纪大军

（南京市江宁开发区学校 江苏南京 210012）

指向学科本质的高中生物学循证课型是针对生物学核心概念，提出核心问题，利用探究方法获得科学事实，并基于科学事实的科学论证和自主构建的教学系统，是基于生物学科育人目标，以生物学科核心素养为价值追求的，是基于探究教学与论证教学的新型课型。下文以“兴奋在神经元之间的传递”一节为例，阐述指向学科本质的高中生物学循证课型在实际教学中的应用。

本节内容属于《选择性必修1·稳态与调节》。根据《普通高中生物学课程标准（2017年版）》，其对应的大概念是“生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态”，重要概念是“神经系统能够及时感知机体内、外环境的变化，并做出反应调控各器官、系统的活动，实现机体稳态”，次位概念是“阐明神经冲动在突触处的传递通常通过化学传递方式完成”。“教学提示”中建议教师在本节教学中开展讨论滥用兴奋剂以及吸食毒品的危害。“学业要求”明确学生需要能够：①结合日常生活中的情景，分析人体通过神经系统、内分泌系统以及免疫系统的调节作用对内外环境的变化做出反应，以维持内环境稳态（生命观念、科学思维）；
②评估多种生活方案，认同并采纳健康文明的生活方式，原理毒品，向他人宣传毒品的危害。

教师对于次位概念可以做如下分解：从结构和功能相适应的角度，突触之所以能传递神经冲动是因为具有相应的结构，故教学内容首先应涉及与功能相适应的结构。从物质与能量观的角度，神经冲动传递具有物质基础的，故教学内容中应包括神经递质的发现、种类和作用。在前两个教学内容基础上，学生应认识到兴奋在神经元之间传递的具体过程。此外，教师可以在课内补充“电突触”的内容，或可以让有兴趣的学生在课外搜集有关突触上神经传导形式的其他信息。

本节课的核心问题为“神经冲动是如何在突触中传递的？”教学目标包括：

①通过科学史、图片和视频等，能运用结构和功能观、物质观，阐明神经冲动在神经元之间的传递。

②通过毒品的成瘾性，能够在新的问题情景中，基于事实和证据，采用分析和归纳、模型与建构等方法分析神经冲动在神经元之间的传递过程。

③基于科学史阶段性研究成果，对神经冲动的传递形式提出假设，并设计可行实验。

④主动宣传健康生活和珍爱生命等社会责任。

教学的重难点在于：①说出突触的结构；
②说明兴奋在神经元之间的传递过程。

4.1 创设真实的问题情景

教师展示一张于2016年3月在《自然》在线杂志上发表的图片：由艾伦脑科学研究所、哈佛医学院和Flanders神经电子学研究中心（NERF）的研究人员共同领导的国际小组发布的、迄今为止最大的大脑皮层神经元连接网络图片。并告知学生研究神经网络的目的和意义，提出问题：神经元之间通过什么连接？兴奋在神经元之间还是以局部电流的形式传导吗？学生针对这两个问题展开讨论。第一个问题由学生直接回答，第二问题让学生举手表决，表决后教师不急于给出答案，而是让学生带着核心问题开始本节内容的学习。

设计意图：教师创设符合教学内容的真实情景，提出相关讨论的问题，有利于引起学生注意和兴趣。

6.2 基于科学史进行科学论证

6.2.1 突触的结构

针对“突触是如何被发现的？”这一问题，教师提供事实资料①：英国神经生理学家谢灵顿的实验发现，兴奋在轴突上的传导速率是40 m/s，而兴奋在反射弧上的传导速率是15 m/s（图1）。据此，教师提问：根据现象，请大胆猜测延迟发生在哪里？学生思考后，结合图示指出延迟发生的位置。

图1 兴奋在不同部位的传递速率

教师小结：延迟发生在神经元之间的间隙，谢灵顿把像这样两个相互接触的神经元之间的间隙称为突触。接着，教师呈现一个完整的反射弧图片，请学生思考反射弧中有几个突触。

针对“突触真的存在吗？如何获取直接证据证明？”的问题，教师引导学生思考获取直接证据的方法。并在此基础上，指出理论对实践具有指导意义。接着，教师展示事实资料②：电子显微镜下的突触照片。结合照片展示突触间隙的大小以及突触的结构（图2）。

