課 題神經(jīng)沖動產(chǎn)生和傳導(dǎo)
教 學(xué)

目 標1.說出生物電的發(fā)現(xiàn)過程,說明靜息電位與動作電位的產(chǎn)生和傳導(dǎo)的關(guān)系
2.制作蛙的坐骨神經(jīng)―腓腸肌標本,提高實驗操作能力.
3設(shè)計并實施實驗,證明生物電的存在
4通過”蛙腿論戰(zhàn)”,養(yǎng)成嚴謹細致的科學(xué)作風.教方學(xué)法講述與學(xué)生練習(xí)、討論相結(jié)合
教
材
分
析重點生物電的發(fā)現(xiàn)過程與靜息電位產(chǎn)生機理
難點靜息電位產(chǎn)生機理
教具投影、多媒體課件
過程“這是伽伐尼的試驗，可以看到用銅鋅弓去刺激肌肉和用電流去刺激肌肉效果是一樣的，所以伽伐尼得出結(jié)論，生物是有生物電的。他認為肌肉帶有正電荷，神經(jīng)則帶負電荷。生物體內(nèi)的電勢差通過導(dǎo)體銅鋅弓形成了一個閉合回路，產(chǎn)生了電流，所以生物體本身存在生物電�！�
“這是伏打的試驗，結(jié)果證明如果用同種金屬構(gòu)成回路的時候，肌肉不能收縮。而按照伽伐尼的觀點，由于生物體本身一邊帶正電荷，一邊帶負電荷，存在電勢差，那么不管是用什么導(dǎo)體連接，應(yīng)該都可以發(fā)生肌肉收縮。所以伏打認為伽伐尼的觀點是不正確的。那么伏打怎么解釋伽伐尼的實驗現(xiàn)象呢？他認為銅和鋅這兩種金屬的電勢是不一樣的，存在電試差，其中鋅帶正電荷、銅帶負電荷，電流會通過肌肉形成一個回路，形成了電流，肌肉是受到電的刺激才收縮的�！�
“這個立體圖是伽伐尼的支持者所做的第一個實驗。這個是甲標本，這個是乙標本，把乙標本的神經(jīng)搭到甲標本上，刺激甲標本，發(fā)現(xiàn)乙標本也收縮了，他們推斷是由于甲發(fā)生了電位變化引起了乙的收縮，所以他們認為生物是可以產(chǎn)生生物電的。但是在這個實驗里面，由于仍然用到了電刺激，還不能夠完全排除外界電的原因，因為甲標本表面上的少量溶液可能會導(dǎo)電而使乙標本受到的電刺激，所以這個實驗還是有缺陷的，并不是特別有說服力。
最有說服力的是無金屬試驗。試驗中甲標本是完好的，乙標本在腓腸肌處進行了橫切，圖上的線代表了甲標本的神經(jīng)纖維，其中一端搭在乙標本腓腸肌的內(nèi)部，另一端搭在乙標本腓腸肌的表面。一開始用玻璃分針挑著神經(jīng)纖維的一端，只讓其中一端與腓腸肌接觸，然后慢慢放下玻璃分針，發(fā)現(xiàn)甲標本神經(jīng)纖維一觸碰到乙標本的肌肉，甲就開始收縮。注意并不是將甲標本的神經(jīng)纖維的兩端一直搭在乙標本上，一直搭著就不會收縮了。在這個實驗中，沒有任何的電刺激，而甲標本發(fā)生了收縮，所以這個無金屬試驗確實證明了生物電是存在的。這是整個“蛙腿論戰(zhàn)”的過程。教材中的許多討論題還是很好的，比如說伽伐尼的試驗設(shè)計是否合理，他對實驗的解釋是否正確，伏打如何解釋實驗現(xiàn)象。這樣會讓學(xué)生形成一種良好的觀點，在科學(xué)探究的領(lǐng)域中，沒有絕對的對和錯，無論是成功的還是失敗的實驗和理論都是科學(xué)前進的基石�！�


過程

