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摘要:基于整體備課,對“興奮在神經(jīng)元之間的傳遞”一節(jié)進(jìn)行設(shè)計;在教學(xué)實施過程中,圍繞學(xué)科思想和核心概念,通過科學(xué)史料和大量生物學(xué)事實,調(diào)動學(xué)生思考分析構(gòu)建核心概念。
關(guān)鍵詞:學(xué)科思想;核心概念;整體備課;興奮傳遞;教學(xué)設(shè)計
1教材分析與設(shè)計思路
“興奮在神經(jīng)元之間的傳遞”是人教版必修3“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊第2章“動物和人體生命活動的調(diào)節(jié)”第1節(jié)“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”中的內(nèi)容。高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)對該模塊的核心概念表述為:所有的生命系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境之中,在不斷變化的環(huán)境條件下,依靠自我調(diào)節(jié)機(jī)制維持其穩(wěn)態(tài)。該模塊突出體現(xiàn)了“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”的學(xué)科思想。第2章從個體水平上討論了穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制,是“生命系統(tǒng)維持穩(wěn)態(tài)”的重要組成。其中神經(jīng)調(diào)節(jié)因其快速、精細(xì)、復(fù)雜的特點,成為動物體應(yīng)對環(huán)境變化、維持穩(wěn)態(tài)的重要方式。本節(jié)課承接“興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)”,突觸傳遞興奮不僅是反射弧上的重要環(huán)節(jié),同時也是學(xué)生理解神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能夠精細(xì)、準(zhǔn)確的知識基礎(chǔ),有助于學(xué)生構(gòu)建模塊核心概念。在整體備課思路的指導(dǎo)下,教師依據(jù)必修3模塊及第2章的核心概念設(shè)計本節(jié)課的重要概念,并以此設(shè)計核心問題;并為學(xué)生理解核心問題提供豐富的素材,以說明化學(xué)突觸在反射弧中傳遞興奮的過程、特點及對神經(jīng)調(diào)節(jié)維持穩(wěn)態(tài)的意義。本節(jié)課的重要概念:突觸傳遞是興奮沿反射弧傳遞的重要環(huán)節(jié)。神經(jīng)元之間有復(fù)雜的突觸聯(lián)系,進(jìn)而構(gòu)成復(fù)雜的反射弧,這是神經(jīng)系統(tǒng)對生命活動進(jìn)行精細(xì)、準(zhǔn)確調(diào)控的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。本節(jié)課的核心問題:反射弧中的突觸傳遞如何實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)精細(xì)、復(fù)雜的調(diào)節(jié)?基于重要概念,教學(xué)重點是興奮在神經(jīng)元之間的傳遞過程,教學(xué)難點是突觸傳遞對實現(xiàn)神經(jīng)調(diào)節(jié)精細(xì)、復(fù)雜的作用。圍繞學(xué)科思想和核心概念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計,通過科學(xué)史料分析建立突觸概念,通過提供大量生物學(xué)事實,調(diào)動學(xué)生思考來獲得概念,并傳遞知識背后體現(xiàn)出的學(xué)科思想及教育價值。
2教學(xué)目標(biāo)
2.1知識目標(biāo)
描述突觸的結(jié)構(gòu),概述興奮在神經(jīng)元之間的傳遞過程,闡明突觸對實現(xiàn)精細(xì)、復(fù)雜的神經(jīng)調(diào)節(jié)的作用。
2.2能力目標(biāo)
