基于學(xué)科交叉的“神經(jīng)調(diào)節(jié)”一節(jié)教學(xué)嘗試

于紅煒 劉燕妮 熊 偉 田小芬

（1 新疆阿克蘇地區(qū)第二中學(xué) 新疆阿克蘇 843000 2 新疆阿克蘇市高級(jí)中學(xué) 新疆阿克蘇 843000 3 湖北省孝感市教育科學(xué)研究院 湖北孝感 432100 4 湖北省孝感高級(jí)中學(xué) 湖北孝感 432100）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》要求學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實(shí)踐的能力［1］?！吧窠?jīng)調(diào)節(jié)”是人教版必修3 第2 章第1 節(jié)的內(nèi)容，讓學(xué)生了解在個(gè)體水平上生命活動(dòng)的本質(zhì)。學(xué)生通過初中生物學(xué)教材有關(guān)膝跳反射的學(xué)習(xí)和親身經(jīng)歷，對(duì)反射活動(dòng)有了比較宏觀的認(rèn)識(shí)。本節(jié)內(nèi)容教材還列舉了學(xué)生最為熟悉的2 類反射：膝跳反射和縮手反射，旨在激發(fā)學(xué)生對(duì)生命本質(zhì)的探索。學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前已具備一定的生物學(xué)知識(shí)，例如物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健?nèi)環(huán)境的化學(xué)組成及理化性質(zhì)等；物理學(xué)中的基礎(chǔ)電學(xué)內(nèi)容；化學(xué)學(xué)科中離子濃度的測(cè)定、溶液的性質(zhì)、原電池等。基于學(xué)生已有多學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)及教師提供的科學(xué)史內(nèi)容，在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了如下教學(xué)嘗試。

1 教學(xué)過程

1.1 情境再現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題

學(xué)生活動(dòng)：再體驗(yàn)膝跳反射的發(fā)生，2 人配合完成；說出自己無意間手碰觸到尖刺物品或火焰時(shí)手臂的活動(dòng)。

教師關(guān)注學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中的安全，對(duì)完成有困難的學(xué)生配合做出適當(dāng)?shù)慕ㄗh；指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用術(shù)語準(zhǔn)確表達(dá)出縮手反射、膝跳反射時(shí)所發(fā)生的生命活動(dòng)現(xiàn)象。

提問1：從微觀層面分析，膝跳反射發(fā)生時(shí)，哪些結(jié)構(gòu)參與了活動(dòng)？刺激在2 種神經(jīng)細(xì)胞上完成哪些活動(dòng)，效應(yīng)器才會(huì)有相應(yīng)的生理變化？

學(xué)生閱讀教材并回答：感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)、效應(yīng)器，即反射弧。興奮在神經(jīng)細(xì)胞上完成傳導(dǎo)和神經(jīng)細(xì)胞之間的傳遞才能使效應(yīng)器發(fā)生生理變化。

提問2：關(guān)于膝跳反射，大家還想有怎樣的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)？教師收集問題，并對(duì)有研究?jī)r(jià)值的問題進(jìn)行整合、呈現(xiàn)在黑板上。

學(xué)生思考：感受器的生命活動(dòng)是以什么形式傳到效應(yīng)器？反射發(fā)生的時(shí)候，神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生了怎樣的變化？

1.2 分析資料，指導(dǎo)學(xué)生作出合理假設(shè) 教師利用多媒體呈現(xiàn)資料分析，生物電的發(fā)現(xiàn)［2］。

資料1：很久以前，人們接觸電鰻會(huì)受到電擊，因而可以推測(cè)動(dòng)物體會(huì)產(chǎn)生電流。

資料2：1678年，荷蘭生物學(xué)家J.Swammerdan用蛙的肌肉做實(shí)驗(yàn)。他將肌肉放在玻璃管內(nèi)，用一根銀絲和銅棒觸及肌肉，引起肌肉收縮。