“今天我們學(xué)習(xí)第三章第一節(jié)“神經(jīng)沖動的產(chǎn)生和傳導(dǎo)”。大家先請看大屏幕，這兩個人正在做什么呢？打電話。電話兩端的人可以通過電話線聽到彼此的聲音，那么聲音是怎樣傳導(dǎo)的呢？電信號。實際上，我們?nèi)梭w中也有電信號�？催@個正在打高爾夫球的女子，她就是通過電信號來控制自己身體的協(xié)調(diào)運動的，不光是運動，我們大腦的思維以及我們心臟的跳動都有電信號的產(chǎn)生和變化，我們把它稱作生物電，生物電現(xiàn)象在生物體內(nèi)是普遍存在的，那么生物電是怎樣發(fā)現(xiàn)地呢？”
這一部分就是我提到的每一節(jié)課前面的情景導(dǎo)入，如果直接去說生物電的概念等內(nèi)容，學(xué)生可能覺得很唐突。我用一個電話做為一個引入，設(shè)問為什么我在這，另外一個人在很遠的地方，還能通過聲音來交流；是因為聲音轉(zhuǎn)化成了電信號，通過電話線往外傳播，這樣就很自然地引入了電的概念，再引入生物電在身體內(nèi)是普遍存在的。
“生物電是通過2位科學(xué)家為首的科學(xué)辯論來發(fā)現(xiàn)的，這兩位科學(xué)家一位叫伽伐尼、一位叫伏打，他們兩個人的辯論被人們稱作‘蛙腿論戰(zhàn)’�，F(xiàn)在我們5個人一個小組來重復(fù)科學(xué)家們的實驗，通過實驗過程來體會一下科學(xué)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的過程。實驗前需要準備蟾蜍的坐骨神經(jīng)-腓腸肌標本，現(xiàn)在通過看錄像，先掌握一下標本制作方法�！�
教材課題研究的要求是了解蛙或蟾蜍坐骨神經(jīng)-腓腸肌的標本制作方法，也就是說，并不要求學(xué)生來操作。如果學(xué)校沒有條件的話，可以把操作過程錄下來，放這個演示錄像讓學(xué)生看一看了解就可以了。如果學(xué)生只看圖像，就很難對肌肉收縮有一個感性認識，因此還是需要看一些實物，最好是錄像，有助于他們掌握。
教材中提到了任氏液，任氏液可以保持離體兩棲動物的組織、器官具有正常的生命活動。任氏液的配置方法很簡單，大家可以查到，主要成分就是氯化鉀，氯化鈉等等，相當于人類的生理鹽水，是個等滲的溶液。
“蛙板、玻璃板、解剖盤、鑷子、手術(shù)刀、骨髓針、銅鋅弓、手術(shù)剪、眼科剪、滴管、玻璃分針（因為神經(jīng)不能直接接觸到金屬，所以在解剖的過程中都要用到玻璃分針，找比較細的玻璃棒放到噴燈上一拉就可以了，物理老師都可以做）、線和圖釘。先用左手抓住蟾蜍，食指按住它的頭部，拇指按住其背部，用骨髓針沿著蟾蜍兩眼中間的位置向后滑，大約在耳附近的地方可以感覺到有一個凹陷，這就是枕骨大孔，用骨髓針插進去，再向前插入顱腔，破壞顱腦，向后插入椎管，破壞脊髓，看到蟾蜍四肢癱軟就可以了。取出骨髓針，蟾蜍腹面向上放在解剖盤中，剪開它腹部的皮膚和肌肉，把內(nèi)臟也減下來，注意不要剪掉后面的神經(jīng)。提起蟾蜍的后肢，用鑷子把內(nèi)臟再剝離一下，這2根白色的就是坐骨神經(jīng)，中間是椎骨，用剪刀在椎骨的前方剪斷，不要剪到神經(jīng)，然后用手蘸點任氏液把蟾蜍的皮剝下來，碰到不太好剝的地方用剪刀剪一下，尤其是關(guān)節(jié)處，注意不要傷害到蟾蜍的肌肉和神經(jīng)。同樣的辦法把另一后肢的皮也剝下來，然后把去皮的后肢放在墊有蛙板的玻璃板上，用手術(shù)刀切開恥骨聯(lián)合，注意不要切到手，用剪刀剪開，將一只后肢放到進任氏液中，另一肢后肢繼續(xù)剝離。