资源简介

第1课时教学设计
设计者 学校 年级 高一年级
课题 2.2神经调节的基本方式
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
神经冲动的产生和在神经纤维上的传导，隶属于次位概念“阐明神经细胞膜内外在静息状态具有电位差，受到外界刺激后形成动作电位，并沿神经纤维传导”，服务于重要概念“神经系统能够及时感知机体内、外环境的变化，并作出反应调控各器官、系统的活动，实现机体稳态”。学生已经了解神经系统通过反射的基本方式来完成调节活动。反射传导的是兴奋， 但兴奋的本质是什么？兴奋是怎样产生，又是如何传导的？回答这两个问题则需要全新建构的概念。学生学完本节内容要能够从细胞水平上阐明神经调节的内在机制，体会神经调节准确、迅速的特点，进而认同神经调节对机体稳态调节的重要性。教学贴近时代、贴近社会、贴近生活。让社会问题成为学生学习载体，让生物学成为解决社会问题的工具，并提出要多鼓励学生从新情境分析中逐步培养信息获取与整合的能力。
学情分析
对高二阶段的学生，他们比较擅长抽象思维；乐于发言；喜欢跟老师合作，本节课的学习难度较大，更要注意的深度、广度和持久性也不同。这些特点可以通过学习一些发展心理学的简单知识来分析，也可以凭借经验和观察来灵活把握。
学习目标确定
1.通过蛙坐骨神经-腓肠肌标本的实验探究，阐明兴奋以电信号即神经冲动的形式在神经纤维上传导。 2.基于科学史，体会实验材料、实验仪器和实验方法的创新与应用对科学研究的推动作用。 3.从结构与功能相适应的角度，通过模型构建与动态过程的演示，从细胞水平阐明神经冲动的产生和传导机制。 4.基于生活实验，分析生物电及其产生机制的研究对人类生活的价值和意义。
学习重难点
教学重点：基于反射活动中刺激与反应的对应关系，运用归纳，演绎等科学思维方法，用图示、模型等表征和说明神经调节的基本过程。 教学难点：基于反射活动中刺激与反应的对应关系，运用归纳，演绎等科学思维方法，用图示、模型等表征和说明神经调节的基本过程。
任务实施过程
学习任务 教师活动 学生活动 教学意图
情境导入，引出课题 通过运动员训练后，手前臂麻木、持物无力，检查后发现上肢运动神经传导速度减慢，诊断结果为运动神经损伤的情境引入。明确神经冲动传导速度测定是诊断神经损伤的依据。 兴奋在反射弧中是以什么形式传导的？它又是怎样传导的呢？引入本节课题——神经冲动的产生与传导。 问题探讨，学生讨论。 激发学生学习新知的热情，并借助问题引导学生的学习。
任务一：感知兴奋的产生和传导过程 教师提出问题：刺激坐骨神经后产生的兴奋最可能以一种什么信号形式在神经纤维上传导？学生根据知识经验说出“电流”等。教师追问：这个过程中是否真有电流产生？下面可通过实验进行验证。 学生以蛙坐骨神经-腓肠肌标本为材料，以学习小组为单位进行体验活动：用锌铜弓刺激蛙的坐骨神经，观察腓肠肌的反应。学生在真实的体验活动 中，对兴奋传导速度之快会获得感官上的直观体验。 感知兴奋的产生和传导过程，使用电流信号采集装置检验蛙的坐骨神经受刺激后是否有电流产生，继而通过实验确认兴奋在神经纤维上以电信号形式传导。
任务二：探究兴奋在神经纤维上的传导形式 教师介绍实验设计：在数字化实验分析仪上连接微电流传感器，将传感器的两个电极分别夹在坐骨神经上，每5 s用锌铜弓刺激一次坐骨神经，同时利用分析仪 中的“Edislab Pro”软件对电流信号进行采集和记录。教师展示各小组的结果，并请小组代表阐述记录到的结果。实验结果显示每刺激一次坐骨神经，就会立即出现一个电流信号，说明坐骨神经受到刺激后的确有电流产生。 将经典的生物科学史进行精心设计，转化为问题情境，巧妙地穿插于教学活动之中，帮助学生确认兴奋在神经纤维上的传导形式。 提出问题：检测到的电流信号是否一定就是蛙的神经自身产生的，还需要做进一步的确认。并介绍科学史上著名的伽尔瓦尼与伏特之争：伽尔瓦尼认为蛙肌肉收缩是因为蛙的组织产生了电流即生物电。而物理学家伏特则认为产生电流是因为两种不同 的金属之间存在电位差。为了证明的确有生物电的存在，伽尔瓦尼及其后继者又进行了一系列的研究。 展示如下实验：制备两个独立的神经-肌肉标本，将2号标本的神经断面搭到1号标本的神经上， 只给予2号标本以金属刺激（图2）。并提出问题：1号标本的肌肉会收缩吗？对于 1 号标本其刺激来源是什么？如果1号标本的肌肉也可收缩，可以说明什么？ 教师补充：这种电信号也称为神经冲动。 学生自主阅读操作流程及注意事项后小组合作开展探究活动。 学生分析后，得出：1号标本的刺激来源是2号标本的神经。如果1号标本的肌肉也能收缩，就可以说明神经组织自身可以产生电信号。教师播放提前录制的关于实验结果的视频，1号标本与2号标本的肌肉都发生了收缩。学生观看后，得出结论：兴奋在神 经纤维上的确是以生物组织自身产生的电信号的形式传导的。 重走生物电的发现及其产生机制的研究历程，在过程中深刻体会实验材料的选择、实验仪器的发展、实验方法的改进等对科学研究的重要推动作用，提升科学探究素养。
