高中生物教学论文 “神经调节”的教学组织(pdf).pdf

2 6 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 3 期 神经调节 的教学组织 安 军 北京市第1 叭中学 北京 1 0 0 0 9 1 中 国 图书 分 类号 G6 3 3 9 1 文献 标 识码 C 神经调节 是高 中生物学新课标必修 3模块 中 动物生命活动的调节 的内容之一 动物和人体 的神经系统 在维持其 内环境的稳态以及适应外界 环境变化方面 发挥着重要的调节作用 该单元的 教学 内容应围绕着神经调节这个核心概念展开 主 要从分子水 平上 阐明在反射弧上神经冲动产生 和 传导的机理 本文阐述神经调节的教学组织 1 教 学 内容 的 组 织 新课 标在 动物生命活动 的调节 部分 的具体 内容标准中 要求 概述人体神经调节的结构基础 和调节过程 说 明神经 冲动 的产生和传导 概述人 脑的高级功能 此外 建议安排 搜集有关利用神 经调节原理的仿生学资料 的活动 依照上述的具 体 内容标准 神经调节作为一个学 习单元 其 内容 应包括 人体神经系统的组成 和作用 神经元的结 构及类型 反射和反射弧 静息 电位 和动作 电位 兴奋在神经纤维 中的传导 兴奋在神经元之间的 传递 以及神经调节 中枢的分布 大脑皮层的高级 功能等知识要点 本单元的知识结构图解见图 1 构 l f i 童 l I 圆 一 一广 J H H J 本 单元 内容从 讨论 神 经系 统 的重要 作 用人 手 先让学生对神经系统 的功能有一个总体认识 建立一个包容性大的概念框架 相关内容在这个 框架 内逐步展开 本单元 内容的重点在 于使学生 理 解神 经调 节是如 何通 过反射 活 动而 发挥作 用 的 了解 目前人类对大脑功能 的认识水平 反射弧 上的神经冲动产 生和传导的机制涉及 到分子生物 学 的微观领域 是本单元 的学 习难点 2教 学 目标 的 表 述 2 1 知识 目标 举例说 出神经调节 在适应外 界 环境和调节 内环境稳态中的重要作用 说 出神经 系统 的组成 描述神经元 的基本结构及类别 表述 反射的定义 以膝跳反射为例说 出反射弧各 部分 的功能 阐明反射弧是实现反射的神经结构基础 说出静息电位与动作电位 的差异 解释神经冲动 的产生 神经纤 维中的信号传导 化学突触 的信号 传递的机理 说 出神经调节中枢的分布 以及大脑 皮 层 的 高级 功 能 2 2能力 目标 解读经典实验提供的信息资料 增 强 自主学习的能力 用概念图或思维导 图将神 经 调节 的作用 反射与反射弧 的关系 动作 电位的 产生与传导等知识结构化 提高处理信息 的能力 用 突触 的信号传递机制解 释吸毒成瘾而戒毒难的 原 因 培养分析问题和解决 问题的能力 2 3情感 目标通过分析神 经元结构 与功能 的 关系 静息电位和动作电位的产生与细胞膜结构 与 功 能 的关 系 突 触 的结 构 与 功 能 的 关 系 认 同 生物体结构与功 能相适 应 的统一性观点 用突 触 的信号 传递机 制解 释吸 毒成瘾 而戒 毒难 的原 因 领悟生命 科学研究的价值 3教 学 过程 的 组 织 3 1 神 经 调 节 的结 构 基 础 3 1 1 引 导学生再认 人体 神经 系统的组成 和作 用 用图片帮助学生 回忆 人体神经 系统 的组成 学生在初中学习过神经系统的有关 内容 大多数 学生还记得 膝跳反射 生活 中学生也 曾体验过 机体对有害刺激 的反应 如缩手反射 教学 中可请 学生举例说 明神经系统在人或动物 的生命活动中 有什么重要作用 对这个开放性 的问题 学生很容 易举 出一些保护性的反应 