高中生物《神經衝動的產生和傳導》微課精講+知識點+課件教案習題

視頻教學：

重點知識：

1．反射

(1)沒有中樞神經系統的生物沒有反射，如單細胞生物和植物。

(2)反射分為先天性的非條件反射(大腦皮層不參與)和後天性的條件反射(大腦皮層參與)。

2．反射弧

(1)構成反射弧的神經元

傳入神經元也稱感覺神經元，細胞體在神經節內，神經纖維在皮膚和肌肉等部位形成感受器。

傳出神經元也稱運動神經元，細胞體位於中樞神經系統的灰質和植物神經節內，神經纖維在肌組織和腺體等部位，形成效應器。

中間神經元是在神經元之間起聯絡、整合作用的神經元，細胞體位於中樞神經系統的灰質內，其突起一般也位於灰質內。

(2)反射弧的完整性

反射弧結構不完整，無法完成反射。

不經歷完整反射弧所引起的反應不能稱為反射。刺激傳出神經，雖然也能引起效應器作出一定的反應，但不能稱為反射；從接受刺激到大腦皮層產生疼的感覺也不能稱為反射。

3．興奮的產生與傳導

(1)興奮：指動物體或人體內的某些組織(如神經組織)或細胞感受外界刺激後，由相對靜止狀態變為顯著活躍狀態的過程。

(2)興奮在神經纖維上的傳導

傳導形式：電信號(或局部電流)，也稱神經衝動。

傳導過程

傳導特點：雙向傳導，即圖中abc。

興奮在神經纖維上的傳導方向與局部電流方向的關係(如圖)：

a．在膜外，局部電流方向與興奮傳導方向相反。

b．在膜內，局部電流方向與興奮傳導方向相同。

【拓展】　膜電位的測量方法

4.興奮的傳遞

注意區分用詞，興奮在神經纖維上的傳導和不同神經元之間的傳遞。

(1)突觸結構及其興奮傳遞過程

【提醒】　準確區分突觸與突觸小體

結構上不同：突觸小體是神經元軸突末端的膨大部分，其上的膜構成突觸前膜，是突觸的一部分；突觸涉及兩個神經元，包括突觸前膜、突觸間隙和突觸後膜，其中突觸前膜與突觸後膜分別屬於兩個神經元。

信號轉變不同：在突觸小體上的信號變化為電信號化學信號；在突觸中完成的信號變化為電信號化學信號電信號。

(2)神經遞質的性質及作用

(1)化學成分：包括多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素、5 羥色胺、γ 氨基丁酸、甘氨酸、乙醯膽鹼等多種成分。

(2)功能分類：遞質分為興奮性遞質與抑制性遞質，前者可導致Na＋內流，使突觸後膜興奮，產生動作電位實現由「內負外正內正外負」的轉化，後者則可導致負離子(如Cl－)進入突觸後膜，從而強化「內負外正」的靜息電位。

(3)神經遞質作用後的兩個去向：一是回收再利用，即通過突觸前膜轉運載體的作用將突觸間隙中多餘的神經遞質回收至突觸前神經元並貯存於囊泡再利用；另一途徑是酶解，被相應的酶分解失活。

