“突觸的信號傳遞”一節(jié)的教學設計

王紅梅

(浙江省嘉善高級中學 314100)

1 教材分析

“突觸的信號傳遞”選自浙科版高中生物學教材必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第2章第2節(jié)，是學生已經(jīng)學習的“興奮在單個神經(jīng)元上傳導”的內(nèi)容上的延伸，是整個神經(jīng)系統(tǒng)學習中的重要內(nèi)容。一個完整的反射活動，除了要在單個神經(jīng)元上傳導以外，還要在神經(jīng)元和神經(jīng)元之間，以及神經(jīng)元和肌肉之間進行傳遞。神經(jīng)元之間的信號傳遞是細胞間信息傳遞的一種方式，需要學生理解其作用機理，形成結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的生物學思想。本節(jié)課的教學內(nèi)容需要學生在學習中聯(lián)系日常生活，將所學知識內(nèi)化，解釋生活現(xiàn)象，形成健康、科學的生活觀念。其教學重點是突觸的結(jié)構(gòu)和神經(jīng)遞質(zhì)的作用過程，教學難點是神經(jīng)遞質(zhì)的作用過程。在教學中，筆者嘗試通過科學爭議導入新課，并將雙蛙心灌流實驗設計這一科學史作為探究的素材，引導學生通過對經(jīng)典實驗過程進行深入探究，領(lǐng)悟?qū)嶒炈悸泛头椒?，并嘗試自己設計實驗探究神經(jīng)遞質(zhì)的作用。另外，通過多媒體的輔助使用、問題串的設置等，深入學習突觸的結(jié)構(gòu)，并用所學知識探究解決生活問題。

2 教學目標

2.1 知識目標 簡述突觸的結(jié)構(gòu)、概述突觸的信號傳遞過程。

2.2 能力目標 運用所學知識解釋日常生活中的實際問題，能通過神經(jīng)遞質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程對實驗探究的過程和結(jié)果進行簡單的評估，提高提煉和處理信息的能力。

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標 認同像突觸的發(fā)現(xiàn)過程那樣，科學是在不斷的觀察、實驗、探索和爭論中前進的；感受生命活動過程的復雜性。

3 教學過程

3.1 引入科學史，導入新課 提供科學史資料：19世紀，意大利科學家高爾基與西班牙科學家卡哈爾產(chǎn)生的爭論：高爾基認為數(shù)以億計的神經(jīng)元之間緊密聯(lián)接，神經(jīng)元連接得就像網(wǎng)一樣密切，沒有間隙。而西班牙科學家卡哈爾卻認為神經(jīng)元間是存在間隙的。神經(jīng)元之間的信號傳遞是依靠化學物質(zhì)進行的。并引導學生提出問題：興奮在神經(jīng)元之間以及神經(jīng)和肌肉細胞之間如何傳遞？

設計意圖：通過科學史提出問題，引發(fā)學生的探究興趣，并做出相應假設。

3.2 介紹神經(jīng)遞質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，分析討論探究的過程 科學家一直沒能用實驗驗證此假說，直到德國科學家奧托·洛伊(Otto Loewi)設計了雙蛙心灌流實驗。教師先進行實驗背景的補充并提出問題：選擇蛙的離體心臟及與之相連的迷走神經(jīng)作為實驗材料，首先將青蛙的生理鹽水(任氏液)灌注到蛙的心臟中，蛙的心率正常，說明什么呢？電刺激與蛙心臟相連的迷走神經(jīng)，迷走神經(jīng)興奮，蛙心率減慢，這說明了什么？學生分析，得出：迷走神經(jīng)的興奮可以傳到心肌，引起心跳減慢，心臟收縮節(jié)律變慢。

設疑過渡：如果要證明神經(jīng)元與心肌的信號傳遞是依靠化學物質(zhì)進行的，接下來應該怎么設計實驗？教師進一步引導學生小組討論分析并進行實驗設計補充：如果神經(jīng)元之間的信號傳遞依靠化學物質(zhì)進行，那么在神經(jīng)元信號傳遞過程中必然釋放此種化學物質(zhì)，此物質(zhì)必然溶解在任氏液中。這時只要用吸管吸取少量任氏液即可獲得此種物質(zhì)；將此物質(zhì)加入另一個未受刺激的心臟，預期未受刺激的心臟收縮節(jié)律與心跳也會減慢。通過奧托·洛伊的雙蛙心灌流實驗的再現(xiàn)，學生明白神經(jīng)和肌肉細胞之間是通過一種化學物質(zhì)(遞質(zhì))進行興奮傳遞的。

設計意圖：將科學史料作為探究素材，通過雙蛙心灌流實驗的分析及實驗設計，學生順著科學家的腳步了解到神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)現(xiàn)過程，領(lǐng)悟?qū)嶒炈悸泛头椒ǎ矠楹竺娴莫毩嶒炘O計做好鋪墊。

