有關(guān)靜息電位和動作電位教學(xué)的幾點思考

曹引航

［摘要］ 高中生物學(xué)的靜息電位和動作電位知識在近幾年的高考中多次出現(xiàn)，而該知識點也是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個難點，其理解難度較大。本文通過分析靜息電位和動作電位在教學(xué)中的若干疑難問題，幫助學(xué)生對這些問題有清晰的認(rèn)知與理解。同時，結(jié)合教學(xué)實踐對重難點知識進行分析探討。

［關(guān)鍵詞］ 靜息電位；動作電位；教學(xué)設(shè)計；情境教學(xué)

一、靜息電位和動作電位的概念初探

在高中生物學(xué)教學(xué)中，興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)及其傳導(dǎo)特征一直以來都是考查的重點。教師不必因為該知識點的較高難度就直接使用破格創(chuàng)新的教法，仍然可以基于教材中有關(guān)靜息電位的描述和對靈敏電流計的觀察，引導(dǎo)部分學(xué)習(xí)能力強、接受程度高的學(xué)生作為代表嘗試概括總結(jié)，得出靜息電位的概念：細(xì)胞在未受刺激時（即靜息狀態(tài)下），存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差即靜息電位。

對于動作電位，教材中并未作描述。我們借助靈敏電流計，觀察到神經(jīng)纖維接受到刺激處于興奮狀態(tài)時的膜電位，學(xué)生在教師的適當(dāng)點撥下，總結(jié)出動作電位的概念：動作電位的產(chǎn)生其實就是各種離子跨膜運動的結(jié)果。教師在此仍然采用點撥與引導(dǎo)學(xué)生發(fā)言的方式，總結(jié)出動作電位是膜電位的一個連續(xù)變化過程。乍一看，上述概念的總結(jié)距離書本上的標(biāo)準(zhǔn)概念還有一定距離，而且這一難點概念仍不一定為班上大部分學(xué)生所理解。但是，經(jīng)過“教師點撥學(xué)生思索”的過程，接受程度高的學(xué)生，他們的思考得到了教師的認(rèn)可，增強了繼續(xù)探索的信心和興趣。而接受程度一般的學(xué)生，他們雖然暫時沒有理解概念，但同學(xué)發(fā)言和師生互動讓他們也能夠真正在課堂上具身思考，為下一步的教學(xué)做鋪墊。

二、兩種電位離子產(chǎn)生機制的深入探析

如果說上文的初探環(huán)節(jié)起到了鋪墊的作用，那么在深入探析的環(huán)節(jié)中，教師就需要合理而巧妙地運用各種教學(xué)手段，將靜息電位和動作電位概念理解上的困難逐一化解，并讓班上的大部分學(xué)生所接受。對此，教師可以采用情境教學(xué)法來降低兩種電位概念理解的困難。

我們將抽象的鉀離子、鈉離子具象化，并放置于一個歷史故事情境之中。從前有個富人國，里面富人（鉀離子）很多，窮人（鈉離子）很少，而國外正相反。富人國邊境，即細(xì)胞中的質(zhì)膜，平時允許富人自由出國，但不讓窮人進入，只有少數(shù)窮人能偷渡進來。這樣，就聯(lián)系上鉀離子通透性高、鈉通透性低的重要背景知識。因為國外物價便宜環(huán)境又好，很多富人出國定居，即鉀離子外流。但為了防止富人流失，當(dāng)出國人數(shù)達到一定數(shù)量時，國家便不再允許出國；喻指電場力阻止鉀外流使得鉀離子平衡。富人國有時會與國外發(fā)生戰(zhàn)爭，在生物學(xué)中就是細(xì)胞受到刺激。這時，政府就會開放邊境，誘騙窮人進入來充當(dāng)炮灰，喻指鈉離子通道開啟，而窮人一聽說富人國開放邊境便會瘋狂涌入，喻指鈉離子內(nèi)流?？墒?，富人不愿意讓過多的窮人涌入，因此決定定點開放邊境，先讓一部分窮人進來，喻指生物學(xué)中的局部反應(yīng)，看看夠不夠打仗用，如果足夠就禁止其他窮人進來。而如果事態(tài)嚴(yán)重到一定程度，也就是達到閾強度，政府就會全面開放邊境，即鈉通道大量開啟，大量的窮人瘋狂涌入。大量窮人迅速控制了富人國，將原本富人趕出國，喻指鉀通道開放，鉀大量外流。但只有少數(shù)變成新富人的窮人能懂得如何有效管理財富，很多人拿錢瘋狂吃喝玩樂，很快又成為窮光蛋，甚至把身體搞壞，斗志磨滅。這時國家處于最虛弱的狀態(tài)，哪怕發(fā)生小戰(zhàn)爭他們也無法抵抗，只能把國外的富人們拉攏回來，同時把國內(nèi)更多的窮人趕出去，喻指鈉鉀泵開啟，把鈉運到胞外，鉀泵回胞內(nèi)。最終，舊富人經(jīng)營有方，國家又逐漸富裕起來，富人國逐漸恢復(fù)成原來的樣子，喻指細(xì)胞恢復(fù)靜息水平。一切似乎都沒變化，但正如黑格爾的名言“人們從歷史中得到的唯一教訓(xùn)就是沒有得到教訓(xùn)”，這樣的靜息電位與動作電位的轉(zhuǎn)換在今后又會一次次發(fā)生……