(3)傳遞特點

單向傳遞：只能從一個神經元的軸突傳到下一個神經元的細胞體或樹突。其原因是神經遞質只存在於突觸前膜的突觸小泡內，只能由突觸前膜釋放，作用於突觸後膜上。

突觸延擱：神經衝動在突觸處的傳遞要經過電信號化學信號電信號的轉變，因此比在神經纖維上的傳導要慢。

【突觸影響神經衝動傳遞情況的判斷與分析】

(1)正常情況下，神經遞質與突觸後膜上受體結合引起突觸後膜興奮或抑制後，立即被相應酶分解而失活或迅速被移走。

(2)突觸後膜會持續興奮或抑制的原因：若某種有毒有害物質使分解神經遞質的相應酶變性失活，則突觸後膜會持續興奮或抑制。

(3)藥物或有毒有害物質作用於突觸從而阻斷神經衝動傳遞的三大原因：

藥物或有毒有害物質阻斷神經遞質的合成或釋放；

藥物或有毒有害物質使神經遞質失活；

突觸後膜上受體位置與某種有毒有害物質結合，使神經遞質不能與後膜上的受體結合。

精品課件：

教案：

1 問題的提出

高中《生物》必修 3 「穩態與環境」第 2 章第 1節 「通過神經系統的調節」 中，「興奮的產生及傳導」是本節課的重點和難點。本節課的主要內容是興奮產生及傳導的機理， 涉及 K + 滲漏通道、 Na + 、K + 門控通道及其調控離子跨膜運輸的過程， 離子跨膜運輸導致的神經纖維膜內外電位差的變化過程等。由於此部分內容屬於微觀的生理過程，難以結合現實生活常識，導致部分學生理解困難。

本節課的主要內容屬於認知心理學知識分類中的「事實性知識」，是「陳述性知識」中抽象概括水平較低的基礎知識，主要是描述事物，回答「事物是什麼」的知識。本節課所涉及的主要是神經生理活動， 教材的呈現方式主要是以結論性語言描述神經生理活動的基本過程， 這樣的知識常導致教學設計簡單化，容易陷入機械記憶的泥淖。儘管事實性知識要求的心理過程主要是記憶， 但其獲得過程要求新知識必須進入原有的命題網絡 , 與原有知識形成聯繫。所以，單純的機械記憶是難以達成教學目標的。綜上所述，本節課的內容是以描述性語言呈現的「事實性知識」，其特點又具備一定的微觀性和抽象性，較難理解。這就要求教師設計教學過程要避免機械記憶，必須考慮學生在獲取知識的同時較好地內化知識，使之與原有知識系統化、整體化。

2 教學分析

2.1 教學目標的分析 對於本節課的內容，《普通高中生物課程標準》的相關內容標準表述為：「說明神經衝動的產生和傳導」。其中所應用的行為動詞是「說明」，屬於知識目標中的「理解」水平。對於理解水平的解釋為：「把握內在邏輯聯繫；與已有知識建立聯繫；進行解釋、推斷、區分、擴展；提供證據；收集、整理信息等」。據此，分析該內容的教學目標如表 1 。

關於神經衝動的產生及傳導機理， 教材以描述性語言呈現生理過程。以往的教學設計常以知識的記憶為主線， 有些教師還通過編制口訣幫助學生記憶，但無論如何，這種教學方法只能讓學生處於被動接受的學習狀態。這種以記憶為主的學習過程忽略了對知識的理解、內化、遷移，對能力的提升毫無幫助， 更難以培養學生的學習興趣等非智力因素。

2.2 訓練學生推理及分析能力的論證 本節課的

主要內容為靜息電位及動作電位產生的離子基礎，Na + 、 K + 跨膜運輸是內因，結果是形成靜息電位和動作電位，所以，應重點引導學生分析離子的跨膜運輸。此過程應由學生經過自己的思考獲取知識，而非機械接受與記憶，只有經過學生大腦加工過的知識才能使之內化，並與原有的知識建立聯繫。因此，需要教師搜集整理相關知識，設計適合學生探究的問題串，再結合相關資料，讓學生進行基於資料和問題的探究性學習活動，以此獲取知識。

按照學生的認知規律， 需要先從宏觀發現問題，再究其根源，從微觀上查找原因，步步深入，層層推進。所以，教師應先創設實驗情境，從發現神經衝動的實質屬於一種電信號開始，探究形成電信號的電位差在何處？如何形成？以此找到問題的實質即離子的跨膜運輸。學生的思維路線圖如圖 1 。

3 教學建議

3.1 引入新課

播放視頻：取蛙的新鮮坐骨神經—— — 腓腸肌標本， 將電位計的 2 個電極分別置於神經纖維外表面距離肌肉不同長度的部位。用電極從遠離肌肉端刺激神經，肌肉收縮，同時觀察到電位計指針連續發生 2 次偏轉。

