高二【生物學(xué)(人教版)】第2章-第3節(jié)-神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo)(第一課時(shí))-教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息課例編號(hào)學(xué)科生物學(xué)年級(jí)高二學(xué)期秋季學(xué)期課題第2章第3節(jié)神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo)（第一課時(shí)）教科書書名：生物學(xué)選擇性必修1穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)出版社：人民教育出版社出版日期：2020年5月教學(xué)人員姓名單位授課教師指導(dǎo)教師教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：理解反射的完成以神經(jīng)元上興奮的傳導(dǎo)為基礎(chǔ)。神經(jīng)元受到刺激會(huì)產(chǎn)生興奮。興奮在神經(jīng)纖維上以神經(jīng)沖動(dòng)的形式傳導(dǎo)。教學(xué)重點(diǎn)：動(dòng)作電位的形成和靜息電位的維持機(jī)制；興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)教學(xué)難點(diǎn)：動(dòng)作電位的形成和靜息電位的維持機(jī)制教學(xué)過程時(shí)間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動(dòng)3分鐘問題探討師生通過回顧之前課程內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)課程情境，以問題探討的形式引入本節(jié)課程。反射的短跑賽場(chǎng)上，發(fā)令槍一響，運(yùn)動(dòng)員們會(huì)像離弦的箭一樣沖出起跑線。運(yùn)動(dòng)員從聽到發(fā)令槍響到做出起跑反應(yīng)。我們知道這是一種條件反射。感受器是分布在耳朵的聽神經(jīng)末梢，通過聽神經(jīng)將信號(hào)傳入神經(jīng)中樞大腦，在大腦做出反應(yīng)后，指令經(jīng)過傳出神經(jīng)傳導(dǎo)至腿部肌肉，也就是效應(yīng)器，完成起跑這一反應(yīng)。在這一過程中，興奮在感受器如何產(chǎn)生，又是如何在神經(jīng)中傳導(dǎo)的呢？短跑比賽規(guī)則規(guī)定，發(fā)令槍響后0.1s內(nèi)起跑為搶跑，這一規(guī)定的生物學(xué)依據(jù)又是什么？15分鐘科學(xué)歷回顧教師帶領(lǐng)學(xué)生共同通過科學(xué)史的回顧理解“生物電”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)機(jī)制的研究過程，串聯(lián)并講解本節(jié)課程的核心知識(shí)。1.蛙坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本如何證實(shí)存在生物電現(xiàn)象。對(duì)這一問題的探索肇始于意大利醫(yī)生和生理學(xué)家伽爾瓦尼在1786年的一個(gè)偶然發(fā)現(xiàn)。伽爾瓦尼發(fā)現(xiàn)掛在鐵柵欄銅鉤上的蛙腿在風(fēng)的吹動(dòng)下左右搖晃，蛙腿一碰到鐵柵欄，就能觀察到較明顯的收縮。伽爾瓦尼認(rèn)為這種收縮是肌肉內(nèi)部流出來并沿著神經(jīng)到達(dá)肌肉表面的電流刺激引起的，即動(dòng)物的組織可以產(chǎn)生生物電。伽爾瓦尼的觀點(diǎn)在科學(xué)界引發(fā)了爭(zhēng)論。伏特等科學(xué)家認(rèn)為伽爾瓦尼的發(fā)現(xiàn)可能是銅鐵兩種金屬的電位差引起的，而不是所謂的生物電。為此，伽爾瓦尼和他的后繼者設(shè)計(jì)了“無(wú)金屬收縮實(shí)驗(yàn)”，在蛙坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本中，截?cái)嗤艿淖巧窠?jīng)可以導(dǎo)致蛙腓腸肌收縮，這一過程中，沒有涉及任何金屬，說明生物電確實(shí)存在。