這就是腓腸肌，將腓腸肌向上，用圖釘將后肢固定住，然后用玻璃分針小心的分離神經(jīng)，注意不要用金屬和手碰神經(jīng)，順著坐骨神經(jīng)向下剝離，不好剝離的地方可以用剪刀將肌肉剪掉，挑起坐骨神經(jīng)，看是否剝離干凈，用剪刀將其他的小神經(jīng)減掉。這就是坐骨神經(jīng)，只保留最前端的一點椎骨，把其他的地方剪掉，滴一點任氏液（操作過程中要不停地滴任氏液），用玻璃分針挑起腓腸肌，在下面穿一根線，將腓腸肌肌腱系起來，然后用手術(shù)刀將下面切開，只保留一段股骨頭，其他地方剪掉，將股骨頭上多于肌肉分離出來，這就是制備完備的標本，一個是椎骨、坐骨神經(jīng)，股骨頭，腓腸肌，這是整個制作標本的過程，下面請大家自己動手制作制作一下標本，先去后面取蟾蜍，小心蟾蜍耳后腺的毒液（蟾蜍耳后腺分泌物有一定毒性，也叫蟾蘇，但毒性不大，小心不要弄到眼睛里）�！�
“制作完標本，我們接著往下做實驗，現(xiàn)在大家把標本放在玻璃板上，我們來做伽伐尼的實驗。首先，用電去刺激標本（可以去物理組借一個電池盒，兩邊連兩個電極）。發(fā)現(xiàn)腓腸肌發(fā)生了收縮。我們再用銅和鋅兩種金屬構(gòu)成的回路來刺激一下，看看結(jié)果如何。注意實驗過程中要用滴管往標本上滴任氏液。用銅鋅弓刺激后，也能看到肌肉收縮，只是收縮程度不如電刺激那么強烈。用電和銅鋅弓刺激都會使肌肉產(chǎn)生收縮，這說明了什么問題呢？我們來看一下伽伐尼是怎樣來解釋這個問題的。伽伐尼認為生物是帶電的，肌肉和神經(jīng)帶有不同的電，當用導(dǎo)體把它連接，就會放電。那么大家想一想他的解釋是否準確呢？對，并不合理，科學(xué)家伏打也提出了同樣的問題，他通過重新試驗發(fā)現(xiàn)，只有用2種不同金屬構(gòu)成的回路去刺激的時候，才有肌肉收縮的現(xiàn)象，用同種金屬就不會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。我們來試一下，用一種金屬來刺激會怎樣？當用銅絲來刺激時沒有肌肉收縮現(xiàn)象，怎樣解釋這個問題呢？伏打從這個實驗中得到啟發(fā)，認為不同金屬間存在電勢差，最終發(fā)明了電池。那么到底存不存在生物電呢？從前面2個實驗中不能得到結(jié)論，我們再看一下伽伐尼的支持者做的實驗。實驗是將甲標本的一根神經(jīng)搭在乙標本的肌肉上，然后去刺激乙標本。好，大家用剛才制作了的2個標本，按照圖示來做一下�！�
這步實驗不易成功，教師做起來也有難度，因為它的成功需要很多條件，包括剝離地是否干凈，神經(jīng)是否連到了其他地方、任氏液的配制等等，學(xué)生做成功非常難。我們也請教了大學(xué)老師如何提高這個實驗的成功率，他們也沒有更好的辦法。所以我們就給學(xué)生播放了一個成功實驗的錄像。肌肉放置過程中接觸面與其他地方可能發(fā)生了黏連，這也會影響實驗結(jié)果。另外我們一邊講課一邊做，所以標本剝離的時間太長了，影響了實驗結(jié)果。