提出問題：經電位計檢測，興奮傳導的實質為電信號，這種信號是怎樣產生的？電位計發生了偏轉，說明其兩電極間形成了電位差，電位差的本質為正、負電荷分布不均勻形成的電勢差值。正、負電荷的分布為何會不均勻？這便是本節課要探究的主要問題。

以視頻中的實驗現象及分析引入新課， 較好地創設一個探究氛圍，讓學生迅速進入思考狀態，為下一步的「基於資料的探究性學習」做好準備。

3.2 基於資料的探究性學習

3.2.1 靜息電位的形成機理

資料 1 ：義大利的伽伐尼教授（ Luigi Galvani ）1794 年發現興奮傳導的實質是生物電，這種生物電不同於自然閃電，也不同於人工靜電。1939 年，霍奇金（ Alan Hodg ， 1963 年諾貝爾生理學或醫學獎得主）等人第 1 次利用大西洋槍烏賊（不同於普通槍烏賊，體長可達 3~5 m ）的巨大神經軸突（直

徑可達 1 mm ，沒有髓鞘）直接測量了靜息電位。他將一個微電極沿神經纖維的長軸方向插入膜內，另一個微電極置於膜外，精確地測出了神經纖維的靜息電位為外正內負，數值為 -70 mV 。

資料 2 ： 研究發現，神經細胞內 K + 濃度遠高於膜外（膜內濃度是膜外的約 28 倍），而 Na + 濃度遠低於膜外（膜外濃度是膜內的約 15 倍）； 細胞膜上存在 K + 、 Na + 通道； 離子通道是由蛋白質組成的，具有高度專一性，一種離子通道只允許某種特定離子通過，其他離子均不能通過。

關於神經衝動的產生及傳導機理， 教材以描述性語言呈現生理過程。以往的教學設計常以知識的記憶為主線， 有些教師還通過編制口訣幫助學生記憶，但無論如何，這種教學方法只能讓學生處於被動接受的學習狀態。這種以記憶為主的學習過程忽略了對知識的理解、內化、遷移，對能力的提升毫無幫助， 更難以培養學生的學習興趣等非智力因素。

2.2 訓練學生推理及分析能力的論證 本節課的主要內容為靜息電位及動作電位產生的離子基礎，Na + 、 K + 跨膜運輸是內因，結果是形成靜息電位和動

作電位，所以，應重點引導學生分析離子的跨膜運輸。此過程應由學生經過自己的思考獲取知識，而非機械接受與記憶，只有經過學生大腦加工過的知

識才能使之內化，並與原有的知識建立聯繫。因此，需要教師搜集整理相關知識，設計適合學生探究的問題串，再結合相關資料，讓學生進行基於資料和

問題的探究性學習活動，以此獲取知識。按照學生的認知規律， 需要先從宏觀發現問題，再究其根源，從微觀上查找原因，步步深入，層層推進。所以，教師應先創設實驗情境，從發現神經衝動的實質屬於一種電信號開始，探究形成電信號的電位差在何處？如何形成？以此找到問題的實質即離子的跨膜運輸。

問題 1 ：根據上述資料，你能推測神經細胞膜內外的電位差最可能是哪種離子跨膜運輸造成的？離子的外流是以何種跨膜運輸方式進行的？資料 1 發現問題，資料 2 提供事實，並引導學生思考。藉助於資料 2 提供的科學事實，學生能夠進行思考：外正內負電位差的形成有 2 種可能，一是陽離子外流，二是陰離子內流。而實際情況是細胞內 K + 濃度遠高於膜外， Na + 濃度遠低於膜外，很顯然，最可能是因 K + 外流造成的。根據資料 2 提供的信息， K + 外流是順濃度梯度進行的，並且經離子滲漏通道進行， 所以是通過協助擴散的方式跨膜運輸的。該問題可讓學生思考與回答。

