人教版 (2019)选择性必修1神经冲动的产生和传导第1课时教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修1神经冲动的产生和传导第1课时教学设计，共9页。教案主要包含了兴奋在神经纤维上的传导等内容，欢迎下载使用。

教学目标
1.通过观察分析生物电的发现以及蛙坐骨神经表面电位差实验，概括兴奋与神经冲动的概念，归纳总结兴奋产生的条件。
2.通过查阅“生物电”发生的膜学说资料以及枪乌贼神经细胞轴突膜两侧的电位变化实验资料，观看静息电位维持模式图以及产生原因动画，能够归纳和概括出静息电位的维持机制以及产生原因。
3.通过查阅动作电位的发现资料，观看神经冲动在神经纤维上产生和传导的模式图和动画，归纳概括动作电位产生的机制和原因，概述兴奋的产生和传导。
教学重点：兴奋在神经纤维上的传导。
教学难点：兴奋在神经纤维上的传导。
教学过程
板书设计
2.3 神经冲动的产生和传导
（第1课时）
一、兴奋在神经纤维上的传导
（一）兴奋与神经冲动的概念
（二）兴奋产生的条件
（三）神经冲动的产生
1.静息电位
2.动作电位
3.兴奋的产生和传导教学环节
教师活动
学生活动
情境导入
【温故知新】回忆初中所学知识，请两名学生到黑板画出膝跳反射和缩手反射的结构模式图，根据模式图师生共同回顾：在适当刺激且反射弧结构完整的情况下反射活动的发生过程。
引导学生进一步分析反射活动的完成需要兴奋在反射弧各个部分上传导，特别是在神经纤维上的传导，及在神经元之间传递。
引出本节课主题：神经冲动的产生和传导。
回忆初中知识，在黑板上画出膝跳反射和缩手反射的结构模式图。
进一步分析反射活动的完成。
问题探讨
【问题探讨】短跑赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界短跑比赛规则规定，在枪响后0.1 s内起跑被视为抢跑。
讨论：
1.从运动员听到枪响到作出起跑的反应，信号的传导经过了哪些结构？
2.短跑比赛规则中关于“抢跑”规定的科学依据是什么？
通过之前课程的学习，我们已经知道：神经调节的基本方式是反射；发射的结构基础是反射弧。反射的短跑赛场上，发令枪一响，运动员们会像离弦的箭一样冲出起跑线。运动员从听到发令枪响到做出起跑反应。
我们知道这是一种条件反射。感受器是分布在耳朵的听神经末梢，通过听神经将信号传入神经中枢大脑，在大脑做出反应后，指令经过传出神经传导至腿部肌肉，也就是效应器，完成起跑这一反应。提出疑问：
（1）在这一过程中，兴奋在感受器如何产生，又是如何在神经中传导的呢？
（2）短跑比赛规则规定，发令枪响后0.1 s内起跑为抢跑，这一规定的生物学依据又是什么？
这些是我们这一节需要重点讨论的内容。
组织学生以小组为单位进行讨论交流，并回答讨论中的问题。
思考问题，小组讨论，回答问题。
1.经过了耳（感受器）、传入神经（听觉神经）、神经中枢（大脑皮层-脊髓）、传出神经、效应器（肌肉）等结构。
2.人类从听到声音到作出起跑需要经过反射弧的各个结构，完成这一反射活动所需的时间至少需要0.1 s。
新课学习
一、兴奋在神经纤维上的传导
展示生物电发现的资料，引导学生初步认识生物电，了解意大利医生、生理学家伽尔瓦尼。
展示蛙坐骨神经-腓肠肌标本。
1.两种金属导体在蛙的肌肉和神经之间建立回路，肌肉会收缩。
2.使用蛙坐骨神经-腓肠肌标本进行“无金属收缩实验”，验证生物存在电信号。