任务三：阐述兴奋在神经纤维上的产生机制 教师将科学史转化为环环相扣的问题，驱动学生的思维：科学家发现神经细胞在未受到刺激时其膜内、外本就存在着电位差。如何直接测量神经细胞膜 内、外电位差？ 简介电位仪后，教师继续提问：电位仪的两个电极应该如何放置？ 教师追问：用蛙的坐骨神经作为材料可行吗？并介绍蛙的坐骨神经干是由若干神经纤维集结而成，其单根神经纤维直径非常细，难以将 电极插入其中。继而提问：如何突破这项研究？ 接着， 教师再介绍：英国解剖学家杨发现枪乌贼的神经中单根轴突的直径异常粗大，是研究电生理的绝佳材料，且微电极技术长足发展，使得将微电极直接插入神经纤维内成为可能。 介绍生理学家霍奇金和赫胥黎将微电极插 入枪乌贼轴突内部记录到的结果。继而，教师再展示枪乌贼轴突受电刺激后得到的研究结果。学生分析图示后，总结出当受刺激后神经细胞膜内、外的电位会出现反转，即由 静息时的“内负外正”转变为“内正外负”，从而生成 “动作电位”的概念。 将科学史实转化为学生进行模型构建的事实依据，通过建模将细胞水平微观的动态变化过程直观地呈现出来，使学生在演示和阐述的过程中深刻理解兴奋产生的离子机制，在训练学生科学思维的同时，渗透了结构与功能相适应的生命观念。 提出问题：膜内、外的电位表现最可能与什么因素有关？学生提出可能与膜内、外离子的分布有关。 提出问题：这样的一种离子排布与静息电位 和动作电位的形成有什么关联？并呈现当时的主要 研究成果资料。资料1：当细胞膜处于静息状态时 K+ 极易通过细胞膜，而细胞膜对其他离子通透性极低。 利用能斯特方程计算出的静息状态下的钾离子平衡电位与实际测量的静息电位值非常接近。降低膜外的钾离子浓度后，测得静息电位的绝对值将增大。资 料2：1947年，霍奇金和赫胥黎进行了如下实验，将枪乌贼巨神经纤维神经膜外的钠离子全部移去，结果神经轴突无法产生动作电位；如果增加了枪乌贼巨神经纤维神经膜外的钠离子浓度，结果神经轴突动作电位 幅度将增大。资料3：霍奇金和赫胥黎假设介导钠离子内流的是膜上的钠离子通道。他们将按照这一假设得到的理论结果与实验测定值进行比较，发现二者高度一致。 学生提出需要有单个的神经细胞、测量工具。 学生提出一个电极放在膜外，一个插入膜内。 学生提出需要神经纤维足够粗，记录电极足够细。 分析并总结：在静息时膜内、外的电位表现为“内负外正”，生成“静息电位”的概念。 以资料、数据呈现当时的研究背景，学生分组合作在神经元细胞膜模型上，利用Na+ 、K+ 模型、构建出两种离子在膜内、外的分布概况。 分析资料，得出静息电位与动作电位的产生主要与Na+ 、K+ 的流动有关，并主要借助于膜上相应的离子通道来实现。进而，学生分析出静息电位产生的主要原因是在静息状态下膜上K+ 通道打开，K+ 外流，而动作电位产生的主要原因则是受到刺激后膜上Na+ ，通道打开，Na+ 内流所引起。在此基础上，学生借助模 型精确阐述了静息电位与动作电位产生的主要离子 机制。 基于科学史实，在系列问题情境中，逐步 建构静息电位与动作电位的概念，借助构建的物理模型，从细胞水平阐述静息电位与动作电位产生的主要离子机制； 通过模型构建，探讨神经冲动在神经纤维上的动态传导机制。
任务四：探讨兴奋在神经纤维上的传导机制 将教材中的静态图片转化为动态的模型。经过解释和修正之后而建立起来的概念将是立体的、深刻的。 教师提出问题：产生的兴奋又是如何迅速在神经纤维上传导的呢？ 学生在借助模型进行阐述的过程中将思维可视化， 并同步暴露出其思维的误区和困惑。 学生以学习小组为单位，借助模型构建出神经元 接受刺激后，A区域产生的动作电位如何相继传导到B、C 区域的动态过程，并进行演示和阐述，最终建构起神经冲动在神经纤维上的传导机制。 了解心电、脑电、肌电等生理电活动监测，以及离子阻断剂类的麻醉剂等在生活中的应用，认同科学研究的价值。
任务五：迁移应用 教师介绍心电、脑电、肌电等生理电活动的监测 在临床上的广泛应用，麻醉剂如普鲁卡因（一种钠离子通道阻断剂）等的使用对于外科手术的历史性贡 献，展示电生理学的研究和发展对人类生活的重要价值和意义。 学生自然体会到科学研究的重要价值和深远意义， 认同科学研究是造福人类的伟大事业，激发其将来从事科学研究的热情，提升社会责任素养。
板书设计
特色学习资源分析、技术手段应用说明
（结合教学特色和实际撰写，可无）
教学反思与改进
基于真实情境的单元整体教学模式将教学内容生动化、问题化，有意识地指导学生充分利用情境、 问题与活动，开展探究式合作学习，实现对单一抽象概念的本质进行反复推敲与提炼，从而使概念教学更加形象化、具体化、思维化，加强学生对知识的批判性吸 收，培养学生的高阶思维能力，落实学科核心素养。教师应仔细钻研课标的要求，结合具体的教学内容和学生的认知思维方式，创设真实的、有针对性的情境，在单元整体教学模式的引领下，使学生能够主动理解、建构“分级概念结构体系”，灵活运用相关概念，解决实际 问题，从而达到新课标要求的预期教学效果。

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