“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”（第1課時）的教學設(shè)計*

羊垂功 （廣東省開平市開僑中學 廣東開平 529300）

1 教材分析與設(shè)計思路

“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”是人教版高中生物學教材《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第2章第1節(jié)的內(nèi)容，包括神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式（反射）和神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（反射?。⑴d奮在神經(jīng)纖維上的傳導（第1課時），其在教材中主要起承上啟下作用。它是在學習人體內(nèi)環(huán)境和穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)上，要求學生掌握的第1種調(diào)節(jié)方式，屬于維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的延續(xù)和拓展，同時又為后續(xù)學習體液調(diào)節(jié)、神經(jīng)調(diào)節(jié)與體液調(diào)節(jié)的關(guān)系、免疫調(diào)節(jié)奠定基礎(chǔ)。學生在初中階段已經(jīng)學過反射、反射弧、神經(jīng)元等知識，對神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式具有一定認知基礎(chǔ)，通過 《分子與細胞》、《遺傳與進化》2個模塊的學習已經(jīng)具備信息處理、實驗分析、邏輯推理等能力基礎(chǔ)，因此這部分內(nèi)容主要采取遞進式問題串與實驗設(shè)計題相結(jié)合的教學策略，引領(lǐng)、啟發(fā)學生思維，在強化學生對神經(jīng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和神經(jīng)調(diào)節(jié)基本方式理解的同時，強化學生信息處理、實驗分析、邏輯推理等能力，深化對結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)生物學觀點的理解；興奮在神經(jīng)纖維上的傳導既是本節(jié)教學重點又是教學難點，由于該內(nèi)容抽象、復(fù)雜，若采用傳統(tǒng)的“授一受式”教學，不利于促進學生思維的發(fā)展、調(diào)動學生學習的積極性，因此這部分內(nèi)容主要以“探討蛙坐骨神經(jīng)實驗現(xiàn)象→揭示蛙坐骨神經(jīng)實驗現(xiàn)象本質(zhì)”教學方式為載體，引導學生歷經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題過程，在深化學生分析解決問題、邏輯推理、綜合分析等能力的同時，使學生對學科之間相互滲透有感性認識，從而理解唯物主義普遍聯(lián)系的觀點。

2 教學目標

1）知識目標：①概述神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式；②說明興奮在神經(jīng)纖維上的傳導。

2）能力目標：①通過分析反射弧受損部位，提高實驗分析能力、邏輯推理能力；②通過分析蛙坐骨神經(jīng)實驗，提高分析問題能力；③通過分析興奮產(chǎn)生機理，提高邏輯推理能力、綜合分析能力。

3）情感態(tài)度與價值觀目標：①通過利用電學原理分析膜電位變化等，對學科之間相互滲透有感性認識，從而理解唯物主義普遍聯(lián)系的觀點；②培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度和不斷探究的科學精神。

3 教學過程

3.1 整合章節(jié)緒言之間的邏輯關(guān)系，溫故知新導入新課 利用本章節(jié)緒言與前一章內(nèi)容存在的邏輯關(guān)系，創(chuàng)設(shè)遞進式問題串：①內(nèi)環(huán)境的組分有哪些？它們之間有怎樣的關(guān)系？②組織細胞如何從外界環(huán)境獲取物質(zhì)與能量？③什么是內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)？它有什么意義？為什么正常情況下人體內(nèi)環(huán)境能處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)？其原理是什么？引領(lǐng)、啟發(fā)學生構(gòu)建章與章知識之間內(nèi)隱的邏輯關(guān)系（圖1）。

圖1 人生命活動調(diào)節(jié)問題串

歸納、總結(jié)，導入新課：正是機體的調(diào)節(jié)作用，各個器官、系統(tǒng)才能協(xié)調(diào)活動，維持內(nèi)環(huán)境各種理化性質(zhì)的相對穩(wěn)定，細胞才能正常與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞，才能保證生命活動有序進行，機體如何通過調(diào)節(jié)作用以適應(yīng)外界環(huán)境變化、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)［1］？這是第2章的核心內(nèi)容。本節(jié)課學習人體調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中最重要的調(diào)節(jié)方式——“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”。

設(shè)置意圖：在激發(fā)學生學習興趣的同時促使他們產(chǎn)生新的認知需要，為學習后續(xù)內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。

