2.4 条件反射是大脑的高级调节功能（教学课件）生物沪科版选择性必修1

高级中枢 条件反射是大脑的高级调节功能 沪科版选择性必修1 / 第2章 第4节 / 高中生物学 授课人：XXX 学习目标 科学思维 社会责任 生命观念 明确条件反射与非条件反射的 区别，建立“神经调节的结构 基础决定功能特点”的结构与 功能够观。 通过分析巴甫洛夫经典实验， 形成归纳概括、演绎推理的能 力，区分不同反射的本质差异。 科学探究 基于条件反射逻辑，掌握控 制变量法，设计简单的动物 行为训练方案。 运用所学知识指导学习记忆 与习惯养成，树立合理用脑、 科学学习的健康意识。 课堂探索指南 情境引入：从经典到日常--探寻行为背后的本质 核心分情境一：巴甫洛夫 的狗为什么会“听见铃声 流口水”？（探究条件反射 的建立与消退） 核心分情境二：为什么只有 人能听懂“上课了”的指令? （探究人脑特有的高级中枢 与学习记忆机制） 迁移应用：从理论到实 践--导盲犬训练与科 学用脑规划 情境导入 观察与对比：奇妙的生理反应 观察这两种常见的现象 现象1（经典科学记录）：巴甫洛夫的狗在没有吃到食 物情况下，仅仅听到特定的铃声，就会开始分泌唾液 现象2（我们的日常体验）：课间在操场上休息的同学 学们，在没有任何老师口头提醒的情况下，一听到校园 上课铃声，就会立刻转身跑回教室 深度思考 这两种现象看似毫不相干（一个是动物流唾液，一个是人类跑回教室），但它们 的触发机制是惊人一致的。 缩手反射 唾液 铃声 学习 它们都不是生来就有的本能反应! 听到铃声回班，和“缩手反射”这种生来就有的反射有什么不一样？这种后天 习得的反应是如何在大脑中建立起来的？ 分情境一：探究条件反射的建立与消退 揭秘巴甫洛夫的经典实验 Cannula 反射的基石--非条件反射 概念回顾： 缩手反射、眨眼反射、膝跳反射等，都是机 体生来就有的，在系统发育过程中形成而遗 传下来的反射。 特点: 无需后天学习 由较低级的神经中枢（如脊髓、脑干）参 与即可完成 固定且持久 设疑： 但动物和人要适应复杂多变的环境，仅靠生 来就有的反射够用吗? 巴甫洛夫实验 阶段一：本能的显现 标题：阶段一：非条件刺激的直接作 用 实验操作：只给狗提供食物。 实验现象：狗大量分泌唾液。 科学分析：食物是引起唾液分泌的非 条件刺激。这种“给食物 → 流唾液” 的反应属于非条件反射。 结论：这是一种生来就有的本能，是 后续所有实验的生理基础。 1 阶段二：无关刺激的测试 实验操作：只给狗播放铃声，不提供食 物。 实验现象：狗竖起耳朵听，但不分泌唾 液。 科学分析：在未经训练的狗听来，铃声 与食物毫无关系，铃声不能引起唾液分 泌。此时的铃声被称为无关刺激。 结论：单纯的环境声音刺激无法自发引起消化腺的反应。 巴甫洛夫实验 阶段三：关键的训练 阶段三：刺激的多次配对结合 实验现象：狗分泌唾液 实验操作 每次给狗喂食前，先响铃，然后立即 给食物。这一过程多次重复进行。 铃声 食物 多次重复 复训练 科学分析 此时的唾液分泌主要是由食物( 非条件刺激)引起的。但大脑皮 层开始尝试将"铃声"和"食物"这 两个原本独立的信号建立神经 联系。 核心动作： 多次配对结合 阶段四：条件反射的最终建立 实验操作：多次配对训练后，只给铃声，不给食物。 实验现象：狗一听到铃声，依然会大量 分泌泌唾液。 科学分析：原本无关的铃声，现在变成了 食物即将到来的“信号”。铃声已经转 化为条件刺激。 结论：由条件刺激引起的反射，称为条件反射。 它是在后天生活中形成的，需要大脑皮层的参与。 