2.2神经调节过程涉及信息的转换及传递（第一课时）教学设计2026-2027学年高二上学期生物沪科版选修一

该高中生物学教学设计聚焦神经调节中神经纤维的信息传递，涵盖生物电信号、静息电位、动作电位及传导机制。以上课铃声反射情境导入，承接反射弧和神经元知识，通过牛蛙坐骨神经-腓肠肌电生理演示实验搭建学习支架。 特色在于实验探究与科学思维融合，如牛蛙电生理实验的三处刺激位点对照设计（科学探究），结合枪乌贼电位曲线、离子通道示意图分析离子流动与电位关系（生命观念中的结构与功能观），融入神经电生理学科学史（态度责任）。采用实验演示、图示模型分析等学科方法，助力学生提升证据推理能力，为教师提供完整逻辑链和丰富教学资源。

教学设计 课程名称 神经调节过程涉及信息的转换及传递（第一课时） 选用教材 高中生物沪科版选修一 教学章节 第二章第二节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本课时承接上一节反射弧、神经元基础知识点，以上课铃声反射情境引入，依托牛蛙坐骨神经 - 腓肠肌电生理演示实验展开探究，搭配三组思考讨论问题，直观证明神经纤维以生物电传递信号；以枪乌贼巨大神经纤维经典实验为核心素材，结合电位测量示意图、静息电位原理示意图、钠钾泵示意图、动作电位变化曲线、神经冲动传导示意图、髓鞘示意图，系统讲解静息电位、动作电位形成的离子基础，梳理钠钾泵转运离子的物质运输过程，分析局部电流形成、神经冲动双向传导、髓鞘跳跃式传导的机制；配套神经电生理学科学史拓展材料，梳理伽伐尼、霍奇金、膜片钳技术的科研发展历程；搭建 “演示实验 — 静息电位形成 — 动作电位产生 — 神经冲动传导 — 髓鞘加速传导” 完整逻辑链，从结构与功能相适应角度解释细胞膜离子通道、钠钾泵、髓鞘的生理作用，为第二课时突触化学信号传递做好铺垫，落实生命观念、科学探究核心素养。 二、学情分析 1. 知识基础 学生上一节掌握反射弧完整结构、神经元细胞体、树突、轴突形态与信号传导顺序，必修阶段学习过细胞膜物质跨膜运输、离子扩散、主动运输 ATP 供能相关知识；能够区分自由扩散、主动运输两种跨膜方式，知晓离子顺浓度梯度、逆浓度梯度运输的差异；但完全不了解静息电位、动作电位概念，不清楚膜内外钾离子、钠离子浓度分布差异，无法理解钠钾泵持续转运离子维持电位差的完整过程；没有接触过生物电、局部电流、跳跃式传导等微观电生理概念，不熟悉枪乌贼、蛙坐骨神经经典实验的设计逻辑。 2. 能力基础 高二学生具备基础实验现象观察、曲线图像读取、示意图拆解分析能力，能够记录电生理实验电表偏转、肌肉收缩现象；但依托多组图示推理离子流动与膜电位变化因果关系的证据推理能力薄弱；自主从轴突髓鞘结构推导跳跃式传导速度优势的结构功能分析能力不足；整合科学史多代科学家实验、梳理科研递进发展脉络的归纳概括能力欠缺；无法结合离子浓度变化完整推导静息、动作电位动态转换全过程。 3. 认知基础 学生存在多处认知误区：一是误以为神经纤维内部、外部离子均匀分布，不清楚膜内外钠、钾离子巨大浓度差；二是混淆静息、动作电位对应的离子流动，认为静息时钠离子外流、兴奋时钾离子内流；三是不能区分局部电流双向传导与反射弧单向信号传递的矛盾；四是将髓鞘仅当作保护结构，忽略其绝缘、加速跳跃传导的核心功能；五是认为生物电是人工仪器制造，不理解活细胞细胞膜电位差是细胞固有生理特征。 