“興奮在神經元之間的傳遞”一節的教學設計

馬小娟 安 軍

(北京市第101中學 100091)

1 教材分析與設計思路

“興奮在神經元之間的傳遞”是人教版必修3“穩態與環境”模塊第2章“動物和人體生命活動的調節”第1節“通過神經系統的調節”中的內容。高中生物課程標準對該模塊的核心概念表述為：所有的生命系統都存在于一定的環境之中，在不斷變化的環境條件下，依靠自我調節機制維持其穩態。該模塊突出體現了“穩態與平衡觀”的學科思想。第2章從個體水平上討論了穩態維持機制，是“生命系統維持穩態”的重要組成。其中神經調節因其快速、精細、復雜的特點，成為動物體應對環境變化、維持穩態的重要方式。本節課承接“興奮在神經纖維上的傳導”，突觸傳遞興奮不僅是反射弧上的重要環節，同時也是學生理解神經系統的調節能夠精細、準確的知識基礎，有助于學生構建模塊核心概念。在整體備課思路的指導下，教師依據必修3模塊及第2章的核心概念設計本節課的重要概念，并以此設計核心問題；并為學生理解核心問題提供豐富的素材，以說明化學突觸在反射弧中傳遞興奮的過程、特點及對神經調節維持穩態的意義。本節課的重要概念：突觸傳遞是興奮沿反射弧傳遞的重要環節。神經元之間有復雜的突觸聯系，進而構成復雜的反射弧，這是神經系統對生命活動進行精細、準確調控的結構基礎。本節課的核心問題：反射弧中的突觸傳遞如何實現神經系統精細、復雜的調節？基于重要概念，教學重點是興奮在神經元之間的傳遞過程，教學難點是突觸傳遞對實現神經調節精細、復雜的作用。圍繞學科思想和核心概念進行教學設計，通過科學史料分析建立突觸概念，通過提供大量生物學事實，調動學生思考來獲得概念，并傳遞知識背后體現出的學科思想及教育價值。

2 教學目標

2.1 知識目標 描述突觸的結構，概述興奮在神經元之間的傳遞過程，闡明突觸對實現精細、復雜的神經調節的作用。

2.2 能力目標 聯系化學藥品對突觸傳遞過程的影響，解釋生活中與健康相關的問題。

2.3 情感態度與價值觀目標 通過學習毒品成癮的機理，運用突觸與學習記憶的關系，指導健康生活。

3 教學過程

3.1 分析經典實驗，建立突觸和神經遞質的概念 直接導入本課主題，要完成一次反射，就需要反射弧上神經元之間的相互交流。教師組織學生了解科學史上的相關研究。

經典實驗：突觸的發現和概念的提出 1897年，英國神經生理學家謝靈頓通過研究狗的屈腿反射，發現興奮沿神經纖維傳導的速度與其在反射弧上的傳導速度不同[1]：前者約為40m/s，而在反射弧上的傳導速度平均低于15m/s。通過對實驗過程的觀察和結果的思考，學生猜測反射弧傳導的延遲發生在兩個神經元的結點處，理解了謝靈頓提出“突觸”這一術語的背景和意義。教師引導學生繼續猜想：突觸具體以什么方式在神經元之間傳遞興奮？通過分析德國生理學家勒維(Loewi)的蛙心灌流實驗，得出結論：突觸通過釋放化學物質來傳遞信息。

設計意圖：通過經典實驗，讓學生了解突觸和神經遞質的提出過程，通過分析實驗訓練學生的理性思維；也讓學生認識到生物學的基本概念多是在實驗的基礎上提出的。

3.2 闡明突觸傳遞過程，了解突觸傳遞對健康和行為的影響 了解了突觸和神經遞質發現的科學史后，神經遞質作用的機制是什么？教師先展示電鏡下的突觸，說明突觸和神經遞質的結構關系，再播放動畫演示突觸傳遞興奮的過程。引導學生思考問題：①神經遞質與突觸后膜上的受體結合后，為什么能夠引發后一個神經元興奮？其結構基礎？②神經遞質與突觸后膜上的受體結合后的去向？該過程異常可能引發的結果？在問題②的基礎上，補充神經毒氣和有機磷農藥可以抑制乙酰膽堿酯酶的活性，使乙酰膽堿積累，持續作用于突觸后膜，使肌肉痙攣、強直或產生痙攣性麻痹，如果呼吸肌被麻痹則引起死亡。該實例說明神經元和肌肉之間的突觸傳遞異常，對人類健康甚至生命的威脅。同時再補充腦突觸傳遞信號(如多巴胺)受阻的圖示(圖1)，讓學生分析吸毒為什么會成癮？其本質是可卡因與多巴胺的轉運蛋白結合，使多巴胺在突觸中的停留時間延長，最終改變突觸后膜上多巴胺受體的數量。