上述的情境教學(xué)基于淺顯易懂的歷史故事改編，充分聯(lián)系學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，同時有效調(diào)動學(xué)生的興趣和注意力，將抽象、深奧、難懂的靜息電位和動作電位概念轉(zhuǎn)化為有趣而具體的問題情境，將抽象的生物學(xué)概念學(xué)習(xí)與政治、歷史等其他科目所學(xué)有機聯(lián)系起來。學(xué)生在教師巧妙創(chuàng)設(shè)的情境中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，不僅有助于理解生物學(xué)概念難點，還在一定程度上發(fā)展了“理性思維”“社會責(zé)任”等生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、靜息電位和動作電位的膜電位曲線變化分析

有了概念初探和情境教學(xué)環(huán)節(jié)的鋪墊，班上大部分學(xué)生都能較為順利地理解靜息電位和動作電位的概念。此時，教師宜將教學(xué)主線收攏，減少不必要的課堂延伸，將教學(xué)主線歸攏到本課教學(xué)的重點與難點上。教師向?qū)W生出示靜息電位和動作電位中的重點圖像——膜電位變化圖。

教師引導(dǎo)學(xué)生重點分析曲線變化中鉀離子、鈉離子跨膜的方式。（1）鉀離子跨膜的方式：a點之前細(xì)胞膜對鉀離子有較高的通透性，膜內(nèi)鉀離子高于膜外，促使鉀離子順濃度梯度外流，cd段與de段都是鉀離子的外流所致。在這兩段中，鉀離子跨膜的方式是協(xié)助擴散。教師可以相機補充，如果使用藥物阻斷鉀離子擴散通道，膜內(nèi)鉀離子就不能外流，興奮過后的動作電位也就不能恢復(fù)為靜息電位。（2）鈉離子跨膜的方式：ac段細(xì)胞膜對鈉離子有較高的通透性，膜外鈉離子高于膜內(nèi)，促使鈉離子順濃度梯度內(nèi)流。值得注意的是，這種內(nèi)流是順濃度梯度，不需要消耗能量，所以鈉離子跨膜的方式是協(xié)助擴散。如果藥物阻斷鈉離子通道，膜外鈉離子無法內(nèi)流，就不能形成動作電位。這里，教師反復(fù)引出“藥物阻斷”這一情形，旨在讓學(xué)生辯證思考藥物阻斷對鉀離子跨膜和鈉離子跨膜作用機理的不同，從而深刻理解兩種離子跨膜運輸?shù)谋举|(zhì)特征，同時訓(xùn)練學(xué)生的思維能力。

綜上所述，有關(guān)“靜息電位和動作電位”這一高中生物學(xué)難點的教學(xué)，教師通過層級遞進的教學(xué)思路設(shè)計，使學(xué)生的認(rèn)知經(jīng)歷“淺表→具象→抽象→深入”的過程，不僅能夠訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，還在融入跨學(xué)科元素的情境教學(xué)中潤物無聲地培育生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

［參考文獻］

［1］ 曾吉.幾個與動作電位有關(guān)的問題[J].生物學(xué)教學(xué)，2012，37（03）.

［2］任衍鋼.鈉鉀泵是怎樣發(fā)現(xiàn)的[J].生物學(xué)通報，2011，46（03）.

［3］徐兆麟.膜電位復(fù)極化的機制有別于靜息電位的產(chǎn)生和維持[J].生物學(xué)通報，2005（06）.