“興奮在神經(jīng)元間的傳遞”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

許 蕓

(北京育才學(xué)校 100050)

1 教材分析

人教版高中生物學(xué)教材《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第2章第1節(jié)“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”的內(nèi)容包括神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和反射、興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)、興奮在神經(jīng)元間的傳遞、神經(jīng)系統(tǒng)的分級調(diào)節(jié)和人腦的高級功能等。其中重難點(diǎn)是神經(jīng)調(diào)節(jié)的過程。結(jié)合教學(xué)實(shí)際將教學(xué)內(nèi)容安排為3課時(shí)。本課是“興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)”之后的內(nèi)容，是學(xué)生全面理解反射弧及反射活動(dòng)不可缺少的部分，也為后續(xù)學(xué)習(xí)高級神經(jīng)中樞的調(diào)節(jié)奠定知識(shí)基礎(chǔ)，故將其獨(dú)立作為1課時(shí)。筆者在本節(jié)課的教學(xué)中以“多巴胺”為具體實(shí)例推進(jìn)教學(xué)過程，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)并體驗(yàn)科研過程，提高學(xué)生科學(xué)探究的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo) 描述突觸的結(jié)構(gòu)，說明興奮在細(xì)胞間的傳遞過程。

2.2 能力目標(biāo) 從所給資料中獲取信息并分析，嘗試解釋毒品危害及成癮的機(jī)制。

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 關(guān)注和認(rèn)同“珍愛生命，健康生活”的觀念。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境——發(fā)現(xiàn)毒品的危害 出示多位涉毒明星照片，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思考毒品危害和成癮機(jī)制。播放禁毒宣傳片，學(xué)生獲取視頻中相關(guān)信息，明確毒品會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)過度興奮。教師說明正常情況下人體興奮時(shí)參與調(diào)節(jié)的神經(jīng)元不只1個(gè)，通過回顧興奮的產(chǎn)生和在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)，進(jìn)而提問：興奮在神經(jīng)元間如何傳遞？

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)愛健康和生命，引出本節(jié)課題。

3.2 構(gòu)建概念——說明興奮的傳遞 過渡提問：興奮在神經(jīng)元間是以電信號的形式傳遞嗎？引導(dǎo)學(xué)生從興奮傳遞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)入手進(jìn)行思考。教師出示電鏡圖，證實(shí)突觸間隙的存在，同時(shí)否定了電信號這種傳遞形式。再結(jié)合模式圖，說明突觸的結(jié)構(gòu)。

問題①：人體產(chǎn)生興奮和快感時(shí)神經(jīng)元間發(fā)生了什么變化？提供資料1：科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，將微電極植入腦內(nèi)某神經(jīng)纖維束進(jìn)行電刺激，可使被試生物產(chǎn)生興奮、快感。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，快感產(chǎn)生時(shí)，該神經(jīng)末梢所投射到的組織內(nèi)某種化學(xué)物質(zhì)的濃度顯著升高，該物質(zhì)就是多巴胺(水溶性小分子)。學(xué)生從所給資料中分析出多巴胺這種化學(xué)成分參與了神經(jīng)元間興奮的傳遞。教師出示2000年諾貝爾獎(jiǎng)研究成果，證實(shí)學(xué)生的推測，明確神經(jīng)遞質(zhì)的概念。

問題②：多巴胺的產(chǎn)生場所？提供資料2：日常飲食中蛋白的分解，或者苯丙氨酸在肝細(xì)胞中轉(zhuǎn)化均可得到酪氨酸。酪氨酸進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞，在胞質(zhì)中被相關(guān)酶催化，轉(zhuǎn)變成多巴胺。多巴胺還可由胞內(nèi)的單胺氧化酶等氧化分解。此外，胞外還存在兒茶酚胺氧位甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT酶)，也可氧化分解多巴胺。多巴胺經(jīng)氧化分解最終轉(zhuǎn)變?yōu)楦呦悴菟岷虷2O2，活性氧H2O2會(huì)對細(xì)胞產(chǎn)生毒性。根據(jù)資料回答問題。