条件刺激 大脑皮层参与 大量唾液 梳理条件反射的建立机制 【无关刺激】 (:如、铪销) 【非条件刺激】 (:如、食物) 【条件刺激】 (铪销) 【条件反射】 (f:如、濺液液) (多次结合) 核心转化：无关刺激在多次 与非条件刺激结合后，转化 化为条件刺激。 摄食中枢/唾液分泌调节区 原始的兴害中心 听觉中枢 暂时性的神经联系 TEMPORARY NEURAL CONNECTION 神经基础：大脑皮层中两个 不相干兴奋灶之间建立联系。 意义：使机体能对预示性信 号作出预见性反应，极大提 高适应复杂环境的能力。 13 阶段五：条件反射的消退 实验操作 条件反射的消退过程 在条件反射建立后，后续实验中长 期只给铃声，坚决不给食物 实验现象 狗听到铃声后，唾液分泌量逐渐减 少，直到最终完全不分泌 设问探究 这说明条件反射具有什么特点? 只给铃声的次数 这个消退的过程，是原有反射的完全 消失，还是产生了一种新的生理机制？ 深度剖析：条件反射消退的本质 消退不是遗忘，而是新的学习 旧观念：反射丢失了（打叉） 科学本质：产生了新的抑制（打勾） 特点：动物种族遗忘的老惋习惯，反射不能会近高维消射的消失 消退的本质：抑制性效应，条退他接反射的消退，并相遗忘束射志的消退。 生理意义：重要主动调节机制，条件高射断解发热究的所得更新新的事物 非条件反射与条件反射的区别与联系 对比项 非条件反射 条件反射 形成时间 生来就有 后天学习获得 刺激性质 具体直接的刺激（非条件刺激） 抽象或预警的信号（条件刺激） 神经中枢 大脑皮层以下（脊髓、脑干等低级 中枢） 大脑皮层（高级中枢） 稳定性 终生固定，不消退 暂时性神经联系，可建立可消退 核心联系：条件反射是在非条件反射的基础上，通过学习和训练建立起来的。 非条件反射（基础） 条件反射（升华） 分情境二：人脑特有的高级调节功能 布罗卡区 韦尼克区 语言、文字与人类的高级反射 情境导入：同样是声音，反应大不同 听觉指令的差异化反应 声音1（上课铃） 所有学生回教室 → 物理声音条件的反射 (狗如果训练也能听懂) 声音2（中文语音） 请回教室上课 所有学生回教室 声音3（西班牙语同义语音） Por favor, regrese a la clase Por favor, regrese ey la clá .. 大部分同学没反应 （除非学过该外语） 假设追问： 如果给训练有素的导盲犬播放这3段声音，它会对哪几个产生 “回班”的反应？为什么人类能对语音指令做出反应？ 三看“梅子”--反射类型的终极辨析 场景1：吃真梅子 吃酸梅，流唾液。 （非条件反射，动物和人都有） 【分析引导】 探究问题： 场景3属于什么反射? 场景2：看别人吃梅子 看别人吃酸梅，流唾液。 （条件反射，动物和人都有--视觉形状刺激） 动物能对“酸梅”这两个字流唾 液吗? 比较场景2和3的刺激物性质。 探究抽象信号在条件反射中的 作用。 场景3：看“酸梅”汉字 听别人讲《望梅止渴》的故事，或者 看到“酸梅”两个字，流唾液。 举例说明第一信号系统与第二 信号系统的区别。 语言文字--人类专属的信号 共同特点：人类能够对由语言、 文字这些抽象概念构成的刺激 作出反应。 结论：这是一种建立在第一层 物理刺激（如铃声、形状）之上 的更高级的条件反射。 cB 文 可言 思 B α 1文1 32 1h 文41J32 y 符 齐 意义： 使得人类脱离了 对具体事物的直接依 赖，能够通过抽象符 号进行思维、交流， 这也是人类区别于其 他动物的重要标志。 人类特有：语言文字条件反射 人类大脑的“独门绝技”--语言中枢 神经基础：人类之所以能建立对语言文字 的条件反射，是因为人类大脑皮层拥有 其他动物不具备的特有区域--言 语区（语言中枢）。 