基于學(xué)生深度理解的概念教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”為例

代紅春

（烏魯木齊實(shí)驗(yàn)學(xué)校 新疆烏魯木齊 830043）

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

“通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”是人教社2019版高中生物學(xué)《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第二章第一節(jié)的內(nèi)容，在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中隸屬于模塊3“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”的大概念3“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，并做出反應(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)”下的次位概念2“闡明神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)外在靜息狀態(tài)具有電位差，受到外界刺激后形成動(dòng)作電位，并沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)”和次位概念3“闡明神經(jīng)沖動(dòng)在突觸處的傳遞通常通過(guò)化學(xué)遞質(zhì)方式完成”。本節(jié)內(nèi)容是動(dòng)物行為產(chǎn)生的生理基礎(chǔ)，和日常生活緊密相關(guān)，與細(xì)胞膜、細(xì)胞器、內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)等聯(lián)系緊密。本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)能夠進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)其他知識(shí)的理解和掌握。學(xué)生在初中階段已經(jīng)初步學(xué)習(xí)過(guò)反射、反射弧。神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)是新的知識(shí)，較為抽象，學(xué)生不容易理解興奮傳導(dǎo)、傳遞的過(guò)程，也很難與生活相聯(lián)系，學(xué)習(xí)起來(lái)有一定難度。

基于概念理解的課堂教學(xué)不僅是學(xué)生內(nèi)化知識(shí)的必經(jīng)之路，還是學(xué)生能力形成的前提和基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)品質(zhì)形成的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合本節(jié)概念的特點(diǎn)，下文分別從目標(biāo)、內(nèi)容、方式和水平、設(shè)計(jì)目的5個(gè)維度進(jìn)行剖析（圖1），以概念的關(guān)系與結(jié)構(gòu)為內(nèi)容，以概念的作用與價(jià)值為導(dǎo)向，通過(guò)生物學(xué)科的方法與思想，幫助學(xué)生了解概念的產(chǎn)生與來(lái)源、認(rèn)識(shí)概念的本質(zhì)與規(guī)律。

圖1 教學(xué)剖析示意圖

2 教學(xué)目標(biāo)

①通過(guò)微視頻由腦的功能聯(lián)系到腦的結(jié)構(gòu)，了解腦的基本單位——神經(jīng)元的組成，為建構(gòu)結(jié)構(gòu)與功能觀(guān)奠定基礎(chǔ)。

②通過(guò)科學(xué)史，闡明神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)外在靜息狀態(tài)具有電位差，受到外界刺激后形成動(dòng)作電位，并沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)，動(dòng)態(tài)感知興奮傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、物質(zhì)變化，發(fā)展歸納、概括的科學(xué)思維。

③通過(guò)模型構(gòu)建闡明神經(jīng)沖動(dòng)在突觸處的傳遞通過(guò)化學(xué)遞質(zhì)方式完成，認(rèn)同興奮傳遞過(guò)程的物質(zhì)轉(zhuǎn)變、能量消耗、信息轉(zhuǎn)換，發(fā)展結(jié)構(gòu)與功能觀(guān)、信息觀(guān)。

④依托生活情境、科學(xué)探究情境了解科學(xué)知識(shí)來(lái)源于生活，又將進(jìn)一步指導(dǎo)生活，提升社會(huì)責(zé)任意識(shí)和擔(dān)當(dāng)能力。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 視頻導(dǎo)入

教師播放微視頻“腦科學(xué)是什么”，通過(guò)科技前沿情境引發(fā)學(xué)生思考腦科學(xué)的實(shí)質(zhì)，并由腦的功能引發(fā)學(xué)生對(duì)腦結(jié)構(gòu)認(rèn)知的興趣。教師出示神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖，陳述神經(jīng)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成，展示并講解神經(jīng)細(xì)胞、魚(yú)肉中的神經(jīng)等。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)習(xí)源于生活，貼近生活。教師由學(xué)生熟悉的大腦出發(fā)，結(jié)合腦科學(xué)研究的熱點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生從宏觀(guān)到微觀(guān)，從不同層次把握腦的結(jié)構(gòu)及組成。由于大腦和神經(jīng)元的相互關(guān)系、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)纖維與神經(jīng)之間的關(guān)系是學(xué)生的知識(shí)混淆點(diǎn)，教師出示神經(jīng)細(xì)胞、魚(yú)肉中的神經(jīng)，給學(xué)生區(qū)分釋疑。

