第2章 神经调节
第3节 神经冲动的产生和传导教案
一、教材分析
“神经冲动的产生和传导”是人教版高中选择性必修1《稳态与调节》第２章第3节第的内容。这节内容主要是在“神经调节的结构基础和反射”基础上学习“兴奋在神经元之间的传导”、“兴奋在神经元之间的传递”和“滥用兴奋剂、吸食毒品的危害”。本课主要剖析“兴奋的传递”，包括传递过程、传递特点、传递方式等主要内容。本节是研究动物和人体的神经系统的调节原理，揭示高等生物个体生命活动规律，在整个教材中处于相当重要的地位。
二、学情分析：
学生在初中学习了反射、反射弧等基础知识，这为“兴奋的传递”内容的学习奠定了基础。但本节内容较为抽象复杂，涉及微观的生命活动动态过程，学生初步接触，认知水平有限，对理解复杂的突触结构和传递过程有一定难度。因此，本课时基于生物学核心素养理论，采用情境教学法，将这一知识领域与科技前沿、社会热点密切相关，教师有效结合多媒体和板书，引导学生联系大量社会生活实际问题，从而培养学生的社会责任感。
三、核心素养教学目标：
1.生命观念：说明兴奋在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递。通过对生物议题的讨论，能够运用结构与功能相适应以及稳态与平衡的观点，认识突触的结构并阐明兴奋在突触处的传递过程。通过对兴奋传递障碍与人体健康的关系的讨论，以及运用神经调节的原理，能够初步解释兴奋传递障碍的原因。
2.科学思维：通过对资料的分析、讨论，学会运用归纳，与概括、演绎和推理的方法，概括兴奋在突触的传递特点。
3.科学探究：能够按照科学探究的基本原则和过程，设计“突触在神经元之间的传递方向”探究实验方案，并积极展开交流。
4.社会责任：能够科学解释毒品和尼古丁致瘾机理，并形成良好的生活习惯；能够辨别社会谣言并宣传正确的舆论；能够提出解决生产实际问题的策略和措施。
四、教学重难点
1、教学重点
兴奋在神经纤维上的传导过程、突触的结构和兴奋在突触的传递过程。
2、教学难点
兴奋在神经纤维上的传导特点、兴奋在神经元之间的传递特点的理解。
五、教学方法：
教法 ：发现教学法、情境教学法、直观教学法、讨论法。学法指导：观察法、归纳法、探究学习 法。突破重点和难点的方法：通过图片的展本、视频的观看、学生的合作讨论、实验探究等方式加深学生对神经系统调节的认识，通过联系生活实际，将理论应用于实践，帮助学生透过直观表面现象掌握本质内容。
六、教学媒体：
板书、PPT
七、教学过程：
1、问题探讨引入新课
【教师】赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界田径比赛规则规定，在枪响后0.1s内起跑被视为抢跑。
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？
提示：感受器（耳蜗）→传入神经→神经中枢→传出神经→效应器（传出神经末梢和它支配的肌肉）
2.短跑比赛规则中关于“抢跑”规定的科学依据是什么？
提示：人类从听到声音到作出反应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0.1s。
【教师】兴奋在反射弧中是以什么形式传导的？它又是怎样传导的呢？
【教师】过渡：人体内的活细胞或组织都存在复杂的电活动，这种电活动称为生物电现象。生物电是由细胞膜两侧的电位差或电位差的变化引起的。
（1）蛙的坐骨神经表面电位变化实验
有人做过如图实验：在蛙的坐骨神经上放置两个微电极，并将它们连接到一个电表上。
实验结果：电流表的指针发生两次方向相反的偏转，如下图：
【师生】分析实验结果，指出指针偏转的原因，说出实验结论。
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项目 |
图示分析 |
指针偏转情况 |
结论 |
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静息时 |