聯(lián)系化學(xué)藥品對突觸傳遞過程的影響,解釋生活中與健康相關(guān)的問題。
2.3情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)
通過學(xué)習(xí)成癮的機(jī)理,運用突觸與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系,指導(dǎo)健康生活。
3教學(xué)過程
3.1分析經(jīng)典實驗,建立突觸和神經(jīng)遞質(zhì)的概念
直接導(dǎo)入本課主題,要完成一次反射,就需要反射弧上神經(jīng)元之間的相互交流。教師組織學(xué)生了解科學(xué)史上的相關(guān)研究。經(jīng)典實驗:突觸的發(fā)現(xiàn)和概念的提出1897年,英國神經(jīng)生理學(xué)家謝靈頓通過研究狗的屈腿反射,發(fā)現(xiàn)興奮沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的速度與其在反射弧上的傳導(dǎo)速度不同[1]:前者約為40m/s,而在反射弧上的傳導(dǎo)速度平均低于15m/s。通過對實驗過程的觀察和結(jié)果的思考,學(xué)生猜測反射弧傳導(dǎo)的延遲發(fā)生在兩個神經(jīng)元的結(jié)點處,理解了謝靈頓提出“突觸”這一術(shù)語的背景和意義。教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)猜想:突觸具體以什么方式在神經(jīng)元之間傳遞興奮?通過分析德國生理學(xué)家勒維(Loewi)的蛙心灌流實驗,得出結(jié)論:突觸通過釋放化學(xué)物質(zhì)來傳遞信息。設(shè)計意圖:通過經(jīng)典實驗,讓學(xué)生了解突觸和神經(jīng)遞質(zhì)的提出過程,通過分析實驗訓(xùn)練學(xué)生的理性思維;也讓學(xué)生認(rèn)識到生物學(xué)的基本概念多是在實驗的基礎(chǔ)上提出的。
3.2闡明突觸傳遞過程,了解突觸傳遞對健康和行為的影響
了解了突觸和神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史后,神經(jīng)遞質(zhì)作用的機(jī)制是什么?教師先展示電鏡下的突觸,說明突觸和神經(jīng)遞質(zhì)的結(jié)構(gòu)關(guān)系,再播放動畫演示突觸傳遞興奮的過程。引導(dǎo)學(xué)生思考問題:①神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜上的受體結(jié)合后,為什么能夠引發(fā)后一個神經(jīng)元興奮?其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)?②神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜上的受體結(jié)合后的去向?該過程異??赡芤l(fā)的結(jié)果?在問題②的基礎(chǔ)上,補充神經(jīng)毒氣和有機(jī)磷農(nóng)藥可以抑制乙酰膽堿酯酶的活性,使乙酰膽堿積累,持續(xù)作用于突觸后膜,使肌肉痙攣、強(qiáng)直或產(chǎn)生痙攣性麻痹,如果呼吸肌被麻痹則引起死亡。該實例說明神經(jīng)元和肌肉之間的突觸傳遞異常,對人類健康甚至生命的威脅。讓學(xué)生分析吸毒為什么會成癮?其本質(zhì)是可卡因與多巴胺的轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)合,使多巴胺在突觸中的停留時間延長,最終改變突觸后膜上多巴胺受體的數(shù)量。設(shè)計意圖:通過問題層層遞進(jìn),引導(dǎo)學(xué)生思考過程背后的科學(xué)本質(zhì),建立“結(jié)構(gòu)與功能一致”的生命觀念,并指導(dǎo)學(xué)生健康生活,珍愛生命,遠(yuǎn)離。
3.3設(shè)置認(rèn)知矛盾,比較化學(xué)突觸和電突觸的特點
