基于理性思維的高中生物課堂教學(xué)設(shè)計

摘 要：高中生物教學(xué)如何將理論層面的理性思維素養(yǎng)具象為教師可具體實施和教學(xué)的內(nèi)容，將理性素養(yǎng)的培養(yǎng)完全融入具體的課程之中，在教學(xué)實踐中通過對教材進(jìn)行開發(fā)、挖掘和利用，設(shè)計出具體的課程案例進(jìn)行教學(xué)，收到較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：理性思維；高中生物；教學(xué)設(shè)計

一、教材分析

1.教材地位

通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)一課，選自新人教生物必修3“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”第2章第1節(jié)。其主要內(nèi)容是神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式和興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)。神經(jīng)調(diào)節(jié)作為最早發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制，在穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位，教材內(nèi)容從細(xì)胞水平上說明了穩(wěn)態(tài)的本質(zhì)，與第一章個體水平上的穩(wěn)態(tài)密切聯(lián)系，也對后續(xù)體液調(diào)節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

2.教學(xué)目標(biāo)

概述神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和調(diào)節(jié)過程。

說明興奮在神經(jīng)纖維上的產(chǎn)生和傳導(dǎo)過程。

3.重點難點

說明興奮在神經(jīng)纖維上的產(chǎn)生和傳導(dǎo)過程。

二、學(xué)情分析

知識基礎(chǔ)：初中已經(jīng)學(xué)習(xí)了反射、反射弧等相關(guān)知識。

能力基礎(chǔ)：學(xué)生具有一定的邏輯性、系統(tǒng)性的思維能力。

可能存在的問題：對反射、反射弧等知識認(rèn)識尚淺；興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)抽象難懂，學(xué)生難以理解。

解決方案：通過問題等對反射和反射弧進(jìn)行鞏固和升華。通過探究實驗、模擬實驗等完成抽象問題形象化。

三、教法學(xué)法

1.教法：問題驅(qū)動教學(xué)法、情境驅(qū)動教學(xué)法、討論法。

2.學(xué)法：自主學(xué)習(xí)、合作探究。

四、基于學(xué)生理性思維培養(yǎng)的主要教學(xué)環(huán)節(jié)

1.課堂導(dǎo)入

通過游戲?qū)耄ㄕn件顯示游戲規(guī)則），游戲結(jié)束后統(tǒng)計獲勝一方，請一位學(xué)生說出要經(jīng)過哪些方式的調(diào)節(jié)才能較好地完成這一快速動作？它的內(nèi)在機(jī)制是怎樣的？引入本節(jié)的課題。

設(shè)計意圖：使學(xué)生帶著興趣主動參與到神經(jīng)調(diào)節(jié)過程的學(xué)習(xí)中，既可活躍課堂氣氛，又可激發(fā)學(xué)生的興趣。

2.溫故知新

通過播放草履蟲應(yīng)激性反應(yīng)的視頻，我引導(dǎo)學(xué)生思考兩個問題：①人體可以對外界刺激作出反應(yīng)嗎？與草履蟲的應(yīng)激性有什么不同？②神經(jīng)調(diào)節(jié)除了對外界的刺激作出反應(yīng)以外，還能對機(jī)體內(nèi)部的刺激作出反應(yīng)嗎？舉例說明？通過兩個與人類應(yīng)激反應(yīng)作對比的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對比分析得出：人體是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的參與下完成對內(nèi)外刺激的反應(yīng)，而草履蟲則是通過原生質(zhì)發(fā)生的應(yīng)激反應(yīng)。從應(yīng)激反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)不同得出反射的概念，反射作為應(yīng)激性高度發(fā)展的結(jié)果，又可以進(jìn)一步區(qū)分為條件反射和非條件反射。

為了使學(xué)生理解反射的類型，我引導(dǎo)學(xué)生對以下成語進(jìn)行歸類：①朝三暮四；②狗急跳墻；③打草驚蛇；④望梅止渴；⑤談虎色變；⑥雁過留聲；⑦酒酣耳熱；⑧見兔放鷹；⑨聞雞起舞；⑩初生牛犢不怕虎。通過對成語鑒定歸類，較好地理解條件反射和非條件反射的區(qū)別和聯(lián)系。

學(xué)生在初中階段已經(jīng)對反射有了一定的認(rèn)識，同時，在本節(jié)教材中也做了比較明確的介紹。所以，對于該部分內(nèi)容的教學(xué)，我設(shè)置以下問題串：①神經(jīng)元包括哪些部分？其功能是什么？神經(jīng)元、神經(jīng)纖維和神經(jīng)之間的關(guān)系是什么？②反射的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？反射弧各部分的組成、功能及破壞后的癥狀是什么？③結(jié)合膝跳反射分析：一個完整的反射活動僅靠一個神經(jīng)元能完成嗎？至少需要幾個？④反射必備的兩個條件是什么？被蚊蟲叮咬后感覺到癢，屬于反射嗎？學(xué)生結(jié)合問題自主自學(xué)，交流展示，教師適時點撥的方法，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