【教师介绍】
对这一问题的探索肇始于意大利医生和生理学家伽尔瓦尼在1786年的一个偶然发现。伽尔瓦尼发现挂在铁栅栏铜钩上的蛙腿在风的吹动下左右摇晃，蛙腿一碰到铁栅栏，就能观察到较明显的收缩。伽尔瓦尼认为这种收缩是肌肉内部流出来并沿着神经到达肌肉表面的电流刺激引起的，即动物的组织可以产生生物电。
伽尔瓦尼的观点在科学界引发了争论。伏特等科学家认为伽尔瓦尼的发现可能是铜铁两种金属的电位差引起的，而不是所谓的生物电。为此，伽尔瓦尼和他的后继者设计了“无金属收缩实验”，在蛙坐骨神经-腓肠肌标本中，截断蛙的坐骨神经可以导致蛙腓肠肌收缩，这一过程中，没有涉及任何金属，说明生物电确实存在。
展示蛙坐骨神经表面电位差实验，引导学生对实验进行分析，并完成PPT中空白处的填写。
【教师讲解】
随后，电流计于1820年应用于生物电研究。科学家在蛙神经外侧连接两个电极。随后，刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。
在刺激刚开始时，神经上电极所在的a点和b点均没有兴奋，故电流表不显示电流，说明a点和b点均没有兴奋，没有电位差异。
当兴奋传导至a点时，b点所在位置还没有兴奋，可见电流表出现明显偏转，电流从b点流向a点，说明a点比b点电位低。
当兴奋传导至b点时，a点所在位置已经由兴奋回复到静息状态。此时，电流表出现明显偏转，电流从a点流向b点，说明b点比a点电位低。
当兴奋传导至b点右侧时，兴奋已经传导过a点和b点。此时a点和b点均为静息状态，电流表不显示电流，没有电位差异。
该项实验证明兴奋在神经上以电信号传导，神经兴奋发生位置电位低于静息位置。
强调：共发生了两次方向相反的偏转。
【归纳】
说明在神经系统中，兴奋是以_______的形式沿着神经纤维传导的。这种电信号也叫做___________。
因此可以说，兴奋在神经纤维上的传递形式为： 。
结合生物电的发现以及蛙坐骨神经表面电位差实验的分析，引导学生归纳总结兴奋与神经冲动的概念，兴奋产生的条件。
（一） 兴奋与神经冲动的概念
兴奋是指动物体或人体内的某些组织或细胞感受外界刺激后，由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。
兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导的，这种电信号也叫作神经冲动。
（二）兴奋产生的条件
①取决于组织本身的机能状态，兴奋的引起和兴奋的维持依赖于可产生兴奋的组织的新陈代谢；
②兴奋的产生需要有适宜的刺激，这里的适宜既包括刺激的强度适宜，也包括刺激的时间适宜。
提出疑问：神经冲动在神经纤维上时怎样产生和传导的呢？
（三）神经冲动的产生
介绍“生物电”发生的膜学说。
1.神经在静息状态下电位高于兴奋状态下的电位。
2. K+在细胞内液的含量远高于细胞外液。
细胞膜具有选择透过性，神经兴奋的产生是否是细胞膜调节K+或者其他离子的通过性，进而调节细胞膜两侧电位差引发的呢？
【提出疑问】为什么神经发生兴奋的位置电位会低于静息位置呢？在发生兴奋的位置是否存在跨生物膜的电荷转移呢？
【教师介绍】
从刚才的实验中，我们可以证实神经在静息状态下电位高于兴奋状态下的电位。同时，科学家已经知道K+离子在细胞内液的含量远高于细胞外液。
