“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”的教學(xué)設(shè)計(jì)

韋 玲

（重慶市南開中學(xué)校 重慶 400030）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》要求學(xué)生掌握大概念“生命個(gè)體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng)，并通過一定的調(diào)節(jié)機(jī)制保持穩(wěn)態(tài)”，掌握重要概念“神經(jīng)系統(tǒng)能夠及時(shí)感知機(jī)體內(nèi)、外環(huán)境的變化，并作出反應(yīng)調(diào)控各器官、系統(tǒng)的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)體穩(wěn)態(tài)”［1］?！巴ㄟ^神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”（人教版高中生物學(xué)必修3 第2 章第1 節(jié)）即對(duì)應(yīng)于上述內(nèi)容要求，是學(xué)生繼學(xué)習(xí)了“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)”的概念和意義之后，將要接觸的第1 種保持穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制。有關(guān)“機(jī)制”的內(nèi)容比較抽象生澀，易讓學(xué)生望而生畏。因此，將該節(jié)內(nèi)容的第1 課時(shí)做到既生動(dòng)易懂，又兼具深度與科學(xué)性，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)本章內(nèi)容至關(guān)重要。本節(jié)內(nèi)容包括神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和反射，興奮在反射弧上的傳導(dǎo)和傳遞，以及神經(jīng)系統(tǒng)的分級(jí)調(diào)節(jié)和人腦的高級(jí)功能等，可安排為3 課時(shí)。第1 課時(shí)為“神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和反射”，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

1 教學(xué)目標(biāo)

1）概述神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和反射，能說出神經(jīng)系統(tǒng)的組成、神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)與其功能的適應(yīng)性。

2）運(yùn)用演繹與推理的方法探討生物學(xué)問題；能針對(duì)特定的生物學(xué)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果的預(yù)測(cè)與討論。

3）舉例說明研究神經(jīng)調(diào)節(jié)與社會(huì)科技發(fā)展的聯(lián)系。

2 教學(xué)過程

2.1 導(dǎo)入新課——認(rèn)識(shí)神經(jīng)調(diào)節(jié) 教師通過播放短視頻、展示圖片的方式列舉一些常見的神經(jīng)調(diào)節(jié)實(shí)例：天熱時(shí)，人體會(huì)出汗；天冷時(shí)，會(huì)打冷顫；異物進(jìn)入氣管，會(huì)咳嗽；昆蟲飛向眼睛，會(huì)眨眼。神經(jīng)調(diào)節(jié)容易給學(xué)生一種抽象而復(fù)雜的印象。通過直觀認(rèn)識(shí)日常生活中的神經(jīng)調(diào)節(jié)實(shí)例，讓學(xué)生對(duì)神經(jīng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生親切感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.2 分析實(shí)例，構(gòu)建“反射”概念 教師指出以上實(shí)例都是通過神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式——“反射”實(shí)現(xiàn)的，并組織學(xué)生討論總結(jié)這些過程的共同點(diǎn)、歸納反射的概念。針對(duì)學(xué)生的總結(jié)，教師再拋出問題：該過程與大家已熟悉的應(yīng)激性有何區(qū)別？進(jìn)而引出區(qū)分反射和應(yīng)激性的關(guān)鍵要素。最后，列舉一些反例，讓學(xué)生判斷它們是否屬于反射并說出理由。

從生物學(xué)事實(shí)，上升到生物學(xué)概念，符合學(xué)生的基本認(rèn)知規(guī)律。通過與應(yīng)激性的比較、列舉反例，讓學(xué)生更好地界定“反射”的內(nèi)涵與外延。

2.3 根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能觀，認(rèn)識(shí)“反射弧”

2.3.1 由“反射的過程”推出“反射弧的組成”教師設(shè)問：反射是如何實(shí)現(xiàn)的？結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的，結(jié)構(gòu)決定功能。機(jī)體要實(shí)現(xiàn)反射功能，必須具備相應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)——反射弧。結(jié)合反射的環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出反射弧的5 個(gè)組成部分。

