高中生物 1.3.1《神经冲动产生和传导》教案 中图版必修3

1 高中生物高中生物 1 3 1 1 3 1 神经冲动产生和传导神经冲动产生和传导 教案教案 中图版必修中图版必修 3 3 课 题神经冲动产生和传导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 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 材 分 析 教具投影 多媒体课件 教 学 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 2 教 学 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 3 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 4 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