据此，科学家提出的“生物电”发生的膜学说。因为生物膜具有选择透过性，神经兴奋的产生可能是细胞膜调节K+或者其他离子的透过性，进而调节细胞膜两侧电位差引发的。
要回答这个问题，使用蛙的神经是不可以的。在学习神经调节的结构基础时，我们已经知道，神经元轴突呈纤维状，外表大都有一层髓鞘，构成神经纤维。许多神经纤维集结成束，外面包有一层包膜，构成一条神经。因此，如果要观察神经兴奋是否有跨生物膜的电荷转移，需要测量轴突所在细胞膜两侧的电位差。这需要将一个电极插入轴突内部，要求电极的直径非常细且不能损伤细胞。在当时，这是一个难以逾越的技术难题。
1936年，英国解剖学家杨发现一种软体动物枪乌贼的神经中单根轴突的直径异常粗大，是研究电生理的优秀生物材料。同时，微电极和膜片钳技术的长足发展使得科学将微电极直接插入神经纤维内成为可能。PPT中图片展示的就是插入枪乌贼轴突的微电极。
1.静息电位
【静息电位的确认】
结合“生物电”发生的膜学说，引导学生进行分析，概述确认内负外正的静息电位的过程。
展示赫胥黎和霍奇金研究装置示意图以及插入枪乌贼轴突的微电极局部放大图片。
教师介绍：1939年，赫胥黎和霍奇金使用微电极技术和细胞内记录的方法研究枪乌贼神经细胞轴突膜两侧的电位变化。他们将枪乌贼的神经元轴突进入盛有生理盐水的水槽。将其中一个电极刺入细胞膜，而另一个电极留在细胞膜外，并将两个电极联通，监测电位变化。赫胥黎和霍奇金使用的微电极直径很细，而且中空，内部充满生理盐水，在维持神经元轴突原有生物活性的前提下能够有很好的导电性，便于后续的实验探究。实验发现：在需要插入枪乌贼轴突的微电极刺穿轴突细胞膜前，两个电极之间没有点位差异；但该电极刺穿细胞膜后，两个电极之间出现了45 mV的电位差异，且枪乌贼轴突细胞膜内电位低于枪乌贼轴突细胞膜外电位。确认了内负外正的静息电位。在此基础上，赫胥黎和霍奇金开始探究兴奋在轴突上的产生机制。
【静息电位的维持】
展示静息电位产生的图片和动画，引导学生探究静息电位的维持机制和产生原因。
对学生的总结进行补充，进而归纳概括。
神经在未受刺激时，静息电位的维持机制是：
Na+浓度：神经细胞膜外的浓度高于细胞膜内。
K+浓度：神经细胞膜外的浓度低于细胞膜内。
细胞膜两侧电位表现为内负外正，称为静息电位。
静息电位的产生原因：K+外流。
补充：
K+外流的原因：神经细胞外的Na+浓度比膜内要___，K+浓度比膜内___，而神经细胞膜对不同离子的______各不相同：静息时，膜主要对___有通透性，造成_______，使膜外阳离子浓度___于膜内。由于细胞膜内外这种特异的离子分布特点，细胞膜两侧的电位表现为外正内负；
2.动作电位
【动作电位的发现】
展示“膜学说”资料。
“膜学说”：静息时细胞膜只对 K+有通透性。由于带正电荷的 K+顺浓度差向细胞外扩散，相应的负电荷仍留在细胞内，形成了“外正内负”的静息电位。神经受到刺激兴奋时，细胞膜对所有离子都通透，膜两侧电位差瞬间消失形成兴奋。
提出疑问：如果“膜学说”成立，赫胥黎和霍奇金在刺激枪乌贼轴突后，应观察到怎样的电位变化？
展示霍奇金和赫胥黎记录的枪乌贼动作电位。提出问题：
（1）记录的枪乌贼动作电位符合“膜学说”吗？
（2）轴突兴奋的时候是如何形成正电位的呢？
按照“膜学说”的观点，如果仅仅有K+的外流，不会出现细胞膜内正电位。在赫胥黎和霍奇金进一步研究并在1952年发表的论文指出了动作电位形成的原理。