图1：a、b处膜外都是正电位 |
不偏转 |
神经表面各处电位相等 |
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左侧一端给予刺激 |
图2：a处膜外变为负电位，b处膜外仍为正电位 |
偏转 |
方向相反 |
兴奋是以电信号（局部电流）的形式沿着神经纤维传导的，这种电信号也叫神经冲动 |
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图3：a处膜外变为正电位，b处膜外变成负电位 |
偏转 |
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图4：a处膜外成正电位，b处膜外恢复成正电位 |
不偏转 |
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【设计意图】
引导从实验分析开始，通过静息状态与受到刺激的情况下电表测得电位的变化，得出神经系统中传导的兴奋本质上是电信号的结论，训练学生从实验现象中得出结论的理性思维。
【教师】过渡1.要形成电流必须要有电位差的形成，刺激引起电流的产生，那么必定引起了电位差的变化。在静止的时候神经纤维的电位是怎样的？
（2）兴奋在神经纤维上的传导
【师生】绘制神经纤维静息电位示意图：
【教师】①静息状态未受刺激时，神经纤维处于静息状态，此时神经细胞外的Na+浓度比膜内要高，K+浓度比膜内低而神经细胞膜对不同离子的通透性各不相同:静息时，膜主要对K+有通透性，造成K+外流,使膜外阳离子浓度高于膜内。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这称为静息电位。
总结：神经纤维未受刺激是静息电位。该电位表现是：外正内负。
该电位形成的主要原因：细胞膜主要对K+有通透性，造成K+外流。
【师生】绘制神经纤维某部位受到刺激后由静息电位变为动作电位示意图
【教师】①产生兴奋当神经纤维某一部位受到刺激时，细胞膜对Na+的通透性增加，造成Na+的通透性增加，造成Na+内流，这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化，表现为内正外负的兴奋状态，此时的膜电位称为动作电位。
总结：产生兴奋时的电位为动作电位，该电位形成的主要原因：细胞膜对Na+的通透性增加，Na+内流；该点位表现是内正外负。
【教师】讲解：随后Na+通道关闭、K+通道开放Na+内流停止，而K+迅速外流，所以膜电位又向静息电位水平恢复。流人细胞的Na+由钠-钾泵泵出细胞，流出细胞的K+进入细胞，膜电位恢复到静息电位水平。
【学生】观察离体的神经纤维上局部电流的方向和兴奋的传导方向。
【教师】神经纤维某处受到刺激产生动作电位后，在神经纤维的其他部位也能记录到同样的动作电位。这说明，动作电位是能够沿神经纤维传导的。兴奋以局部电流的形式沿着神经纤维，从受刺激部位向两边快速传导。兴奋部位的电位表现为内正外负，而临近的未兴奋部位仍然是内负外正。在兴奋部位和未兴奋部位之间由于电位差的存在而发生电荷移动。这样就形成了局部电流。这种局部电流又刺激相近的未兴奋部位部位产生同样的电位变化，如此进行下，将兴奋向前传导，后方又恢复静息电位。
【教师】膜外的局部电流：未兴奋部位→兴奋部位；
膜内的局部电流：兴奋部位→未兴奋部位。
膜外的局部电流与膜内的局部电流方向相反，膜内外形成局部电流回路。
兴奋传导的方向与膜内电流相同。
【教师】①在离体的神经纤维上传导方向是双向传导
首先，双向传导的前提除神经纤维需离体之外，刺激还不能发生在神经元的端点；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反射过程中：传导方向是单向传导