功能分工简述：听懂话语、看懂 文字、说出语言、写出文字，都 需要大脑皮层特定言语区的参与 和统筹。 W区（听觉性语言中枢） S区（运动性语言中枢） E区（书写性语言中枢） V区（视觉性语言中枢） 回应情境：听不懂西班牙语，是因为大脑中尚未建 立该外语语音与具体语义之间的条件反射联系。 信号系统的进阶（拓展知识） 阶梯上升 语言 方字 "苹果" 第一信号系统：由具体的声、光、气味等 物理化学刺激引起的条件反射系统。 进阶 "铃铛" （人与动物共有） 第二信号系统：由抽象的语言、文字 刺激引起的条件反射系统。(人类特有) 铃铛 声波 苹果 第一信号系统：由具体的声、光、气味等物理化学刺 激引起的条件反射系统。(人与动物共有) 总结：人类的神经调节是两个信号系统协同作用的完美体现。 跨界思考：学习与记忆的本质究竟是什么? 标题：学习的生理本质 我们上课背单词、记公式、养成听铃声回班习惯的过 程，在神经生物学层面上到底发生了什么？ 答案：学习和记忆的本质，就是大脑皮层不断建立、 强化新条件反射的过程。 启示：任何知识的学习都需要将陌生的信息（无关刺 激）与已知经验（非条件或旧条件刺激）进行反复配 对，最终在大脑中建立起稳固的暂时性神经联系。 宏观行为与微观本质 23页 迁移应用与生活实践 迁移应用：从理论走向生活 将条件反射的规律应用于动物训练与自我管理 案例1：如何训练导盲犬听懂“停”的指令? 挑战：狗听不懂人类文字“停”的含义，如何让它执行? 变外法制制组 非条 停 变流性指合 件刺激 控刺组 停 停 【反复结合】 【结果建立】 【非条件刺激】 【无关刺激】 物理拉拽牵引绳使 先喊“停”，立刻拉 多次重复后，语音指令 其被迫停止（引发 变为条件刺激，狗一听 拽牵引绳，同时给食 发出“停” 的语音 发停止行为） 物奖励强化 “停”就主动立定 指令 案例2：番茄工作法与“白噪音”的科学原理 习惯养成：如何快速进入专注状态? 学法指导：对抗条件反射的“消退” 痛点 背会的单词，不复习 很快就忘了。 科学解释 单词记忆是建立条件反 射。如果不通过复习（ 非条件刺激/奖励机制) 加以强化，条件反射就 会发生消退（产生新的 抑制过程）。 科学建议 重复强化，避免消 退。 结合艾宾浩斯遗忘曲 线，在刚记住（刚建立 联系）的几个小时和几 天内进行高频复习强化， 让暂时性的神经联系转 化为长期甚至永久的联 系。 课堂总结与知识建构 条件反射是大脑的高级调节功能 过程：无关刺激+非条件刺激多次结合→转化 为条件刺激→反射形成 分支1：条件反射的建立 特点：后天形成、大脑皮层参与、可消退（消 退是新的抑制） 核心：条件反射是大脑的 对比：生来/后天、固定/可变、低级/高级中枢 高级调节功能 语言中枢：人脑特有，对语言文字的条件反射是 独有的 分支2：人脑特有的高级功能 学习记忆：本质是条件反射的建立、强化与巩固 课后探究与作业 信号：敲击 无条件刺激：喂食 实验日志本 小小驯兽师--家庭科学探究活动 任务描述：尝试利用本节课所学的“条件反射建立规律”，训练家 里的宠物（如小狗、小猫）或水族（如金鱼、乌龟）。 操作指南：• 每次喂食前（非条件刺激），给出固定的明确信号， 如敲击两下鱼缸边缘、吹特定口哨（无关刺激）。 坚持多次结合，观察并记录。 作业产出：记录需要多少天之后，仅给出信号动物就会做出取食反 应。撰写100字左右的实验日志，下节课分享。 被试动物 训练信号 建立天数 心得体会 继续生物学课程 沪科版选择性必修1 / 第2章 第4节 / 高中生物学 授课人：XXX $