整性？教師進一步拓展、辨析，以深化學生對反射與反射弧結構完整性、反射弧結構完整性與人或動物適應外界環境變化、維持內環境穩態關系的理解：對于人或動物來說，能夠接受外界刺激的部位是感受器，當感受器受到外界環境的各種刺激時，會將產生的興奮沿著完整的反射弧進行傳導、傳遞才能抵達相應的效應器，才能使效應器產生針對特定刺激的反應，進而使人或動物適應外界環境的變化、維持內環境穩態，因此反射活動發生必須保持反射弧結構的完整性；2）外界環境給予的刺激必須要達到一定強度。

為強化學生學以致用和分析解決問題的能力，教師追問：如果某人縮手反射的傳出神經受到損傷，感受器受到刺激后，人會發生縮手反射嗎？會有感覺嗎？如果損傷的是脊髓相應的中樞，人會發生縮手反射嗎？會有感覺嗎？在小組交流、討論、補充、完善以上問題答案的基礎上，教師進一步追問：如何確定反射弧損傷部位？展示實驗題，以強化學生實驗分析能力、邏輯推理能力、綜合分析等能力。

例1：下圖（圖2）為某一反射弧結構示意圖,已知某種毒素可以使肌肉不能收縮,但不知該毒素作用的具體部位,如果想探究該毒素的作用部位是 B（神經中樞）、D（為神經與肌細胞接頭部位）、E（效應器）中的哪一個(假設該毒素只能使上述的一個部位中毒失效),某科研小組設計了以下探究實驗,請完善下列探究內容。

圖2

實驗材料及其說明:電刺激儀1臺,電流表（用電刺激Ⅰ與Ⅱ時，電流表可檢測到A、C的電位變化）。

實驗步驟、實驗現象、實驗結論如表1。

表1

參考答案：1）刺激Ⅰ時,A有電位變化,C無電位變化,E(屈肌)不收縮,刺激Ⅱ時,C有電位變化,E(屈肌)能收縮。

2）刺激Ⅰ時,A與C均有電位變化,E(屈肌)不收縮,刺激 E(屈肌)時,E(屈肌)能收縮。

3）刺激Ⅰ時,A與C均有電位變化,E(屈肌)不收縮,刺激 E(屈肌)時,E(屈肌)不收縮。

設置意圖：通過揭示反射與反射弧、神經元與反射弧、神經元、反射弧與人或動物適應外界環境變化、維持內環境穩態之間內隱的邏輯關系，在深化學生對結構與功能相適應生物學觀點理解的同時，強化分析解決問題能力、實驗分析能力、邏輯推理等能力，為學習后續內容奠定能力基礎。

3.3 探討蛙坐骨神經實現現象 反射活動發生需要保持反射弧結構的完整性，而組成反射弧的神經元細胞之間必須建立聯系才能使反射活動得以完成，而這種聯系的建立離不開興奮在一個神經元細胞上的傳導與興奮在2個神經元細胞之間的傳遞，興奮怎么產生？以何種形式在軸突上傳導？教師播放蛙坐骨神經實驗視頻動畫；展示教材中的“神經表面電位差的實驗示意圖”；創設遞進式問題串引領、啟發學生交流、討論：①蛙坐骨神經未受到刺激時，電流表指針沒有發生偏轉，這一實驗現象說明什么？（說明蛙神經未受到刺激時，沒有電流產生。）②當蛙坐骨神經左側受到一定強度的外界刺激時，電流表指針發生了2次方向相反的偏轉，這一實驗現象說明什么？（說明蛙神經受到刺激時，產生了電流。）③什么是興奮？通過分析該實驗現象，你認為（神經組織、細胞）興奮的本質是什么？④當蛙坐骨神經某側受到一定強度的外界刺激時，電流表指針為什么會發生2次方向相反的偏轉？請依據“神經表面電位差的實驗示意圖”嘗試闡述自己的推測。

在學生交流、討論的基礎上，師生共同歸納、總結興奮產生的原因及其傳導機理：蛙坐骨神經未受到刺激時，由于無電位差的存在或電信號的出現，因此電流表指針未發生偏轉；但蛙坐骨神經某側受到一定強度的外界刺激時，在受刺激側的表面與未受刺激側的表面之間會出現短暫的電位差，而使電流表指針發生偏轉，因此神經組織（細胞）興奮的本質是：電位差的產生或電信號的出現；刺激先使神經膜內與膜外的電荷發生轉變（膜內由負變為正，膜外由正變負）即產生興奮，然后興奮再以電信號的形式沿著神經纖維由受刺激部位傳導至未受刺激部位，這種傳導過程能使興奮部位（膜外呈現負電荷）恢復至未興奮狀態（膜外呈現正電荷）、未興奮部位（膜外呈現正電荷）轉變為興奮狀態（膜外呈現負電荷），而使它們之間產生電位差，致使電流表指針偏轉。即受刺激部位，由于產生興奮而使其膜外出現負電荷，而未興奮部位膜外依然保持正電荷，由于兩者之間存在電位差，所以電流表指針發生第1次偏轉；興奮傳導過程由于能使興奮部位與未興奮部位的膜外電荷逆轉而使兩者存在電位差，致使電流表指針發生第2次偏轉。