設(shè)計意圖：反射的相關(guān)內(nèi)容是初中生物學(xué)知識，通過視頻引導(dǎo)回憶學(xué)習(xí)反射的概念、類型及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。通過具體事例分析完成反射時的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)完整的重要性。

3.探究推理

（1）實驗探究：感知興奮在神經(jīng)上傳導(dǎo)的過程

興奮如何產(chǎn)生的？又是如何在反射弧中傳導(dǎo)和傳遞的呢？對于這部分內(nèi)容，我采用情景驅(qū)動和問題驅(qū)動的教學(xué)方法，通過播放蛙坐骨神經(jīng)受到電刺激的視頻片段創(chuàng)設(shè)情景；提出兩個問題：①坐骨神經(jīng)受到刺激后，腓腸肌發(fā)生了什么現(xiàn)象？②神經(jīng)纖維上的興奮最可能以怎樣的一種形式如此迅速傳導(dǎo)的？通過問題引發(fā)學(xué)生思考，學(xué)生會根據(jù)腓腸肌的迅速收縮現(xiàn)象，提出收縮的可能原因：一定強(qiáng)度的刺激使神經(jīng)纖維產(chǎn)生了電位差，形成了電流。學(xué)生思考做答后繼續(xù)追問，電位差真的存在嗎？你能設(shè)計一個實驗來證明電流的存在嗎？

此時，向?qū)W生展示靈敏電流計、槍烏賊的巨大神經(jīng)纖維（巨軸突，直徑可達(dá)1mm，肉眼可以分辨）、兩個微電極、導(dǎo)線等材料。同時介紹實驗原理：當(dāng)靈敏電流計兩端存在電位差時，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且偏向電位低的方向，即：偏向負(fù)電位。讓學(xué)生根據(jù)實驗原理和實驗材料設(shè)計實驗加以驗證，并分析預(yù)期結(jié)果。隨后呈現(xiàn)出科學(xué)家實驗的真實結(jié)果（圖1），讓學(xué)生分析討論圖1的實驗結(jié)果可以得出什么實驗結(jié)論。

設(shè)計意圖：通過視頻中的腓腸肌快速收縮現(xiàn)象，學(xué)生提出問題，自主設(shè)計實驗，通過實驗設(shè)計還原科學(xué)研究的真相，達(dá)到了啟發(fā)理性思維的目的。以靈敏電流計的偏轉(zhuǎn)的直觀示意圖引導(dǎo)學(xué)生分析認(rèn)識，興奮以電信號的形式沿神經(jīng)傳導(dǎo)，而且是以“負(fù)電位”的形式依次傳導(dǎo)，興奮過后電位可以恢復(fù)，這種方式的教學(xué)很容易理解興奮在神經(jīng)纖維上是以電信號傳導(dǎo)。

（2）探究靜息電位及形成的機(jī)理

要探究靜息電位及形成的機(jī)理，最好能在單根神經(jīng)纖維上記錄電位的變化。教師呈現(xiàn)科學(xué)家利用槍烏賊的巨大神經(jīng)纖維，電極B插入細(xì)胞內(nèi)時，在記錄儀器上顯示出一個電位躍變（圖2），并告訴學(xué)生放大器的指針偏向右側(cè)，此時的電位叫作靜息電位，這個實驗可以得出什么結(jié)論？

學(xué)生根據(jù)圖示信息很容易得出在靜息時，膜內(nèi)膜外存在電位差，且能夠分析出膜內(nèi)電位低，膜外電位高，表現(xiàn)出外正內(nèi)負(fù)。

設(shè)計意圖：通過設(shè)計靜息電位的電位變化示意圖，讓學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象推測神經(jīng)纖維膜內(nèi)外存在電位，并且根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向讓學(xué)生判斷神經(jīng)纖維膜內(nèi)外電位的高低。

靜息電位是如何形成的呢？教師出示兩個科學(xué)事實資料。

【科學(xué)事實1】：神經(jīng)細(xì)胞膜上存在著與神經(jīng)細(xì)胞興奮性有關(guān)的離子通道。離子通道本質(zhì)是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，不同種離子通道可以根據(jù)不同的刺激通過結(jié)構(gòu)的改變達(dá)到開啟或關(guān)閉的效果。在開啟狀態(tài)時由于細(xì)胞膜兩側(cè)存在濃度差，相應(yīng)離子可以通過通道“溜”到膜的另一側(cè)，關(guān)閉時則不能進(jìn)出。