教師將一臺(tái)電腦比作一個(gè)反射弧，讓學(xué)生將電腦的不同部件比作反射弧的5 個(gè)部分。通過類比，形象化的反射弧就很容易被理解。教師提示電腦就是在模擬神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本原理工作；而在現(xiàn)代社會(huì)中，近到身邊的手機(jī)、空調(diào)，遠(yuǎn)到無人駕駛汽車、阿里云研發(fā)的城市大腦等當(dāng)前火熱的人工智能產(chǎn)品，模擬神經(jīng)系統(tǒng)工作的過程可謂比比皆是。

結(jié)構(gòu)與功能觀是最基礎(chǔ)的生命觀念，培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀對(duì)學(xué)生科學(xué)認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象和規(guī)律、甚至認(rèn)識(shí)整個(gè)物質(zhì)世界都會(huì)有很大幫助［1］。因此，教師將反射與反射弧進(jìn)行如上聯(lián)系旨在滲透結(jié)構(gòu)與功能觀。而無人駕駛汽車等事例則是讓學(xué)生體會(huì)到不僅神經(jīng)調(diào)節(jié)本身對(duì)人體趨利避害、維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)起著關(guān)鍵作用，而且研究神經(jīng)調(diào)節(jié)的機(jī)制并對(duì)其加以應(yīng)用對(duì)科技的進(jìn)步、社會(huì)的發(fā)展也起著重要的推動(dòng)作用。

2.3.2 追根究底，回顧神經(jīng)系統(tǒng)的組成 教師設(shè)問：上述人工智能產(chǎn)品在模擬神經(jīng)調(diào)節(jié)的過程中應(yīng)用到各種復(fù)雜的零部件實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的接收、傳遞、綜合與反饋，反射弧的5 個(gè)部分又分別對(duì)應(yīng)于哪些具體的生理結(jié)構(gòu)？（學(xué)生答：基本上就是神經(jīng)系統(tǒng)）從而引出對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)組成的教學(xué)。

由于此部分內(nèi)容在初中教材中有所涉及，而在高中教材中缺乏講述，因此在課前將初中教材內(nèi)容印發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自主溫習(xí)。在課上則帶領(lǐng)學(xué)生以“教師給出問題串、學(xué)生分組討論作答的形式”對(duì)這部分知識(shí)進(jìn)行梳理和提升：1）神經(jīng)元為什么具有很多短的突起？2）神經(jīng)元為什么具有非常長(zhǎng)的突起，例如組成坐骨神經(jīng)的神經(jīng)元有些突起可長(zhǎng)達(dá)1 m？3）為什么大部分的神經(jīng)元位于腦和脊髓中共同組成的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，還有一些神經(jīng)元?jiǎng)t從腦和脊髓中發(fā)射出來組成周圍神經(jīng)系統(tǒng)？4）一個(gè)神經(jīng)元能組成一個(gè)反射弧嗎？

設(shè)置問題串旨在讓學(xué)生通過理解功能識(shí)記結(jié)構(gòu)；體會(huì)到機(jī)體的一切結(jié)構(gòu)都是為了實(shí)現(xiàn)功能而服務(wù)的，進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與功能觀；認(rèn)識(shí)到機(jī)體的構(gòu)造是如此合理，發(fā)現(xiàn)生物體結(jié)構(gòu)之美。

2.3.3 解決問題——“反射弧”對(duì)應(yīng)的生理結(jié)構(gòu)教師提供反射弧結(jié)構(gòu)示意圖，讓學(xué)生辨認(rèn)反射弧每個(gè)部分對(duì)應(yīng)于神經(jīng)系統(tǒng)的什么結(jié)構(gòu)。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)反射弧其實(shí)就是一個(gè)個(gè)神經(jīng)元首尾相接、通過對(duì)信息的接力實(shí)現(xiàn)其功能的，而機(jī)體則是通過一個(gè)個(gè)反射弧實(shí)現(xiàn)各種反射過程。