如 动物遇到有害刺激 时 的躲避行为 此时 教师要适时地 引导他们明确 2 0 1 0 年 第 4 5卷 第 3期 生物学通报 人和动物生存的外界环境是多变 的 正是 由于神 经系统 的调节 使人和动物能够适应这种环境变 化 有利于个体 的生存 学生一般不能举 出神经调 节内环境稳态方面的实例 教师可以质疑 为什么 在空气不流通的教室 中待得过久会 打哈欠呢 原 来 体液 中二 氧化 碳过多 会刺 激呼吸 中枢 使人 发生打哈欠 的动作 以排除体液中过多的二氧化 碳 血浆中二氧化碳维持在一定 的浓度范 围 是神 经系统参 与内环境稳态调节的结果 神经 系统不 仅对来 自体外 的刺激发生反应 对来 自体 内的刺 激 同样会做 出反应 神经调节 的结果使人和动物 能够更好地适应 内 外环境 的变化 有利于生存 见 图 2 教学素材源 于学生生活 又与学生原有 概念相联系 符合奥苏 贝尔的意义学 习理论 图 2神 经 系 统 的 重 要 作 用 3 1 2解析神经元 的结构和功能神经 系统为何 能实现如此重要的作用呢 必须从结构上去找原 因 观察神经组织的切片 发现神经系统 的基本单 位是神经细胞 神经元 神经系统可能是地球上最 复杂的结构 它包含几百亿到上千亿个神经元 出 示几种主要神经元 的形态 图 以运动神经元为例介 绍神经元的结构 思考 神经元这种特有的形态结 构可能与它的什么功能相关 学生从长长的轴突 结构 图 3神经 元的结构 和功 能 功能 能判定有传导的功能 神经元是一类可兴奋性的细 胞 教师可用图 3讲解神经元各部分 的功能 展示 神经结构图 说 明神经是由许多神经元的轴 突 神 经纤维 部分 外面包上结缔组织膜构成的 3 2神经调节的方式 3 2 1 强化对反 射 和反射弧 的概念 学 习 组 织 学生观察 自身 的膝跳反射 活动 引 出反射 的概念 反射是在 中枢神经系统的参与下 机体对刺激感 受器所发生 的规律性的反应 用 图片或动画帮助 学生 回忆膝跳反射的神经结构 即反射弧 明确反 射弧 的 5个组成 部分 为加深学生理解 神经调节 的基本方式是反射 反射活动发生的结构 基础是 反射弧 这一命题 教学时引用学生深有体验 的下 列实例 当一 只脚受到有害刺激 马上引起 的腿部 屈反射 同时还会引起对侧腿部产生伸反射 这是 因为另一条腿 同时伸直以支持 身体 使身体不会 跌倒 图 4 肌 图 4有 害 刺 激 作 用 于 足 郡 引 起 的 一 系 列 反 射 活 动 在这个相对复杂一些 的反射 活动 中 同侧 的 屈肌收缩而伸肌舒张 另一侧 的这对拮抗肌活动 则相反 一个外界刺激经传入 神经传人 同时引起 多个反射弧协 同活动 以调控身体不跌倒 分析这 个生活中的常见现象 不仅激发学生的兴趣 而且 使学生对反射活动这种神经调节 的基本方式有了 更深刻 的认识 在学生再认反射活动的基础上 教 师启发学生说 出实现反射 的神经结构基础 并从 上述 图解 中识别反射弧 的 5个部分 即有害刺激 作用于足部皮下的痛觉神经末梢 神经末梢产生 的兴奋 神经 冲动 通过传人神经纤维传到同侧 中 间神经元 中间神经元兴奋 同侧屈肌运动神经元 F 引起屈肌 收缩 同时还 兴奋 抑制 性 中间神经 元 使同侧伸肌运动神经元 E 被抑制 同侧 中间 神经元还使对侧 中间神经元兴奋 引起对侧伸肌 运动 神经元 E 兴奋 屈 肌运 动神经元 F 抑制 作用于皮肤 的有害刺激激活痛觉传人神经 冲动 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 3期 传 到同侧中间神经元 中间神经元兴奋同侧屈肌 运 动神经元 F 引起屈 