三、教学目标 1. 生命观念 树立结构与功能相适应观念，理解细胞膜钠钾泵、钾离子通道、钠离子通道的分布与开闭特点适配静息、动作电位形成；形成稳态与平衡观，钠钾泵持续主动转运离子维持膜内外稳定离子浓度差，保障神经纤维持续传导信号；建立局部整体观念，单根神经纤维冲动双向传导，完整反射弧依靠突触实现单向信息传递，分层区分微观纤维、宏观反射的传导差异。 2. 科学思维 依托蛙坐骨神经电生理实验现象、枪乌贼电位曲线、离子通道示意图、髓鞘示意图为客观证据，推理静息电位 “内负外正”、动作电位 “内正外负” 的离子流动本质；梳理局部电流产生、神经冲动沿轴突传导完整逻辑，对比有髓、无髓神经纤维传导速度差异；梳理历代科学家递进式科研证据链条，归纳科学研究循序渐进、多学科交叉推动理论完善的规律。 3. 科学探究 能够完整梳理牛蛙坐骨神经 - 腓肠肌电生理实验三组刺激位点对照的单一变量控制思路，结合三组思考讨论问题开展小组逻辑辨析；如实分析电表偏转、肌肉收缩现象，推导生物电在神经纤维上传导的实验结论；能够模仿枪乌贼经典实验思路，设计简单方案测量神经纤维膜电位变化，区分静息、兴奋两种状态的电位曲线特征。 4. 社会责任 结合神经电生理学科学史，认识物理、化学、生物多学科交叉融合推动神经医学发展，体会跨学科学习的现实价值；知晓髓鞘受损会减慢神经冲动传导，科普保护神经系统、预防脱髓鞘疾病的健康常识；理解生物电检测技术在临床神经疾病诊断中的应用，认识基础电生理理论支撑临床医学检查手段发展。 四、教学重难点 重点 1. 蛙坐骨神经电生理实验现象分析，证明神经纤维依靠生物电传导信号； 2. 静息电位形成：钾离子外流、钠钾泵维持膜内外离子浓度差，内负外正电位特征； 3. 动作电位产生与恢复：钠离子内流反转电位、钾离子外流复极化、钠钾泵复位离子分布； 4. 局部电流形成、神经冲动双向传导机制，髓鞘跳跃式传导加快传导速度。 难点 1. 完整串联钠钾泵主动运输、离子顺浓度梯度扩散两步过程，解释静息、动作电位动态转换； 2. 结合局部电流示意图，梳理神经冲动在轴突上双向传导的完整路径； 3. 从髓鞘绝缘结构，推导跳跃式传导提速的结构功能适配原理。 五、教学方法  实验演示探究法：依托牛蛙坐骨神经 - 腓肠肌电生理实验视频、示意图开展对照现象分析；  图示模型分析法：利用电位测量图、离子通道示意图、电位变化曲线、局部电流传导图、髓鞘示意图拆解微观电生理过程；  对比归纳法：静息 / 动作电位、有髓 / 无髓纤维传导速度、三组实验刺激位点对照多维度对比；  科学史递进讲授法：按时间顺序梳理伽伐尼、霍奇金、膜片钳技术科研历程；  问题驱动法：围绕教材三道思考讨论题层层递进开展小组辨析。 六、教学资源 教材配套图文素材：牛蛙坐骨神经 - 腓肠肌电生理实验示意图、测枪乌贼巨大神经纤维膜内电位示意图、静息电位产生原理示意图、Na⁺-K⁺泵示意图、神经元静息与兴奋电位转换曲线图、神经冲动双向传导示意图、髓鞘示意图；配套文本：三道思考与讨论问题、广角镜钠钾泵拓展材料、广角镜髓鞘功能材料、神经电生理学科学史阅读材料；实验素材：蛙坐骨神经电生理完整演示视频。