“大家再看一下下一個試驗，是把一個標本的肌肉從中間切開，然后把另一個標本的神經(jīng)的一端放到切開的肌肉的表面，另一端放在損傷面上。用解剖刀把一個標本的肌肉切斷，只留下其中的一半。將另一個標本神經(jīng)的一側(cè)放在肌肉的損傷面上，另一側(cè)用玻璃分針挑起，使其落下時接觸肌肉表面。注意看錄像，當移開玻璃分針，可以看到在神經(jīng)一搭上肌肉表面時肌肉就開始收縮了。大家從伽伐尼的支持者做的兩個實驗中得到了什么啟發(fā)呢？先看第一個實驗，它和伽伐尼的實驗有什么區(qū)別？在這個實驗中，標本甲發(fā)生了變化而使標本乙收縮，而前面已經(jīng)證實標本乙收縮的必須條件是接受電刺激；實驗中并沒有直接去刺激乙，但是乙收縮了，也就是說標本甲可以給乙標本一個類似于電刺激的刺激。也就是說標本甲收縮時電位產(chǎn)生了變化，相當于接受了電刺激。這個實驗?zāi)茏C明生物是存在生物電的。但由于實驗中用到了電刺激，所以不夠完善。實驗2沒有金屬刺激，是由于肌肉損傷的部位能夠產(chǎn)生電位變化，導(dǎo)致了另一標本的肌肉收縮。這一無金屬試驗使人們確信生物電是存在的。也就是說在整個“蛙腿論戰(zhàn)”中，最終伽伐尼和他的支持者取得勝利了。通過“蛙腿論戰(zhàn)”過程，給了我們這樣的啟示：人類對科學(xué)現(xiàn)象的認識是經(jīng)過反復(fù)論證才能得到正確結(jié)論。大家在學(xué)習(xí)時也一樣，對任何實驗現(xiàn)象都要抱有質(zhì)疑的態(tài)度，帶著疑問去學(xué)習(xí)，也許你也會有新的發(fā)現(xiàn)。如何去進一步證明生物電的存在呢？劍橋的科學(xué)家霍奇金用槍烏賊的巨大神經(jīng)纖維作為研究對象，測出了一個細胞的膜內(nèi)外的電位差，有力地證明了生物電的存在。這種生物電也叫做膜電位，下面來看一下膜電位的產(chǎn)生�！�
這節(jié)課在高一時上課效果更好，由于學(xué)生沒有學(xué)過這些知識，他們能夠積極地討論，而且這節(jié)課的重點也應(yīng)該放在討論上。
“正常的細胞，細胞內(nèi)外都要維持一定的離子濃度。細胞有排鈉保鉀的特征，它是通過鈉鉀泵來實現(xiàn)的。鈉鉀泵能夠?qū)⑩c不斷地運到細胞外，將鉀不斷地運到細胞內(nèi)，它是一種主動運輸方式。因為它是逆離子濃度梯度進行的，需要ATP的參與。正常情況下，細胞膜的外面有較高濃度的鈉離子和氯離子，膜內(nèi)含有較高濃度的鉀離子和一些大分子的負電荷物質(zhì)。正是鈉鉀泵的作用才能使細胞膜維持這種狀態(tài)。除了鈉鉀泵，在膜上還有一種離子通道，這種離子通道很象閥門，能讓離子出入。閱讀教材37頁，當細胞沒有受刺激的時候，細胞處于“靜息”狀態(tài)，在這個狀態(tài)下，鉀離子可以通過離子通道運到細胞外，鉀離子的這種運動導(dǎo)致了膜內(nèi)外電位差的變化，導(dǎo)致膜外有較多的正電荷，當膜內(nèi)外形成一定的電位差時，由于同性相斥，阻止了鉀離子繼續(xù)外流。細胞膜外帶正電荷，細胞膜內(nèi)帶負電荷，我們把這個時候的電位叫“靜息電位”。當細胞接受到刺激后，鈉離子通道就會開放，鈉離子便通過離子通道從細胞外向細胞內(nèi)流動。隨著鈉離子的運輸，變成了外負內(nèi)正，鈉離子不斷往里運就會使細胞內(nèi)帶正電荷，這樣就會阻止鈉離子內(nèi)流，這時候，對比剛才的電位，我們把它稱作“動作電位”。動作電位是細胞內(nèi)帶正電荷，細胞外帶負電荷。動作電位一旦產(chǎn)生，就會向其他部位傳遞。我們來看“動作電位”的傳導(dǎo)，中間產(chǎn)生“動作電位”的地方為興奮區(qū)，沒有產(chǎn)生動作電位的地方叫靜息區(qū)，大家可以結(jié)合物理學(xué)的知識，來解釋興奮怎樣向兩邊傳遞。電流總是由正電荷流向負電荷，大家可以發(fā)現(xiàn)在細胞膜外，電流是從興奮區(qū)流向靜息區(qū)，而在膜內(nèi)電流流向剛好相反。