3.2 靜息電位的產(chǎn)生

心理學(xué)家認(rèn)為理解某物就是要在新知與舊知之間建立聯(lián)系，在凌亂的知識(shí)中梳理出清晰的結(jié)構(gòu)。基于此認(rèn)識(shí)，教師出示電流表圖片，提問(wèn)：物理課上用電流表來(lái)測(cè)電位變化，兩極連接電源，電位表偏轉(zhuǎn)說(shuō)明了什么問(wèn)題？在蛙的坐骨神經(jīng)上放置兩個(gè)電極連接到一個(gè)電表上，靜息時(shí)電表沒(méi)有測(cè)出電位差，說(shuō)明了什么？在蛙的坐骨神經(jīng)上放置兩個(gè)電極連接到一個(gè)電表上，如圖2所示。神經(jīng)纖維不受刺激電位表向右發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明了什么？用同樣方法測(cè)量神經(jīng)纖維其他位點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果一樣，說(shuō)明什么？

圖2 放置電表的蛙坐骨神經(jīng)

設(shè)計(jì)思路：教師聯(lián)系學(xué)生熟悉的“電荷移動(dòng)引起電位表偏轉(zhuǎn)”這一物理學(xué)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生具體分析蛙坐骨神經(jīng)纖維膜兩側(cè)的電位表連接位點(diǎn)不同、偏轉(zhuǎn)方向差異，推導(dǎo)出靜息電位電荷分布，由具體現(xiàn)象遞進(jìn)認(rèn)知從而建立對(duì)靜息電位的概念認(rèn)知。

3.3 靜息和動(dòng)作電位產(chǎn)生原因、興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)過(guò)程

教師提問(wèn)：外正內(nèi)負(fù)的靜息電位是怎么形成的呢？同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生回顧神經(jīng)細(xì)胞的化合物組成。學(xué)生根據(jù)化合物的帶電情況，運(yùn)輸狀況，推測(cè)：細(xì)胞中大部分無(wú)機(jī)鹽以離子形式存在，靜息電位的形成可能與離子的分布有關(guān)。教師出示某種哺乳動(dòng)物神經(jīng)元細(xì)胞膜內(nèi)外鈉離子、鉀離子、氯離子、鈣離子濃度數(shù)據(jù)（表1）。學(xué)生分析數(shù)據(jù)，可知：鉀離子主要分布在細(xì)胞內(nèi)，鈉離子和氯離子主要分布在細(xì)胞外。膜內(nèi)陽(yáng)離子較多，要形成外正內(nèi)負(fù)的靜息電位，只有離子移動(dòng)才能轉(zhuǎn)化。教師引導(dǎo)：細(xì)胞膜磷脂雙分子層對(duì)離子不通透，離子可以通過(guò)離子通道跨膜運(yùn)輸。由于離子通道具有專(zhuān)一性，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究是何種離子的移動(dòng)形成了靜息電位。師生探討實(shí)驗(yàn)思路：取相同的神經(jīng)元分為4組，第一組用鉀離子通道抑制劑處理，第二組用氯離子通道抑制劑處理，第三組用鈉離子通道抑制劑處理，第四組用等量生理鹽水替代試劑做空白對(duì)照。教師展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表2），并提出問(wèn)題提問(wèn)：從圖中數(shù)據(jù)能得出什么結(jié)論？教師提前準(zhǔn)備好神經(jīng)細(xì)胞磁貼片模具，磷脂雙分子層、鉀離子通道模型、鈉離子通道模型、鉀離子貼片、鈉離子貼片，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)邊分析數(shù)據(jù)邊用磁鐵片模擬神經(jīng)細(xì)胞離子的分布、離子移動(dòng)形成靜息電位的過(guò)程。

