“蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本”在高中生物學(xué)中的應(yīng)用

傅建利 周黎明

(浙江省富陽(yáng)中學(xué) 杭州 311400)

浙科版高中生物學(xué)必修1第3章第1節(jié)中介紹了ATP是細(xì)胞的能量通貨，必修3第2章第2節(jié)中介紹了神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐和訪談?wù){(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)的理解上常常會(huì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)困惑。還原最初的教學(xué)過(guò)程后發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)ATP功能的過(guò)程中，學(xué)生常常是被灌輸式地告知ATP是能量通貨，導(dǎo)致學(xué)生的認(rèn)知只是停留在簡(jiǎn)單的識(shí)記水平。在神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師常常是利用書(shū)本中的蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本模型，開(kāi)展紙上談兵式教學(xué)，由于知識(shí)本身抽象微觀、復(fù)雜難懂，學(xué)生又缺乏對(duì)蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本的直觀感受，因此學(xué)生對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能中相關(guān)概念的理解總是存在一定困難。

經(jīng)過(guò)反思和探索，筆者結(jié)合這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的共性特點(diǎn)，利用蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”，體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程，形成科學(xué)思維的習(xí)慣，提升探求知識(shí)的能力。

1 “蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本”用于研究ATP功能的實(shí)驗(yàn)過(guò)程

腓腸肌收縮肉眼可見(jiàn)，腓腸肌收縮時(shí)需要消耗ATP，細(xì)胞內(nèi)的ATP耗盡會(huì)導(dǎo)致腓腸肌接受電刺激后無(wú)法正常收縮。因此，可用于驗(yàn)證ATP的功能。

實(shí)驗(yàn)材料包括： 蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本3個(gè)、鋅銅弓、玻璃分針、任氏液、5%的葡萄糖溶液、ATP溶液、滴管等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程是將3個(gè)蛙坐骨神經(jīng)神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本分別置于培養(yǎng)皿中，編號(hào)為1、2、3組，每組加入等量的任氏液浸潤(rùn)標(biāo)本；分別用鋅銅弓刺激坐骨神經(jīng)，使肌肉收縮，耗盡肌肉中的能量；不斷施加電刺激約15min，肌肉收縮減緩，20min后肌肉幾乎不收縮；待肌肉不再動(dòng)彈，但仍處于活性狀態(tài)時(shí)，3個(gè)標(biāo)本分別滴加等量的10mmol/L ATP溶液、5%的葡萄糖溶液和任氏液，再分別用鋅銅弓刺激蛙坐骨神經(jīng)，觀察每組肌肉有無(wú)收縮現(xiàn)象，并將結(jié)果記入表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，上述實(shí)驗(yàn)步驟的實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總在表1中，并得出結(jié)論——ATP是細(xì)胞中的能量通貨。

表1 驗(yàn)證ATP是細(xì)胞中的能量通貨實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表

2 “蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本”用于研究神經(jīng)系統(tǒng)功能的實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)材料包括： 蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本、任氏液、鋅銅弓、玻璃分針、滴管、微電流傳感器、郎威數(shù)據(jù)采集、電腦、攝像機(jī)等，實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備是先解剖制備蛙坐骨神經(jīng)神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本備用，并用任氏液不斷濕潤(rùn)坐骨神經(jīng)和腓腸肌。

2.1 驗(yàn)證神經(jīng)元的功能 將制備好的蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本在靠近脊椎一側(cè)用棉線扎緊坐骨神經(jīng)，防止胞漿流出。然后，用棉線拉住坐骨神經(jīng)，用鋅銅弓刺激蛙坐骨神經(jīng)，觀察腓腸肌的收縮情況(圖1)。

2.2 驗(yàn)證腓腸肌細(xì)胞是可興奮細(xì)胞 用棉線拉住腓腸肌，然后用鋅銅弓刺激腓腸肌，觀察腓腸肌的收縮情況(圖2)。

圖1 驗(yàn)證神經(jīng)元的功能

圖2 驗(yàn)證腓腸肌細(xì)胞是可興奮細(xì)胞

2.3 驗(yàn)證興奮在神經(jīng)纖維上雙向傳導(dǎo) 用棉線拉住坐骨神經(jīng)，將微電流傳感器的紅、黑色鱷魚(yú)夾夾在裸露的蛙坐骨神經(jīng)上，并將微電流傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集器和電腦連接，打開(kāi)數(shù)據(jù)采集軟件，用鋅銅弓刺激位于微電流傳感器和腓腸肌之間的坐骨神經(jīng)，觀察電腦中的微電流波形曲線圖及腓腸肌收縮情況(圖3)。

2.4 驗(yàn)證興奮在突觸處單向傳遞 用鋅銅弓刺激坐骨神經(jīng)，觀察腓腸肌收縮情況；用鋅銅弓刺激腓腸肌，觀察電腦中微電流波形曲線圖及腓腸肌收縮情況(圖4)。

圖3 驗(yàn)證興奮在神經(jīng)纖維上雙向傳導(dǎo)

圖4 驗(yàn)證興奮在突觸處單向傳遞

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2中，并討論、交流得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

表2 蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

3 教學(xué)體會(huì)

高中生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中常常會(huì)涉及相關(guān)的科學(xué)史實(shí)驗(yàn)，如本文中利用蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本開(kāi)展的相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)就是科學(xué)史實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)和延伸。由于課時(shí)有限，蛙坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本制作耗時(shí)且有一定的難度，筆者通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)過(guò)程組織興趣小組在校本課程中完成，并錄制成微視頻，最后以微視頻的形式呈現(xiàn)在教學(xué)中，是開(kāi)展科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一條新途徑。

在具體的教學(xué)過(guò)程中，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式。例如，在告知學(xué)生“ATP是能量通貨”的知識(shí)后，提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后，將經(jīng)過(guò)交流討論得出的實(shí)驗(yàn)方案在課后組織興趣小組成員實(shí)施并拍成微視頻。在下一課時(shí)中播放微視頻，并由興趣小組成員介紹實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生根據(jù)視頻中呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步交流與討論，深入理解ATP是能量通貨的含義。又如，在“神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)結(jié)構(gòu)和功能”的教學(xué)中，先在視頻中呈現(xiàn)刺激坐骨神經(jīng)，觀察腓腸肌的收縮情況，讓學(xué)生通過(guò)思考討論得出神經(jīng)元的基本特性。然后提出新的命題：“腓腸肌細(xì)胞是可興奮細(xì)胞嗎？”“興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)方向的特點(diǎn)？”“興奮在突觸處傳遞方向的特點(diǎn)？”，讓學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案，課后組織學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)拍成微視頻，在課中播放實(shí)驗(yàn)微視頻，讓學(xué)生觀察并思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在討論和交流中合作學(xué)習(xí)，最后得出正確的結(jié)論。像這樣，通過(guò)“學(xué)、思、做、悟”四個(gè)流程，充分達(dá)成讓學(xué)生“在做中學(xué)，在學(xué)中做”。這種教學(xué)形式可很大程度上提高學(xué)生的直觀感受，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)樂(lè)趣和積極性，加深學(xué)生對(duì)基本概念的認(rèn)識(shí)和理解，同時(shí)在理解生物學(xué)概念的基礎(chǔ)上形成結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀。此外，讓學(xué)生根據(jù)現(xiàn)學(xué)的知識(shí)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果讓學(xué)生進(jìn)行比較和討論，不僅可以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，也能引發(fā)學(xué)生探究的興趣，提高科學(xué)探究能力。