神经冲动产生和传导

课 题神经冲动产生和传导
教 学

目 标1.说出生物电的发现过程,说明静息电位与动作电位的产生和传导的关系
2.制作蛙的坐骨神经腓肠肌标本,提高实验操作能力.
3设计并实施实验,证明生物电的存在
4通过”蛙腿论战”,养成严谨细致的科学作风.教方学法讲述与学生练习、讨论相结合
教
材
分
析重点生物电的发现过程与静息电位产生机理
难点静息电位产生机理
教具投影、多媒体课件
过程“这是伽伐尼的试验，可以看到用铜锌弓去刺激肌肉和用电流去刺激肌肉效果是一样的，所以伽伐尼得出结论，生物是有生物电的。他认为肌肉带有正电荷，神经则带负电荷。生物体内的电势差通过导体铜锌弓形成了一个闭合回路，产生了电流，所以生物体本身存在生物电。”
“这是伏打的试验，结果证明如果用同种金属构成回路的时候，肌肉不能收缩。而按照伽伐尼的观点，由于生物体本身一边带正电荷，一边带负电荷，存在电势差，那么不管是用什么导体连接，应该都可以发生肌肉收缩。所以伏打认为伽伐尼的观点是不正确的。那么伏打怎么解释伽伐尼的实验现象呢？他认为铜和锌这两种金属的电势是不一样的，存在电试差，其中锌带正电荷、铜带负电荷，电流会通过肌肉形成一个回路，形成了电流，肌肉是受到电的刺激才收缩的。”
“这个立体图是伽伐尼的支持者所做的第一个实验。这个是甲标本，这个是乙标本，把乙标本的神经搭到甲标本上，刺激甲标本，发现乙标本也收缩了，他们推断是由于甲发生了电位变化引起了乙的收缩，所以他们认为生物是可以产生生物电的。但是在这个实验里面，由于仍然用到了电刺激，还不能够完全排除外界电的原因，因为甲标本表面上的少量溶液可能会导电而使乙标本受到的电刺激，所以这个实验还是有缺陷的，并不是特别有说服力。
最有说服力的是无金属试验。试验中甲标本是完好的，乙标本在腓肠肌处进行了横切，图上的线代表了甲标本的神经纤维，其中一端搭在乙标本腓肠肌的内部，另一端搭在乙标本腓肠肌的表面。一开始用玻璃分针挑着神经纤维的一端，只让其中一端与腓肠肌接触，然后慢慢放下玻璃分针，发现甲标本神经纤维一触碰到乙标本的肌肉，甲就开始收缩。注意并不是将甲标本的神经纤维的两端一直搭在乙标本上，一直搭着就不会收缩了。在这个实验中，没有任何的电刺激，而甲标本发生了收缩，所以这个无金属试验确实证明了生物电是存在的。这是整个“蛙腿论战”的过程。教材中的许多讨论题还是很好的，比如说伽伐尼的试验设计是否合理，他对实验的解释是否正确，伏打如何解释实验现象。这样会让学生形成一种良好的观点，在科学探究的领域中，没有绝对的对和错，无论是成功的还是失败的实验和理论都是科学前进的基石。”


过程

“今天我们学习第三章第一节“神经冲动的产生和传导”。大家先请看大屏幕，这两个人正在做什么呢？打电话。电话两端的人可以通过电话线听到彼此的声音，那么声音是怎样传导的呢？电信号。实际上，我们人体中也有电信号。看这个正在打高尔夫球的女子，她就是通过电信号来控制自己身体的协调运动的，不光是运动，我们大脑的思维以及我们心脏的跳动都有电信号的产生和变化，我们把它称作生物电，生物电现象在生物体内是普遍存在的，那么生物电是怎样发现地呢？”
这一部分就是我提到的每一节课前面的情景导入，如果直接去说生物电的概念等内容，学生可能觉得很唐突。我用一个电话做为一个引入，设问为什么我在这，另外一个人在很远的地方，还能通过声音来交流；是因为声音转化成了电信号，通过电话线往外传播，这样就很自然地引入了电的概念，再引入生物电在身体内是普遍存在的。