2.離體神經(jīng)纖維上興奮的傳導(dǎo)方向是什么，如何進(jìn)行探究？電流計(jì)于1820年應(yīng)用于生物電研究?？茖W(xué)家在蛙神經(jīng)外側(cè)連接兩個(gè)電極。隨后，刺激蛙神經(jīng)一側(cè)，并在刺激的同時(shí)記錄電流表的電流大小和方向。在刺激剛開始時(shí)，神經(jīng)上電極所在的a點(diǎn)和b點(diǎn)均沒有興奮，故電流表不顯示電流，說明a點(diǎn)和b點(diǎn)均沒有興奮，沒有電位差異。當(dāng)興奮傳導(dǎo)至a點(diǎn)時(shí)，b點(diǎn)所在位置還沒有興奮，可見電流表出現(xiàn)明顯偏轉(zhuǎn)，電流從b點(diǎn)流向a點(diǎn)，說明a點(diǎn)比b點(diǎn)電位低。當(dāng)興奮傳導(dǎo)至b點(diǎn)時(shí)，a點(diǎn)所在位置已經(jīng)由興奮回復(fù)到靜息狀態(tài)。此時(shí)，電流表出現(xiàn)明顯偏轉(zhuǎn)，電流從a點(diǎn)流向b點(diǎn)，說明b點(diǎn)比a點(diǎn)電位低。當(dāng)興奮傳導(dǎo)至b點(diǎn)右側(cè)時(shí)，興奮已經(jīng)傳導(dǎo)過a點(diǎn)和b點(diǎn)。此時(shí)a點(diǎn)和b點(diǎn)均為靜息狀態(tài)，電流表不顯示電流，沒有電位差異。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明興奮在神經(jīng)上以電信號(hào)傳導(dǎo)，神經(jīng)興奮發(fā)生位置電位低于靜息位置。3.生物電的“膜學(xué)說”是什么？科學(xué)家提出的“生物電”發(fā)生的膜學(xué)說。因?yàn)樯锬ぞ哂羞x擇透過性，神經(jīng)興奮的產(chǎn)生可能是細(xì)胞膜調(diào)節(jié)K+或者其他離子的透過性，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞膜兩側(cè)電位差引發(fā)的。4.霍奇金和赫胥黎進(jìn)行了哪些“生物電”相關(guān)的研究。他們?nèi)〉昧四男┭芯砍晒?。相?duì)于“膜學(xué)說”，他們的研究成果有哪些突破？1939年，赫胥黎和霍奇金使用微電極技術(shù)和細(xì)胞內(nèi)記錄的方法研究槍烏賊神經(jīng)細(xì)胞軸突膜兩側(cè)的電位變化。他們將槍烏賊的神經(jīng)元軸突進(jìn)入盛有生理鹽水的水槽。將其中一個(gè)電極刺入細(xì)胞膜，而另一個(gè)電極留在細(xì)胞膜外，并將兩個(gè)電極聯(lián)通，監(jiān)測(cè)電位變化。赫胥黎和霍奇金使用的微電極直徑很細(xì)，而且中空，內(nèi)部充滿生理鹽水，在維持神經(jīng)元軸突原有生物活性的前提下能夠有很好的導(dǎo)電性，便于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)探究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在需要插入槍烏賊軸突的微電極刺穿軸突細(xì)胞膜前，兩個(gè)電極之間沒有點(diǎn)位差異；但該電極刺穿細(xì)胞膜后，兩個(gè)電極之間出現(xiàn)了45mV的電位差異，且槍烏賊軸突細(xì)胞膜內(nèi)電位低于槍烏賊軸突細(xì)胞膜外電位。確認(rèn)了內(nèi)負(fù)外正的靜息電位。在此基礎(chǔ)上，赫胥黎和霍奇金開始探究興奮在軸突上的產(chǎn)生機(jī)制。赫胥黎和霍奇金記錄的槍烏賊動(dòng)作電位符合“膜學(xué)說”嗎？我們可以觀察到，軸突興奮的時(shí)候，電位變化的幅度大大超過了零電位而達(dá)到了+30-50mV。那么，軸突興奮的時(shí)候是如何形成正電位的呢？按照“膜學(xué)說”的觀點(diǎn)，如果僅僅有K+的外流，不會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞膜內(nèi)正電位。