《興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)》教學(xué)“盲區(qū)”的拓展完善

何海泉

人教版高中生物必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》教材中，第2章《動物和人體生命活動的調(diào)節(jié)》知識點“興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)”編寫，高中階段教材沒有清晰解釋涉及到離子跨膜運輸?shù)姆绞降霓D(zhuǎn)換，授課內(nèi)容會直接影響教師教學(xué)上深入拓展相關(guān)知識內(nèi)容，影響對知識傳授把握尺度。

一、盲區(qū)所在

本章節(jié)教材中僅僅以小體字表述 “神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)K+濃度明顯高于膜外，而Na+濃度比膜外低。靜息時，由于膜主要對K+有通透性，造成K+外流，使膜外陽離子濃度高于膜內(nèi)，這是大多數(shù)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生和維持靜息電位的主要原因。受到刺激時，細(xì)胞膜對Na+的通透性增加，Na+內(nèi)流，使興奮部位內(nèi)側(cè)陽離子濃度高于膜外側(cè)，表現(xiàn)為內(nèi)正外負(fù)，與相鄰部位產(chǎn)生電位差?！苯處熞龑?dǎo)學(xué)生理解相關(guān)知識時，靜息電位時K+的外流和動作電位時Na+的內(nèi)流，都是順著物質(zhì)的濃度梯度而完成的，均不需要消耗能量，屬于跨膜運輸—協(xié)助擴(kuò)散方式。而由動作電位恢復(fù)為靜息狀態(tài)時卻涉及到鉀-鈉泵同時進(jìn)行，排Na+吸K+，逆濃度梯度，使膜內(nèi)外離子分布恢復(fù)到初靜息水平，此時，Na+和K+跨膜運輸?shù)姆绞绞侵鲃舆\輸。因此，教師在教學(xué)中要把握“靜息狀態(tài) 動作電位”；“動作電位 靜息狀態(tài)”離子跨膜運輸方式的轉(zhuǎn)換過程。鈉離子進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞方式是協(xié)助擴(kuò)散，鈉離子排出神經(jīng)細(xì)胞是主動運輸；鉀離子進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞是主動運輸，鉀離子排出神經(jīng)細(xì)胞是協(xié)助擴(kuò)散。或者說，產(chǎn)生動作電位并不消耗能量，而恢復(fù)正常的靜息電位卻需要消耗能量。教師在教學(xué)上可以從兩個方面去講授。

二、利用神經(jīng)沖動在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的模式圖解讀

（一）靜息狀態(tài)：（細(xì)胞內(nèi)K+濃度高于細(xì)胞外）細(xì)胞膜對主要K+有通透性，而對其他離子通透性很小，甚至是沒有通通性

這種對細(xì)胞K+通透性的實質(zhì)，是依賴細(xì)胞膜K+通道來實現(xiàn)的，K+可以通過該通道被動外流，使膜外的陽離子增多，膜內(nèi)的陽離子減少，從而造成膜外電位高于膜內(nèi)電位的狀態(tài)，當(dāng)K+的移動達(dá)到平衡時，細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)就形成了一個相對穩(wěn)定的電位差，叫靜息電位，電位表現(xiàn)：內(nèi)負(fù)外正。K+離子跨膜運輸運輸方式，順濃度梯度，屬于協(xié)助擴(kuò)散。

（二）動作電位：（細(xì)胞外Na+濃度高于細(xì)胞內(nèi)）動作電位是膜電位的一次快速變化，隨后恢復(fù)靜息膜電位狀態(tài)，包去極化、反極化和復(fù)極化三個連續(xù)變化過程

受到刺激時，細(xì)胞膜對Na+通透性增加，細(xì)胞膜上的部分Na+通道開放， Na+流進(jìn)細(xì)胞，膜內(nèi)電位升高膜外電位降低，當(dāng)膜內(nèi)外電位相等時膜外仍為高Na+狀態(tài)，該過程可稱去極化。Na+繼續(xù)內(nèi)流，膜內(nèi)電位繼續(xù)升高，直Na+內(nèi)流達(dá)到其平衡狀態(tài)，膜內(nèi)外兩側(cè)形成的電位差就是動作電位的最大值，這個過程可以稱之反極化。當(dāng)動作電位達(dá)到最大值時開放的電壓門控Na+通道失活、關(guān)閉，而電壓門控K+通道開放，少量K+在細(xì)胞內(nèi)強(qiáng)大的電動勢和濃度梯度的作用下迅速外流，使細(xì)胞內(nèi)電位降低，細(xì)胞外電位升高，這個過程被稱為復(fù)極化。興奮部：內(nèi)正外負(fù)；未興奮部位：：內(nèi)負(fù)外正。此時，Na+離子跨膜運輸運輸方式，順相濃度梯度，屬于協(xié)助擴(kuò)散。

（三）動作電位恢復(fù)靜息電位：在完全恢復(fù)靜息電位之前，鈉-鉀泵的活動會增強(qiáng)，將進(jìn)入細(xì)胞的Na+排出，將排出細(xì)胞的K+重新移入細(xì)胞內(nèi)，恢復(fù)開始的離子濃度梯度

細(xì)胞內(nèi)外離子分布不均勻是靜息電位和動作電位形成的基礎(chǔ)，這種分布不均勻與鈉鉀泵的作用密不可分。鈉-鉀泵是一種普遍存在于動物各種細(xì)胞膜上的特異性蛋白質(zhì)，這種載體蛋每分解一個ATP分子，可以將3個Na+送出細(xì)胞外，同時將2個K+送入細(xì)胞內(nèi)，從而使細(xì)胞內(nèi)K+濃度高，細(xì)胞外Na+濃度高。此時，鈉離子和鉀離子的跨膜運輸逆相濃度梯度——主動運輸，需要消耗能量過程。

三、利用膜電位變化曲線解讀

膜電位變化曲線圖更直觀性反映膜電荷變化情況。能夠使學(xué)生有效理解去極化、反極化和復(fù)極化三個連續(xù)變化的過程，從另一角度去理解靜息狀態(tài)—動作電位的轉(zhuǎn)換。

1.AB線段：表示為靜息電位，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)K+濃度明顯高于膜外，K+通道開放，使K+外流，順相濃度梯度，屬于協(xié)助擴(kuò)散，不消耗能量。電位表現(xiàn)：內(nèi)負(fù)外正。

2.BC段：受到刺激后，Na+通道開放，Na+離子內(nèi)流，產(chǎn)生動作電位，順相濃度梯度，屬于協(xié)助擴(kuò)散，不消耗能量，電位變化：內(nèi)正外負(fù)。（去極化）

3.CD段： Na+通道關(guān)閉，K+通道開放，使K+外流。順相濃度梯度，屬于協(xié)助擴(kuò)散，不消耗能量。（復(fù)極化）

（6）D段后：靜息電位恢復(fù)后，鈉-鉀泵泵活動加強(qiáng)，排Na+吸K+，使膜內(nèi)外離子分布恢復(fù)到初靜息水平，逆相濃度梯度，消耗能量，屬于主動運輸。

教師把這個方面知識講透徹了，既有利學(xué)生對離子跨膜運輸特殊例子掌握，又有利學(xué)生對知識體系理解及融會貫通。