教師提出問題:“快速”是神經(jīng)調(diào)節(jié)的突出特點,為什么興奮在神經(jīng)元之間不通過電傳導(dǎo)?化學(xué)突觸“慢”的價值在哪?提供以下素材,教師引導(dǎo)學(xué)生分析化學(xué)突觸的其他特點:①神經(jīng)遞質(zhì)的類型:通過對膝跳反射路徑的分析,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)一組肌肉收縮時另一組肌肉不收縮,才能完成反射活動,進(jìn)一步分析出神經(jīng)遞質(zhì)的不同類型(興奮型遞質(zhì)、抑制型遞質(zhì))。②化學(xué)突觸的可塑性:圖片展示人幼年(0~2歲)大腦皮層的成熟過程,說明腦發(fā)育過程中神經(jīng)元的數(shù)量變化不大,但是神經(jīng)元之間的軸突和樹突聯(lián)系更加復(fù)雜、精細(xì);展示成年小鼠的兩個神經(jīng)元一個月的樹突變化,說明成年個體化學(xué)突觸的后天可塑性。研究發(fā)現(xiàn),學(xué)習(xí)和記憶都與新的化學(xué)突觸形成有關(guān)。③突觸整合:展示多個突觸之間形成復(fù)雜的突觸聯(lián)系,每個突觸后神經(jīng)元上既有興奮型突觸,又有抑制型突觸[2]。教師提問: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?在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生認(rèn)識到單個突觸傳遞的信號弱,多個突觸疊加在一起才產(chǎn)生動作電位;多個突觸同時作用于下一個神經(jīng)元,就像民主投票,有人支持(興奮型突觸),有人反對(抑制型突觸)。神經(jīng)元之間通過錯綜復(fù)雜的聯(lián)系避免傳遞錯誤的信息,最終使反射弧傳遞正確的信息,個體做出正確的行為。反觀電突觸,雖然可以通過細(xì)胞間的通道快速傳遞電信號,但卻失去了化學(xué)突觸的可調(diào)、可變等特點,這就是化學(xué)突觸“慢”的價值。設(shè)計意圖:圍繞核心問題,通過大量的生物學(xué)事實,比較電突觸和化學(xué)突觸的結(jié)構(gòu)特點和作用特點,凸顯化學(xué)突觸是實現(xiàn)神經(jīng)調(diào)節(jié)精細(xì)、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),提升學(xué)生對生命現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識?;瘜W(xué)突觸可塑性對學(xué)習(xí)、記憶的影響,為學(xué)生正常作息、勞逸結(jié)合提供科學(xué)依據(jù)。
3.4回顧核心問題,評價教學(xué)效果
教師再次提出本節(jié)課的核心問題:為什么神經(jīng)系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境變化作出精細(xì)、復(fù)雜的調(diào)節(jié)?綜合之前對突觸的結(jié)構(gòu)及傳遞過程的學(xué)習(xí),對化學(xué)突觸和電突觸特點的比較,學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)突觸傳遞是反射弧的重要環(huán)節(jié)?;瘜W(xué)突觸中的神經(jīng)遞質(zhì)類型不同、作用結(jié)果不同、突觸單向傳遞、突觸后天可變、多個突觸之間還會形成復(fù)雜的突觸聯(lián)系,這些特點是實現(xiàn)復(fù)雜反射活動的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上,人和動物的神經(jīng)系統(tǒng)通過反射活動,對外界刺激作出快速、精確的反應(yīng),有利于動物適應(yīng)環(huán)境變化,保證其生存、繁衍。
4教學(xué)反思
在備課時,教師心中有觀點(學(xué)科思想)、有主線(核心概念),就能夠靈活、得當(dāng)?shù)貙⒋罅康乃夭膽?yīng)用于教學(xué),將知識作為載體,傳遞給學(xué)生相應(yīng)的生命觀念和態(tài)度,這些觀念和態(tài)度將來會影響學(xué)生的決策。在教學(xué)的最后再次提出核心問題,回顧教學(xué)主線,回扣單元和章節(jié)的核心概念,評價教學(xué)效果;學(xué)生有了大量事實的鋪墊,自身對化學(xué)突觸在反射弧中的作用體會增多,就能夠用自己的語言說出其生物學(xué)意義。
主要參考文獻(xiàn)
[1]詹姆斯•卡拉特.2015.生物心理學(xué)(第10版).北京:人民郵電出版社,54~58,61~62,139~140
[2]RAVENPH,JOHNSONGB.2008.生物學(xué)(第6版).北京:清華大學(xué)出版社,1044~1050.
作者:馬小娟 安軍 單位:北京市第101中學(xué)