問題③：多巴胺產(chǎn)生后是否立刻釋放？ 依據(jù)所學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生推測出多巴胺的釋放與神經(jīng)元的興奮有關(guān)。進(jìn)而追問：多巴胺產(chǎn)生后若不能立即釋放，其儲(chǔ)存場所在哪？通過回顧細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能等相關(guān)知識(shí)，推測出囊泡結(jié)構(gòu)。出示電鏡圖證實(shí)突觸小泡的存在，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生推測多巴胺進(jìn)入突觸小泡的方式，出示模式圖(圖1)證實(shí)載體蛋白(VMAT2)的存在，同時(shí)為后續(xù)分析毒品作用機(jī)制進(jìn)行鋪墊。

圖1 膜蛋白協(xié)助多巴胺跨膜運(yùn)輸

圖2 鈣離子介導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放

問題④：多巴胺以何種方式釋放？學(xué)生依據(jù)所學(xué)很容易想到胞吐，教師出示電鏡圖證實(shí)學(xué)生的推測。再結(jié)合圖2說明電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)信號的具體機(jī)制。

問題⑤：多巴胺釋放后是否進(jìn)入突觸后神經(jīng)元？推測其作用位點(diǎn)。出示資料3：正常突觸間隙中多巴胺濃度為4 nM，當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)生時(shí)會(huì)瞬時(shí)上升60倍，達(dá)到250 nM。然而在突觸后神經(jīng)元中卻沒有檢測到多巴胺。引導(dǎo)學(xué)生推測出多巴胺的作用位點(diǎn)位于突觸后膜，最可能是某些膜蛋白。教師介紹免疫熒光標(biāo)記法，同時(shí)出示多巴胺受體的熒光標(biāo)記顯影圖片，使學(xué)生認(rèn)同相關(guān)神經(jīng)元膜表面存在多巴胺的特異性受體。

問題⑥：多巴胺刺激突觸后膜產(chǎn)生哪種信號？如何產(chǎn)生？通過回顧興奮產(chǎn)生的機(jī)制，推測出鈉離子通道為受體的興奮傳遞過程。過渡設(shè)問：神經(jīng)遞質(zhì)種類多樣，都以鈉離子通道為受體？引導(dǎo)學(xué)生思考與膜電位變化相關(guān)的其他離子通道。出示“典型神經(jīng)細(xì)胞膜兩側(cè)帶電離子濃度表”，學(xué)生討論分析，說明抑制性電位產(chǎn)生的機(jī)制。結(jié)合圖3，使學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)信號轉(zhuǎn)變的機(jī)制。在此基礎(chǔ)上教師指出，并非所有神經(jīng)遞質(zhì)的受體都是離子通道，結(jié)合模式圖說明多巴胺的傳遞方式，使學(xué)生對興奮傳遞的過程有更全面的認(rèn)識(shí)。

圖3 離子通道型受體的作用機(jī)制

問題⑦：多巴胺作用后可能的去路？結(jié)合資料2進(jìn)行推測，動(dòng)畫演示說明突觸前膜上存在具有回收功能的多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體，歸納出神經(jīng)遞質(zhì)失活的方式。

最后，要求學(xué)生在學(xué)案上構(gòu)建多巴胺進(jìn)行興奮傳遞的過程圖。

設(shè)計(jì)意圖：以“人體產(chǎn)生興奮和快感”這一生命活動(dòng)為例，通過創(chuàng)設(shè)遞進(jìn)式問題串，按照“獲取信息—大膽推測—驗(yàn)證推測—得出結(jié)論”的認(rèn)知過程，讓學(xué)生體驗(yàn)科研過程，在自主探究的過程中構(gòu)建知識(shí)，提高資料分析能力和識(shí)圖能力。提供大量真實(shí)的科研實(shí)證圖片來證實(shí)推測，使學(xué)生感悟科學(xué)實(shí)證精神。