肌收缩 同时还兴奋 抑制 性 中间神经 元 使 同侧伸肌 运动神经 元 E 被抑 制 同侧 中间神经元还使对侧 中问神经元兴奋 引 起对侧 伸肌运 动神 经元 E 兴奋 屈肌 运动 神经 元 F 抑制 这样 为学生进一步学习神经调节 的 基 本 过程 奠 定 必 要 的知 识 基 础 3 2 2概括 神经调节 的基本 过程 要求 学生 用 图解的方式表达 反射和反射 弧的关系 目的在 于引导学生对所学知识的进一步加工 以利于将 知识整合到 自己的概念框架中 可参考 图 5 图 5 概 括 了神 经 调节 的基 本 过程 同时 也 进 一 步 帮 助 学生理解 反射弧是反射 的神经结构基础 图 5反 射 和 反 射 弧 的 关 系 3 3神经调节的机理 这段 内容 的教学 教师可 以选取科学史上经典实验作为教学素材 利用 推 理性探究 的方法 精心设问 启发学生思考 模 拟科学探究 不仅训练学生的科学思维方法 提高 科学素养 而且促进学生在分析和思考过程 中建 立概念 使概念和命题的学习成为意义学 习 避免 机 械 的记 忆 教师 还 要 注 意新 知识 与学 生 原 有 知 识 的联 系 以及 新 知 识 在生 活 实 践 中的应 用 3 3 1 动作 电位 的产 生 3 3 1 1 发现神经干上的动作 电位播放 电刺激 蛙 的坐骨神经腓肠肌标本的录像 学生发现刺激神 经 肌 肉会立即收缩 坐骨神经腓肠肌标本实际上 是截取了反射弧的一部分 用问题引导学生提 出猜 想 你觉得神经 冲动是以怎样 的一种形式如此快 速地沿神经传导的 这种快速的传导使学生联想 到电现象 教师鼓励学生设计实验证 明自己的猜想 学生可 以想到用 电位计 的 2个 电极搭在神经 干表面 然后用 电或一个机械的刺激引起神经 冲动 的发生和传递 观察 电位计的变化 这与科学家的 实验思路一致 分析这个实验的结果 见 图 6 教师 要说 明这个 电位计 的特点 电位针指针 向哪个 方 向偏转就表示哪一侧的电位变低 学生发现神经 冲动传到哪儿 哪儿 的电位就变低 而且神经冲动 传过去后电位还可恢复 通过分析实验现象 学生 认识到 神经冲动的传导实质上是神经干表面依次 产生 了一个 负 电位 这个 负 电位 就是 动作 电 位 神经冲动的传导就是动作 电位在传导 a b 图 6 蛙 坐骨神经 的动 作 电位 传导 实验的示 意图 学生会产生一系列的疑问 神经干表面的负 电荷是哪儿来 的 神经传导兴奋时的 电变化与 电线导电一样 吗 教师提供数据 电在金属导线 中的传导 的速度 接近光速 3 X 1 0 s m s 而神经传 导的速度最 大只有 1 2 0 m s 2种传导速度不 同说 明神经传导的方式不 同于物理学 中电在导线 中的 传导 神经不是金属导线 神经是由神经细胞构成 的 神经干表面记录到的这个负电位是许多神经 纤维活动的总和 要揭示神经冲动产生和传导的 机理 最好 能在单根神经纤维上记录电变化 但人 的轴 突 直 径 很 细 只有 0 0 1 m m 直 到 2 0世 纪 3 0 年代 有人发现枪乌贼 的巨大神 经纤 维 巨轴 突 它的直径 可达 l mm 肉眼可以分辨 加之发 明 了微 电极技术 使直接测量单根神 经纤维表 面的 电变化成为可能 这段 素材 的讲解体现 了科学 的 发 展 离不 开 实 验 材 料 的选 择 和实 验 技术 的进 步 3 3 1 2静 息 电 位 展 示 神 经 细 胞 在 静 息 状 态 下 人们测量单根神经纤维膜两侧 电位差的图片 请 学生观察实验结果 学生发现在安静状态下膜 两侧存在 电位差 膜 内电位 比膜外低 了 7 0 mV 记 作一 7 0 m V 膜 