有關靜息電位和動作電位教學的幾點思考

曹引航

［摘要］ 高中生物學的靜息電位和動作電位知識在近幾年的高考中多次出現，而該知識點也是學生學習的一個難點，其理解難度較大。本文通過分析靜息電位和動作電位在教學中的若干疑難問題，幫助學生對這些問題有清晰的認知與理解。同時，結合教學實踐對重難點知識進行分析探討。

［關鍵詞］ 靜息電位；動作電位；教學設計；情境教學

一、靜息電位和動作電位的概念初探

在高中生物學教學中，興奮在神經纖維上的傳導及其傳導特征一直以來都是考查的重點。教師不必因為該知識點的較高難度就直接使用破格創新的教法，仍然可以基于教材中有關靜息電位的描述和對靈敏電流計的觀察，引導部分學習能力強、接受程度高的學生作為代表嘗試概括總結，得出靜息電位的概念：細胞在未受刺激時（即靜息狀態下），存在于細胞膜內外兩側的電位差即靜息電位。

對于動作電位，教材中并未作描述。我們借助靈敏電流計，觀察到神經纖維接受到刺激處于興奮狀態時的膜電位，學生在教師的適當點撥下，總結出動作電位的概念：動作電位的產生其實就是各種離子跨膜運動的結果。教師在此仍然采用點撥與引導學生發言的方式，總結出動作電位是膜電位的一個連續變化過程。乍一看，上述概念的總結距離書本上的標準概念還有一定距離，而且這一難點概念仍不一定為班上大部分學生所理解。但是，經過“教師點撥學生思索”的過程，接受程度高的學生，他們的思考得到了教師的認可，增強了繼續探索的信心和興趣。而接受程度一般的學生，他們雖然暫時沒有理解概念，但同學發言和師生互動讓他們也能夠真正在課堂上具身思考，為下一步的教學做鋪墊。

二、兩種電位離子產生機制的深入探析

如果說上文的初探環節起到了鋪墊的作用，那么在深入探析的環節中，教師就需要合理而巧妙地運用各種教學手段，將靜息電位和動作電位概念理解上的困難逐一化解，并讓班上的大部分學生所接受。對此，教師可以采用情境教學法來降低兩種電位概念理解的困難。

我們將抽象的鉀離子、鈉離子具象化，并放置于一個歷史故事情境之中。從前有個富人國，里面富人（鉀離子）很多，窮人（鈉離子）很少，而國外正相反。富人國邊境，即細胞中的質膜，平時允許富人自由出國，但不讓窮人進入，只有少數窮人能偷渡進來。這樣，就聯系上鉀離子通透性高、鈉通透性低的重要背景知識。因為國外物價便宜環境又好，很多富人出國定居，即鉀離子外流。但為了防止富人流失，當出國人數達到一定數量時，國家便不再允許出國；喻指電場力阻止鉀外流使得鉀離子平衡。富人國有時會與國外發生戰爭，在生物學中就是細胞受到刺激。這時，政府就會開放邊境，誘騙窮人進入來充當炮灰，喻指鈉離子通道開啟，而窮人一聽說富人國開放邊境便會瘋狂涌入，喻指鈉離子內流?？墒?，富人不愿意讓過多的窮人涌入，因此決定定點開放邊境，先讓一部分窮人進來，喻指生物學中的局部反應，看看夠不夠打仗用，如果足夠就禁止其他窮人進來。而如果事態嚴重到一定程度，也就是達到閾強度，政府就會全面開放邊境，即鈉通道大量開啟，大量的窮人瘋狂涌入。大量窮人迅速控制了富人國，將原本富人趕出國，喻指鉀通道開放，鉀大量外流。但只有少數變成新富人的窮人能懂得如何有效管理財富，很多人拿錢瘋狂吃喝玩樂，很快又成為窮光蛋，甚至把身體搞壞，斗志磨滅。這時國家處于最虛弱的狀態，哪怕發生小戰爭他們也無法抵抗，只能把國外的富人們拉攏回來，同時把國內更多的窮人趕出去，喻指鈉鉀泵開啟，把鈉運到胞外，鉀泵回胞內。最終，舊富人經營有方，國家又逐漸富裕起來，富人國逐漸恢復成原來的樣子，喻指細胞恢復靜息水平。一切似乎都沒變化，但正如黑格爾的名言“人們從歷史中得到的唯一教訓就是沒有得到教訓”，這樣的靜息電位與動作電位的轉換在今后又會一次次發生……

上述的情境教學基于淺顯易懂的歷史故事改編，充分聯系學生的最近發展區，同時有效調動學生的興趣和注意力，將抽象、深奧、難懂的靜息電位和動作電位概念轉化為有趣而具體的問題情境，將抽象的生物學概念學習與政治、歷史等其他科目所學有機聯系起來。學生在教師巧妙創設的情境中發現問題、分析問題、解決問題，不僅有助于理解生物學概念難點，還在一定程度上發展了“理性思維”“社會責任”等生物學科核心素養。

三、靜息電位和動作電位的膜電位曲線變化分析

有了概念初探和情境教學環節的鋪墊，班上大部分學生都能較為順利地理解靜息電位和動作電位的概念。此時，教師宜將教學主線收攏，減少不必要的課堂延伸，將教學主線歸攏到本課教學的重點與難點上。教師向學生出示靜息電位和動作電位中的重點圖像——膜電位變化圖。

教師引導學生重點分析曲線變化中鉀離子、鈉離子跨膜的方式。（1）鉀離子跨膜的方式：a點之前細胞膜對鉀離子有較高的通透性，膜內鉀離子高于膜外，促使鉀離子順濃度梯度外流，cd段與de段都是鉀離子的外流所致。在這兩段中，鉀離子跨膜的方式是協助擴散。教師可以相機補充，如果使用藥物阻斷鉀離子擴散通道，膜內鉀離子就不能外流，興奮過后的動作電位也就不能恢復為靜息電位。（2）鈉離子跨膜的方式：ac段細胞膜對鈉離子有較高的通透性，膜外鈉離子高于膜內，促使鈉離子順濃度梯度內流。值得注意的是，這種內流是順濃度梯度，不需要消耗能量，所以鈉離子跨膜的方式是協助擴散。如果藥物阻斷鈉離子通道，膜外鈉離子無法內流，就不能形成動作電位。這里，教師反復引出“藥物阻斷”這一情形，旨在讓學生辯證思考藥物阻斷對鉀離子跨膜和鈉離子跨膜作用機理的不同，從而深刻理解兩種離子跨膜運輸的本質特征，同時訓練學生的思維能力。

綜上所述，有關“靜息電位和動作電位”這一高中生物學難點的教學，教師通過層級遞進的教學思路設計，使學生的認知經歷“淺表→具象→抽象→深入”的過程，不僅能夠訓練學生的思維能力，還在融入跨學科元素的情境教學中潤物無聲地培育生物學科核心素養。

［參考文獻］

［1］ 曾吉.幾個與動作電位有關的問題[J].生物學教學，2012，37（03）.

［2］任衍鋼.鈉鉀泵是怎樣發現的[J].生物學通報，2011，46（03）.

［3］徐兆麟.膜電位復極化的機制有別于靜息電位的產生和維持[J].生物學通報，2005（06）.