3.3 遷移運(yùn)用——解釋毒癮機(jī)制 教師提問：研究發(fā)現(xiàn)，吸毒可導(dǎo)致突觸間隙多巴胺濃度急劇上升，推測毒品可能影響了多巴胺傳遞過程中的哪些途徑？學(xué)生依據(jù)所構(gòu)建的過程圖進(jìn)行合理推測，教師對學(xué)生回答進(jìn)行點(diǎn)評，說明毒品可以加快多巴胺的儲(chǔ)存、阻止胞外酶對多巴胺的分解、阻斷甚至逆轉(zhuǎn)多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體等，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到毒品導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

進(jìn)一步追問：“吸毒為什么易成癮難戒除？”學(xué)生很容易想到對興奮和快感的心理依賴，教師出示吸毒者生理結(jié)構(gòu)受損的圖片，血淋淋的教訓(xùn)使學(xué)生主動(dòng)思考其深層原因。此時(shí)出示資料4：英國研究人員對19名長期吸毒者的腦內(nèi)多巴胺分泌情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這些人大腦分泌多巴胺的能力明顯低于常人，且吸毒越早，吸食量越大，大腦分泌的多巴胺越少。學(xué)生自然產(chǎn)生疑問：“不吸毒時(shí)多巴胺的分泌為什么沒有回到正常水平呢？”啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用反饋調(diào)節(jié)的原理進(jìn)行解釋。同時(shí)指出導(dǎo)致這一變化發(fā)生的生理基礎(chǔ)，即吸毒者腦內(nèi)相關(guān)神經(jīng)元中囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白減少、多巴胺受體減少、多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體數(shù)量減少等，使學(xué)生認(rèn)同毒品的危害。

過渡提問：“正常的刺激還會(huì)使吸毒者興奮嗎？”引導(dǎo)學(xué)生分析生理毒癮的產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上，教師指出多巴胺參與調(diào)節(jié)的其他神經(jīng)通路，逐條列舉毒品的諸多危害(圖4)，帶給學(xué)生強(qiáng)烈的震撼，促使其自覺形成遠(yuǎn)離毒品的意識(shí)。

圖4 毒品的多重危害

設(shè)計(jì)意圖：啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物學(xué)知識(shí)的社會(huì)價(jià)值。借助“毒品的危害及成癮”這一學(xué)習(xí)情境自然滲透德育教育，使學(xué)生認(rèn)同毒品危害巨大，從而自覺形成遠(yuǎn)離毒品、珍愛生命的意識(shí)。

3.4 情感升華——毒癮無治要遠(yuǎn)離 過渡提問：“吸毒者如此痛苦，有什么辦法能幫助他們呢？”引出藥物戒毒。出示戒毒藥物——美沙酮的藥品說明書，分析其藥理機(jī)制及作用效果，師生達(dá)成共識(shí)——藥物無法戒毒，只能緩解痛苦，且過量服用也會(huì)上癮。

設(shè)計(jì)意圖：滲透生命教育和健康教育，使學(xué)生自覺抵制毒品。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課以課程相應(yīng)的知識(shí)作為載體，以能力訓(xùn)練為主線，重視對學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。一方面，以“毒品的危害及成癮”為情境主線貫穿始終，按照“感知—理解—應(yīng)用”的認(rèn)知過程安排教學(xué)，同時(shí)自然滲透德育教育，使學(xué)生樹立“珍愛生命、健康生活”的觀念；另一方面，以“多巴胺”為具體實(shí)例，以問題串引導(dǎo)學(xué)生自主探究，堅(jiān)持以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)、以能力為根本的教育思想；第三，通過呈現(xiàn)大量真實(shí)圖片，使學(xué)生認(rèn)同概念，培養(yǎng)科研實(shí)證意識(shí)，也充分體現(xiàn)了生物作為一門科學(xué)課程的特點(diǎn)。