高中二年级生物《神经冲动的产生和传导》教学设计赵奂.pdf

1 授课教师：北师大实验中学赵奂课题名称：神经兴奋的产生与传导教材版本：浙科版必修三教学背景分析（一）本课时教学内容的功能和地位神经兴奋的产生与传导是神经调节行使功能的基础神经调节是一个接受，传递信息， 并将信息整合后，发出指令到效应器的过程学生在之前的学习中明确了神经调节的结构基础，之后要解决的问题是这些信息是如何在反射弧上产生和传递的本节课解决的是兴奋在神经元上产生和传导的问题神经生物学是在生物领域中与电学结合最紧密的一个分支学科，在本节课的学习中需要利用学生所学的物理化学知识较多，同时要利用在第一模块中学习过的细胞膜的基本模型，因此， 这一部分的学习综合性极强，通过课程的学习，可以锻炼学生综合利用知识解决问题的能力二）学生情况分析学生已建立反射的概念，明确反射弧的基本结构；具有一定的电学基础和电化学基础；有较强的求知欲，善于思考，乐于对一些问题提出自己的看法三）教学资源分析有关神经兴奋的产生与传导过程有200 多年的研究历史， 其中有很多经典实验体现了生物学的研究方法和思想方法，在课时有限的条件下，我选取其中最有代表性的一些实验在课堂上进行分析指导思想和理论依据这节课是对神经兴奋产生和传导模型的构建。

人类在对该问题进行探索和建模的过程中，进行了大量的实验和讨论 本节选择了其中少量支持这一模型的实验证据，力图让学生在教师的指引下通过探究这些实验主动完成模型的构建因此这节课是以建构主意理论指导的一种探究式教学教学目标知识目标 ：利用科学术语描述神经兴奋在神经纤维上产生与传导的过程能力目标：对实验现象作出解释的能力综合利用知识解决实际问题的能力情感目标：认同科学理论是建立在已有理论和实验事实基础上的观点教学重点、难点教学重点：神经兴奋产生与传导的过程教学难点：静息电位和动作电位的离子基础教学策略教法选择：综合利用讲授法，讨论法，演示法学法选择：思考，讨论媒体选择：演示文稿，板书结合2 教学过程教学环节教师行为学生行为教学方法和设计意图时间安排导入组织反应时间测定的活动利用教材P26活动，通过直尺下落实验测定反应时间提问：完成该反应需要的反射弧怎样组成的图示反射弧，利用动画展示信号在反射弧中的传导过程，并说明这种信号是兴奋今天学习的内容是兴奋在反射弧上是怎样产生和传导的测定反应时间分析反射弧对 兴 奋 传 导速 度 的 初 步认识2 1静息 电位从刚才的实验我们发现兴奋的产生和传导速度非常快，兴奋在反射弧上可能是以什么形式传导的？有同学认为传导形式是电信号，有没有证据支持这一假设呢？展示双金属弧刺激神经肌肉标本导致肌肉收缩的录像。

（双金属弧刺激坐骨神经引起牛蛙后肢肌肉收缩，但其中任何一种金属单独刺激都不会引起后肢反应）提问：这个实验说明了什么？兴奋确实是一种电信号，我们体内的电在哪呢？其实十八世纪末，有了关于生物电的记载，连接组织受损部位和完整部位会产生电流（图示实验装置），1849，杜波雷蒙用灵敏电位计记录到组织的受损部位与完整部位存在电位差但是这种损伤电位并没有能够得到解释，直到二十世纪初，有人提出损伤电位的实质是细胞膜内外存在的电位差这是一种对损伤电位的解释，但这种解释要被更多的人接受显然需要更直接的证据支持但是细胞非常小，很明显，要直接测量细胞内外的电势差是非常困难的事1939 年霍奇金， 选择具有巨大神经元的枪乌贼（直径可以达到1mm ） ， 用极细的玻璃电极测出了神经细胞内推 测 信 号 传 导 的 形式，并提出自己的假设观察实验现象学生利用学过的化学知识分析双金属在蛙的体液中产生电流，电刺激沿坐骨神经传导至肌肉引起肌肉收缩倾听思考倾听思考根 据 对 兴 奋传 导 的 速 度的 体 会 提 出假设为 假 设 提 供实证提 高 综 合 利用 各 种 知 识解 释 问 题 的能力知 道 了 生 物电的存在， 服务 于 静 息 电位 概 念 的 形成明 确 学 说 和实证的关系，学 说 在 事 实的 基 础 上 建立，并需要更多 实 验 结 果的支持。