這時(shí)，教師特別指出效應(yīng)器還含有神經(jīng)系統(tǒng)以外的部分——肌肉或腺體，這是因?yàn)樯窠?jīng)系統(tǒng)的強(qiáng)大體現(xiàn)在其對(duì)海量信息的整合處理上，而作出應(yīng)答（例如完成具體的某一動(dòng)作）則需要其他結(jié)構(gòu)的協(xié)助。這樣不僅使學(xué)生對(duì)反射弧的認(rèn)識(shí)更加科學(xué)準(zhǔn)確，而且通過揭示機(jī)體內(nèi)明確的分工與合作，在潛移默化中增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)。教師結(jié)合圖片、實(shí)物模型帶領(lǐng)學(xué)生將反射弧的各部分定位在人體中，從微觀的生理結(jié)構(gòu)再回到宏觀的機(jī)體部位，形成反射弧在機(jī)體內(nèi)的空間感。

2.3.2 中回顧神經(jīng)系統(tǒng)的組成，就是為了讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)反射弧的結(jié)構(gòu)，本環(huán)節(jié)則將抽象的反射弧的5 個(gè)部分與具體生理結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，從而為“興奮在反射弧上的傳導(dǎo)和傳遞”的教學(xué)打下基礎(chǔ)，也便于理解與解決實(shí)際問題。

2.4 分析資料，總結(jié)反射發(fā)生的條件 教師提供資料，讓學(xué)生分析反射發(fā)生的條件：1）手指觸碰到針尖會(huì)迅速縮回，觸碰到桌面則不會(huì)，輕摸到針尖也不會(huì)；2）脊髓灰質(zhì)炎病毒主要損害患者脊髓的傳出神經(jīng)元，主要癥狀是分布不規(guī)則和輕重不等的弛緩性癱瘓，俗稱小兒麻痹癥；3）臨床上醫(yī)生經(jīng)常通過檢查患者的膝跳反射是否正常，初步診斷相關(guān)節(jié)段的脊柱、神經(jīng)和肌肉是否受傷。學(xué)生推測(cè)：若要反射發(fā)生，首先需要足夠強(qiáng)度的適宜刺激，其次要保證反射弧的完整性。教師肯定學(xué)生的推測(cè)，并指出這是結(jié)構(gòu)決定功能的必然結(jié)果；同時(shí)也要強(qiáng)調(diào)，即使是合理的推測(cè)也需要實(shí)踐以驗(yàn)證其真實(shí)性?？紤]到課堂效率及學(xué)生對(duì)動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的接受程度，教師通過播放視頻的方式演示經(jīng)典的脊蛙實(shí)驗(yàn)，從而驗(yàn)證“反射弧的完整性是反射完成的必要條件”。對(duì)于感興趣的學(xué)生，則可采取課外興趣小組的方式進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證與拓展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己動(dòng)手探索神經(jīng)調(diào)節(jié)。

在本環(huán)節(jié)之前，學(xué)生已分別對(duì)反射的概念和反射弧的結(jié)構(gòu)有了充分認(rèn)識(shí)。本環(huán)節(jié)使“功能與結(jié)構(gòu)”建立起更緊密的聯(lián)系，讓學(xué)生深刻體會(huì)反射弧的完整性對(duì)完成反射的重要意義。

2.5 科學(xué)探究——用實(shí)驗(yàn)方法判斷傳入神經(jīng)和傳出神經(jīng) 教師創(chuàng)設(shè)情境：研究人員在做脊蛙實(shí)驗(yàn)時(shí)，剝離出青蛙腿上的一條神經(jīng)，如何判斷這條神經(jīng)是傳入神經(jīng)還是傳出神經(jīng)？教師提供一定的實(shí)驗(yàn)器材（麻醉劑，電刺激器）作為提示。學(xué)生分組討論，通過團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)此問題進(jìn)行探究，并對(duì)自己小組的方案、預(yù)期結(jié)果進(jìn)行講述，鍛煉了交流、表達(dá)能力。