資料3：1771年，L.Galvani（伽爾瓦尼）重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)：“我把蛙放在桌子上，在蛙的附近放著1 臺(tái)靜電發(fā)生器和1 個(gè)來登瓶 （一種聚電器）。當(dāng)我的助手用解剖鑷子碰一下蛙的坐骨神經(jīng)后，奇跡發(fā)生了，蛙的肢體產(chǎn)生了一次迅速收縮。同時(shí)參與了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)助手發(fā)現(xiàn)，在這一瞬間那臺(tái)機(jī)器的導(dǎo)線上出現(xiàn)而了火花。當(dāng)時(shí)我本人已經(jīng)完全沉浸在這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中?！焙髞?，他用2種金屬導(dǎo)體在肌肉和神經(jīng)間建立起回路，肌肉就會(huì)產(chǎn)生顫抖，即收縮。于是他認(rèn)為肌肉和神經(jīng)上帶有相反的電荷，這種收縮是由于從肌肉內(nèi)部流出來并沿神經(jīng)傳到肌肉表面的電流刺激引起的，這是人類第1 次將電現(xiàn)象與生命活動(dòng)相聯(lián)系。于是，L.Galvani 在他的論文中宣稱動(dòng)物組織可產(chǎn)生生物電，但他認(rèn)為電火花現(xiàn)象是一個(gè)毫不相干的事件。

著名的爭(zhēng)論：意大利物理學(xué)家A.Volta（伏特）對(duì)L.Galvani 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出異議，他認(rèn)為由于他們的實(shí)驗(yàn)使用導(dǎo)體金屬性不同，2 種不同的金屬接觸可產(chǎn)生電位差，所以，使蛙肌肉收縮的實(shí)際上是一種“雙金屬流”，純屬物理現(xiàn)象。爭(zhēng)論促使他們各自進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證其觀點(diǎn)。伏特由此發(fā)明了世界上第1 個(gè)直流電池。后來，伽爾瓦尼改做“無金屬接觸收縮”實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了肌肉中電現(xiàn)象的存在。18世紀(jì)末和19世紀(jì)初的儀器無法測(cè)量這種電流。1794年，有人用電流計(jì)測(cè)出了肌肉中的電流。

提問3：神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生電流的可能機(jī)制是什么？請(qǐng)結(jié)合已有的物理學(xué)知識(shí)、化學(xué)知識(shí)及神經(jīng)細(xì)胞生活的內(nèi)環(huán)境相關(guān)內(nèi)容作出大膽假設(shè)。

學(xué)生根據(jù)教師提供的科學(xué)史資料交流從這些材料中所受到的啟發(fā)。不難看出，刺激會(huì)引起生物電的產(chǎn)生。依據(jù)已有的物理學(xué)知識(shí)可知，要形成電流必須要有電位差的形成，刺激引起了電流產(chǎn)生，必然引起了電位差的變化。這可能與細(xì)胞內(nèi)、外帶不同電荷的離子運(yùn)動(dòng)相關(guān)。

1.3 閱讀教材，學(xué)生自主檢驗(yàn)猜測(cè) 教師投影教材中的圖2-1，要求學(xué)生結(jié)合基礎(chǔ)物理學(xué)的電學(xué)內(nèi)容，分析實(shí)驗(yàn)方法、結(jié)果與結(jié)論之間的關(guān)系［3］。增強(qiáng)對(duì)刺激會(huì)轉(zhuǎn)化為電流的認(rèn)同。

學(xué)生閱讀教材圖2-2 的內(nèi)容，學(xué)習(xí)神經(jīng)細(xì)胞某部位靜息電位的含義、受到刺激時(shí)產(chǎn)生興奮的含義、興奮離開時(shí)恢復(fù)靜息電位的含義；結(jié)合第18 頁小體字部分內(nèi)容用自己的語言描述神經(jīng)細(xì)胞在靜息、產(chǎn)生興奮、恢復(fù)靜息時(shí)電位變化的原因。

提問4：刺激轉(zhuǎn)化成電流后，會(huì)一直以這種單一的形式傳至效應(yīng)器嗎？實(shí)際上，膝跳反射發(fā)生時(shí)傳入神經(jīng)和傳出神經(jīng)并沒有直接相連，二者在接觸部位形成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)“突觸”。2 種神經(jīng)細(xì)胞往往要通過神經(jīng)遞質(zhì)這個(gè)傳送信號(hào)的物質(zhì)相聯(lián)系。