“生物电是通过2位科学家为首的科学辩论来发现的，这两位科学家一位叫伽伐尼、一位叫伏打，他们两个人的辩论被人们称作‘蛙腿论战’。现在我们5个人一个小组来重复科学家们的实验，通过实验过程来体会一下科学现象发现的过程。实验前需要准备蟾蜍的坐骨神经-腓肠肌标本，现在通过看录像，先掌握一下标本制作方法。”
教材课题研究的要求是了解蛙或蟾蜍坐骨神经-腓肠肌的标本制作方法，也就是说，并不要求学生来操作。如果学校没有条件的话，可以把操作过程录下来，放这个演示录像让学生看一看了解就可以了。如果学生只看图像，就很难对肌肉收缩有一个感性认识，因此还是需要看一些实物，最好是录像，有助于他们掌握。
教材中提到了任氏液，任氏液可以保持离体两栖动物的组织、器官具有正常的生命活动。任氏液的配置方法很简单，大家可以查到，主要成分就是氯化钾，氯化钠等等，相当于人类的生理盐水，是个等渗的溶液。
“蛙板、玻璃板、解剖盘、镊子、手术刀、骨髓针、铜锌弓、手术剪、眼科剪、滴管、玻璃分针（因为神经不能直接接触到金属，所以在解剖的过程中都要用到玻璃分针，找比较细的玻璃棒放到喷灯上一拉就可以了，物理老师都可以做）、线和图钉。先用左手抓住蟾蜍，食指按住它的头部，拇指按住其背部，用骨髓针沿着蟾蜍两眼中间的位置向后滑，大约在耳附近的地方可以感觉到有一个凹陷，这就是枕骨大孔，用骨髓针插进去，再向前插入颅腔，破坏颅脑，向后插入椎管，破坏脊髓，看到蟾蜍四肢瘫软就可以了。取出骨髓针，蟾蜍腹面向上放在解剖盘中，剪开它腹部的皮肤和肌肉，把内脏也减下来，注意不要剪掉后面的神经。提起蟾蜍的后肢，用镊子把内脏再剥离一下，这2根白色的就是坐骨神经，中间是椎骨，用剪刀在椎骨的前方剪断，不要剪到神经，然后用手蘸点任氏液把蟾蜍的皮剥下来，碰到不太好剥的地方用剪刀剪一下，尤其是关节处，注意不要伤害到蟾蜍的肌肉和神经。同样的办法把另一后肢的皮也剥下来，然后把去皮的后肢放在垫有蛙板的玻璃板上，用手术刀切开耻骨联合，注意不要切到手，用剪刀剪开，将一只后肢放到进任氏液中，另一肢后肢继续剥离。这就是腓肠肌，将腓肠肌向上，用图钉将后肢固定住，然后用玻璃分针小心的分离神经，注意不要用金属和手碰神经，顺着坐骨神经向下剥离，不好剥离的地方可以用剪刀将肌肉剪掉，挑起坐骨神经，看是否剥离干净，用剪刀将其他的小神经减掉。这就是坐骨神经，只保留最前端的一点椎骨，把其他的地方剪掉，滴一点任氏液（操作过程中要不停地滴任氏液），用玻璃分针挑起腓肠肌，在下面穿一根线，将腓肠肌肌腱系起来，然后用手术刀将下面切开，只保留一段股骨头，其他地方剪掉，将股骨头上多于肌肉分离出来，这就是制备完备的标本，一个是椎骨、坐骨神经，股骨头，腓肠肌，这是整个制作标本的过程，下面请大家自己动手制作制作一下标本，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，也叫蟾苏，但毒性不大，小心不要弄到眼睛里）。”
