對插圖“神經(jīng)表面電位差的實(shí)驗(yàn)示意圖”

馬斌

[摘要]電位差的測量及電位差曲線的形成原因，測量過程中靈敏電流計(jì)偏轉(zhuǎn)方向與電位差曲線之間的關(guān)系是高中生物《通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)》一節(jié)的難點(diǎn)，也是近幾年高考生物試題涉及最多的高頻考點(diǎn)。基于此，分析人教版生物教材中的插圖“神經(jīng)表面電位差的實(shí)驗(yàn)示意圖”的知識(shí)背景、電位差圖像成因、相關(guān)知識(shí)的拓展和深化等方面，以幫助學(xué)生撥開迷霧，突破難點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)和備考效率。

[關(guān)鍵詞]插圖;電位差;靈敏電流計(jì);神經(jīng)纖維

[中圖分類號] G633.91

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）14-0079-02

高中生物教材中有著豐富的可用于輔助教學(xué)的各種插圖，每一種插圖都承載了特定的教學(xué)信息，有些信息是明面上的，要求學(xué)生通過識(shí)圖或思考插圖后的“思考與討論”內(nèi)容掌握插圖所包含的知識(shí)點(diǎn)以及能力要求;但也有一些信息是隱含信息，對圖像的成因、背景知識(shí)交代得很模糊。它們的出現(xiàn)，按編者的原意，只是用來說明某一個(gè)方面的問題，但它們卻成為近幾年高考命題的熱門素材，像這樣一些插圖，一旦以原型或變化后的模式圖出現(xiàn)在試題中，可涉及的知識(shí)點(diǎn)、可考查的角度都大大超出了編者的設(shè)計(jì)意圖。這就要求教師在平時(shí)的授課中要多加關(guān)注圖形素材，并對其進(jìn)行深入挖掘與分析，以幫助學(xué)生充分理解和掌握課本內(nèi)容，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，真正提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

例如，人教版生物必修3《通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)》一節(jié)的插圖“神經(jīng)表面電位差的實(shí)驗(yàn)示意圖”如圖1所示。

該插圖直觀表明，當(dāng)神經(jīng)纖維上的某一點(diǎn)受到適宜刺激時(shí)，可通過靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況來反映神經(jīng)纖維上興奮的傳導(dǎo)過程。分析插圖信息可知，靈敏電流計(jì)的指針的偏轉(zhuǎn)方向與神經(jīng)纖維上電流計(jì)兩電極之間的電流方向一致。因此，學(xué)生也習(xí)慣性地接受：靈敏電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)方向總是和兩電極之間的電流方向一致。但是，若要將該插圖進(jìn)一步挖掘和變式來進(jìn)行考查，如將通過靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況來反映神經(jīng)纖維上興奮的傳導(dǎo)情況的問題，轉(zhuǎn)化為考查相同情景下隨時(shí)間變化神經(jīng)纖維上電流計(jì)兩極之間電勢差曲線的變化問題時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)纖維上電流的方向居然常常和電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向相反。這是怎么回事呢？難道教材插圖信息有誤？當(dāng)然不是，容筆者從以下幾個(gè)方面加以論述和解析。

一、插圖后的知識(shí)背景

該插圖信息的獲得涉及了一個(gè)學(xué)生不熟悉的靈敏電流計(jì)的使用問題（如圖2）。

使用靈敏電流計(jì)不但可測量神經(jīng)纖維上電流的方向，還能測量神經(jīng)纖維的同一點(diǎn)的膜內(nèi)處或神經(jīng)纖維上膜外不同點(diǎn)及膜內(nèi)不同點(diǎn)之間的電位差的變化;而電流的方向與靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系則與電流計(jì)被接人的情況有關(guān)。當(dāng)用靈敏電流計(jì)檢測受到刺激時(shí)神經(jīng)纖維上同一側(cè)不同點(diǎn)的電勢差時(shí)（屬弱電流），可以直接將靈敏電流計(jì)串聯(lián)入被測電路，靈敏電流計(jì)指針是否偏轉(zhuǎn)以及指針的偏轉(zhuǎn)方向則取決于電路中是否有電流通過以及電流流入電流計(jì)時(shí)的情況。如果電路中有電流從電流計(jì)的“+”接線柱流向“—”接線柱，則指針向有偏轉(zhuǎn);如果電路中有電流從電流計(jì)的“—”接線柱流向“+”接線柱，則指針向左偏轉(zhuǎn)。簡而言之，二者之間的關(guān)系可以概括為：“從哪里流入就向哪里偏轉(zhuǎn)。”

二、電位差圖像成因

綜上所述，若教師在講解興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)問題時(shí)，就神經(jīng)表面電位差測量過程中涉及的靈敏電流計(jì)的使用、測量方法稍加拓展，或者能出示簡單的測量圖解，學(xué)生就自然能理解教材插圖所示的測量結(jié)果，甚至還能將其轉(zhuǎn)換成相同情景下神經(jīng)纖維上電流計(jì)兩極之間電位差隨時(shí)間變化的曲線圖。

靈敏電流計(jì)的原理和使用方法，上文已有論述，結(jié)論是：神經(jīng)纖維上電流方向與靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況是否一致，完全取決于靈敏電流計(jì)被接入電路的情況，也就是完全取決于采取的測量方法。因此，在研究興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)過程時(shí)，若將靈敏電流計(jì)的兩電極均置于神經(jīng)纖維膜的外側(cè)，連接方法如圖3所示，則可在靜息狀或給予適宜刺激時(shí)，通過觀察靈敏電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)情況，得到興奮在神經(jīng)纖維傳導(dǎo)時(shí)電流的流動(dòng)方向以及兩點(diǎn)間電位（勢）差隨時(shí)間的變化情況，如圖1所示（即教材插圖）。教材插圖所隱含的信息就可以被揭曉，同時(shí)還可從教材插圖著手，變式并獲得該過程中的電位差變化曲線圖，如圖4所示。

三、相關(guān)知識(shí)的拓展和深化

明白了上述原理，有關(guān)興奮在神經(jīng)纖維或神經(jīng)細(xì)胞間的傳遞過程就均可使用靈敏電流計(jì)進(jìn)行測量，測量的范圍和方法常被拓展和深化，而這種拓展和深化則成為近幾年高考命題的熱點(diǎn)，自然也就成了學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。比如，當(dāng)我們把靈敏電流計(jì)的兩電極分別置于神經(jīng)纖維同一點(diǎn)（或不同點(diǎn)）的膜的內(nèi)外側(cè)時(shí)，就可獲得由靜息電位產(chǎn)生動(dòng)作電位再恢復(fù)到靜息電位的全過程中電位差隨時(shí)間變化的曲線圖，該過程中測量方法和測量結(jié)果可分別用如圖5和圖6表示。其他類型的深化與拓展情況與之大體相似，不再贅述。

總之，教師應(yīng)該高度重視教材中的各類圖形素材，善于深入挖掘和分析其中隱含的各種教學(xué)信息，并進(jìn)行相應(yīng)拓展，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（責(zé)任編輯 黃春香）

[基金項(xiàng)目]本文系2017年甘肅省高中教育省級立項(xiàng)課題“高中生物圖示教學(xué)研究”（課題立項(xiàng)號：GS[2017]GHBl548）的研究成果。