人教版高中生物课本中“神经生物学”内容增设研究获奖科研报告

人教版高中生物课本中“神经生物学”内容增设研究获奖科研报告摘要：神经生物学是生命科学中发展最为迅速的一支，其重要性在教学实践和科研实践中已得到体现。但在我国高中生物课程中不受重视。本文旨在为高中课程教学大纲、教学方式的重新设计，整合一线高中教师、大学生物教授及神经生物学博士意见，为高中课程改革提出可行性建议。

关键词：高中教学；神经生物学；课程改革

问题提出

近年来，神经生物学取得了重大的技术突破与理论突破，与其相关学科取得了近60%的诺贝尔生理或医学奖项，全球神经生物学发展都呈现欣欣向荣之势。然而由于缺乏基础导致学习难度较高，大多数学生对此望而却步。像浙江大学和中山大学这样的传统的生命科学强校，神经生物学也只是作为一个大三下学期的选修课，且选修人数较少。

而在我国现行的高中生物教学中，以人教版必修三教材为例，直接讲解神经生物学内容的板块只有第二章第一节而已，间接的则包括本章第三节“神经调节与体液调节的关系”和必修一第三章第二节“物质进出细胞的方式”。对于必修三的两节，第一节较大篇幅地讲解了反射弧，静息电位与动作电位，突触结构这三大基本内容，简单介绍了脑的高级功能，学习与记忆的关系两个当前研究的热点。第三节则是以水盐平衡等为例，介绍了两种调节方式的配合机制。必修一第三章第二节涵盖了对神经生物学研究较重要的离子进出机制，被划分在了分子生物学的基础知识当中。

学生调查

根据笔者在兰炼一中2020届高二一班和七班（理科重点班）中发放问卷的结果显示，对于《高中人教版生物必修三：稳态与环境》的第二章“动物和人体生命活动的调节”的第一节“通过神经系统的调节”。认为该章节“难以理解，完全不懂”的理科重点班学生仅仅占14%；而认为“难度中等”、“容易理解”的理科重点班高中生总占比为86%。认为插图不足的重点班高二学生占比接近一半。这是理科班的情况。而对于文科班而言，认为难度中等的学生占比为41%，认为内容容易理解的达到了67%，但认为内容无趣的文科学生占比为1/5。值得注意的是，文科班学生和理科班学生对神经生物学在现代生物学科中所占地位的认识的各个比例是类似的。分析以上数据，我们可以得出几个结论。一：对于绝大多数学生而言，学习神经生物学是游刃有余的，适量增多神经生物学内容是可以接受的。二：当前的生物教材尚显枯燥，在引发兴趣上还有提升空间。三：生物教材对该部分内容编排尚有改进空间，特别是配图的信息量方面尚待改进。笔者也对来自西北师范大学的丁艳平副教授和浙江大学胡海岚研究室的马爽爽博士进行了访谈，他们也均指出在当前的高中教育中，神经生物学不受到重视，而这也影响到了本科教育，所以进行课程改革势在必行。

解决方案

对于高中生物课程改革，笔者在此提出一些可行的方案。

对教材既有内容进行修改，重视高中-大学的知识衔接。提高课本中个别语句以及图片的准确度，加强图文配合。[2]比如说生物必修三的第二章第一节的图2-2，在描述神经冲动传导时并没有表现出钠离子和钾离子的进出过程，而下方的文字则在描述这一现象。这使得离子进出这一电位变化的分子生物学层级的原理时常被“孤立于动作电位的传导机制”理解，高度依赖分子生物学基础知识是神经生物学的固有特点之一，显然这种编排法是不利于知识对接的。同时从排版上讲，该图所处的教材第18页也还留有大块空白可供使用。

第一，我们也可以在高中阶段推广慕课教育。慕课即大规模开放在线课程，主要用于大学优质课程共享，是“互联网+教育”的产物。[5]慕課教育有许多优势，首先，通过多媒体技术，可以直观的反应有关神经生物学的内容。而不是通过书本上的抽象的文字去描述，这有助于提高学生的学习热情。特别是对神经生物学这样一门很依赖实验的学科，一方面，多数学校对于实验都会囿于应试或是财力而难以大规模组织开展；另一方面，如果要像二级考点一样理解神经生物学的实验，特别是近年的实验，必须要对相关的人体器官（如眼，耳，脑）的结构熟稔于心，同时也要有扎实的大学物理，化学包括分子生物学的基础。显然，这部分内容是难以向教材中添加的，所以如果希望借助实验来激发学生的学习热情，以高中慕课为载体向学生展现神经生物学实验影像未尝不可。其次，慕课教育有助于减轻各地由于条件所导致的教育资源不平等。神经生物学作为一门综合性较强的学科对老师的能力提出的一定的要求，慕课教育可以确保全国各地的学生都享受到高水平的教学。[6]再次，慕课教学更加灵活，学生可以自由选择时间，地点，反复的去研究自己不懂的地方，而这些不仅可以作为学校教学的一种有效补充，更能让学生感受到知识的魅力。最后，教材相对于慕课教育来说具有滞后性，慕课教育可以更加贴合当前热点，贴合学术界最新动向。[5]

第二，增添教材未涉及或讲解不够详尽的内容，对于增添的内容，应当起到一种衔接和引导的作用，在为日后学习神经生物学打下基础的同时，也要保持难度适中，鼓励学生去创新探索，并符合教材的总体内涵。我们现以Na-K泵为例。静息电位和动作电位产生的结构基础主要是电压门控离子通道的开放和关闭，动作电位恢复静息电位的结构基础则是消耗ATP的Na-K泵主动运输。[1]但是从必修一第三章第二节的讲解看，学生分辨两种离子进出的方式是根据浓度梯度的顺和逆，判别的结果是协助扩散（被动运输）和主动运输。这样的理解事实上是忽视了这两种进出方式不同的结构基础，也就是容易分不清离子通道和离子泵结构上的区别，这对于体现本册书的生物学核心概念“结构与功能统一”是不利的。如果能够增添该部分内容，学生即可以结合结构基础和主要功能两大知识点理解Na离子和K离子在兴奋传导过程中的进出，沟通了“结构与功能统一（不同的膜上蛋白有不同的功能）”和“稳态与平衡观念（Na离子和K离子膜内外浓度在整个过程中达成动态平衡）”两大核心概念。

学生们只需要死记硬背一句结论就可以拿到分数。而如果将Na-K泵纳入考点，试题就会变得更加灵活。比如在考