原因：在反射过程中，兴奋只能从感受器传到效应器，因此，在生物体内的反射弧上，兴奋在神经纤维上的传导方向是单向的。
【教师】用PPT演示膜电位的测量方法和结果：
①膜电位变化曲线解读
C：动作电位峰值，峰值大小与膜内外Na+浓度差有关
C-D：此时为静息电位的恢复，K+通道打开，此时细胞膜主要对K+有通透性，离子运输方向为K+外流，运输方式为协助扩散；
D-E：钠钾泵活动加强，使膜内外离子分布恢复到初始静息水平；经钠钾泵的运输方式为主动运输；
特殊强调：整个过程中，钠钾泵一直在发挥作用。整个过程中，细胞膜内K+始终比膜外多，Na+始终比膜外少。
【教师】神经纤维膜外离子浓度对膜电位有影响吗？
【学生】进行讨论，根据静息电位和动作电位形成的机制与离子的关系，解答问题。
【教师】进行归纳。神经纤维膜外离子浓度对膜电位的影响：
①细胞外K＋浓度影响静息电位K＋浓度降低→静息电位绝对值“大”
②细胞外Na＋浓度影响动作电位Na＋浓度降低→电位峰值降低
【设计意图】通过对细胞膜两侧钠离子和钾离子浓度的数据分析，提出如何维持浓度差的问题，从而引入钠钾泵的介绍。教师分析静息电位、动作电位的生理学机制，学生根据分析绘制膜两侧电位变化的示意图，再通过小组活动，加深对静息电位、动作电位的理解。
第二课时 兴奋在神经元之间的传递
【教师】在完成一个反射的过程中，兴奋要经过多个神经元，一般情况下，相邻的两个神经元并不是直接接触的当兴奋传导到一个神经元的末端时，它是如何传递到另一个神经元的呢？
【教师】神经细胞的轴突末梢有许多分支，每个分支的末端膨大成球状,称为突触小体。突触小体与另一个神经细胞的树突或胞体相接触形成突触。
1.突触的结构
突触前膜是突触小体末端的膜,突触后膜是后一个神经细胞与突触前膜相对的膜，突触前膜和突触后膜略微增厚，为特化的细胞膜。突触前膜与突触后膜之间的间隙是突触间隙，宽约10～50nm，其中充满了组织液。
2.突触的类型
(1) 按结构分类
胞体与胞体、树突与树突以及轴突与轴突之间都有突触形成，但常见的是某神经元的轴突与另一神经元的树突间所形成的轴突－树突突触，以及与胞体形成的轴突-胞体突触。
上图中的突触有：
①轴突(突触前膜)——胞体(突触后膜)
②轴突(突触前膜)——树突(突触后膜)
【教师】补充：神经元与肌肉细胞或某些腺体之间也是通过突触联系，神经元释放的神经递质也可以作用于这些肌肉细胞或腺细胞，引起肌肉的收缩或腺体的分泌。
【教师】教师演示神经元之间通过突触传递信息图解
【学生】读图，说出神经元之间通过突触传递信息的过程：
兴奋到达突触前膜所在的神经元的轴突末梢→突触小泡向突触前膜移动并融合释放神经递质→神经递质通过突触间隙扩散到突触后膜的受体附近→神经递质与突触后膜上的受体结合→突触后膜上的离子通道发生变化，引发电位变化→神经递质被降解或回收。
【教师】进行解析：
(1) 当突触前神经元兴奋后，其神经冲动（电信号）传到突触前膜并引起突触前膜的电位变化，该电位变化（电信号）使突触小泡内的神经递质（化学信号）以胞吐的方式由突触前膜释放到突触间隙。当神经冲动沿着轴突传导至轴突末梢时，突触小泡向突触前膜靠近，并以胞吐的方式将其中的神经递质释放到突触间隙中。突触前膜发生的信号转变：电信号→化学信号。
(2) 神经递质（化学信号）经扩散通过突触间隙，然后与突触后膜上的特异性受体结合，使突触后膜上的某些离子通道开放，离子经由离子通道进入突触后膜内侧，从而引起突触后膜的电位变化（电信号）。
注：突触后膜上的受体和离子通道是结合在一起的，受体一旦结合相应的神经递质后，会引起离子通道打开，进而引起相应的离子流动。
例如,当乙酰胆碱与突触后膜上的受体相结合时，可引起突触后膜上Na+通道的打开，Na+进人突触后细胞的速度比 K+离开突触后细胞的速度快，即产生兴奋性突触后电位；当甘氨酸与突触后膜上的受体相结合时，可引起突触后膜上Cl–通道打开，Cl–迅速进入突触后细胞，突触后膜产生抑制性突触后电位。
突触后膜发生的信号转变：化学信号→电信号