問題 2 ：利用已有資料分析，靜息電位是 K + 外流形成的，在形成靜息電位的過程中， K + 外流能否持續進行（達到出入平衡，即外部正電荷數不變視

為停止外流）？可提示學生， 要分析 K + 外流能否持續進行，需要分析促進 K + 外流的動力是什麼？是否存在抑制 K + 外流的力量？這個問題要留給學生足夠的時間進行討論分析。提問後再引導學生整理思路：促進 K + 外流的動力來自濃度差造成的滲透壓，抑制K + 外流的力量則是逐漸增大的膜內外電位差。學生經過思考討論能夠認識到， 隨著 K + 外流增多，膜內外電位差逐漸增大， 膜外正電荷增多形成了對 K + 的斥力，膜內負電荷逐漸增多形成了對 K + 的吸引力，這 2 個力都阻止 K + 外流，且隨著 K + 外流增多而逐漸增大，待其與促進 K + 外流的滲透壓達到平衡時， K + 的外流也會停止（即出入平衡）。此時的電位即為靜息電位。

問題 3 ：推測靜息電位的形成是 K + 外流形成的，用什麼方法可以證明此假設？如果增大細胞外 K +濃度，靜息電位的數值會怎樣變化？前者先給學生留下思考時間， 然後再提出第2 個問題，第 2 個問題給了學生一個明確的提示。學生經過思考可以得出結論， 增大細胞外 K + 濃度， 則膜內外的 K + 濃度差將減小， K + 外流的數量將減少，靜息電位的數值將會隨之減小。然後再告訴學生，這個實驗剛好證明了靜息電位的確是 K +外流形成的。

完成「靜息電位的形成」教學後，教師可簡單介紹「 K + 滲漏通道」，以免與「動作電位的形成」中的「門控 K + 通道」混淆。

上述教學過程， 是基於資料的學生探究性學習過程， 所有結論均為學生通過自己的思考和分析所構建，既掌握了相關基礎知識，又在知識的獲取過程中得到了能力的訓練。

3.2．2 動作電位的形成機理

資料 3 ： 科學家用電極刺激神經纖維時，檢測到細胞膜內外的電位差由 -70 mV 變為 0 ，又反轉變為 +30 mV ； 研究表明，細胞膜上還存在 K +

門控通道和 Na + 門控通道，受到刺激時才能打開，且運輸離子的功能更強大；K + 門控通道總是等Na + 門控通道完成任務時才打開，門控通道只要沒有離子通過時即關閉；Na + －K + 泵總是不停地工作，將生命活動過程中丟失的 K + 運回細胞，同時把進入細胞多餘的 Na + 運出細胞， 以恢復興奮前的狀態。

問題 1 ：神經纖維在接受刺激時，膜內、外電位差的反轉可能是哪些離子跨膜運輸造成的？以什麼方式跨膜運輸？學生可根據資料做如下分析：膜外電位由正變負，膜內電位由負變正。應該是正離子由膜外進入膜內引起的，因為膜外 Na + 濃度遠高於膜內，所以最可能是 Na + 的內流造成的。根據資料可知，細胞膜上 Na + 門控通道受到刺激可以打開， 且運輸Na + 離子的功能更強大， 所以 Na + 順濃度梯度通過Na + 通道進入細胞，應屬於協助擴散。

問題 2 ：動作電位發生時， Na + 會持續內流（達到進出平衡，即內部正電荷數不變視為停止內流）嗎？為什麼？提示學生，分析方法和前述問題「靜息電位形成時， K + 是否能持續外流」相同，要考慮促進Na +內流的力量、抑制的力量，二者是否達到平衡？有了前述問題的基礎， 學生很快可以通過思考分析得出結論：當促進 Na + 內流的滲透壓與抑制 Na + 內流且已經反轉的膜內外電位差形成的電場力平衡時， Na + 不再內流。

問題 3 ：若上述猜想和推理正確，提高或降低神經纖維周圍的 Na + 濃度， 動作電位的峰值會有何變化？學生稍加思考便可得出結論：提高神經纖維膜外的 Na + 濃度，動作電位的峰值將會升高；降低神經纖維膜外的 Na + 濃度， 動作電位的峰值將會下降。然後告訴學生，科學家做的這個實驗，結果正如大家分析的一樣， 該實驗同時也說明對問題 1