两侧为什么会出现 电位差 学生会 联想到膜两侧分布 的带 电离子 回忆细胞膜的结 构 引导学生观察离子在膜两侧 的分布图 提供膜 两侧钠离子和钾离子浓度的数据 讨论静息状态 下膜内电位低 于膜外的原 因 膜外钠离子浓度高 膜 内钾离子浓度高 膜内还分布着带负 电荷的蛋 白质分子 启发学生用一句话概括静息电位存在 的原 因 学生能想到是由于膜对不 同物质的通透 2 0 1 0 年 第 4 5卷 第 3期 生物学通报 2 9 性不 同造成的 即与膜的 选择透过 功能相关 3 3 1 3 神 经纤 维上 的动 作 电位 的产生 请 学 生 观 察 2位 科 学 家 霍 奇 金 和赫 胥 黎 的 实 验 结 果 测量神 经冲动在单 根神 经纤维上 的传 导 学生发现神经细胞兴奋时 膜 电位 由静息状态下 的 外正 内负 转变为 外负 内正 即形成 动作 电 位 而且与在神经干上传导很相似 动作 电位会沿 神经纤维依次传导 请学生猜想 为什么神经细 胞 兴奋 时膜 电位 会 发 生倒 转 学 生会 联 系静 息 状 态时的神经细胞膜 内外离子的分布情况 想 到细 胞 膜 的离 子 通 透性 可 能 发 生 改 变 钠 离 子通 道 开 放导致钠离子 内流 把正 电荷带入 细胞 内 使膜电 位倒转 之后钾通道开放 钾离子外流 使膜 电位 又恢复到静息状态 动作 电位的产 生过程 是神经 细胞膜 的通透性发生改变和逐渐恢 复的过程 教 师利用动画演示动作 电位产生 时离子过膜 的微观 过程 以帮助学生理解 3 3 2 神经纤维 中的信号传导 教师可利用 图 7 讲解动作电位沿神经纤维传导的过程 引领学生 分析神经纤维兴奋部位与未兴奋部位之 间出现 电 荷移动 即形成局部电流回路 局部电流刺激 了临 近部位的钠通道开放 引发 临近部位也产生一个 相 同的 动作 电位 这样 就 形 成 了动 作 电位 在 神 经 纤维表面的依次传导过程 图 7可 以帮助学生理 清动作电位传导过程的 3个要点 如果在神经纤 维 中间给予 电刺 激 产 生 的动作 电位 会 怎样传 导 用 此 问题 考 查 学 生 对 局部 电流 学 说 的 理 解 医院动手术使用的麻醉剂普鲁卡因 就是钠 离子 通道 的阻断剂 阻断动作电位 的产生和传导 外 刺 激 外 电荷移 动 外二 外 二二二 二二二二二二 二二二 内一 内 电 荷移 动 内 内 电 荷移 动 刺 激 导 致 兴 奋 区 形 成 局 部 局 部 电 流 刺 激 膜 电位变 化 电 流 回路 邻 近 区兴奋 图 7动 作 电位 的传 导过程 3 3 3化学突触中的信号传递 学生观察到反射 弧一般由 2个 以上的神经元组成 为突 出结构与 功能的联 系 教师启发学生思考以下问题 在一 个神经元上传导的动作 电位 怎样引发反射弧中 另一个神经元产 生同样 的动作 电位 如果研究 这个 问题 我们必须从哪里寻找答案 启 发学生 想到 要研究神经细胞之间传递兴奋的过程 必须 弄清神经细胞与神经 细胞相接触部 位的结构 这 样顺势引出突触的定义 学习突触 的亚显微结构 突触前膜与 突触 后膜之 间有 1 5 n l n左右 的空 隙 具 测 定 兴 奋 通 过 突 触 至 少 需 要 0 5 1 0 m s 这 要 比兴 奋在神经纤维上 传导 同样 的距 离慢 了很多 动作 电位传过突触时速度为什么减慢了 动作 电 位是如何跨过 突触间隙的呢 学生通过观察突触 结构 一般能联想到可能与突触小泡 内的神经递 质有关 教师利用多媒体动画演示神经递质在突 触前膜 释放 作用到突触后膜受体 使钠离子通道 开放 钠离子 内流导致 突触后膜产生一个动作电 位 请学生分析 神经冲动在反射弧中单向传导的 