(3) 神经递质在发挥作用后会被降解或回收，突触后膜所在的下游神经元释放相关水解酶，或重新被突触前膜所在的上游神经元回收并储存于突触小泡中。
例如：去甲肾上腺素发挥生理效应后大部分被末梢重新吸收加以利用，小部分被单胺氧化酶降解，还有一部分被甲基移位酶失活。乙酰胆碱从受体结合后就被突触后膜上乙酰用以重新合成乙酰胆碱。
【教师】提出问题：突触后膜的特异性受体是哪种生物大分子？
【学生】根据细胞膜的结构和功能，说出贯穿或者镶嵌于细胞膜表面的特异性受体本质是蛋白质。
【教师】神经递质与突触后膜上的特异性受体结合，一定引起突触后神经元的兴奋吗？
【教师】神经递质的释放一定能引起突触后膜膜电位的变化，但不一定引起突触后膜产生动作电位，这受神经递质数量和种类的影响。突触传递具有总和性。
2. 不同的神经递质产生不同的作用
【教师】进行拓展：在神经冲动传递的过程中，由于递质和受体的不同，在突触后膜上产生的效应也不同。根据突触后膜膜电位发生的变化，可将神经递质分为兴奋性神经递质和抑制性神经递质两类。
(1)兴奋性神经递质
兴奋性递质(如乙酷胆碱、去甲肾上腺素、谷氨酸、多巴胺等)作用于突触后膜的相应受体，突触后膜对 Na+ 通透性增加。Na+的涌入引起突触后膜的膜外电位降低，膜内电位升高，使突触后神经元容易产生兴奋，从而完成神经冲动的传递。这一类突触称为兴奋性突触。
(2)抑制性神经递质
抑制性递质(如γ-氨基丁酸、甘氨酸等)作用于突触后膜，使突触后膜对 Cl–的通透性增加。Cl–进入突触后膜后，突触后膜的膜外电位升高，膜内电位降低，引起突触后膜产生抑制性变化，使突触后神经元产生兴奋的难度增加。这一类突触称为抑制性突触。
还有的神经递质对某些突触后神经元起兴奋作用，而对另外一些突触后神经元起抑制作用，如乙酰胆碱能兴奋骨骼肌细胞，但其对心肌细胞却是抑制的，原因在于两种细胞表面的受体不同。
【教师】从功能上来说，突触分为兴奋性突触和抑制性突触。突触的兴奋或抑制，不仅取决于神经递质的种类，更重要的还取决于其受体的类型。
【教师】关于突触结构的注意事项：
①突触间隙内的液体属于组织液，突触后膜上受体的化学本质为糖蛋白，神经递质与突触后膜上受体的结合具有特异性。
②突触后膜可能是下一个神经元的胞体膜或树突膜，也可能是传出神经元支配的肌肉细胞膜或腺体细胞膜。
③兴奋在突触中的传递体现了细胞间的信息交流，神经递质属于信号分子。
3.神经冲动通过突触传递是特点
【教师】进行归纳：神经递质作为信息分子，将信息从突触前膜传递到突触后膜，参与了细胞间的信息交流。
(1)单向传递
神经递质只存在于突触前膜的突触小泡中，由突触前膜释放后，作用于突触后膜上的特异性受体，所以神经冲动在突触处的传详只能是单向的。
(2)延搁
由于突触前膜对递质的释放、递质在突触间隙的扩散以及递质与突触后膜受体的结合都需要一定的时间,因而与神经冲动在神经纤维上的传导相比，神经冲动在突触处的传递过程相对缓慢。据测定，兴奋通过一个突触所需时间为0.3～0.5ms。
(3)易受环境影响
突触间隙与细胞外液是相通的，所以突触传递易受内环境变化的影响。如缺氧、酸中毒、疲劳和麻醉等，可使兴奋性降低；茶碱、碱中毒等则可使兴奋性增高。
【教师】突触、突出小体、突触小泡的一回事儿吗？
【学生】观察图片，说出三者的区别。
突触、突触小体与突触小泡
(1)结构上不同：突触小体是神经元轴突末梢经过多次分枝后，每个小枝末端膨大。与其他神经元的细胞体或树突等相接近处共同形成突触，因此其上的部分膜构成了突触前膜；突触包括突触前膜、突触间隙和突触后膜，其中突触前膜与突触后膜分别属于两个细胞；突触小泡是突触前部的特征性结构，小泡内含有化学物质，称为神经递质，是递质合成、贮存和释放的基本单位。
(2)信号转变不同：在突触小体上的信号变化为电信号→化学信号；在突触中完成的信号变化为电信号→化学信号→电信号。
【教师】用PPT演示题目：探究电流表指针偏转问题
用甲、乙两个电流表研究神经纤维及突触上兴奋产生及传导的示意图。