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 生活情境导入，明确本课时学习主线（5 分钟）  生活情境设问导入：上课铃声响起，我们会立刻回到座位，这个完整反射中，感受器接收声音刺激转化为神经信号，沿着反射弧一路传递至腿部肌肉做出动作。大家思考，信号在单根神经纤维上是以什么形式传递的？今天我们通过蛙的电生理演示实验直观观察神经纤维上的生物电信号，再深入学习静息电位、动作电位的离子形成机制。  出示牛蛙坐骨神经 - 腓肠肌电生理实验示意图 介绍整套实验装置由蛙离体坐骨神经、腓肠肌、微电流传感器、刺激电极组成，设置三处不同刺激位点开展对照实验，抛出三道核心探究思考题，等待观看实验视频后小组讨论分析。  梳理本课时四大学习模块：蛙电生理对照实验、静息电位离子形成基础、动作电位产生与恢复、神经冲动传导与髓鞘跳跃式传导，清晰告知学生课堂学习顺序。  结合上课铃声缩身反射回顾上一节反射弧知识点，带着 “神经纤维内部依靠什么形式传递信号” 的疑问进入新课学习。  观看牛蛙坐骨神经 - 腓肠肌电生理实验示意图，识别刺激电极、微电流传感器、腓肠肌三大核心结构，预判三处位点刺激后电表与肌肉的变化情况，记录本课时四大知识模块。 环节二 模块一 牛蛙坐骨神经 - 腓肠肌电生理对照实验（12 分钟）  完整讲解实验预处理与操作逻辑：解剖分离蛙完整坐骨神经，不破坏神经纤维完整性，将两组微电流电极间隔一段距离绑定在神经纤维表面，分别设置靠近腓肠肌的位点②、神经中段位点①、肌肉侧神经末梢位点③三处刺激点，通过观察电表指针偏转、腓肠肌收缩两种现象，判断生物电信号能否沿神经纤维双向传导。  播放完整实验演示视频，同步引导学生记录三组刺激对应的实验现象：刺激位点①，微电流传感器指针发生明显偏转，腓肠肌同步收缩；刺激位点②，指针同样偏转、肌肉收缩；刺激位点③，指针无偏转，但腓肠肌依旧收缩。视频播放结束后，组织小组围绕三道思考讨论问题依次交流： 第一题，刺激①处电表偏转、肌肉收缩，说明刺激引发神经纤维产生生物电流，生物电信号可以沿神经纤维传导至效应器肌肉； 第二题，刺激②处同样出现指针偏转与肌肉收缩，证明生物电信号可以向两侧双向传导； 第三题，刺激③处电表无偏转，因为刺激位点在两个记录电极外侧，电信号无法到达两个电极之间，无电位差则指针不偏转，但信号可直接传递至肌肉引发收缩。  统一总结实验核心结论：神经元神经纤维上的信息以生物电（神经冲动）的形式传导，且单根神经纤维内信号可以双向传导，为后续静息、动作电位学习铺垫事实依据。  跟随教师梳理实验装置、三处刺激位点的对照设计思路，预判每一处刺激对应的电表、肌肉反应，理解电极间隔放置用于检测电位差的实验原理。  观看实验演示视频，同步完整记录三组刺激对应的指针偏转、肌肉收缩现象，小组内互相核对记录结果，避免观察遗漏。  分小组充分交流三道思考讨论题，结合三组现象推导生物电双向传导的实验结论，小组代表分享讨论成果，完整记录三道思考题标准答案。 环节三 模块二 静息电位的形成与 Na⁺-K⁺泵作用（13 分钟）  过渡讲解：蛙实验观察到的微弱生物电，本质是大量单根神经纤维电位信号叠加的结果，霍奇金与赫胥黎选用枪乌贼巨大神经纤维，首次记录单根纤维膜电位。出示测枪乌贼巨大神经纤维膜内电位示意图 介绍静息电位定义：神经元未受刺激时，细胞膜两侧稳定电位差为 65mV，膜内电位低于膜外，呈现 “内负外正” 的状态，称为静息电位。  