原因 用 以评价学生对突触结构和功能的理解 联 系生活可参考 以下实例 箭毒在临床上 可用作肌 肉松弛剂 箭毒 的作用机理在于与乙酰 胆碱这种神经递质竞争突触后膜受体 不引起 突 触后膜钠通道的开放 阻碍兴奋经突触的传递 有机磷农药的中毒机理 正常情况下突触传递一 次动作 电位后 递质会在胆碱酯酶的催 化作用下 立 即被水解 以保证每一次动作 电位 的传导作为 一 个独立的信号 并为下一 次传导兴奋做好准备 有机磷农 药会抑制胆碱酯酶的活性 乙酰胆碱不 被水解 使后一神经细胞持续兴奋 引起肌 肉震 颤 毒品使人上瘾的原因 大脑内存在一个奖赏 通路 进食 饮水 性交 和哺育行为将激活该通 路 通过释放多 巴胺 一种 神经递质 作用 于突触 后膜 引起的神经冲动使人产生欣快感 毒 品直接 代替多巴胺作用或促进多 巴胺递质的释放 产生 欣 快感和渴求感 因而欲罢不能 这就是吸毒成瘾 的原 因 由于吸毒者频繁吸人和毒品量大 与相应 受体之 间建立 的信号联系难 以用物理或化学方式 解 除 进行强制戒毒后一旦再次复 吸立刻上瘾 因 此 青少年吸毒容易而戒毒难 3 4神经调节的中枢 3 4 1 神经 调节 中枢的分 布 神经 中枢分 布在 脑和脊髓 中 分别 出示脑和脊髓 的切面 图 灰质是 神经 中枢 是神经元细胞 体集 中的部位 脊髓 中分 布着低级神经中枢 如排尿中枢 膝跳反射 中枢 等 它们会受到脑 中的高级 中枢的控制 在脑干 中 分布着呼吸中枢 心血管 中枢等基本的生命 中枢 大脑皮层是 中枢神经系统的最高级部分 3 4 2 人脑的高级功能 通过介 绍 白洛嘉 韦尼 克 潘菲尔德等人的工作 以及斯佩里对裂脑人的 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5 卷 第 3期 高中 生物学新课程知识释疑 现代生物科技专题 模块 郑春和 北 京市 第四 中 学 北京 1 0 0 0 3 4 中国 图 书分 类 号 G 6 3 3 9 1 文献 标 识 码 C 按照高 中生物学新课标 的内容标准编写的课 本 中 都有 现代 生物科 技专题 模块 该 模块 以 专题形式重点介绍现代生命科 学和技术在一些重 要领域 的研究热点 发展趋势和应用前景等科普 性知识 由于本模块涉及的领域研究进 展迅速 知 识 内容 的充实 和更新快 来源不 同的相关资料存 在些许差异 给教师的备课和教学带来 困难 本文 仅就几个基础知识 中的疑难 问题谈谈 个人学 习体 会 1 获 得 目的基 因 的途 径 在各个版本 的高 中生物学课本 中 基 因工程 专题主要介绍基 因工程 的生物学基础 技术条件 操作流程 应用和发展前景等 其 中 基 因工程 的 基本流程和相关技术条件是重点 内容之一 可用 图 解 表示 如 下 分 离 修 饰 广 目的基因 克 隆载体 染 色体 D NA L一酶 切 连 接 细菌质粒 L 重 组 载 体 转 化 宿 主 细 胞 扩增 筛选 定 向 诱 变 Y 单 核苷酸一一一 一一一一 重组体克 隆 鉴定 测序 r 1 工 程 菌 1 二 程 动 物 工 程 植 物 l l I I 后处理 l选育 表 达产 物 优 良品种 图 1 基 因工程 基本流 程图 基 因 工 程 的 基 本 流 程 可 分 为 分 离 酶 切 连 接 转化 筛选 鉴定 6个基本步骤 相应的技术原 理和途径概括如表 1 表 1 基因工 程的原 理和途径 步骤 目的 原 理 途 径 1 获 取 目的基因 不同基 因具有相 同 的物质基 础 D N A片段 酶切 分离法 构建基 因文库 P C R反应 法 人 工合成 法 2 体 外酶切 D