在赫胥黎和霍奇金進(jìn)一步研究并在1952年發(fā)表的論文指出了動(dòng)作電位形成的原理。5分鐘探究任務(wù)教師布置探究任務(wù)：神經(jīng)沖動(dòng)在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)方向。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)完科學(xué)史后，重點(diǎn)思考神經(jīng)沖動(dòng)在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)方向，進(jìn)一步深化學(xué)生在科學(xué)史學(xué)習(xí)中理解的知識(shí)認(rèn)知層次。神經(jīng)纖維未受到刺激，細(xì)胞膜兩側(cè)電位表現(xiàn)為內(nèi)負(fù)外正的靜息電位。當(dāng)神經(jīng)纖維某一部位受到刺激時(shí)，細(xì)胞膜一部分Na+離子通道開放，對(duì)細(xì)胞外Na+的通透性增加，Na+內(nèi)流，細(xì)胞膜內(nèi)電位開始升高。如果刺激足夠強(qiáng)烈，當(dāng)細(xì)胞膜內(nèi)電位從靜息電位升高到一定程度時(shí)，細(xì)胞膜上的大量Na+離子通道開放，從而使得Na+大量?jī)?nèi)流，從而推動(dòng)細(xì)胞膜內(nèi)電位迅速升高，使得細(xì)胞膜兩側(cè)電位由靜息電位的內(nèi)負(fù)外正轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)，從而形成動(dòng)作電位。能夠誘導(dǎo)細(xì)胞膜大量Na+離子通道開放的電位稱為閾電位，只有刺激誘導(dǎo)Na+內(nèi)流使細(xì)胞膜內(nèi)電位到達(dá)閾電位，才能夠誘導(dǎo)動(dòng)作電位形成，使得神經(jīng)纖維刺激部位興奮。動(dòng)作電位形成后，神經(jīng)纖維刺激部位需要及時(shí)恢復(fù)為靜息電位，以便及時(shí)感知后續(xù)刺激。此時(shí)，細(xì)胞膜上的Na+離子通道關(guān)閉。由于此時(shí)細(xì)胞膜內(nèi)K+濃度遠(yuǎn)高于細(xì)胞外，細(xì)胞膜上的K+離子通道開放，大量K+外流，從而使細(xì)胞膜內(nèi)電位快速下降，由內(nèi)正外負(fù)的動(dòng)作電位重新恢復(fù)為內(nèi)負(fù)外正的靜息電位。在恢復(fù)為靜息電位后，神經(jīng)纖維刺激部位需要產(chǎn)生動(dòng)作電位過程中大量?jī)?nèi)流的Na+通過主動(dòng)運(yùn)輸?shù)男问竭\(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外，將由動(dòng)作電位恢復(fù)為靜息電位過程中大量外流的K+通過主動(dòng)運(yùn)輸?shù)男问竭\(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)，從而恢復(fù)原有的細(xì)胞內(nèi)外Na+和K+離子濃度分布，以便在之后刺激時(shí)能夠繼續(xù)形成動(dòng)作電位。2分鐘小結(jié)總結(jié)本節(jié)課程內(nèi)容，回答課程開始的問題。短跑賽場(chǎng)上，發(fā)令槍一響，運(yùn)動(dòng)員們會(huì)像離弦的箭一樣沖出起跑線。運(yùn)動(dòng)員從聽到發(fā)令槍響到做出起跑反應(yīng)。在這一過程中，興奮在感受器如何產(chǎn)生的呢?興奮時(shí)聲音傳播至內(nèi)耳，引發(fā)分布于內(nèi)耳內(nèi)液體振動(dòng)進(jìn)而引發(fā)聽神經(jīng)末梢興奮產(chǎn)生的。起跑這一反射的完成以神經(jīng)元上興奮的傳導(dǎo)為基礎(chǔ)。那么，短跑比賽規(guī)則規(guī)定，發(fā)令槍響后0.1s內(nèi)起跑為搶跑，這一規(guī)定的生物學(xué)依據(jù)又是什么？從內(nèi)耳的聽神經(jīng)末梢興奮至興奮傳導(dǎo)至腿部肌肉執(zhí)行起跑這一動(dòng)作，所需的時(shí)間應(yīng)在0.1s左右。因