【科學(xué)事實2】：槍烏賊巨軸突細(xì)胞膜兩側(cè)主要離子濃度分布情況。

根據(jù)兩個科學(xué)事實資料，引導(dǎo)學(xué)生小組討論分析靜息電位形成的可能原因，提出合理的假設(shè)，然后根據(jù)假設(shè)內(nèi)容嘗試設(shè)計實驗探究這一問題。教師評價學(xué)生的實驗設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生歸納出：用不同離子通道抑制劑處理和用等量生理鹽水替代試劑作為空白對照，形成四種實驗方案。最后教師呈現(xiàn)出科學(xué)家的實驗結(jié)果是：靜息電位時神經(jīng)細(xì)胞膜的離子通道只對K+有通透性。引導(dǎo)學(xué)生得出：靜息電位主要是由鉀離子外流造成的。

設(shè)計意圖：為學(xué)生的學(xué)習(xí)搭建支架，先給出細(xì)胞內(nèi)外的離子數(shù)據(jù)，學(xué)生提出假設(shè)，并設(shè)計探究實檢驗假設(shè)，學(xué)生的理性思維在探究中得到培養(yǎng)，最后給出事實，學(xué)生能夠結(jié)合自己的探究理解靜息電位形成的機(jī)理。

（3）探究動作電位形成的機(jī)理

教師再次呈現(xiàn)兩個科學(xué)事實材料，同時展示圖1的實驗現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生分析出：興奮時，膜外電位為負(fù)電位。教師提出問題：興奮時，膜電位變化的原因是什么呢？學(xué)生觀察動作電位發(fā)生的動畫，同時強(qiáng)調(diào)在神經(jīng)纖維受到局部刺激時，該部位膜上的載體對Na+有通透性、對K+沒有通透性，根據(jù)數(shù)值表引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行充分的思考和討論，從而得出——動作電位形成的機(jī)理是：鈉離子的內(nèi)流。

為使學(xué)生更加明確其機(jī)理設(shè)計問題串，讓學(xué)生討論回答：①Na+內(nèi)流的原因是什么？②Na+跨膜方式是什么？動力是什么？③Na+內(nèi)流后受刺激部位的電位發(fā)生什么變化？④Na+內(nèi)流后受刺激的興奮部位與鄰近未興奮部位能否形成電流？⑤形成的局部電流的傳導(dǎo)方向是怎樣的？通過問題串的形式引導(dǎo)學(xué)生分析出：動作電位的傳導(dǎo)是由于局部電流的形成及流動，并分析傳導(dǎo)方向、傳導(dǎo)特點等。從理論上明確了動作電位的形成機(jī)理及傳導(dǎo)過程后，給出實驗材料：實心磁鐵（正電荷）、空心磁鐵（負(fù)電荷）、兩個磁帶模擬膜內(nèi)和膜外。學(xué)生根據(jù)實驗材料小組合作模擬完成：①未受刺激時，神經(jīng)纖維膜內(nèi)外兩側(cè)的電位分布情況；②受刺激時，興奮部位與未興奮部位的電位分布情況；③受刺激后，興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)過程。模擬完成后學(xué)生展示模擬成果，師生共同評價。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生嘗試在提供相關(guān)知識和素材的背景下，對知識進(jìn)行有效遷移，同時結(jié)合問題串的形式步步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，建立知識之間的邏輯關(guān)系，學(xué)生能較好地理解知識并提升學(xué)生的理性思維能力。教學(xué)過程中采用模擬實驗，變抽象內(nèi)容為直觀化，學(xué)生更容易理解和接受這一教學(xué)難點。

五、教學(xué)心得

本節(jié)課從游戲入手，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過設(shè)置情境問題，采用任務(wù)驅(qū)動法，以科學(xué)史中的經(jīng)典實驗為探究主線，在分析了大量的神經(jīng)生理學(xué)實驗資料的基礎(chǔ)上，通過探究實驗、模擬實驗等引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與知識的構(gòu)建過程，完成知識的宏觀化與系統(tǒng)化；通過構(gòu)建興奮、電位、靜息電位、動作電位等核心概念，使抽象知識具化為生動、形象、直觀、易于理解接受的知識，并通過親手設(shè)計和模擬活動使學(xué)生獲得相應(yīng)的科學(xué)情感體驗，提升學(xué)生的理性思維能力和生物學(xué)科素養(yǎng)。

注：基金項目：河南省基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項目課題JCJYC

18080112；鄭州市教育科學(xué)研究課題2018-ZJKYB-S76-010。

作者簡介：劉文奇（1977—），男，漢族，河南柘城人，鄭州市扶輪外國語學(xué)校，中小學(xué)高級教師，教育碩士，主要從事高中生物教學(xué)研究，曾獲得鄭州市第四、五屆名師，河南省優(yōu)秀教師，河南省市優(yōu)質(zhì)課壹等獎，河南省教學(xué)標(biāo)兵等榮譽。

編輯 李琴芳