的推測是正確的。

問題 4 ：動作電位由 +35 mV 下降到 0 ，最後恢復為 －70 mV 的靜息電位，此過程最可能是何種離子的跨膜運輸造成的？為什麼？此時離子以何種方

式跨膜運輸？根據資料 可知，膜外電位由負變正，恢復靜息電位，最可能是 K + 外流導致的，因為只有 K + 保持內高外低的濃度差， 其可大量外流造成膜電位的再次反轉。因其順濃度梯度運輸，且需要依賴門控 K + 通道，故屬於協助擴散。

問題 5 ：神經細胞每次興奮的過程中，總有部分 K + 流到了膜外，部分 Na + 流到膜內。多次興奮後會出現什麼結果？再次接受刺激時還能再興奮嗎？

實際情況是如此嗎？學生通過思考，可以認識到，神經細胞可多次接受刺激並產生興奮，所以，必然存在某種機制，可以在每次興奮後，總是能將流出的 K + 運回細胞，將流入的 Na + 運出細胞，為下次興奮做好準備。此時，再告訴學生，科學家曾做過實驗，測定恢復靜 息 的 神 經 細 胞 內 的 K+ 濃 度 和 細 胞 外 的Na+濃度，發現與靜息時幾乎相同，這說明大家的推理是正確的。因為將 K + 運回細胞， 將 Na + 運出細胞，均逆濃度梯度進行，屬於主動運輸。資料中的Na + －K + 泵正好承擔此任務。

3.2.3 興奮的傳導機理 該問題的學習，以啟發式談話法進行。談話過程中給學生創設思考的機會，以小問題的形式引發學生繼續思考與推理，基本過程如下：當興奮產生的部位出現了電位差的反轉，變成了外負內正，此時相鄰部位膜外為正，會不會有電流產生？為什麼？膜內會不會有這種電流產生？這種電流就叫做局部電流，想一想，局部電流在膜內和膜外的方向如何？局部電流可以導致門控 Na + 通道打開，會出現什麼結果？當相鄰部位產生興奮後，原興奮部位則恢復了靜息電位。新興奮部位也會產生局部電流，繼續影響相鄰部位，則興奮就可以不斷傳導下去。

4 結語

描述生理過程的變化，是中學生物學課堂教學的常見知識類型，這些事實性知識最容易被教師作為背誦和機械記憶的學習任務強壓給學生，認為只要記住就算掌握了。殊不知這種教學方法導致的直接後果就是學生在機械記憶的過程中

喪失了學習的興趣與熱情，並且在不求甚解的單純記憶中，得不到能力的訓練，更談不上智力的發展。怎樣避免上述現象的出現？這就要求教師根據學生的認知特點，查找科學文獻資料，重組並轉變為適合學生進行課堂探究的小課題，以資料和問題引導學生，以知識的探索和發現過程吸引學生，讓學生在探究過程中得到思維能力的訓練和提升。

練習：

一、概念檢測

1. 有些地方的人們有食用草烏燉肉的習慣，但草烏中含有烏頭鹼，烏頭鹼可與神經元上的鈉離子通道結合，使其持續開放，從而引起呼吸衰竭、心律失常等症狀，嚴重可導致死亡。下列判斷不合理的是 （C）

A. 食用草烏燉肉會影響身體健康

B. 鈉離子通道打開可以使胞外的Na+內流

C. 鈉離子通道持續開放會使神經元持續處於靜息狀態

D. 阻遏鈉離子通道開放的藥物可以緩解烏頭鹼中毒症狀

2. 乙醯膽鹼酯酶可以水解乙醯膽鹼，有機磷農藥能使乙醯膽鹼酯酶失活，則該藥物可以（A）

A. 使乙醯膽鹼持續發揮作用

B. 阻止乙醯膽鹼與其受體結合

C. 阻止乙醯膽鹼從突觸前膜釋放

D. 使乙醯膽鹼失去與受體結合的能力

二、拓展應用

1. 槍烏賊的神經元是研究神經興奮的好材料。研究表明，當改變神經元軸突外Na+濃度的 時候，靜息電位並不受影響，但動作電位的幅度會隨著Na+濃度的降低而降低。

（1）請對上述實驗現象作出解釋。

（2）如果要測定槍烏賊神經元的正常電位,應該在何種溶液中測定？為什麼？

【答案】（1）靜息電位與神經元內的K+ 外流相關而與Na+ 無關，所以神經元軸突外Na+ 濃度的改變並不影響靜息電位。動作電位與神經元外的Na+ 內流相關，細胞外Na+ 濃度降低，細胞內外Na+ 濃度差變小，Na+ 內流減少，動作電位值下降。