3.2 探討神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和反射 依據(jù)學生原有認知結(jié)構(gòu)創(chuàng)設(shè)遞進式問題串，引領(lǐng)、啟發(fā)學生交流、討論反射概念、神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、神經(jīng)元結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、神經(jīng)元與人或動物適應(yīng)外界環(huán)境變化、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的關(guān)系：①人和動物各器官、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)活動，以及對外界環(huán)境作出各種反應(yīng)主要是通過神經(jīng)系統(tǒng)完成，神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式是什么？②什么是反射？其類型有哪些？請結(jié)合初中學習過的知識例舉相關(guān)實例。③完成反射活動的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？反射弧包括哪些基本環(huán)節(jié)？請回顧初中學習的膝跳反射和縮手反射，并畫出其反射弧簡圖。④神經(jīng)元包括哪些結(jié)構(gòu)？神經(jīng)元中能夠進行信號分析的結(jié)構(gòu)在哪里？神經(jīng)元有大量的樹突、粗長的軸突對其功能有什么意義？神經(jīng)元獨特的結(jié)構(gòu)對人或動物適應(yīng)外界環(huán)境變化、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有什么作用？

在小組派代表到黑板上畫出反射弧簡圖、相互補充、完善以上問題答案的基礎(chǔ)上，教師向?qū)W生滲透結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學觀點：正是神經(jīng)元存在大量樹突，才使其能夠與其他神經(jīng)元建立密切聯(lián)系、才使其能夠更加方便地接受來自于其他神經(jīng)元的信號；當樹突接受信號后其胞體先對相關(guān)信號進行分析、整合，再通過粗長的軸突將相關(guān)信號快速傳導、傳遞至下一個神經(jīng)元（神經(jīng)系統(tǒng)具備感受、調(diào)節(jié)能力的細胞基礎(chǔ)），才能使人或動物對外界環(huán)境各種刺激作出快速反應(yīng)，才能使人或動物適應(yīng)外界環(huán)境變化、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，因此說神經(jīng)元是神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能單位。

教師結(jié)合學生在黑板上畫出的反射弧簡圖，創(chuàng)設(shè)遞進式問題串，引領(lǐng)、啟發(fā)學生交流、探討反射活動發(fā)生的基本條件：①刺激傳入神經(jīng)時，肌肉會收縮嗎？這屬于反射活動嗎？這說明發(fā)生反射活動必須具備什么條件？②刺激傳出神經(jīng)或肌肉本身時，肌肉都會收縮嗎？它們都屬于反射活動嗎？這說明發(fā)生反射活動必須具備什么條件？③將手放至蠟燭火焰上時，會發(fā)生縮手反射，但是若將手放至沒有火焰的蠟燭上時，不會發(fā)生縮手反射，這說明發(fā)生反射活動必須具備什么條件？在各小組交流、討論的基礎(chǔ)上，師生共同歸納、總結(jié)反射活動發(fā)生的基本條件：1）必須要保持反射弧結(jié)構(gòu)的完整性：由于實例①中沒有中樞神經(jīng)系統(tǒng)參與，不符合反射概念，所以它不屬于反射；由于實例②中反射弧的結(jié)構(gòu)不完整，所以它也不屬于反射。實例①和實例②的相同點都是反射弧的結(jié)構(gòu)不完整，區(qū)別僅是反射弧的基本環(huán)節(jié)到底缺少幾個；為什么反射活動的發(fā)生必須保持反射弧結(jié)構(gòu)的完整性？教師進一步拓展、辨析，以深化學生對反射與反射弧結(jié)構(gòu)完整性、反射弧結(jié)構(gòu)完整性與人或動物適應(yīng)外界環(huán)境變化、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)關(guān)系的理解：對于人或動物來說，能夠接受外界刺激的部位是感受器，當感受器受到外界環(huán)境的各種刺激時，會將產(chǎn)生的興奮沿著完整的反射弧進行傳導、傳遞才能抵達相應(yīng)的效應(yīng)器，才能使效應(yīng)器產(chǎn)生針對特定刺激的反應(yīng)，進而使人或動物適應(yīng)外界環(huán)境的變化、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，因此反射活動發(fā)生必須保持反射弧結(jié)構(gòu)的完整性；2）外界環(huán)境給予的刺激必須要達到一定強度。