這種電流我們稱作局部電流，局部電流后整個電荷的分布會有什么變化呢，正電荷流到負電荷后，原來正電荷的地方就變成負電荷了，那么，同學(xué)們來想一想下一個階段膜電荷的分布？膜外的興奮區(qū)變成靜息區(qū)，而原來的靜息區(qū)變成了興奮區(qū)，也就是說，興奮傳導(dǎo)出去了。那么興奮的傳導(dǎo)方向呢？這種傳導(dǎo)方向是雙向傳導(dǎo)的。動作電位在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)是需要滿足一定的條件的，首先要保證生理的完整性，第二它是雙向傳導(dǎo)的，第三它是非遞減性傳導(dǎo)，第四具有絕緣性，另外它還相對不疲勞。這幾個特性我們可以聯(lián)系實際生活來分析，比如要理解動作電位的傳導(dǎo)必須具有生理完整性呢，可以舉高位截癱病患者的例子，患者許多活動不能自理。如果神經(jīng)被切斷，生理完整性被破壞了話，就不能傳導(dǎo)興奮了。雙向傳導(dǎo)剛才已經(jīng)解釋過了。第三非遞減性傳導(dǎo)是指信號是不衰竭的。第四絕緣性是信號之間不會相互干擾，比如我們可以控制具體的某個手指運動�！�
相關(guān)鏈接一般是不需要老師講的，但興奮在神經(jīng)上的傳導(dǎo)特點還是比較重要的，可以與神經(jīng)元之間興奮的傳導(dǎo)做個對比，這個地方是雙向的，而神經(jīng)元突觸傳導(dǎo)是單向的；在神經(jīng)上的傳導(dǎo)比較快，而后者具有突觸延擱。
“我們來回顧一下這節(jié)課的主要內(nèi)容，這節(jié)課主要講了神經(jīng)沖動的產(chǎn)生和傳導(dǎo)，其中都伴隨著生物電的現(xiàn)象，都有電位的變化。這節(jié)課的重點就是前面所學(xué)的生物電的發(fā)現(xiàn)，大家一定要從中得到啟發(fā)，對待問題一定要反復(fù)論證才能得到答案�！�
這節(jié)課的重點應(yīng)該在“蛙腿論戰(zhàn)”的討論上，學(xué)生應(yīng)分為2組，一組維護伽伐尼的觀點，一組支持伏打的觀點，對實驗和現(xiàn)象進行充分論證；制備腓腸肌過程可以看錄像了解一下就可以了；后面介紹了離子泵，它是很重要的運輸途徑，但不一定消耗能量。比如離子通道，新教材里已經(jīng)講了。而且離子通道是有選擇的，不是時時刻刻都開放的。給學(xué)生一個比較完整的知識體系。



作
業(yè)見同步練習(xí)
教
學(xué)
后
記教后感:首先可引導(dǎo)學(xué)生分析神經(jīng)纖維表面電位差的實驗。條件許可的話，教師可盡可能利用多媒體手段演示該實驗的過程和現(xiàn)象；退其次，教師應(yīng)通過板圖把實驗的過程和現(xiàn)象展示給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生分析從該實驗的現(xiàn)象能得出什么結(jié)論。電表指針的變化反映了神經(jīng)表面電流的變化，而這種變化是由于刺激神經(jīng)引起的，由此說明刺激會引起神經(jīng)興奮。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaoer/66662.html

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