“制作完标本，我们接着往下做实验，现在大家把标本放在玻璃板上，我们来做伽伐尼的实验。首先，用电去刺激标本（可以去物理组借一个电池盒，两边连两个电极）。发现腓肠肌发生了收缩。我们再用铜和锌两种金属构成的回路来刺激一下，看看结果如何。注意实验过程中要用滴管往标本上滴任氏液。用铜锌弓刺激后，也能看到肌肉收缩，只是收缩程度不如电刺激那么强烈。用电和铜锌弓刺激都会使肌肉产生收缩，这说明了什么问题呢？我们来看一下伽伐尼是怎样来解释这个问题的。伽伐尼认为生物是带电的，肌肉和神经带有不同的电，当用导体把它连接，就会放电。那么大家想一想他的解释是否准确呢？对，并不合理，科学家伏打也提出了同样的问题，他通过重新试验发现，只有用2种不同金属构成的回路去刺激的时候，才有肌肉收缩的现象，用同种金属就不会出现收缩现象。我们来试一下，用一种金属来刺激会怎样？当用铜丝来刺激时没有肌肉收缩现象，怎样解释这个问题呢？伏打从这个实验中得到启发，认为不同金属间存在电势差，最终发明了电池。那么到底存不存在生物电呢？从前面2个实验中不能得到结论，我们再看一下伽伐尼的支持者做的实验。实验是将甲标本的一根神经搭在乙标本的肌肉上，然后去刺激乙标本。好，大家用刚才制作了的2个标本，按照图示来做一下。”
这步实验不易成功，教师做起来也有难度，因为它的成功需要很多条件，包括剥离地是否干净，神经是否连到了其他地方、任氏液的配制等等，学生做成功非常难。我们也请教了大学老师如何提高这个实验的成功率，他们也没有更好的办法。所以我们就给学生播放了一个成功实验的录像。肌肉放置过程中接触面与其他地方可能发生了黏连，这也会影响实验结果。另外我们一边讲课一边做，所以标本剥离的时间太长了，影响了实验结果。
“大家再看一下下一个试验，是把一个标本的肌肉从中间切开，然后把另一个标本的神经的一端放到切开的肌肉的表面，另一端放在损伤面上。用解剖刀把一个标本的肌肉切断，只留下其中的一半。将另一个标本神经的一侧放在肌肉的损伤面上，另一侧用玻璃分针挑起，使其落下时接触肌肉表面。注意看录像，当移开玻璃分针，可以看到在神经一搭上肌肉表面时肌肉就开始收缩了。大家从伽伐尼的支持者做的两个实验中得到了什么启发呢？先看第一个实验，它和伽伐尼的实验有什么区别？在这个实验中，标本甲发生了变化而使标本乙收缩，而前面已经证实标本乙收缩的必须条件是接受电刺激；实验中并没有直接去刺激乙，但是乙收缩了，也就是说标本甲可以给乙标本一个类似于电刺激的刺激。也就是说标本甲收缩时电位产生了变化，相当于接受了电刺激。这个实验能证明生物是存在生物电的。但由于实验中用到了电刺激，所以不够完善。实验2没有金属刺激，是由于肌肉损伤的部位能够产生电位变化，导致了另一标本的肌肉收缩。这一无金属试验使人们确信生物电是存在的。也就是说在整个“蛙腿论战”中，最终伽伐尼和他的支持者取得胜利了。通过“蛙腿论战”过程，给了我们这样的启示：人类对科学现象的认识是经过反复论证才能得到正确结论。大家在学习时也一样，对任何实验现象都要抱有质疑的态度，带着疑问去学习，也许你也会有新的发现。如何去进一步证明生物电的存在呢？剑桥的科学家霍奇金用枪乌贼的巨大神经纤维作为研究对象，测出了一个细胞的膜内外的电位差，有力地证明了生物电的存在。这种生物电也叫做膜电位，下面来看一下膜电位的产生。”
这节课在高一时上课效果更好，由于学生没有学过这些知识，他们能够积极地讨论，而且这节课的重点也应该放在讨论上。