為強化學生學以致用和分析解決問題的能力，教師追問：如果某人縮手反射的傳出神經(jīng)受到損傷，感受器受到刺激后，人會發(fā)生縮手反射嗎？會有感覺嗎？如果損傷的是脊髓相應(yīng)的中樞，人會發(fā)生縮手反射嗎？會有感覺嗎？在小組交流、討論、補充、完善以上問題答案的基礎(chǔ)上，教師進一步追問：如何確定反射弧損傷部位？展示實驗題，以強化學生實驗分析能力、邏輯推理能力、綜合分析等能力。

例1：下圖（圖2）為某一反射弧結(jié)構(gòu)示意圖,已知某種毒素可以使肌肉不能收縮,但不知該毒素作用的具體部位,如果想探究該毒素的作用部位是 B（神經(jīng)中樞）、D（為神經(jīng)與肌細胞接頭部位）、E（效應(yīng)器）中的哪一個(假設(shè)該毒素只能使上述的一個部位中毒失效),某科研小組設(shè)計了以下探究實驗,請完善下列探究內(nèi)容。

圖2

實驗材料及其說明:電刺激儀1臺,電流表（用電刺激Ⅰ與Ⅱ時，電流表可檢測到A、C的電位變化）。

實驗步驟、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)論如表1。

表1

參考答案：1）刺激Ⅰ時,A有電位變化,C無電位變化,E(屈肌)不收縮,刺激Ⅱ時,C有電位變化,E(屈肌)能收縮。

2）刺激Ⅰ時,A與C均有電位變化,E(屈肌)不收縮,刺激 E(屈肌)時,E(屈肌)能收縮。

3）刺激Ⅰ時,A與C均有電位變化,E(屈肌)不收縮,刺激 E(屈肌)時,E(屈肌)不收縮。

設(shè)置意圖：通過揭示反射與反射弧、神經(jīng)元與反射弧、神經(jīng)元、反射弧與人或動物適應(yīng)外界環(huán)境變化、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)之間內(nèi)隱的邏輯關(guān)系，在深化學生對結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)生物學觀點理解的同時，強化分析解決問題能力、實驗分析能力、邏輯推理等能力，為學習后續(xù)內(nèi)容奠定能力基礎(chǔ)。

3.3 探討蛙坐骨神經(jīng)實現(xiàn)現(xiàn)象 反射活動發(fā)生需要保持反射弧結(jié)構(gòu)的完整性，而組成反射弧的神經(jīng)元細胞之間必須建立聯(lián)系才能使反射活動得以完成，而這種聯(lián)系的建立離不開興奮在一個神經(jīng)元細胞上的傳導與興奮在2個神經(jīng)元細胞之間的傳遞，興奮怎么產(chǎn)生？以何種形式在軸突上傳導？教師播放蛙坐骨神經(jīng)實驗視頻動畫；展示教材中的“神經(jīng)表面電位差的實驗示意圖”；創(chuàng)設(shè)遞進式問題串引領(lǐng)、啟發(fā)學生交流、討論：①蛙坐骨神經(jīng)未受到刺激時，電流表指針沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這一實驗現(xiàn)象說明什么？（說明蛙神經(jīng)未受到刺激時，沒有電流產(chǎn)生。）②當蛙坐骨神經(jīng)左側(cè)受到一定強度的外界刺激時，電流表指針發(fā)生了2次方向相反的偏轉(zhuǎn)，這一實驗現(xiàn)象說明什么？（說明蛙神經(jīng)受到刺激時，產(chǎn)生了電流。）③什么是興奮？通過分析該實驗現(xiàn)象，你認為（神經(jīng)組織、細胞）興奮的本質(zhì)是什么？④當蛙坐骨神經(jīng)某側(cè)受到一定強度的外界刺激時，電流表指針為什么會發(fā)生2次方向相反的偏轉(zhuǎn)？請依據(jù)“神經(jīng)表面電位差的實驗示意圖”嘗試闡述自己的推測。

