利用PBL模式進(jìn)行神經(jīng)沖動傳導(dǎo)與傳遞專題復(fù)習(xí)的嘗試

云南

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出：學(xué)生主動地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實踐能力。教學(xué)中滲透生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任是立德樹人的根本途徑。

項目式學(xué)習(xí)（Project based learning，簡稱PBL）是一種基于建構(gòu)主義理論、最近發(fā)展區(qū)理論等構(gòu)建的以項目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的新型教學(xué)模式，它主張以小組合作的探究方式解決一個或一系列真實、復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題，學(xué)生通過深度思考，精心規(guī)劃項目，以問題驅(qū)動形式完成項目，最后進(jìn)行分享和交流，逐步習(xí)得包括知識、可遷移技能、高級思維能力、關(guān)鍵品格等在內(nèi)的學(xué)科核心素養(yǎng)。筆者以“神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)與傳遞”二輪專題復(fù)習(xí)為例，例談在高三生物二輪復(fù)習(xí)中開展項目式學(xué)習(xí)的具體策略，以期提高備考效率。

1.項目式學(xué)習(xí)流程圖

梅里爾在《首要教學(xué)原理》中提出“五星”教學(xué)模式，即“一個中心、四個基本點”，一個中心是指整個教學(xué)活動中以問題驅(qū)動為中心，四個基本點是指激活舊知、展示新知、應(yīng)用新知、融會貫通4個環(huán)節(jié)。基于“五星”教學(xué)模式，項目式學(xué)習(xí)一般按照如圖1所示流程操作。

圖1

2.項目式學(xué)習(xí)案例設(shè)計

2.1 創(chuàng)設(shè)情境確定項目主題

筆者在開始復(fù)習(xí)時播放《戰(zhàn)狼2》剪輯片斷：主人公用一種叫作見血封喉樹的汁液涂抹在自制的毒箭箭頭上射擊別人，被射中的人瞬間口吐白沫、窒息死亡。提出相應(yīng)問題：被射中的人為何會瞬間死亡？基于這一背景，使學(xué)生明確本次項目式學(xué)習(xí)的主題為神經(jīng)沖動的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和傳遞。

2.2 對標(biāo)素養(yǎng)確定項目學(xué)習(xí)目標(biāo)

生命觀念：以結(jié)構(gòu)和功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀，說明靜息電位與動作電位的形成機理。

科學(xué)思維：構(gòu)建6種突觸；分析資料、討論交流，通過歸納與概括、演繹與推理的方法概括興奮傳導(dǎo)與傳遞的特點。

科學(xué)探究：能夠按照科學(xué)探究的基本原則和過程，設(shè)計實驗探究興奮在神經(jīng)纖維上以及神經(jīng)元之間傳導(dǎo)和傳遞的方向，能結(jié)合圖例探究某種神經(jīng)遞質(zhì)是興奮性神經(jīng)遞質(zhì)還是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。

社會責(zé)任：能科學(xué)解釋尼古丁的作用機理，養(yǎng)成健康的生活習(xí)慣，樹立積極健康的生活方式；認(rèn)同神經(jīng)系統(tǒng)在生命活動調(diào)節(jié)中的重要作用。

2.3 結(jié)合學(xué)情提供必要支撐

為保證學(xué)生能夠順利設(shè)計方案并完成任務(wù)，筆者在分解項目任務(wù)之前提供如下信息：（1）神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)K+濃度高于膜外，而Na+相反。未受到刺激時，神經(jīng)細(xì)胞膜主要對K+有通透性，造成K+外流，使得膜外陽離子濃度高于膜內(nèi)，表現(xiàn)為外正內(nèi)負(fù)，稱作靜息電位；（2）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)K+外流方式屬于協(xié)助擴散；（3）部分神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮作用后會被突觸前膜回收，避免突觸后神經(jīng)細(xì)胞持續(xù)興奮或被抑制。

2.4 分組分解任務(wù)

根據(jù)學(xué)生的學(xué)情和心理特征，筆者將班級42名同學(xué)均分為7組，每組選出一名責(zé)任心強、探索思維優(yōu)異、組織管理能力強的同學(xué)作為組長。各組項目任務(wù)如表所示。