“正常的细胞，细胞内外都要维持一定的离子浓度。细胞有排钠保钾的特征，它是通过钠钾泵来实现的。钠钾泵能够将钠不断地运到细胞外，将钾不断地运到细胞内，它是一种主动运输方式。因为它是逆离子浓度梯度进行的，需要ATP的参与。正常情况下，细胞膜的外面有较高浓度的钠离子和氯离子，膜内含有较高浓度的钾离子和一些大分子的负电荷物质。正是钠钾泵的作用才能使细胞膜维持这种状态。除了钠钾泵，在膜上还有一种离子通道，这种离子通道很象阀门，能让离子出入。阅读教材37页，当细胞没有受刺激的时候，细胞处于“静息”状态，在这个状态下，钾离子可以通过离子通道运到细胞外，钾离子的这种运动导致了膜内外电位差的变化，导致膜外有较多的正电荷，当膜内外形成一定的电位差时，由于同性相斥，阻止了钾离子继续外流。细胞膜外带正电荷，细胞膜内带负电荷，我们把这个时候的电位叫“静息电位”。当细胞接受到刺激后，钠离子通道就会开放，钠离子便通过离子通道从细胞外向细胞内流动。随着钠离子的运输，变成了外负内正，钠离子不断往里运就会使细胞内带正电荷，这样就会阻止钠离子内流，这时候，对比刚才的电位，我们把它称作“动作电位”。动作电位是细胞内带正电荷，细胞外带负电荷。动作电位一旦产生，就会向其他部位传递。我们来看“动作电位”的传导，中间产生“动作电位”的地方为兴奋区，没有产生动作电位的地方叫静息区，大家可以结合物理学的知识，来解释兴奋怎样向两边传递。电流总是由正电荷流向负电荷，大家可以发现在细胞膜外，电流是从兴奋区流向静息区，而在膜内电流流向刚好相反。这种电流我们称作局部电流，局部电流后整个电荷的分布会有什么变化呢，正电荷流到负电荷后，原来正电荷的地方就变成负电荷了，那么，同学们来想一想下一个阶段膜电荷的分布？膜外的兴奋区变成静息区，而原来的静息区变成了兴奋区，也就是说，兴奋传导出去了。那么兴奋的传导方向呢？这种传导方向是双向传导的。动作电位在神经纤维上传导是需要满足一定的条件的，首先要保证生理的完整性，第二它是双向传导的，第三它是非递减性传导，第四具有绝缘性，另外它还相对不疲劳。这几个特性我们可以联系实际生活来分析，比如要理解动作电位的传导必须具有生理完整性呢，可以举高位截瘫病患者的例子，患者许多活动不能自理。如果神经被切断，生理完整性被破坏了话，就不能传导兴奋了。双向传导刚才已经解释过了。第三非递减性传导是指信号是不衰竭的。第四绝缘性是信号之间不会相互干扰，比如我们可以控制具体的某个手指运动。”
相关链接一般是不需要老师讲的，但兴奋在神经上的传导特点还是比较重要的，可以与神经元之间兴奋的传导做个对比，这个地方是双向的，而神经元突触传导是单向的；在神经上的传导比较快，而后者具有突触延搁。
“我们来回顾一下这节课的主要内容，这节课主要讲了神经冲动的产生和传导，其中都伴随着生物电的现象，都有电位的变化。这节课的重点就是前面所学的生物电的发现，大家一定要从中得到启发，对待问题一定要反复论证才能得到答案。”
这节课的重点应该在“蛙腿论战”的讨论上，学生应分为2组，一组维护伽伐尼的观点，一组支持伏打的观点，对实验和现象进行充分论证；制备腓肠肌过程可以看录像了解一下就可以了；后面介绍了离子泵，它是很重要的运输途径，但不一定消耗能量。比如离子通道，新教材里已经讲了。而且离子通道是有选择的，不是时时刻刻都开放的。给学生一个比较完整的知识体系。



作
业见同步练习
教
学
后
记教后感:首先可引导学生分析神经纤维表面电位差的实验。条件许可的话，教师可尽可能利用多媒体手段演示该实验的过程和现象；退其次，教师应通过板图把实验的过程和现象展示给学生，引导学生分析从该实验的现象能得出什么结论。电表指针的变化反映了神经表面电流的变化，而这种变化是由于刺激神经引起的，由此说明刺激会引起神经兴奋。