學(xué)生自學(xué)教材第19 頁內(nèi)容，對(duì)興奮在神經(jīng)細(xì)胞之間的傳遞有一個(gè)感性的認(rèn)知即可。

1.4 課堂整合，揭示生命活動(dòng)本質(zhì) 教師概述膝跳反射活動(dòng)發(fā)生時(shí)伴隨的生命活動(dòng)本質(zhì)，感受器在未受到刺激時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞膜對(duì)K+通透性很大，K+帶正電荷，K+的外流使得膜內(nèi)、外（靠近膜的極小范圍）呈現(xiàn)外正內(nèi)負(fù)的膜電位分布，膜內(nèi)、外存在電勢(shì)差，生理學(xué)上稱之為靜息電位［4］；當(dāng)受到刺激時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞膜對(duì)Na+通透性增加，Na+內(nèi)流改變了靜息時(shí)的電位差，在神經(jīng)細(xì)胞上興奮部位和未興奮部分存在電勢(shì)差，于是產(chǎn)生了電流。電流又作為刺激使得神經(jīng)細(xì)胞的每個(gè)部位都興奮起來，直至傳至神經(jīng)末梢，引起神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，將信號(hào)傳遞到下一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，最終將信號(hào)傳遞給肌肉群，引起肌肉活動(dòng)，小腿抬起。

提問5：人體的諸多反射活動(dòng)比膝跳反射復(fù)雜得多，參與的中樞、神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量比較多，你能舉一些例子嗎？

學(xué)生自學(xué)教材內(nèi)容，分析第20 頁的4 條資料。小組討論3 個(gè)問題，關(guān)注排尿反射活動(dòng)發(fā)生時(shí)，低級(jí)中樞活動(dòng)和高級(jí)中樞活動(dòng)之間的關(guān)系。關(guān)注人腦的高級(jí)功能，了解記憶形成的基本認(rèn)識(shí)，交流自己學(xué)習(xí)與記憶的方法，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析這些方法的科學(xué)性。關(guān)注與腦健康有關(guān)的疾病，了解神經(jīng)外科醫(yī)生的工作，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

2 教學(xué)反思

神經(jīng)生理學(xué)是一門非常復(fù)雜的學(xué)科，神經(jīng)調(diào)節(jié)與人類生命活動(dòng)息息相關(guān)。高中階段的授課必須要符合學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)需求，電化學(xué)的發(fā)展為人類認(rèn)識(shí)生物電現(xiàn)象提供了有效的理論依據(jù)和技術(shù)手段。高中生已有的物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)知識(shí)決定了他們對(duì)興奮的發(fā)生、傳導(dǎo)、傳遞的認(rèn)知水準(zhǔn)。授課時(shí)，應(yīng)結(jié)合學(xué)生基本情況，進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生命現(xiàn)象所蘊(yùn)含的生命活動(dòng)本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注神經(jīng)調(diào)節(jié)與人類健康，引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)知識(shí)合理地對(duì)生活中遇到的現(xiàn)象作出解釋。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、檢驗(yàn)假說的理性思維，而不是死記硬背理論知識(shí)。

高中教材延續(xù)了初中教材反射活動(dòng)的舉例——膝跳反射，旨在激發(fā)學(xué)生對(duì)這個(gè)熟悉、普遍生命活動(dòng)的再認(rèn)識(shí)，這種做法是課程標(biāo)準(zhǔn)的總指引，學(xué)生是不斷發(fā)展的個(gè)體，對(duì)同一個(gè)事物的重新認(rèn)識(shí)往往要依賴知識(shí)的發(fā)展。本節(jié)教學(xué)完全撇開模擬題中復(fù)雜知識(shí)記憶的要求，完整地呈現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)要求下的教學(xué)方向和思路，旨在培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)思維和社會(huì)責(zé)任感。