資源簡介

“通過神經系統的調節”的教學設計
《普通高中生物學課程標準（2017年版）》要求學生掌握大概念“生命個體的結構與功能相適應，各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態”，掌握重要概念“神經系統能夠及時感知機體內、外環境的變化，并作出反應調控各器官、系統的活動，實現機體穩態”。“通過神經系統的調節”（人教版高中生物學必修3第2章第1節）即對應于上述內容要求，是學生繼學習了“內環境穩態”的概念和意義之后，將要接觸的第1種保持穩態的重要調節機制。有關“機制”的內容比較抽象生澀，易讓學生望而生畏。因此，將該節內容的第1課時做到既生動易懂，又兼具深度與科學性，對學生學習本章內容至關重要。本節內容包括神經調節的結構基礎和反射，興奮在反射弧上的傳導和傳遞，以及神經系統的分級調節和人腦的高級功能等，可安排為3課時。第1課時為“神經調節的結構基礎和反射"，為后續的學習打下基礎。
1　教學目標
1）概述神經系統的結構基礎和反射，能說出神經系統的組成、神經元的結構與其功能的適應性。
2）運用演繹與推理的方法探討生物問題；能針對特定的生物學問題進行實驗設計、結果的預測與討論。
3）舉例說明研究神經調節與社會科技發展的聯系。
2　教學過程
2.1
導人新課——認識神經調節
教師通過播放短視頻、展示圖片的方式列舉一些常見的神經調節實例：天熱時，人體會出汗；天冷時，會打冷顫；異物進入氣管，會咳嗽；昆蟲飛向眼睛，會眨眼。神經調節容易給學生一種抽象而復雜的印象。通過直觀認識日常生活中的神經調節實例，讓學生對神經調節產生親切感，激發學習興趣。
2.2
分析實例，構建“反射”概念
教師指出以上實例都是通過神經調節的基本方式——“反射"實現的，并組織學生討論總結這些過程的共同點、歸納反射的概念。針對學生的總結，教師再拋出問題：該過程與大家已熟悉的應激性有何區別？進而引出區分反射和應激性的關鍵要素。最后，列舉一些反例，讓學生判斷它們是否屬于反射并說出理由。從生物學事實，上升到生物學概念，符合學生的基本認知規律。通過與應激性的比較、列舉反例，讓學生更好地界定“反射”的內涵與外延。
2.3
根據結構與功能觀，認識“反射弧”
2.3.1
由“反射的過程”推出“反射弧的組成”
教師設問：反射是如何實現的？結構與功能是相適應的，結構決定功能。機體要實現反射功能，必須具備相應的結構基礎——反射弧。結合反射的環節，引導學生總結得出反射弧的5個組成部分。
教師將一臺電腦比作一個反射弧，讓學生將電腦的不同部件比作反射弧的5個部分。通過類比，形象化的反射弧就很容易被理解。教師提示電腦就是在模擬神經調節的基本原理工作；而在現代社會中，近到身邊的手機、空調，遠到無人駕駛汽車、阿里云研發的城市大腦等當前火熱的人工智能產品，模擬神經系統工作的過程可謂比比皆是。
結構與功能觀是最基礎的生命觀念，培養學生的結構與功能觀對學生科學認識生命現象和規律、甚至認識整個物質世界都會有很大幫助。因此，教師將反射與反射弧進行如上聯系旨在滲透結構與功能觀。而無人駕駛汽車等事例則是讓學生體會到不僅神經調節本身對人體趨利避害、維持內環境的穩態起著關鍵作用，而且研究神經調節的機制并對其加以應用對科技的進步、社會的發展也起著重要的推動作用。
2.3.2
追根究底，回顧神經系統的組成
教師設問：上述人工智能產品在模擬神經調節的過程中應用到各種復雜的零部件實現對信息的接收、傳遞、綜合與反饋，反射弧的5個部分又分別對應于哪些具體的生理結構？（學生答：基本上就是神經系統）從而引出對神經系統組成的教學。
由于此部分內容在初中教材中有所涉及，而在高中教材中缺乏講述，因此在課前將初中教材內容印發給學生，讓學生自主溫習。在課上則帶領學生以“教師給出問題串、學生分組討論作答的形式”對這部分知識進行梳理和提升：1）神經元為什么具有很多短的突起？2）神經元為什么具有非常長的突起，例如組成坐骨神經的神經元有些突起可長達1m？3）為什么大部分的神經元位于腦和脊髓中共同組成的中樞神經系統中，還有一些神經元則從腦和脊髓中發射出來組成周圍神經系統？4）一個神經元能組成一個反射弧嗎？
設置問題串旨在讓學生通過理解功能識記結構；體會到機體的一切結構都是為了實現功能而服務的，進一步加強結構與功能觀；認識到機體的構造是如此合理，發現生物體結構之美。
2.3.3
解決問題——“反射弧”對應的生理結構
教師提供反射弧結構示意圖，讓學生辨認反射弧每個部分對應于神經系統的什么結構。學生會發現，整個反射弧其實就是一個個神經元首尾相接、通過對信息的接力實現其功能的，而機體則是通過一個個反射弧實現各種反射過程。