表 各組項目任務(wù)匯總

2.5 分組設(shè)計方案

各組在組長帶領(lǐng)下集中討論，展開“頭腦風(fēng)暴”。筆者適時參與到各小組探究中，觀察并監(jiān)督以確保各組保質(zhì)保量完成任務(wù)，及時發(fā)現(xiàn)和記錄問題，并在課堂展示交流環(huán)節(jié)中作統(tǒng)一的修正或評價。各組在設(shè)計方案并實施的過程中會遇到很多問題，如材料、儀器、實驗條件的選擇等問題，此時教師不必著急指導(dǎo)，可讓學(xué)生反復(fù)研討和推理，不斷優(yōu)化實驗方案，形成優(yōu)質(zhì)思維，發(fā)展批判性思維，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.6 成果匯總

本次項目式學(xué)習(xí)成果匯總?cè)缦隆?/p>

第1組

任務(wù)1

事實證據(jù)：生物體是能夠“發(fā)電”的，如電鰩、電鰱、電鰻等。生物體在生命活動中所表現(xiàn)的電現(xiàn)象，稱為生物電。首次宣稱生物電存在的科學(xué)家是意大利生理學(xué)家伽爾瓦尼，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)用兩種金屬導(dǎo)體在蛙的肌肉與神經(jīng)之間建立起回路時，肌肉就會收縮。他認(rèn)為這種收縮是從肌肉內(nèi)部流出并沿著神經(jīng)到達(dá)肌肉表面的電流刺激引起的。然而物理學(xué)家伏特認(rèn)為這純屬物理現(xiàn)象，因為兩種不同的金屬間可產(chǎn)生電位差。但伽爾瓦尼及后繼者們改做無金屬接觸實驗，用電流計測出肌肉電流，出色證明了生物電的存在。

任務(wù)2

事實證據(jù)：霍奇金和赫胥黎以槍烏賊的粗大神經(jīng)為材料測定神經(jīng)纖維膜內(nèi)外電位差，將電壓表的兩電極接于神經(jīng)纖維膜外，測得結(jié)果如圖2甲所示；將測量電極接于膜內(nèi)，測得結(jié)果如圖2乙所示。

圖2

結(jié)論：神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)外存在電位差。

第2組

任務(wù)1

實驗思路：將2條槍烏賊的粗大神經(jīng)纖維（保持活性）編號甲、乙，甲組不作處理，乙組去除膜上運輸K+的載體蛋白，置于相同且適宜濃度的鹽溶液中，檢測靜息電位并觀察其峰值大小。

預(yù)期結(jié)果：甲組靜息電位峰值大于乙組。

任務(wù)2

神經(jīng)興奮時局部電流方向如圖3。

圖3

第3組

任務(wù)1

事實證據(jù)：（1）1896年謝靈頓指出神經(jīng)元與神經(jīng)元之間是不連續(xù)的，他把神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的機能接點命名為突觸；（2）20世紀(jì)初，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腎上腺素的效應(yīng)與刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)的效應(yīng)十分相似；（3）1921年雙蛙心灌流實驗：刺激迷走神經(jīng)釋放活性化學(xué)物質(zhì)，進(jìn)而證明是乙酰膽堿；（4）1936年化學(xué)傳遞的假說推廣到全部外周神經(jīng)系統(tǒng)。

任務(wù)2

構(gòu)建的模型有如圖4所示的6種。

圖4

第4組

設(shè)計圖示如圖5。

圖5

實驗思路：設(shè)置如圖5所示實驗裝置，先后分別在b、c點給予適宜的刺激，觀察電流表偏轉(zhuǎn)情況。

預(yù)期結(jié)果：刺激b點時電流表發(fā)生2次方向相反的偏轉(zhuǎn)；刺激c點時，電流表只發(fā)生1次偏轉(zhuǎn)。

第5組

設(shè)計圖示如圖6。

圖6

實驗思路：設(shè)置如圖6所示實驗裝置，已知ac=ce，在c點給予適宜的刺激，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)情況。

預(yù)期結(jié)果：電流表指針發(fā)生2次方向相反的偏轉(zhuǎn)。

結(jié)論：突觸處發(fā)生“電信號-化學(xué)信號-電信號”的轉(zhuǎn)變需要消耗時間，即突觸具有突觸延擱現(xiàn)象。

第6組

該組提供的思維過程如圖7，設(shè)計的實驗裝置如圖8。

圖7

圖8

實驗思路：將電流表兩電極分別接于d點膜內(nèi)和e點膜外，在a點給予適宜的刺激，觀察電流表偏轉(zhuǎn)情況。

預(yù)期結(jié)果及結(jié)論：若電流表指針先向右偏轉(zhuǎn)，再向左偏轉(zhuǎn)，則說明該神經(jīng)遞質(zhì)為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)；若電流表指針繼續(xù)向左偏，則說明該神經(jīng)遞質(zhì)為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。