在學生交流、討論的基礎(chǔ)上，師生共同歸納、總結(jié)興奮產(chǎn)生的原因及其傳導機理：蛙坐骨神經(jīng)未受到刺激時，由于無電位差的存在或電信號的出現(xiàn)，因此電流表指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)；但蛙坐骨神經(jīng)某側(cè)受到一定強度的外界刺激時，在受刺激側(cè)的表面與未受刺激側(cè)的表面之間會出現(xiàn)短暫的電位差，而使電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此神經(jīng)組織（細胞）興奮的本質(zhì)是：電位差的產(chǎn)生或電信號的出現(xiàn)；刺激先使神經(jīng)膜內(nèi)與膜外的電荷發(fā)生轉(zhuǎn)變（膜內(nèi)由負變?yōu)檎ね庥烧冐摚┘串a(chǎn)生興奮，然后興奮再以電信號的形式沿著神經(jīng)纖維由受刺激部位傳導至未受刺激部位，這種傳導過程能使興奮部位（膜外呈現(xiàn)負電荷）恢復(fù)至未興奮狀態(tài)（膜外呈現(xiàn)正電荷）、未興奮部位（膜外呈現(xiàn)正電荷）轉(zhuǎn)變?yōu)榕d奮狀態(tài)（膜外呈現(xiàn)負電荷），而使它們之間產(chǎn)生電位差，致使電流表指針偏轉(zhuǎn)。即受刺激部位，由于產(chǎn)生興奮而使其膜外出現(xiàn)負電荷，而未興奮部位膜外依然保持正電荷，由于兩者之間存在電位差，所以電流表指針發(fā)生第1次偏轉(zhuǎn)；興奮傳導過程由于能使興奮部位與未興奮部位的膜外電荷逆轉(zhuǎn)而使兩者存在電位差，致使電流表指針發(fā)生第2次偏轉(zhuǎn)。

3.4 探討、歸納、總結(jié)興奮傳導基礎(chǔ)知識 以上推測是否正確？假如正確，其產(chǎn)生、傳導的機理怎樣？請根據(jù)以下問題，閱讀教材并交流、討論：①神經(jīng)纖維未受到刺激時膜內(nèi)、外離子具有怎樣的分布特點？神經(jīng)纖維上電位表現(xiàn)怎樣？呈現(xiàn)這種電位表現(xiàn)的原因是什么？②神經(jīng)纖維某處受到刺激時膜電位怎么變化？發(fā)生這種變化的原因是什么？③興奮在神經(jīng)纖維上傳導以什么形式進行？④若刺激點在神經(jīng)纖維中段，興奮在其上的傳導具有什么特點？若刺激點在樹突或胞體，興奮在神經(jīng)纖維上的傳導又具有什么特點？⑤興奮傳導的方向是怎樣的？興奮產(chǎn)生時，神經(jīng)纖維膜內(nèi)、外電流方向與興奮傳導的方向具有怎樣的關(guān)系？在小組交流、討論、補充、完善以上問題答案的基礎(chǔ)上，教師引導學生采用思維地圖中的氣泡圖，進行知識歸納、總結(jié)并投影展示，最后師生共同補充、完善（圖3）。

圖3 興奮在神經(jīng)纖維上的傳導基礎(chǔ)知識

設(shè)置意圖：使學生對興奮產(chǎn)生、傳導有粗略認知，為深入探討、揭示興奮傳導這一抽象、復(fù)雜過程奠定認知基礎(chǔ)。

3.5 揭示蛙坐骨神經(jīng)實驗現(xiàn)象的本質(zhì) 教師播放神經(jīng)沖動產(chǎn)生、傳導視頻動畫，并結(jié)合視頻動畫解析靜息狀態(tài)時，膜內(nèi)、外離子分布出現(xiàn)內(nèi)負外正，受到刺激時，膜內(nèi)、外離子分布出現(xiàn)內(nèi)正外負的原因；再依據(jù) “膜內(nèi)電流方向與興奮傳導的方向相同、膜外電流方向與興奮傳導的方向相反”關(guān)系、以“靜”→“動”→“靜”過程為載體，采用“電荷轉(zhuǎn)移的方法”解析黑板上的興奮傳導過程簡圖，以使學生明確：正是膜內(nèi)電流方向與興奮傳導的方向相同、膜外電流方向與興奮傳導的方向相反，以及正電荷不斷發(fā)生轉(zhuǎn)移，才使興奮在傳導過程中，興奮部位（內(nèi)正外負）得以恢復(fù)成未興奮狀態(tài)（內(nèi)負外正）；未興奮部位（內(nèi)負外正）得以轉(zhuǎn)變成興奮狀態(tài)（內(nèi)正外負），“電荷轉(zhuǎn)移”的本質(zhì)是什么？教師再從K+通道開啟與Na+離子通道關(guān)閉的關(guān)系給予揭示，最后師生共同歸納、總結(jié)神經(jīng)沖動產(chǎn)生、傳導機理（圖4）。