出示静息电位产生原理示意图 分步拆解膜内外离子分布差异：细胞内钾离子浓度是细胞外 30 倍，细胞外钠离子浓度是细胞内 13 倍；静息状态细胞膜钾离子通道开放、钠离子通道几乎关闭，钾离子顺浓度梯度向外自由扩散，膜内负电荷增多，形成内负外正基础电位差。  出示 Na⁺-K⁺泵示意图 讲解钠钾泵主动运输维持离子浓度差的核心过程，完整书写转运逻辑： (消耗 1 分子 ATP，泵入 2 个 K⁺、泵出 3 个 Na⁺) 说明钠钾泵持续工作，不断回收外流钾离子、排出内流钠离子，长期维持膜内外巨大离子浓度差，是静息电位稳定存在的根本保障；结合广角镜拓展内容，区分细胞内外主要阳离子种类，强化离子分布差异记忆。  过渡设问：当神经纤维受到适宜强度刺激，膜上离子通道开闭状态会发生改变，电位差随之反转，形成动作电位，进入下一模块学习。 · 观看枪乌贼电位测量示意图、静息电位离子分布示意图，完整记录静息电位 “内负外正” 特征、膜内外钠钾离子浓度倍数差异，理解钾离子外流是静息电位直接成因。 · 观看钠钾泵结构示意图，跟随教师梳理 ATP 供能、逆浓度梯度转运两种离子的完整过程，背诵钠钾泵一次转运的离子数量关系，区分主动运输钠钾泵与自由扩散钾离子通道的不同功能。 · 小组交流讨论：如果细胞外钾离子浓度升高，钾离子外流会减少，静息电位差值会变小，结合该逻辑预判高钾溶液浸泡神经元的电位变化，为自我评价习题做好铺垫。 环节四 模块三 动作电位、神经冲动传导、髓鞘加速传导 + 课堂小结（12 分钟）  出示神经元静息状态与兴奋状态转换曲线图 分三段完整拆解动作电位完整过程：a 至 b 段，适宜刺激打开钠离子通道，大量钠离子顺浓度梯度涌入膜内，电位由内负外正反转为内正外负，形成动作电位；b 至 c 段，钠离子通道关闭、钾离子通道通透性大幅提升，钾离子大量外流，膜电位恢复内负外正；c 至 d 段，钠钾泵持续工作，将内流钠离子泵出、外流钾离子回收，离子分布完全复原，等待下一次刺激。定义：神经元受刺激后膜电位短暂波动即动作电位，也叫神经冲动。  出示神经冲动的双向传导示意图 讲解局部电流形成机制：兴奋区内正外负、相邻未兴奋区内负外正，二者形成电位差，膜外、膜内产生环形局部电流；局部电流刺激相邻未兴奋区域，使其产生新动作电位，以此方式沿轴突双向传递神经冲动。  出示髓鞘示意图 讲解髓鞘加速传导原理：长轴突外层包裹髓鞘起到绝缘作用，仅在无髓鞘的节段裸露细胞膜，局部电流仅在相邻节段间跳跃传递，大幅缩短传导路径，提升神经冲动传导速度；对比无髓神经纤维连续传导、有髓纤维跳跃传导两种模式的速度差异，从结构功能相适应角度总结髓鞘生理价值。  课堂四层完整小结：第一，蛙电生理对照实验证明神经纤维依靠生物电双向传导信号；第二，静息电位依靠钾离子外流、钠钾泵维持离子浓度差，特征为内负外正；第三，动作电位分为钠离子内流去极化、钾离子外流复极化、钠钾泵复位三步动态变化；第四，髓鞘绝缘结构实现跳跃式传导，加快冲动传递速率。  布置分层课后巩固任务：基础任务整理静息、动作电位形成过程、钠钾泵转运过程书面笔记；提升任务绘制电位转换曲线，标注去极化、复极化、复位三个阶段；拓展任务查阅脱髓鞘相关疾病科普资料，分析髓鞘受损对神经信号传导的影响。  