表1 某哺乳動(dòng)物神經(jīng)元細(xì)胞膜內(nèi)外不同離子濃度

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

教師接著展示探究過(guò)程：將電位表的兩極分別置于細(xì)胞膜外側(cè)和內(nèi)側(cè)，給予神經(jīng)纖維以刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電位表的電位由-70 mV轉(zhuǎn)變成30 mV再變成-70 mV，教師引導(dǎo)學(xué)生分析初始-70 mV是外正內(nèi)負(fù)的靜息電位，30 mV是受刺激時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作電位，動(dòng)作電位為內(nèi)正外負(fù)，后續(xù)的-70 mV是有恢復(fù)了靜息電位。師生通過(guò)磁貼片分析動(dòng)作電位的電荷分布，并根據(jù)載體的專(zhuān)一性推導(dǎo)動(dòng)作電位的形成與陽(yáng)離子的跨膜運(yùn)輸有關(guān)。接著，教師出示動(dòng)態(tài)課件：在神經(jīng)纖維表面接電表的負(fù)極和正極，在負(fù)極的左側(cè)給予刺激，發(fā)現(xiàn)電表指針先向負(fù)極偏轉(zhuǎn)，然后恢復(fù)到電表刻度中央，再向正極偏轉(zhuǎn)，然后恢復(fù)到電表刻度中央，指針發(fā)生2次偏轉(zhuǎn)。指針的偏轉(zhuǎn)說(shuō)明神經(jīng)纖維受到刺激發(fā)生了電荷的移動(dòng)。教師據(jù)此提問(wèn)：電荷移動(dòng)興奮傳導(dǎo)，電荷怎樣移動(dòng)，興奮又是如何傳導(dǎo)的呢？師生共同通過(guò)磁貼片模擬靜息電位、動(dòng)作電位之間形成電位差，電位差形成局部電流，局部電流雙向傳導(dǎo)興奮的過(guò)程。

設(shè)計(jì)意圖：興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)形式和原理是復(fù)雜抽象的。教師如果只是將課本知識(shí)灌輸給學(xué)生，學(xué)生既不容易接受，也很難理解。教師精選科學(xué)史，呈現(xiàn)人類(lèi)探索腦科學(xué)史中突破性的實(shí)驗(yàn)探究，利用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將學(xué)生帶入主動(dòng)探知的認(rèn)知情景，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象遞進(jìn)推理認(rèn)知，通過(guò)模型推演深化理解。

3.3 興奮在神經(jīng)細(xì)胞之間的傳遞

學(xué)生通過(guò)閱讀課本，可以了解興奮在神經(jīng)元之間的傳遞過(guò)程，但傳遞的原因、對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、傳遞的方向、相關(guān)信息的轉(zhuǎn)化、信息傳遞的效應(yīng)需要學(xué)生深度理解。教師提供閱讀提綱，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)：①什么是突觸小體？②什么是突觸？③突觸由哪些結(jié)構(gòu)組成？④當(dāng)興奮傳遞到軸突末梢時(shí)，發(fā)生了哪些信號(hào)轉(zhuǎn)變？⑤神經(jīng)遞質(zhì)以什么方式釋放到突觸間隙？這個(gè)過(guò)程消耗能量嗎？⑥神經(jīng)遞質(zhì)的種類(lèi)有哪些，作用是什么？到突觸間隙的神經(jīng)遞質(zhì)如何作用于突觸后膜，是否進(jìn)入肌細(xì)胞？興奮在神經(jīng)元之間傳遞的方向是怎樣的？學(xué)生利用提綱，自主學(xué)習(xí)。之后，教師通過(guò)磁教具釋疑。對(duì)于學(xué)生認(rèn)知的斷層處，教師提供資料輔助學(xué)生理解。例如，學(xué)生對(duì)于興奮在神經(jīng)細(xì)胞間傳遞時(shí)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的原因、信號(hào)的本質(zhì)和效應(yīng)存在疑惑，教師可以提供如下資料：