体 会 生 物 选材 对 生 物 研12 3 外电位差的存在，细胞内电位比细胞外低提问：为什么细胞膜内外会存在电位差？“阴阳离子分布不均”是你们对这一现象的解释，这种解释也需要证据，如果测定细胞内外各种离子浓度可到下面这张表枪乌贼巨轴突细胞膜内外离子浓度细胞内(mmol/L) 细胞外(mmol/L) Na+50 460 K+400 10 Cl-110 540 提问：根据我们学过的细胞膜的结构和功能思考为什么细胞膜两侧阴阳离子分布不均? 小结：根据上述分析我们知道了细胞膜内外是有电位差的，这种膜电位状态叫做静息电位，我们可以将其表示为外“ +”内“ - ” ，由于种电荷分布不均的状态又叫做极化（边总结，边板书）思考回答：阴阳离子分布不均分析表格思考回答：细胞膜有选择透过性，通过主动转运将Na+转入细胞外， K+运至细胞内究 工 作 的 重要性给 出 实 验 证据利 用 所 学 知识解决问题知识归纳2 动作 电位通过刚才的分析我们找到了神经元的电位差，这种电位差又与兴奋有何关系呢？利用枪乌贼的神经元，Hodgkin 又做了进一步的实验：电刺激神经元并记录了内外电位会发生变化展示提问：实验结果能说明什么？提问：膜内电位迅速上升的原因是什么？（给出细胞膜两侧离子分布情况图进行提示）这又是我们的一种假设思考回答：说明受刺激后细胞膜内电位迅速升高并超过膜外，之后又迅速下降观察思考回答：Na+大量内流提 高 坐 标 图解读能力根 据 事 实 推测 实 验 现 象产生的原因12 4 这个假设仍然是需要证明的，我们看下面的实验：将神经元至于低Na+海水中，电刺激神经元，并记录膜电位。

展示请同学解释第二个实验的实验现象这个实验说明兴奋时膜电位的变化确实与Na+相关，当然这个假说如果正确，一定能在细胞膜上找到Na+进出细胞的相关结构后来的研究发现，有一种受膜电位控制的Na+通道蛋白在神经元受到刺激的时候打开， Na+通过通道蛋白顺浓度梯度迅速进入细胞小结：神经细胞受到刺激时膜内外电位迅速变化，这种电位变化被称为动作电位，由三个阶段组成：去极化，反极化和复极化，其中反极化的膜电位是膜内高于膜外，我们用外“-”内“ +”表示边总结，边板书）思考回答：低钠海水组受刺激时Na+进入细胞少，膜电位达到的峰值低利 用 理 论 解释实验现象知识归纳3 兴奋 传导通过刚才的讨论我们已经可以解释兴奋是如何产生的，那么兴奋又是如何传导的呢？先看一个实验，将灵敏电位计两极置于神经元表面，刺激神经元的一侧使之兴奋，发现灵敏电位计指针向相反的方向偏转两次，请解释原因为什么兴奋部位膜表面电位降低？这样我们可以得到结论：兴奋传导就是动作电位传播思考回答：兴奋传导至部位膜表面电位降低，兴奋在两电极所在部位各经过一次，所以电位计指针向相反的方向偏转两次思考回答：兴奋部位形成了动作电位把 刚 学 过 的动 作 电 位 的相 关 知 识 与兴 奋 的 传 导联系起来12 正常海水低钠海水5 讨论：为什么动作电位是可以传导? 所以我们可以得出这样的结论：兴奋在神经纤维上以局部电流的形式传导。