3.4 探討、歸納、總結興奮傳導基礎知識 以上推測是否正確？假如正確，其產生、傳導的機理怎樣？請根據以下問題，閱讀教材并交流、討論：①神經纖維未受到刺激時膜內、外離子具有怎樣的分布特點？神經纖維上電位表現怎樣？呈現這種電位表現的原因是什么？②神經纖維某處受到刺激時膜電位怎么變化？發生這種變化的原因是什么？③興奮在神經纖維上傳導以什么形式進行？④若刺激點在神經纖維中段，興奮在其上的傳導具有什么特點？若刺激點在樹突或胞體，興奮在神經纖維上的傳導又具有什么特點？⑤興奮傳導的方向是怎樣的？興奮產生時，神經纖維膜內、外電流方向與興奮傳導的方向具有怎樣的關系？在小組交流、討論、補充、完善以上問題答案的基礎上，教師引導學生采用思維地圖中的氣泡圖，進行知識歸納、總結并投影展示，最后師生共同補充、完善（圖3）。

圖3 興奮在神經纖維上的傳導基礎知識

設置意圖：使學生對興奮產生、傳導有粗略認知，為深入探討、揭示興奮傳導這一抽象、復雜過程奠定認知基礎。

3.5 揭示蛙坐骨神經實驗現象的本質 教師播放神經沖動產生、傳導視頻動畫，并結合視頻動畫解析靜息狀態時，膜內、外離子分布出現內負外正，受到刺激時，膜內、外離子分布出現內正外負的原因；再依據 “膜內電流方向與興奮傳導的方向相同、膜外電流方向與興奮傳導的方向相反”關系、以“靜”→“動”→“靜”過程為載體，采用“電荷轉移的方法”解析黑板上的興奮傳導過程簡圖，以使學生明確：正是膜內電流方向與興奮傳導的方向相同、膜外電流方向與興奮傳導的方向相反，以及正電荷不斷發生轉移，才使興奮在傳導過程中，興奮部位（內正外負）得以恢復成未興奮狀態（內負外正）；未興奮部位（內負外正）得以轉變成興奮狀態（內正外負），“電荷轉移”的本質是什么？教師再從K+通道開啟與Na+離子通道關閉的關系給予揭示，最后師生共同歸納、總結神經沖動產生、傳導機理（圖4）。

圖4 神經沖動產生、傳導機理

教師創設問題串，以深化學生學以致用能力、邏輯推理能力、綜合分析等能力：①K+外流屬于哪種運輸方式？Na+內流屬于哪種運輸方式？依據K+外流的運輸方式與Na+內流的運輸方式，請分別推測Na+和K+膜內與膜外的濃度關系？（K+外流與Na+內流都屬于協助擴散，依據其特點為順濃度梯度，可以推測K+膜內濃度大于膜外濃度，Na+濃度則相反）；②由于K+外流、Na+內流必然導致膜內的K+濃度與膜外的Na+濃度逐漸降低，為維持靜息狀態時2種離子的正常分布，細胞采取了怎樣的調節機制（請結合視頻動畫進行闡述）？你認為K+內流、Na+外流分別屬于哪種運輸方式？請闡述理由（請結合視頻動畫進行闡述）。（興奮產生時由于有一部分Na+擴散至胞內、有一部分K+擴散至胞外而激活Na+-K+泵，Na+-K+泵再將內流的Na+泵出胞外，同時將胞外增多的K+泵進細胞內，以恢復靜息狀態時K+、Na+離子的正常分布，保持細胞正常興奮性；由于K+外流、Na+內流都為逆濃度梯度、需要載體蛋白且消耗ATP，因此它們的運輸方式都是主動運輸。）

設置意圖：從離子水平揭示神經調節機理，使學生更全面了解神經調節過程。

3.6 構建本節知識網絡 教師引導學生采用思維地圖中的括號圖，構建本節知識網絡，以完善、優化學生原有的認知結構（圖5）。

圖5 “通過神經系統的調節”的知識網絡

4 教學反思

本節為筆者執教、展示的一節公開課，先通過創設遞進式問題串，利用任務驅動法，激活學生原有知識體系，使學生在溫故知新的同時激發學習興趣、促進產生新的認知需要（神經調節是怎樣調節的）；再以“神經調節離不開反射”→“反射離不開神經元獨特的結構”→“反射離不開反射弧結構的完整性”→“反射離不開興奮的傳導”→“興奮的傳導離不開膜內、外特殊的電流流向”→“膜內、外特殊的電流流向離不開Na+、K+通道與Na+-K+泵的協調配合”為主線，逐層遞進地引領、啟發學生交流、討論，在深化學生對神經調節的結構基礎、細胞基礎、離子基礎的理解、深化對結構與功能相適應生物學觀點的理解、領悟神經調節與機體適應外界環境變化、維持內環境穩態關系的同時，提高學生學以致用、分析解決問題、實驗分析、邏輯推理、綜合分析等能力，發展、提升了學生思維，避免了死記硬背知識的現象。例如，學生只要明確靜息電位與K+外流密切相關、動作電位與Na+內流密切相關，且兩者的運輸方式都為協助擴散，即可推測出K+、Na+膜內、外的濃度關系，進而推測出K+內流、Na+外流的運輸方式為主動運輸，有效達成了本節的各項教學目標。

主要參考文獻

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