根据神经冲动通过突触传递特点说出静息状态下，分别刺激a、b处以及阻断突触间隙的神经递质后再刺激a处时，甲、乙电流表指针的偏转情况。
【学生】分析题图，根据题意进行推理和解答。
提示：
(1)静息状态下，甲电流表指针偏转，乙电流表指针不发生偏转。
(2)刺激a处时，甲电流表指针偏转一次，乙电流表指针偏转两次。
(3)刺激b处时，甲电流表指针不偏转，乙电流表指针偏转一次。
(4)阻断突触间隙的神经递质，再刺激a处时，甲电流表指针偏转一次，乙电流表指针偏转一次。
【教师】用PPT演示突触异常案例
毒扁豆碱等物质能影响神经递质的分解，某种箭毒会影响突触后膜受体发挥作用，这些物质因而能影响神经系统的信息传递及肌肉的收缩，有时会严重危害人的健康。
根据突触信息传递的特点分析：它们为什么会产生这些影响？
【学生】分析案例，对中毒的机理进行分析，给出合理的处置措施。
提示：毒扁豆碱使乙酰胆碱酯酶失去活性，乙酰胆碱作用于受体后无法及时分解，持续作用于突触后膜上的受体，导致突触后的肌肉持续收缩。箭毒与乙酰胆碱受体强力结合后，乙酰胆碱无法再与受体结合，也不能将神经冲动传递给肌肉，表现为肌肉松弛。
【教师】用PPT演示突触传递过程中各种异常现象
【教师】列表比较兴奋在神经纤维与神经元上的传导
【学生】进行归纳总结，别表比较。
示例：
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比较项目 |
神经纤维上的兴奋传导 |
神经元之间的兴奋传递 |
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涉及细胞数 |
单个神经元 |
多个神经元 |
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结构基础 |
神经纤维 |
突触 |
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传导形式 |
电信号 |
电信号→化学信号→电信号 |
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传导方向 |
双向传导 |
单向传递 |
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传导速度 |
迅速 |
较慢 |
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传导效果 |
使未兴奋部位兴奋 |
使下一个神经元兴奋或抑制 |
【教师】播放禁毒教育宣传片《一次吸毒 毁灭终身》，创设与毒品有关的情境，组织学生讨论毒品对人体的危害。
教师提供国际赛事中运动员滥用兴奋剂而被取消比赛资格的典型事件，或者提出问题“为什么国际比赛过程中要检测运动员的尿液中是否含有兴奋剂成分”，组织学生分组讨论滥用兴奋剂的危害。
【教师】演示兴奋剂和毒品的概念
兴奋剂原指能提高中枢神经系统机能活动的一类药物，如今是运动禁用药物的统称。毒品指鸦片、海洛因、甲基苯丙胺（冰毒）、吗啡、大麻、可卡因以及国家规定管制的其他能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。
【教师】讲述成瘾的作用机制：对于人类和其他哺乳类动物来讲，欲望和动机都来自于一种叫做多巴胺的神经递质，多巴胺让大脑中的奖赏机制活跃起来，使人们产生快感，它是人们上瘾的原因，所以被称为成瘾分子，它释放的越多，人们就越想要一件事物，反之就不会产生兴趣。突触前膜释放的大量多巴胺会强烈的刺激突触后膜的多巴胺特异性受体，从而引发强烈的欲望，在得到满足后引发强烈的奖励机制，从而得到强烈的快乐等正向情绪。但是，这种大量的多巴胺刺激会使得突触间隙的多巴胺浓度长时间保持在高浓度，并诱导突触后膜的多巴胺受体敏感性显著下降，导致获得同等的奖励需要更多地多巴胺释放，而更多的多巴胺释放会进一步降低突触后膜多巴胺受体的敏感性。突触前膜在单位时间合成并释放的多巴胺的量是有上限的，当获得原有奖励所需要的多巴胺的量超过突触前膜合成并释放的上限时，机体因没有得到足够的奖励反馈，从而不能得到足够的快乐等正面情绪。此时，抑制性神经递质γ-氨基丁酸等释放增多，诱导负性情绪产生。这时，就会更迫切的找到释放大量多巴胺的方式，产生更强烈的欲望，从而争取得到充分的奖励反馈，这就是成瘾的基本机制。