①據(jù)測(cè)量，興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)速度是40 m/s，在神經(jīng)細(xì)胞之間的傳遞速度是15 m/s?？梢?jiàn)興奮在神經(jīng)元上和神經(jīng)纖維之間，神經(jīng)細(xì)胞之間的傳遞方式是有差異的。

②隨著電子顯微鏡的發(fā)明，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞之間有0.2 nm的間隙。

③腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)分為四類(lèi)，即生物原胺類(lèi)、氨基酸類(lèi)、肽類(lèi)、其他類(lèi)。生物原胺類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)是最先發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)，包括多巴胺（DA）、去甲腎上腺素（NE）、腎上腺素（E）、5-羥色胺。氨基酸類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)包括γ-氨基丁酸（GABA）、甘氨酸、谷氨酸、組胺、乙酰膽堿（Ach）。

④有些遞質(zhì)可以使效應(yīng)器興奮，有些遞質(zhì)可以使效應(yīng)器靜止。

設(shè)計(jì)意圖：閱讀提綱可以幫助學(xué)生有目的地閱讀文本。教師利用補(bǔ)充資料，拓寬學(xué)生視野，銜接學(xué)生的認(rèn)知斷層，將微觀(guān)結(jié)構(gòu)直觀(guān)化，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和整體認(rèn)知。教師在教學(xué)過(guò)程中邊板演邊講述，循序漸進(jìn)，可以更好的凸顯主線(xiàn)、突破難點(diǎn)。

3.4 結(jié)合知識(shí)指導(dǎo)生活

教師圖片展示人幼年（0-2歲）大腦皮層的成熟過(guò)程，提問(wèn)：大腦發(fā)育過(guò)程是腦的數(shù)量增加還是腦的質(zhì)量增加？教師展示成年小鼠的神經(jīng)元一個(gè)月的樹(shù)突變化，提問(wèn)：圖片說(shuō)明了什么？

教師補(bǔ)充資料進(jìn)行知識(shí)拓展：剛出生的新生兒大腦結(jié)構(gòu)已接近成人，神經(jīng)細(xì)胞數(shù)目和成人一樣，大約有1 000億個(gè)，但體積較?。黄べ|(zhì)上也有溝和回，只是比成人淺；腦重約390 g，占體重的1/9～1/8，約為成人腦重的25%。1歲時(shí)腦重為出生時(shí)的2倍，達(dá)成人腦重的50%，2歲時(shí)為成人腦重的75%，7歲時(shí)已基本接近成人腦的重量。出生以后，大腦皮質(zhì)的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)目不再增加，所以腦重量的增加主要來(lái)自于神經(jīng)細(xì)胞體積的增大、突觸數(shù)量的增加及神經(jīng)纖維髓鞘的逐步形成。教師據(jù)此提問(wèn)：為什么神經(jīng)元之間形成如此復(fù)雜的突觸聯(lián)系？其生物學(xué)意義是什么？

設(shè)計(jì)意圖：教師聯(lián)系學(xué)生日常生活，倡導(dǎo)科學(xué)用腦，幫助學(xué)生學(xué)以致用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。

4 教學(xué)反思

深度理解不是指無(wú)限增加知識(shí)難度和知識(shí)量，不是對(duì)知識(shí)的表層學(xué)習(xí)，不是對(duì)知識(shí)的簡(jiǎn)單占有，而是基于知識(shí)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)知識(shí)完整處理，引導(dǎo)學(xué)生從符號(hào)學(xué)習(xí)走向?qū)W科思想和意義系統(tǒng)的理解和掌握。結(jié)合生物學(xué)科的特點(diǎn)，教師利用生物學(xué)科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生命現(xiàn)象，了解知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程，學(xué)會(huì)分析問(wèn)題的科學(xué)方法，在思維領(lǐng)域真正認(rèn)識(shí)所學(xué)內(nèi)容。