這時，教師特別指出效應器還含有神經系統以外的部分——肌肉或腺體，這是因為神經系統的強大體現在其對海量信息的整合處理上，而作出應答（例如完成具體的某一動作）則需要其他結構的協助。這樣不僅使學生對反射弧的認識更加科學準確，而且通過揭示機體內明確的分工與合作，在潛移默化中增強學生的合作意識。教師結合圖片、實物模型帶領學生將反射弧的各部分定位在人體中，從微觀的生理結構再回到宏觀的機體部位，形成反射弧在機體內的空間感。
2.3.2中回顧神經系統的組成，就是為了讓學生進一步認識反射弧的結構，本環節則將抽象的反射弧的5個部分與具體生理結構相對應，從而為“興奮在反射弧上的傳導和傳遞”的教學打下基礎，也便于理解與解決實際問題。
2.4
分析資料，總結反射發生的條件
教師提供資料，讓學生分析反射發生的條件：1）手指觸碰到針尖會迅速縮回，觸碰到桌面則不會，輕摸到針尖也不會；2）脊髓灰質炎病毒主要損害患者脊髓的傳出神經元，主要癥狀是分布不規則和輕重不等的弛緩性癱瘓，俗稱小兒麻痹癥；3）臨床上醫生經常通過檢查患者的膝跳反射是否正常，初步診斷相關節段的脊柱、神經和肌肉是否受傷。學生推測：若要反射發生，首先需要足夠強度的適宜刺激，其次要保證反射弧的完整性。教師肯定學生的推測，并指出這是結構決定功能的必然結果；同時也要強調，即使是合理的推測也需要實踐以驗證其真實性。考慮到課堂效率及學生對動物生理學實驗的接受程度，教師通過播放視頻的方式演示經典的脊蛙實驗，從而驗證“反射弧的完整性是反射完成的必要條件”。對于感興趣的學生，則可采取課外興趣小組的方式進行相關的驗證與拓展實驗，讓學生自己動手探索神經調節。
在本環節之前，學生已分別對反射的概念和反射弧的結構有了充分認識。本環節使“功能與結構建立起更緊密的聯系，讓學生深刻體會反射弧的完整性對完成反射的重要意義。
2.5
科學探究——用實驗方法判斷傳入神經和傳出神經
教師創設情境：研究人員在做脊蛙實驗時，剝離出青蛙腿上的一條神經，如何判斷這條神經是傳入神經還是傳出神經？教師提供一定的實驗器材（麻醉劑，電刺激器）作為提示。學生分組討論，通過團隊合作設計實驗方案對此問題進行探究，并對自己小組的方案、預期結果進行講述，鍛煉了交流、表達能力。
此實驗設計難度較高，要求學生對信息在反射弧上的傳遞方向、反射弧在機體中的空間位置有明確的認識，因此采取小組合作的方式完成。該環節可作為課堂教學的有效評價，幫助學生進一步理解反射弧，鍛煉其演繹與推理、科學探究能力。
2.6
課外閱讀——“神經活動中生物電的發現”
在這節課的最后，教師帶領大家進行小結，同時拋出一個新的問題：信息在反射弧上如何傳遞？什么形式的信號可穿過長長的神經讓反射瞬時發生？學生容易想到電信號。這時，教師布置一則課外閱讀資料——“神經活動中生物電的發現”結束本節課。生物學家伽爾瓦尼和物理學家伏特在看到同一現象的時候，給出了2種截然不同的假說，并各執己見進行了后續的實驗論證，最終鑄就了科學史上的兩大重要發現：伽爾瓦尼證明了“生物電”的存在，開創了神經電生理學的新時代；而伏特則發明了世界上第一個直流電池——伏特電池。
將真實的科學故事融入教學，可激發學習興趣，提高學生的核心素養。生物電的發現史不僅與信息在神經元上的傳遞方式密切相關，可為下節課的學習做鋪墊，同時也是科學史上的一樁美談。希望學生能學習到科學家在面對爭論時的態度和做法，認識到生物學融合了物理學、化學等各學科的問題，讓喜歡數理化的學生同樣熱愛生命科學。
3　教學反思囡波灣生物
“神經系統的組成”這部分內容對于理解與解決神經調節的問題至關重要，通常是先將此內容作為鋪墊，再進入到“反射與反射弧"的教學。本設計則從容易理解的宏觀機體功能——反射人手，讓學生先產生興趣，再層層深入依次進入到“反射弧”、更微觀的“神經系統的組成”，最后回到宏觀的“反射弧在機體中的定位"，符合學生認知的一般規律，也便于理解與解決實際問題。在必修3的教學中，教師容易做到滲透穩態與平衡觀而忽略其他生命觀念。每一個生命觀念都能貫穿于生命科學全部課程，有關人體生理結構的內容非常適合培養學生的結構與功能觀。本設計在教學中始終貫穿結構與功能觀，并開展科學探究活動，期望學生吃得透、記得住、用得上。
科學探究環節是本設計的另一個亮點，讓學生學以致用，既做到了課堂上的有效評價，又在此過程中對學生的科學思維與素養有所提升。
本設計提高學生的生物學核心素養為中心，旨在幫助學生強化結構與功能觀、鍛煉科學思維與科學探究能力。

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