此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難度較高，要求學(xué)生對(duì)信息在反射弧上的傳遞方向、反射弧在機(jī)體中的空間位置有明確的認(rèn)識(shí)，因此采取小組合作的方式完成。該環(huán)節(jié)可作為課堂教學(xué)的有效評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解反射弧，鍛煉其演繹與推理、科學(xué)探究能力。

2.6 課外閱讀——“神經(jīng)活動(dòng)中生物電的發(fā)現(xiàn)” 在這節(jié)課的最后，教師帶領(lǐng)大家進(jìn)行小結(jié)，同時(shí)拋出一個(gè)新的問題：信息在反射弧上如何傳遞？什么形式的信號(hào)可穿過長(zhǎng)長(zhǎng)的神經(jīng)讓反射瞬時(shí)發(fā)生？學(xué)生容易想到電信號(hào)。這時(shí)，教師布置一則課外閱讀資料——“神經(jīng)活動(dòng)中生物電的發(fā)現(xiàn)” 結(jié)束本節(jié)課。生物學(xué)家伽爾瓦尼和物理學(xué)家伏特在看到同一現(xiàn)象的時(shí)候，給出了2 種截然不同的假說，并各執(zhí)己見進(jìn)行了后續(xù)的實(shí)驗(yàn)論證，最終鑄就了科學(xué)史上的兩大重要發(fā)現(xiàn)：伽爾瓦尼證明了“生物電”的存在，開創(chuàng)了神經(jīng)電生理學(xué)的新時(shí)代；而伏特則發(fā)明了世界上第一個(gè)直流電池——伏特電池［2］。

將真實(shí)的科學(xué)故事融入教學(xué)，可激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。生物電的發(fā)現(xiàn)史不僅與信息在神經(jīng)元上的傳遞方式密切相關(guān)，可為下節(jié)課的學(xué)習(xí)做鋪墊，同時(shí)也是科學(xué)史上的一樁美談。希望學(xué)生能學(xué)習(xí)到科學(xué)家在面對(duì)爭(zhēng)論時(shí)的態(tài)度和做法，認(rèn)識(shí)到生物學(xué)融合了物理學(xué)、化學(xué)等各學(xué)科的問題，讓喜歡數(shù)理化的學(xué)生同樣熱愛生命科學(xué)。

3 教學(xué)反思

“神經(jīng)系統(tǒng)的組成”這部分內(nèi)容對(duì)于理解與解決神經(jīng)調(diào)節(jié)的問題至關(guān)重要，通常是先將此內(nèi)容作為鋪墊，再進(jìn)入到“反射與反射弧”的教學(xué)。本設(shè)計(jì)則從容易理解的宏觀機(jī)體功能——反射入手，讓學(xué)生先產(chǎn)生興趣，再層層深入依次進(jìn)入到“反射弧”、更微觀的“神經(jīng)系統(tǒng)的組成”，最后回到宏觀的“反射弧在機(jī)體中的定位”，符合學(xué)生認(rèn)知的一般規(guī)律，也便于理解與解決實(shí)際問題。

在必修3 的教學(xué)中，教師容易做到滲透穩(wěn)態(tài)與平衡觀而忽略其他生命觀念。每一個(gè)生命觀念都能貫穿于生命科學(xué)全部課程［3］，有關(guān)人體生理結(jié)構(gòu)的內(nèi)容非常適合培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀。本設(shè)計(jì)在教學(xué)中始終貫穿結(jié)構(gòu)與功能觀，并開展科學(xué)探究活動(dòng)，期望學(xué)生吃得透、記得住、用得上［3］。

科學(xué)探究環(huán)節(jié)是本設(shè)計(jì)的另一個(gè)亮點(diǎn)，讓學(xué)生學(xué)以致用，既做到了課堂上的有效評(píng)價(jià)，又在此過程中對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維與素養(yǎng)有所提升。

本設(shè)計(jì)以提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)為中心，旨在幫助學(xué)生強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與功能觀、鍛煉科學(xué)思維與科學(xué)探究能力。