第7組

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)突觸后膜上的尼古丁受體能夠與乙酰膽堿相結(jié)合，長期吸煙者腦中神經(jīng)細(xì)胞的尼古丁受體數(shù)量發(fā)生了改變，產(chǎn)生受體的mRNA數(shù)量也下降了，原因可能是長時間受尼古丁的影響，乙酰膽堿受體敏感性發(fā)生了改變，機體神經(jīng)系統(tǒng)通過減少尼古丁受體蛋白的數(shù)量進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，導(dǎo)致長期吸煙者腦中許多神經(jīng)細(xì)胞重新建立起新的傳導(dǎo)途徑以彌補尼古丁造成的影響。長期吸煙會使整個神經(jīng)系統(tǒng)對尼古丁產(chǎn)生生理性適應(yīng)，吸煙者就會上癮。

2.7 展示與評價

每組派2名代表展示和交流成果，教師作為“主持人”組織好“主角們”的表演即可。在每組展示完畢后其余小組同學(xué)提問，進(jìn)一步鞏固相關(guān)知識，教師可適時作出點評，如教師可在第3組學(xué)生展示的6種模型基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，對化學(xué)突觸與電突觸的知識作適當(dāng)?shù)难a充，開拓學(xué)生的視野。

展示與評價環(huán)節(jié)中結(jié)合尼古丁作用機理，將學(xué)生思維引導(dǎo)至項目開始前的情境中，分析箭毒為何瞬間讓人窒息死亡，引導(dǎo)學(xué)生分析推理得出：見血封喉樹的汁液即箭毒，能與興奮性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿競爭受體，使得突出后膜細(xì)胞不能興奮，阻礙細(xì)胞之間信息交流和興奮的傳遞，最終導(dǎo)致肌肉松弛、心肌無力，同時從傷口流入體內(nèi)的箭毒，可迅速使血液凝固，血管封閉，心臟麻痹，最終心跳驟停。首尾呼應(yīng)將本項目學(xué)習(xí)的內(nèi)容上升到情感態(tài)度的教育，將枯燥的理論知識轉(zhuǎn)化為解決現(xiàn)實生活問題的素材，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.項目式學(xué)習(xí)效果檢測

【典例】如圖9中為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿合成、釋放以及發(fā)揮作用的示意圖。

圖9

（1）圖9中A-C表示乙酰膽堿，在其合成時，能循環(huán)利用的物質(zhì)是________（填“A” “C”或“E”）。除乙酰膽堿外，生物體內(nèi)的一氧化氮________（填“能”或“不能”）作為神經(jīng)遞質(zhì)。

（2）若由于某種原因使D酶失活，則突觸后神經(jīng)元會表現(xiàn)為持續(xù)__________。

（3）已知多巴胺是一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其發(fā)揮作用后會與突觸間隙中相應(yīng)的轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)合，進(jìn)而被清除。當(dāng)人吸食可卡因后會出現(xiàn)持續(xù)興奮，愉悅感的形成越來越頻繁，原因可能是__________________________________。

【參考答案】（1）C 能 （2）興奮

（3）可卡因存在于突觸間隙時，與多巴胺競爭結(jié)合轉(zhuǎn)運蛋白，多巴胺不能被清除，重復(fù)刺激突觸后膜，使突觸后膜所在神經(jīng)元持續(xù)興奮，導(dǎo)致愉悅感的形成越來越頻繁

項目式學(xué)習(xí)通過自主構(gòu)建項目邏輯，設(shè)計項目方案，逐步形成有序的解決問題的思路和方法，將真實復(fù)雜有挑戰(zhàn)性的問題拆分，在解決問題的過程中形成結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、關(guān)聯(lián)化的知識體系，對相關(guān)概念、原理、思想方法、技術(shù)路線等深刻理解。在高三二輪復(fù)習(xí)備考中，項目式學(xué)習(xí)可以很好地將與生物學(xué)相關(guān)的社會熱點和科技前沿融入到課堂教學(xué)中，一次完整的項目式學(xué)習(xí)不但可以節(jié)約時間，而且可大大提高學(xué)生參與的廣度和深度，切實有助于提高備考效率。