“神经调节”的教学组织，本文主要内容关键词为：神经论文,组织论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“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。
一、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。
本单元内容从讨论神经系统的重要作用入手，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。
二、教学目标的表述
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.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。
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。
三、教学过程的组织
1.神经调节的结构基础
（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。
（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。
2.神经调节的方式
（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）。
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入，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）通过传入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入神经，冲动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。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。
（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”。
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。
（1）动作电位的产生。
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。
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，3×108 m/s，而神经传导的速度最大只有120 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0.01 mm，直到20世纪30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1 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。
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70 mV，记作-70 mV。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性不同造成的，即与膜的“选择透过”功能相关。
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。
（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。
（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15 nm左右的空隙，据测定，兴奋通过突触至少需要0.5～1.0 ms，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。①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。②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。③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。由于吸毒者频繁吸入和毒品量大，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。
4.神经调节的中枢
（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。
（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研究，学生了解目前人类已知的大脑皮层的功能定位和左右大脑半球的分工。大脑通过视觉中枢、听觉中枢等感觉中枢收集环境中的信息，并加以分析处理，然后传送到额叶进行分析整合，最后在运动区转换为明确的运动指令，支配几组肌肉运动，从而对外界信息做出有利于生存的反应。大脑实质上是一个信息处理器，对环境中的各种变化随时分析处理并做出决策。学习是大脑的重要功能，学习使动物积累经验适应变化的环境，更有利于动物生存。有关学习、记忆、意识在大脑中是如何发生的，是学生感兴趣的问题，也是科学家正努力探询的问题。教师可以为学生介绍一些有关脑科学的科普读物，关注脑科学研究的新进展，以丰富课本内容。
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