如果我们刺激神经元两电极正中的部位会得到怎样的实验结果？分析两个同学矛盾的焦点：如果兴奋在神经元上向两个方向传导则指针不偏转，向一个方向传导则指针偏转一次提问：根据对兴奋传导的解释判断哪种情况更有可能出现？事实的情况也是这样，指针不偏转，从这个实验我们也得出结论：兴奋传导的方向是双向的小结：兴奋产生后兴奋部位与未兴奋部位会产生局部电流，局部电流引起两侧未兴奋部位产生动作，动作电位在神经元上传导的过程就是兴奋的传导这种传导的方向是双向的 （边总结，边板书）讨论：动作电位传导的原因代表发言：兴奋部位与未兴奋部位之间形成局部电流，局部电流刺激邻近部位动作电位产生，在新的兴奋部位和未兴奋部位之 间 又 形 成 局 部 电流有的学生发言：不偏转有的学生发言：偏转一次学生回答：如果按照局部电流解释兴奋传导，那么在兴奋部位两侧都会产生局部电流，引起两侧未兴奋部 位 都 产 生 动 作 电位兴奋向两个方向传导综 合 运 用 物理、化学、生物知识， 解决问题根 据 创 建 的模 型 预 测 实验结果给 兴 奋 传 导的 模 型 以 新的证据， 提出兴 奋 在 神 经元 上 传 导 的特 点 是 双 向性，同时为局部 电 流 学 说提 供 证 据 支持6 4 课堂 总结这节课我们学习了兴奋的产生和传导的过程，兴奋产生的实质是膜电位的变化，也就是动作电位，动作电位会导致兴奋相邻部位与兴奋部位之间产生局部电流，局部电流引起兴奋相邻部位产生动作电位，因此动作电位的传播就是兴奋的传导。

我们已经解决了兴奋在一个神经元上传导的问题，但是我们上课时看到的实验刺激的是牛蛙的坐骨神经，看到的却是后肢肌肉的兴奋，神经和肌肉是两种不同类型的细胞，要解释这一过程，我们还必须探究兴奋在不同细胞之间的传递，我们将在下节课继续探究这一问题提 示 接 下 来要 解 决 的 问题2 板 书设计静息电位极化：兴奋传导外“正”内“负”去极化反极化：外“负”内“正”动作电位复极化：外“正”内“负”特点：双向教 学反思这节课是关于兴奋产生和传导方式模型的教学，在教学设计中，我选择了一些神经生物学研究史中的经典实验，这些实验或是构建模型的事实基础，或是支持这一模型的证据我的目的有两个：一是使学生能认识到理论是建立在大量事实基础上的对客观事实的解释，同时理论会受到新出现的证据的支持或挑战；二是通过对实验结果的探究，在提高学生探究能力的同时，完成知识上的构建前一个目的指向对科学本质的认识，后一个目的指向能力和知识我认为通过上述教学过程可以基本实现这两个目的但是，这节课的综合性强，涉及到物理化学的知识多，而且需要之前很多生物学知识作为基础，因此这节课的难度很大为了降低难度，以便在有限的时间内完成教学任务，我增加了问题的指向性，增加了对学生的引导。

这种做法虽然可以帮助学生更好的理解，但是同时也限制了学生的思维，如果这节课增加一些课时的话，我会把探究做的更加充分在细节方面：这节课的所有资料都有历史记载或者是我亲自做过的实验，在每一个教学环节中，我都会先提供一个或几个事实或实验结果，利用学生已有的知识，对这些结果进行分析，提出合理的解释，然后再为这种解释提供新证据来支持这种解释；同时我利用教材上的活动让学生体会了兴奋传导的速度，使学生带着问题进入课堂，这两个方面是自己比较满意的局部电流。