（2）要測定槍烏賊神經元的正常電位，應在鈉鉀離子濃度與內環境相同的環境中進行。因為體內的神經元處於內環境之中，其鈉鉀離子具有一定的濃度，要使測定的電位與體內的一致，也就必須將神經元放在鈉鉀離子濃度與體內相同的環境中。

2. 一般的高速路都有限速的規定。例如，我國道路交通安全法規定，機動車在高速公路行駛, 車速最高不得超過120 km/h。在高速路上行車, 要與前車保持適當的距離，如200 m。另外，我國相關法律規定，禁止酒後駕駛機動車。請你從本節所學知識的角度，解釋這幾項規定的合理性。如果遇到酒後還想開車的人，你將怎樣做？

【答案】在行車過程中，發現危險進行緊急處置，實際上需要經過一個複雜的反射過程。視覺器官等接受信號並將信號傳至大腦皮層作出綜合的分析與處理，最後作出應急的反應，要經過興奮在神經纖維上的傳導以及多次突觸傳遞，因此從發現危險到作出反應需要一定的時間。車速過快或車距過小，就缺少足夠的時間來完成反應的過程。此外，酒精會對神經系統產生麻痺，使神經系統的反應減緩，所以酒後要禁止駕駛機動車。遇到酒後還想開車的人，需告誡：酒後不開車，開車不喝酒；酒駕、醉駕是違法行為。

(2019·四川南充模擬)

下列關於神經興奮的敘述，正確的是( )

A．靜息狀態下，將電位計的兩電極置於神經纖維膜的外側，可測得靜息電位的大小

B．維持神經細胞內外Na＋和K＋分布不均衡的狀態需要消耗能量

C．膝跳反射過程中興奮在神經元間的傳遞是單向的，在神經纖維上的傳導是雙向的

D．神經細胞只要受到刺激，儲存於突觸小泡內的神經遞質就會迅速釋放出來

(2019·湖南株洲質檢)

成人排尿受大腦皮層的控制，當膀胱充盈的壓力通過感受器和傳入神經直接傳到脊髓。在排尿中樞的控制下，逼尿肌收縮，尿道括約肌舒張，使尿液進入尿道，可反射性地加強排尿中樞的活動，於是完成排尿。從以上信息可以得出( )

A．成人可以有意識地控制排尿反射

B．排尿反射的感受器和效應器都是膀胱壁的逼尿肌

C．排尿反射通過正反饋和負反饋使尿液順利排出

D．排尿反射的調節方式為神經—體液調節

(2019·湖南株洲質檢)A

解析　根據題意可知，成人的有意識排尿是通過大腦皮層高級神經中樞對脊髓的低級排尿中樞調控完成的，故成人可以有意識地控制排尿反射，A項正確；排尿反射的感受器位於膀胱內壁，B項錯誤；正常人排尿過程中，當逼尿肌開始收縮時，又刺激了膀胱壁內牽張感受器，由此導致逼尿肌反射性地進一步收縮，並使收縮持續到膀胱內尿液被排空為止，該過程屬於正反饋調節，C項錯誤；排尿反射的調節方式為神經調節，D項錯誤。

(2019·四川南充模擬) B

解析　靜息狀態下，應該把電位計的兩極分別置於神經細胞膜的膜外和膜內，來測定靜息電位，A項錯誤；維持Na＋和K＋的分布不均衡的狀態需要靠主動運輸，消耗能量，B項正確；反射過程中興奮在神經纖維上的傳導和神經元之間的傳遞都是單向的，C項錯誤；神經細胞需要受到適宜的刺激，才會釋放神經遞質，D項錯誤。

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