观看电位转换曲线图，分小组梳理动作电位三阶段离子流动方向，完整记录去极化、复极化、离子复位对应的通道开闭变化，区分静息电位与动作电位膜电位正负差异。  观看神经冲动双向传导示意图，跟随教师描摹膜内外局部电流环形流动路径，理解局部电流持续激活相邻未兴奋区域的传导逻辑，记住单根纤维信号双向传导的特点。  观看髓鞘示意图，对比有髓、无髓纤维传导路径差异，小组讨论髓鞘绝缘、节段跳跃传导的速度优势，梳理结构适配快速传导的对应关系。  跟随教师梳理本课时四大知识板块完整逻辑框架，同桌互相复述蛙实验结论、静息动作电位离子变化、髓鞘跳跃传导特点，完整记录三层课后巩固任务。 环节五 课堂收尾，笔记整理（3 分钟） 指导学生梳理课堂全部笔记，标记核心易错点：钠钾泵转运离子数量、静息动作电位离子流动方向、局部电流双向传导、髓鞘跳跃传导；提醒学生区分神经纤维双向传导与完整反射弧单向传递的矛盾，为第二课时突触单向化学信号传递做好知识铺垫。 完善课堂笔记，重点标记电位曲线分段变化、钠钾泵转运逻辑、局部电流传导路径易错知识点，同桌互相提问静息电位形成的离子基础、动作电位完整变化过程，巩固本课时全部核心内容。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托伽伐尼、霍奇金、内尔与萨克曼一代代科学家持续钻研神经电生理的科学史，培养学生持之以恒、严谨求真、循序渐进的科学探究品质；蛙离体电生理实验严格控制单一变量、客观记录电位与肌肉收缩现象，引导学生尊重客观实验证据，杜绝主观臆断；髓鞘、钠钾泵、离子通道结构与功能高度适配的知识，帮助学生建立结构与功能相统一的核心生命观念；多学科交叉发展推动膜片钳技术诞生、完善神经医学理论的史实，让学生认识跨学科综合学习的时代价值，树立全面发展的学习目标；科普脱髓鞘相关神经系统疾病，引导学生养成健康作息、保护神经组织的生活习惯，树立关爱自身生理健康的生命意识。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课使用蛙电生理实验示意图、枪乌贼电位测量图、静息电位离子原理图、钠钾泵示意图、电位变化曲线、局部电流传导图、髓鞘示意图七幅教材图示，按照演示实验 — 静息电位 — 动作电位 — 神经冲动传导逻辑授课，多数学生能够记住静息电位内负外正、动作电位离子流动基础，但课堂存在明显短板：一是学生容易混淆静息、动作电位对应的钠钾离子进出方向，无法完整串联钠钾泵长期维持离子差、离子顺梯度扩散形成电位差的完整逻辑；二是无法自主结合局部电流示意图描摹双向传导路径，难以理解 “单根纤维双向、反射弧单向” 的矛盾；三是对髓鞘跳跃式传导的提速原理理解浅层化，不能从绝缘结构推导节段传导优势；四是定量分析电位曲线、区分三阶段离子变化的图像解读能力薄弱。 2 修改措施 课前发放静息 / 动作电位离子流动预习填空单，提前梳理膜内外离子浓度差异、通道开闭规律；课堂增加电位曲线分步拆解、局部电流手绘绘图互动环节，直观展示离子流动与局部电流路径；补充有髓、无髓纤维传导路径对比简易动画，具象化跳跃传导过程；压缩教师理论讲授时长，增加小组电位曲线读图、离子流动逻辑辨析的交流时间；课后配套电位曲线识图、钠钾泵转运过程书写两类专项习题，集中巩固本节课微观离子传导薄弱知识点。 学科网（北京）股份有限公司 $