2.3神经兴奋的可视化探究及教学应用-2023-2024学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修1

神经兴奋的可视化探究及教学应用 1、 使用教材 依据人教版（2019）选择性必修一的第二章神经调节，由于教材中没有相关的学生实验，我们尝试开发了基于大单元教学的实验探究。 2、 实验器材 （一）生物材料：牛蛙（制作脊蛙、坐骨神经——腓肠肌标本、离体蛙心、血涂片等） （二）制作标本器具：玻璃分针、蛙板、蛙钉、解剖剪、解剖镊、骨剪、眼科剪、眼科镊、毁髓针、蛙心夹、烧杯、滴管、蜡盘、铁架台、滤纸片、废物缸等（见图1） 图1 部分制作标本器具 （三）实验试剂：任氏液（模拟两栖动物内环境，维持离体组织、器官活性）、ATP溶液、稀盐酸溶液（见图2） 图2 任氏液和ATP溶液 图3 锌铜弓和学生自制3V直流电池组 （四）电源装置：锌铜弓（原电池原理，产生微电流）、自制3V直流电池组（见图3） （五）兴奋检测:微电流传感器、数据采集器、电脑及相关软件 3、 实验创新要点 （1） 开发了一系列探究实验 （1）通过牛蛙的搔扒反射实验，学生直观了解到神经调节的基本方式是反射，其结构基础是反射弧。这个过程培养了学生的质疑精神，渗透结构与功能观。 （2）完成坐骨神经——腓肠肌标本的一系列实验（见图4），学生进行实验探究，以小组为单位观察实验现象，分析得出兴奋在神经上双向传导，在神经肌肉之间单向传递的结论。培养了学生的动手操作、分析问题、归纳概括等能力。 图4 坐骨神经——腓肠肌标本的一系列实验 （3） 学生观察蛙心的在体和离体实验（如图5），并用同样的方法检测到了电流波形图（见图6），对新教材31页“思维训练”的实验也有了直观的认识，也让学生认识到更多组织器官的生物电。 图5 蛙心的离体实验 图6 离体蛙心的电流波形图 （4）学生刺激离体神经（见图7），在刺激点两侧均检测到电流波形图（见图8），直接得出兴奋在离体神经上是双向传导的结论。 图7 离体坐骨神经实验 图8 离体坐骨神经的电流波形图 （2） 引入数字化实验设备 利用微电流传感器将微观抽象的电信号（见图9、10）直观动态地呈现出来，通过这种处理，便于学生理解兴奋的概念。 图9 刺激坐骨神经的电流波形 图10 刺激离体坐骨神经产生的电流波形 （三）一蛙多用 以一只牛蛙为材料，可以完成脊蛙的搔扒反射实验，并观察蛙心的在体和离体收缩，同时可以观察蛙血液涂片。 （四）探究实验小论文 探究小组针对实验中发现的问题，合作完成了解释现象的实验探究小论文（见图11、12），并在实验课堂上与同学们分享。 图11 关于电流波形相反的小论文 图12 关于蛙心离体自主收缩的小论文 （五）原创试题 我们根据实验数据，结合近几年高考题，编制了原创试题（如图13）。培养学生的图文转化能力、逻辑推理与论证能力，以适应注重创设真实情境的新高考试题。 图13 两道原创试题 （六）自制神经兴奋可视化显示仪 学生课后自制了神经兴奋可视化显示仪器，他们准备利用自制装置探究兴奋的传导、传递方向。 4、 实验原理 （一）兴奋可视化原理： 通过分别刺激标本的神经和肌肉，利用微电流传感器（见图14）、数据采集器及相关软件的处理便可动态地呈现标本的电流波形图（见图15）。 图14 将标本连上微电流传感器 图15 学生操作相关软件 （二）探究兴奋传导、传递方向原理： 在坐骨神经——腓肠肌标本上设置1、2、3，三个刺激位点，A、B两个检测位点（见图16）；刺激2位点，腓肠肌收缩，A、B点均有电流波形图（见图17），可以得出兴奋在神经上是双向传导的。刺激3位点，腓肠肌收缩，A点有电流波形图，B点没有电流波形图（见图18），可以得出兴奋在神经肌肉之间是单向传递的。 只要出现图14，便可反推刺激位点位于坐骨神经。只要出现图15，便可反推刺激位点位于腓肠肌。 图16 刺激、检测位点的设置 图17 刺激1、2位点波形图 图18 刺激3位点波形图 5、 实验教学目标 （一）生命观念: （1）通过观察牛蛙脊髓毁坏对搔扒反射活动的影响，理解生命的结构与功能观。 （2）通过观察坐骨神经——腓肠肌上检测到的电流波形图，更容易理解个体神经调节的本质及原理，发展生命的局部与整体观。 （二）科学思维：通过引入数字化设备，对检测出的波形图进行分析，归纳概括兴奋传导和传递的特点。 （三）科学探究：能针对坐骨神经——腓肠肌不同刺激位点进行结果预测、实验操作、现象观察、根据实验结果得出实验结论。 （四）社会责任：通过对标本的电流波形图的认识，理解生活中生物电的运用。 六、实验教学内容 （一）牛蛙的搔扒反射实验：完整牛蛙——毁脑的牛蛙——毁髓的牛蛙 （二）坐骨神经——腓肠肌标本的一系列实验 （1）学生连接数字化设备后，分别刺激标本的肌肉和神经，观察电流波形图。 （2）学生刺激不同位点，观察电流波形图，以小组为单位讨论实验结果，