圖4 神經(jīng)沖動產(chǎn)生、傳導機理

教師創(chuàng)設(shè)問題串，以深化學生學以致用能力、邏輯推理能力、綜合分析等能力：①K+外流屬于哪種運輸方式？Na+內(nèi)流屬于哪種運輸方式？依據(jù)K+外流的運輸方式與Na+內(nèi)流的運輸方式，請分別推測Na+和K+膜內(nèi)與膜外的濃度關(guān)系？（K+外流與Na+內(nèi)流都屬于協(xié)助擴散，依據(jù)其特點為順濃度梯度，可以推測K+膜內(nèi)濃度大于膜外濃度，Na+濃度則相反）；②由于K+外流、Na+內(nèi)流必然導致膜內(nèi)的K+濃度與膜外的Na+濃度逐漸降低，為維持靜息狀態(tài)時2種離子的正常分布，細胞采取了怎樣的調(diào)節(jié)機制（請結(jié)合視頻動畫進行闡述）？你認為K+內(nèi)流、Na+外流分別屬于哪種運輸方式？請闡述理由（請結(jié)合視頻動畫進行闡述）。（興奮產(chǎn)生時由于有一部分Na+擴散至胞內(nèi)、有一部分K+擴散至胞外而激活Na+-K+泵，Na+-K+泵再將內(nèi)流的Na+泵出胞外，同時將胞外增多的K+泵進細胞內(nèi)，以恢復(fù)靜息狀態(tài)時K+、Na+離子的正常分布，保持細胞正常興奮性；由于K+外流、Na+內(nèi)流都為逆濃度梯度、需要載體蛋白且消耗ATP，因此它們的運輸方式都是主動運輸。）

設(shè)置意圖：從離子水平揭示神經(jīng)調(diào)節(jié)機理，使學生更全面了解神經(jīng)調(diào)節(jié)過程。

3.6 構(gòu)建本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò) 教師引導學生采用思維地圖中的括號圖，構(gòu)建本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò)，以完善、優(yōu)化學生原有的認知結(jié)構(gòu)（圖5）。

圖5 “通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”的知識網(wǎng)絡(luò)

4 教學反思

本節(jié)為筆者執(zhí)教、展示的一節(jié)公開課，先通過創(chuàng)設(shè)遞進式問題串，利用任務(wù)驅(qū)動法，激活學生原有知識體系，使學生在溫故知新的同時激發(fā)學習興趣、促進產(chǎn)生新的認知需要（神經(jīng)調(diào)節(jié)是怎樣調(diào)節(jié)的）；再以“神經(jīng)調(diào)節(jié)離不開反射”→“反射離不開神經(jīng)元獨特的結(jié)構(gòu)”→“反射離不開反射弧結(jié)構(gòu)的完整性”→“反射離不開興奮的傳導”→“興奮的傳導離不開膜內(nèi)、外特殊的電流流向”→“膜內(nèi)、外特殊的電流流向離不開Na+、K+通道與Na+-K+泵的協(xié)調(diào)配合”為主線，逐層遞進地引領(lǐng)、啟發(fā)學生交流、討論，在深化學生對神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、細胞基礎(chǔ)、離子基礎(chǔ)的理解、深化對結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)生物學觀點的理解、領(lǐng)悟神經(jīng)調(diào)節(jié)與機體適應(yīng)外界環(huán)境變化、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)關(guān)系的同時，提高學生學以致用、分析解決問題、實驗分析、邏輯推理、綜合分析等能力，發(fā)展、提升了學生思維，避免了死記硬背知識的現(xiàn)象。例如，學生只要明確靜息電位與K+外流密切相關(guān)、動作電位與Na+內(nèi)流密切相關(guān)，且兩者的運輸方式都為協(xié)助擴散，即可推測出K+、Na+膜內(nèi)、外的濃度關(guān)系，進而推測出K+內(nèi)流、Na+外流的運輸方式為主動運輸，有效達成了本節(jié)的各項教學目標。

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