3.3 介紹突觸的結(jié)構(gòu)和遞質(zhì)的作用過程，講解突觸信號傳遞過程 出示突觸的亞顯微結(jié)構(gòu)圖片，告訴學生20世紀50年代發(fā)明了電子顯微鏡，人們才真正觀察到神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的結(jié)構(gòu)細胞間存在著0.2 nm的縫隙突觸，顯微放大后還可以觀察到突觸結(jié)構(gòu)主要包括突觸前膜、突觸后膜和突觸間隙。在突觸前膜內(nèi)還發(fā)現(xiàn)一些囊泡狀結(jié)構(gòu)——突觸小泡，突觸小泡里面充滿了進行信號傳遞的物質(zhì)——遞質(zhì)。

具體的信號傳遞過程是怎樣的呢？教師引導學生回歸教材，帶著問題進行2分鐘的自學閱讀：軸突末梢發(fā)生了什么形式的信號轉(zhuǎn)變？乙酰膽堿(一種遞質(zhì))以什么方式釋放到突觸間隙？到突觸間隙后的乙酰膽堿如何作用于突觸后膜，是否進入肌細胞？突觸后膜去極化后形成的小電位能否傳播？

教師繼續(xù)通過動畫形象、生動地演示突觸處的信號傳遞的完整過程，并追問：正常情況下，通道蛋白會不會一直打開？若一直打開，會怎樣？學生通過分析討論，得出：如果一直打開就會引起后一個神經(jīng)元持續(xù)興奮，因此還需有一個神經(jīng)信號終止的過程，即與受體結(jié)合的乙酰膽堿很快被突觸間隙的乙酰膽堿酯酶催化降解而失去活性，鈉離子通道關(guān)閉，神經(jīng)信號終止。

設計意圖：學生通過亞顯微圖片了解突觸的結(jié)構(gòu)，認識突觸的結(jié)構(gòu)組成，領(lǐng)悟科學的發(fā)展離不開技術(shù)的進步；運用多媒體，通過圖片和視頻讓學生了解突觸，以及神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞過程。

3.4 學以致用，解決問題 生活中有與突觸功能有關(guān)的應用性問題。例如，美容行業(yè)有人通過注射肉毒桿菌減少皺紋。美容過程中注射肉毒桿菌有何作用？面部肌肉不能收縮和肉毒桿菌究竟有什么關(guān)系？有哪些可能性？

學生發(fā)散思維進行問題分析：沒有讓遞質(zhì)釋放，遞質(zhì)釋放后在突觸間隙被分解了，肉毒桿菌與乙酰膽堿受體結(jié)合等，一切合理的解釋都是可能的，而具體的機理可讓學生課后借助網(wǎng)絡查閱。

設計意圖：通過與實際生活相聯(lián)系，更加深刻地了解遞質(zhì)傳遞的過程。同時，開放性的問題設計，激發(fā)了學生學習的成就感。

3.5 類比歸納，實驗驗證 引導學生從速度、形式、方向三方面比較神經(jīng)纖維上的傳導和神經(jīng)元之間的傳遞(表1)。繼續(xù)追問：為什么神經(jīng)元之間的興奮傳遞是單向的？引導學生從突觸的結(jié)構(gòu)上分析突觸處信號傳遞的單向性原因。學生利用所學知識進行比較分析，并根據(jù)突觸結(jié)構(gòu)的特點(遞質(zhì)只存在于突觸前神經(jīng)元的突觸小泡內(nèi)，只能由突觸前膜釋放作用于突觸后面)分析。

表1 信號的傳導與傳遞比較

如何通過實驗證明神經(jīng)元之間興奮的單向性？教師提供：反射弧示意圖(圖略)、實驗用具提示：電刺激設備、電位測量儀等實驗用具，引導學生分組討論、設計實驗加以驗證。

設計意圖：學生小組討論、分析，給出實驗思路，從而完成從理論解釋到實驗驗證的過程，提高實驗設計能力，并再次讓學生認識到實驗設計思路的重要性。

3.6 課外拓展、布置課后學習任務 一些藥物對神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞產(chǎn)生影響，如興奮劑類藥物作用的結(jié)果使人興奮，而鎮(zhèn)靜劑藥物作用的結(jié)果卻使人安靜。將學習拓展到課外，引導學生課后查閱資料后建構(gòu)興奮劑和鎮(zhèn)靜劑作用模型，并在下節(jié)課進行分享交流。

設計意圖：將課堂學習拓展到課外，注重引導學生對信息進行選擇、利用，并且嘗試構(gòu)建模型。

4 教學反思

高二學生已經(jīng)具備了一定的實驗探究能力，因此本節(jié)課通過科學史以及實驗設計來了解突觸這一結(jié)構(gòu)是如何傳遞興奮的。教學過程從知識的發(fā)生過程入手，引導學生自己去探索、觀察、思考、分析、歸納，使學生在一系列教學活動中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、總結(jié)規(guī)律，培養(yǎng)學生的探索精神，發(fā)展學生的思維能力，進一步激發(fā)學習生物學的興趣。根據(jù)高中學生在生物學學習過程中，語言表達能力較弱的問題，本節(jié)課也設有多個讓學生進行語言表達的環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的語言表達能力。