【教师】毒品进入人体后作用于人的神经系统，使吸毒者出现一种渴求用药的强烈欲望，驱使吸毒者不顾一切地寻求和使用毒品。一旦出现精神依赖后，即使经过脱毒治疗，在急性期戒断反应基本控制后，要完全康复原有生理机能往往需要数月甚至数年的时间。 更严重的是，对毒品的依赖性难以消除。这是许多吸毒者在一而再、再而三吸毒的原因，也是世界医、药学界尚待解决的课题。珍爱生命、远离毒品，向社会宣传滥用兴奋剂和吸食毒品的危害是我们每个人应尽的责任和义务。
补充：兴奋在反射弧中传导和传递的实验探究
【教师】用PPT演示图片，引导学生结合反射弧模式图进行探究。
(1)探究神经冲动在神经纤维上的传导
方法设计：电刺激图中①处，观察A的变化，同时测量②处的电位有无变化。
结果分析：
若A有反应，且②处电位改变，说明冲动在神经纤维上的传导是双向的；
若A有反应而②处无电位变化，则说明冲动在神经纤维上的传导是单向的。
(2)探究神经冲动在神经元之间的传递
方法设计：先电刺激图中①处，测量③处电位变化；再电刺激③处，测量①处的电位变化。
结果分析：
若两次实验的检测部位均发生电位变化，说明冲动在神经元之间的传递是双向的；
若只有一处电位改变，则说明冲动在神经元之间的传递是单向的。
(3) “药物阻断”实验
探究某药物(如麻醉药)是阻断兴奋在神经纤维上的传导，还是阻断兴奋在突触处的传递，可分别将药物置于神经纤维上和突触处，依据其能否产生“阻断”效果作出合理推断。
方法设计：先将药物放在①处，刺激②处，观察A的变化；再将药物放在C处，刺激③处，观察A的变化。
结果分析：
若将药物放在①处，刺激②处，A无反应，说明药物阻断兴奋在神经纤维上的传导；
若将药物放在C处，刺激③处，A无反应，说明药物阻断兴奋在突触处的传递。
在学习了突触的结构和功能的基础上，设置实验设计，引导学生通过科学探究，利用已有知识，理解兴奋经过突触传递的单向性，以及突触延搁。
◆核心总结
1.突触的结构和类型
2.突触传递的信号转变
(1)突触：电信号→化学信号→电信号。
(2)突触小体：电信号→化学信号。
(3)突触后膜：化学信号→电信号。
板书设计
第2章 第3节 神经冲动的产生和传导
一、兴奋在神经纤维上的传导
1.传导形式：电信号（神经冲动）
2.静息电位：内负外正 产生原因：K+外流（协助扩散）
动作电位：内正外负 产生原因：Na+内流（协助扩散）
3..传导过程：静息电位→动作电位→电位差→局部电流→兴奋传导
4.传导方向：兴奋部位→未兴奋部位，与膜内局部电流方向一致
离体神经纤维（双向），反射弧（单向）
二、兴奋在神经元之间的传递
1.结构基础：突触（突触前膜、突触间隙、突触后膜）
2.传递过程：兴奋→突触小体→突触前膜释放递质→突触间隙→突触后膜兴奋或抑制
3.信号变化：电信号→化学信号→电信号
4.传递特点：单向传递、突触延搁、总和、对内环境变化和某些药物敏感
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
1.概念
2.作用机理
教学反思：
课堂教学中引导学生根据示意图，基于严密的逻辑、精准的语言表述兴奋在神经纤维上的传导和兴奋在突触间的传递过程，体现新教材中“兴奋既可以在神经元之间存在，也可以存在于运动神经元与肌肉之间，传出神经元与腺体之间等”，使学生对反射活动中兴奋的传导过程的认识更完整。本节内容通过介绍科学家的研究过程时适时地联系物理、化学等学科的相关知识和方法，让学生体会学科交叉的魅力，发展学生科学探究素养。