图2 突触电镜照片

针对“能传递兴奋的突触具有哪些结构与之相适应？”这一问题，教师展示神经元图片，引导学生复习神经元的结构并指出突触小体的结构（图3）。接着，教师展示两个神经元兴奋传递图，并把两个神经元之间的连接部位放大。学生观察放大后的图片（图4），对突触前膜和突触后膜的结构、突触的种类进行思考讨论，构建突触模型。结合模型，教师对突触小体的概念和结构进行补充讲解。最后教师提问：如果神经元是传出神经，后面连接是肌肉或腺体，它们之间的连接也是突触吗？

图3 神经元的结构

图4 神经元之间连接局部放大图

设计意图：让学生体悟到“突触”在科学史上的发现是“现象→理论→实证”的发现过程，科学家对于“突触”的认识是逐步深入的，这一过程也突出了实证在科学研究中的重要性。之后，学生通过模型构建，加深对突触的认识。

6.2.2 兴奋在神经元之间的传递

教师提问：兴奋在神经元之间是以什么样的形式传递？并提供事实资料③：英国科学家艾利奥特实验如图5所示，实验发现给心脏注射肾上腺素和刺激交感神经都可以心跳加快。请学生猜测：为什么刺激交感神经可以使心跳加快？并进一步启发：交感神经为什么和肾上腺素有相同的结果呢？有没有可能二者之间存在联系呢？

图5 艾利奥特实验示意图

学生做出猜测后，教师让学生尝试进行实验设计以证实猜测。接着，教师提供勒维的猜测和实验作为事实资料④：取两个蛙心离体处理，一个保留迷走神经，一个去掉迷走神经，然后往保留迷走神经的蛙心注入任氏液，再刺激迷走神经，测定发现蛙心跳减慢，接着抽取任氏液灌流到去掉迷走神经的蛙心，测定其心跳也减慢了。并引导学生分析：①实验的自变量是什么？②那一组是实验组，那一组是对照组？③若不离体，实验设计科学吗？④实验结论是什么？教师据此引导学生得出结论：实验证实了迷走神经确实能分泌某种物质。

教师继续设问：勒维把迷走神经分泌的这种物质称为迷走递质，迷走递质的化学本质是什么？并提供事实资料⑤：1930年英国生理学家戴尔证明迷走神经释放的化学物质是乙酰胆碱。后来很多科学家发现，多巴胺，肾上腺素，5-羟色胺等多种化学物质与乙酰胆碱相似，都是神经元之间起作用的化学物质，因此把这一类物质统称为“神经递质”。据此，教师提问：神经递质在哪里？并展示电子显微镜下的突触图片（图6），请学生观察，找出神经递质存在的位置。教师结合图片补充讲解神经递质的产生的、释放、作用部位、类型、分类、作用结果和作用后的去向。

图6 电镜下的突触小泡

教师设问：兴奋借助神经递质是如何传递的？并以视频展示兴奋在神经元之间的传递过程，引导学生开展合作学习，向同伴讲述兴奋借助神经递质的传递过程，并请一组学生进行展示，再请学生结合模型进行讲解。结合传递过程，教师再次提问：①突触前膜和突触后膜上发生的信号转化是什么？②突触上发生的信号转化是什么？③兴奋在突触上是单向还是双向传递？为什么？

最后，教师提问：是不是所有的兴奋都是借助化学物质进行传递呢？并提示学生：科学家们把借助化学物质进行传递的突触称为化学突触，此外还存在电突触。教师布置课外查阅科学史的任务，要求学生上交报告描述电突触传递兴奋的过程。