圖1 可卡因與多巴胺的轉運蛋白結合

設計意圖：通過問題層層遞進，引導學生思考過程背后的科學本質，建立“結構與功能一致”的生命觀念，并指導學生健康生活，珍愛生命，遠離毒品。

3.3 設置認知矛盾，比較化學突觸和電突觸的特點 教師提出問題：“快速”是神經調節的突出特點，為什么興奮在神經元之間不通過電傳導？化學突觸“慢”的價值在哪？提供以下素材，教師引導學生分析化學突觸的其他特點：①神經遞質的類型：通過對膝跳反射路徑的分析，引導學生發現一組肌肉收縮時另一組肌肉不收縮，才能完成反射活動，進一步分析出神經遞質的不同類型(興奮型遞質、抑制型遞質)。②化學突觸的可塑性：圖片展示人幼年(0～2歲)大腦皮層的成熟過程，說明腦發育過程中神經元的數量變化不大，但是神經元之間的軸突和樹突聯系更加復雜、精細；展示成年小鼠的兩個神經元一個月的樹突變化(圖2)，說明成年個體化學突觸的后天可塑性。研究發現，學習和記憶都與新的化學突觸形成有關。③突觸整合：展示多個突觸之間形成復雜的突觸聯系(圖3)，每個突觸后神經元上既有興奮型突觸，又有抑制型突觸[2]。教師提問：為什么神經元之間形成如此復雜的突觸聯系？其生物學意義？在教師的引導下，學生認識到單個突觸傳遞的信號弱，多個突觸疊加在一起才產生動作電位；多個突觸同時作用于下一個神經元，就像民主投票，有人支持(興奮型突觸)，有人反對(抑制型突觸)。神經元之間通過錯綜復雜的聯系避免傳遞錯誤的信息，最終使反射弧傳遞正確的信息，個體做出正確的行為。反觀電突觸，雖然可以通過細胞間的通道快速傳遞電信號，但卻失去了化學突觸的可調、可變等特點，這就是化學突觸“慢”的價值。

圖2 成年小鼠神經元樹突一個月的變化[1]

圖3 有多個突觸的一個神經細胞體的顯微圖(15000×)[2]

設計意圖：圍繞核心問題，通過大量的生物學事實，比較電突觸和化學突觸的結構特點和作用特點，凸顯化學突觸是實現神經調節精細、復雜的結構基礎，提升學生對生命現象本質的認識。化學突觸可塑性對學習、記憶的影響，為學生正常作息、勞逸結合提供科學依據。

3.4 回顧核心問題，評價教學效果 教師再次提出本節課的核心問題：為什么神經系統能夠對環境變化作出精細、復雜的調節？

綜合之前對突觸的結構及傳遞過程的學習，對化學突觸和電突觸特點的比較，學生認識到化學突觸傳遞是反射弧的重要環節。化學突觸中的神經遞質類型不同、作用結果不同、突觸單向傳遞、突觸后天可變、多個突觸之間還會形成復雜的突觸聯系，這些特點是實現復雜反射活動的結構基礎，在此基礎上，人和動物的神經系統通過反射活動，對外界刺激作出快速、精確的反應，有利于動物適應環境變化，保證其生存、繁衍。

4 教學反思

在備課時，教師心中有觀點(學科思想)、有主線(核心概念)，就能夠靈活、得當地將大量的素材應用于教學，將知識作為載體，傳遞給學生相應的生命觀念和態度，這些觀念和態度將來會影響學生的決策。在教學的最后再次提出核心問題，回顧教學主線，回扣單元和章節的核心概念，評價教學效果；學生有了大量事實的鋪墊，自身對化學突觸在反射弧中的作用體會增多，就能夠用自己的語言說出其生物學意義。