【动作电位的产生】
展示神经冲动在神经纤维上产生和传导模式图和动作电位产生的原因动画，引导学生归纳总结动作电位及其产生原因。
归纳总结：
当神经纤维某一部位受到刺激时，细胞膜对____的通透性增加，造成___________，这个部位的膜两侧出现________的电位变化，表现为__________的兴奋状态，此时的膜电位称为_______。
产生兴奋时的电位是： 。
该电位形成的主要原因： 。
该电位的电位表现是： 。
3.兴奋的产生与传导
展示神经冲动在神经纤维上产生和传导的模式图以及神经纤维的传导模式动画，引导学生归纳概括兴奋的传导过程，传导特点，传导方向，电流方向等。
归纳：
（1）传导过程：
（2）传导特点：具有双向性（但在生物体中总是单向传导）。
（3）兴奋传导方向：兴奋部位向为兴奋部位传导。
（4）电流方向：膜外与兴奋方向相反，膜内与兴奋方向相同。
（5）兴奋后的恢复：迅速恢复为外正内负。
拓展延伸：兴奋在神经纤维上的传导方向解析
①在离体的神经纤维上：双向传导。在中部刺激神经纤维，会形成兴奋区，而两侧临近的未兴奋区与该兴奋区都存在电位差，都可以产生电荷移动，形成局部电流，因此可以双向传导
②在反射过程中：单向传导。原因是：在反射过程中，总是从感受器一端接受刺激产生兴奋然后传向另一端，再加上反射弧中的突触也决定兴奋在反射弧中的传导方向是单向的。
阅读生物电发现的资料，认真听教师介绍，查阅资料，了解伽尔瓦尼，初步认识生物电。
思考分析，小组讨论，积极展示。
①静息时，电表_没有测出电位差，说明静息时神经表面各处电位 相等 。
②在图示神经的左侧的一端给予刺激时， 靠近 刺激端的电极处（a处）先变为负 电位，接着恢复正电位。
③然后，另一电极（b处）变为 负 电位
④接着又 恢复为正电位 。
思考回答，尝试归纳，并将空白处补充完整。
电信号 神经冲动
神经冲动（电信号）。
结合上述分析，尝试进行归纳。
思考问题。
了解“生物电”发生的膜学说，认真听讲，思考问题，并尝试回答。
观察赫胥黎和霍奇金研究装置示意图以及插入枪乌贼轴突的微电极局部放大图片，了解静息电位确认的历史历程，进一步了解静息电位。
认真观察图片和动画，阅读课本，自主学习，小组合作探究，尝试归纳总结静息电位的产生原因和维持机制。
根据上述分析，尝试概括K+外流的原因，并将空白处填写完整。
高 低 通透性
K+ K+外流 高

阅读“膜学说”资料，回答问题。
“膜学说”认为神经静息状态的维持和兴奋的产生主要依靠细胞膜对K+的调控。给予刺激时膜两侧的电位差瞬间消失形成兴奋。因此，如果“膜学说”成立，在枪乌贼轴突受到刺激时，膜两侧的电位差应从45 mV变为0。

（1）轴突兴奋的时候，电位变化的幅度大大超过了零电位而达到了+30-50 mV。
观察图片和动画，进行总结，完成空白处的填写。
Na+
Na+内流 暂时性
内正外负
动作电位
动作电位
细胞膜对Na+的通透性增加，Na+内流
内正外负
观看图片和动画，小组合作探究，尝试进行归纳概括，积极展示。
小结
小结根据板书总结归纳。
1.反射的完成以神经元上兴奋的传导为基础。
2.神经元受到刺激会产生兴奋。静息电位表现为内负外正。
3.兴奋在神经纤维上以神经冲动（电信号）的形式传导，刺激离体的神经纤维上任意一点兴奋可双向传导。
理清逻辑关系，构建知识框架。
布置作业
布置作业。
完成课后作业题；概述兴奋在神经纤维上的传导过程。