设计意图：教师以科学史作为载体，通过设计问题串逐步引导学生探究，借助论证，合作学习等形式进行教学，帮助学生构建起相应的概念，同时拓展学生视野。

6.2.3 兴奋在突触的传递与生命健康

教师展示与本教学主题相关的诺贝尔获奖相关资料，引导学生阅读，并讲解神经科学不断发展的原因及其对人类生活的影响。接着，教师提供事实资料：多巴胺是一种经常作为饰品的神经递质，之所以作为饰品是因为多巴胺是愉悦、快乐的象征。多巴胺以使人产生愉快、兴奋的感觉，引起适度的兴奋可以使人身心健康，若追求过度的兴奋就不利于身心健康，毒品是会导致人体过度兴奋而导致身心受到伤害的一种物质。并提问：①吸毒时，过度兴奋是如何发生的？（并为学生提供事实证据，即多巴胺与受体结合发挥作用后，被前膜蛋白回收。）②推测吸毒是如何上瘾的？（从稳态与平衡观的角度，引导学生分析。）据此，教师小结：吸毒后，细胞的结构被破坏，进而导致人体神经系统遭到不可逆的损害，目前还没有戒毒的有效方法，请大家一定要珍惜生命、远离毒品。并引导学生讨论对毒品危害的感受。

设计意图：从生活实际出发，引导学生用已有的科学知识来解决新情境下的实际问题，帮助学生进一步构建概念同时，及时发现错误概念，并有针对性进行概念转变，从而帮助学生建立稳态与平衡观，并用观念分析毒品上瘾的成因和危害，渗透正确的价值观和承担社会责任。

6.3 学业质量水平检测

教师布置以下任务以检测学生学习成果：

①你知道瘦脸针和除皱针吗？注射的主要成分是“肉毒素”，是肉毒杆菌所分泌的毒素。如果肌肉不收缩，皮肤就不会产生皱纹，如果肌肉不长期使用，肌肉就退化，肌肉量减少，就会显瘦，你能否用今天所学的知识进行解释吗？（对应生命观念水平二，科学思维水平二）

②设计一份海报，宣传毒物成瘾的机理和危害。（生命观念水平二，社会责任水平二）

6.4 总结反思

指向学科本质的高中生物循证课型重视生命观念的建立和科学思维的应用。本节内容主要包含结构与功能观、物质与能量观等观念，教师通过照片、图片、科学史等提供直接证据，帮助学生获得对突触结构、神经递质的化学本质和存在位置等的认识，为阐明兴奋的传递过程打下了良好的基础。同时，通过设置有价值、有难度梯度的问题，用问题引领教学。从核心问题到子问题，每一个问题的解答都需要学生提出假设，尽可能找到事实和证据来论证，甚至需要设计和实践方案。通过问题的解决，学生能够形成在真实情景中解决问题所需的素养。生物学科的学科本质包含自然科学的属性和生物学科本身的特点。指向学科本质的高中生物循证课型以科学史为载体，借助事实和证据，通过探索与发现，让学生亲身体会到科学是一个开放的、动态的和不断发展的知识体系，也是一个不断探究的过程。探究过程中的思路、方法和科学精神使得生物学科的育人价值得到了最大的体现，也是落实核生物学核心素养的重要的内容。

猜你喜欢 神经递质神经元结构 科普拟人让理解更轻松中国图书评论(2022年4期)2022-11-22槐黄丸对慢传输型便秘大鼠结肠神经递质及SCF/c-kit通路的影响世界科学技术-中医药现代化(2022年3期)2022-08-22度洛西汀治疗对抑郁症患者血清神经递质及神经功能相关因子的影响右江医学(2022年3期)2022-04-17《形而上学》△卷的结构和位置哲学评论(2021年2期)2021-08-22快乐不快乐神经递质说了算大众健康(2021年2期)2021-03-09论结构中华诗词(2019年7期)2019-11-25跃动的神经元——波兰Brain Embassy联合办公现代装饰(2018年5期)2018-05-26论《日出》的结构影视与戏剧评论(2016年0期)2016-11-23ERK1/2介导姜黄素抑制STS诱导神经元毒性损伤的作用中国生化药物杂志(2015年4期)2015-07-07毫米波导引头预定回路改进单神经元控制弹箭与制导学报(2015年1期)2015-03-11