电流总是由正电荷流向负电荷
2019-11-05 05:44
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2.制作蛙的坐骨神经腓肠肌标本,提高实验操作能力.

记 教后感:首先可引导学生分析神经纤维表面电位差的实验。条件许可的话,教师可尽可能利用多媒体手段演示该实验的过程和现象;退其次,教师应通过板图把实验的过程和现象展示给学生,引导学生分析从该实验的现象能得出什么结论。电表指针的变化反映了神经表面电流的变化,而这种变化是由于刺激神经引起的,由此说明刺激会引起神经兴奋。

教材中提到了任氏液,任氏液可以保持离体两栖动物的组织、器官具有正常的生命活动。任氏液的配置方法很简单,大家可以查到,主要成分就是氯化钾,氯化钠等等,相当于人类的生理盐水,是个等渗的溶液。

教学过程 这是伽伐尼的试验,可以看到用铜锌弓去刺激肌肉和用电流去刺激肌肉效果是一样的,所以伽伐尼得出结论,生物是有生物电的。他认为肌肉带有正电荷,神经则带负电荷。生物体内的电势差通过导体铜锌弓形成了一个闭合回路,产生了电流,所以生物体本身存在生物电。

这节课的重点应该在蛙腿论战的讨论上,学生应分为2组,一组维护伽伐尼的观点,一组支持伏打的观点,对实验和现象进行充分论证;制备腓肠肌过程可以看录像了解一下就可以了;后面介绍了离子泵,它是很重要的运输途径,但不一定消耗能量。比如离子通道,新教材里已经讲了。而且离子通道是有选择的,不是时时刻刻都开放的。给学生一个比较完整的知识体系。

这是伏打的试验,结果证明如果用同种金属构成回路的时候,肌肉不能收缩。而按照伽伐尼的观点,由于生物体本身一边带正电荷,一边带负电荷,存在电势差,那么不管是用什么导体连接,应该都可以发生肌肉收缩。所以伏打认为伽伐尼的观点是不正确的。那么伏打怎么解释伽伐尼的实验现象呢?他认为铜和锌这两种金属的电势是不一样的,存在电试差,其中锌带正电荷、铜带负电荷,电流会通过肌肉形成一个回路,形成了电流,肌肉是受到电的刺激才收缩的。

这一部分就是我提到的每一节课前面的情景导入,如果直接去说生物电的概念等内容,学生可能觉得很唐突。我用一个电话做为一个引入,设问为什么我在这,另外一个人在很远的地方,还能通过声音来交流;是因为声音转化成了电信号,通过电话线往外传播,这样就很自然地引入了电的概念,再引入生物电在身体内是普遍存在的。

教材课题研究的要求是了解蛙或蟾蜍坐骨神经-腓肠肌的标本制作方法,也就是说,并不要求学生来操作。如果学校没有条件的话,可以把操作过程录下来,放这个演示录像让学生看一看了解就可以了。如果学生只看图像,就很难对肌肉收缩有一个感性认识,因此还是需要看一些实物,最好是录像,有助于他们掌握。

3设计并实施实验,证明生物电的存在

业 见同步练习

我们来回顾一下这节课的主要内容,这节课主要讲了神经冲动的产生和传导,其中都伴随着生物电的现象,都有电位的变化。这节课的重点就是前面所学的生物电的发现,大家一定要从中得到启发,对待问题一定要反复论证才能得到答案。

教具 投影、多媒体课件

生物电是通过2位科学家为首的科学辩论来发现的,这两位科学家一位叫伽伐尼、一位叫伏打,他们两个人的辩论被人们称作蛙腿论战。现在我们5个人一个小组来重复科学家们的实验,通过实验过程来体会一下科学现象发现的过程。实验前需要准备蟾蜍的坐骨神经-腓肠肌标本,现在通过看录像,先掌握一下标本制作方法。

难点 静息电位产生机理

正常的细胞,细胞内外都要维持一定的离子浓度。细胞有排钠保钾的特征,它是通过钠钾泵来实现的。钠钾泵能够将钠不断地运到细胞外,将钾不断地运到细胞内,它是一种主动运输方式。因为它是逆离子浓度梯度进行的,需要atp的参与。正常情况下,细胞膜的外面有较高浓度的钠离子和氯离子,膜内含有较高浓度的钾离子和一些大分子的负电荷物质。正是钠钾泵的作用才能使细胞膜维持这种状态。除了钠钾泵,在膜上还有一种离子通道,这种离子通道很象阀门,能让离子出入。阅读教材37页,当细胞没有受刺激的时候,细胞处于静息状态,在这个状态下,钾离子可以通过离子通道运到细胞外,钾离子的这种运动导致了膜内外电位差的变化,导致膜外有较多的正电荷,当膜内外形成一定的电位差时,由于同性相斥,阻止了钾离子继续外流。细胞膜外带正电荷,细胞膜内带负电荷,我们把这个时候的电位叫静息电位。当细胞接受到刺激后,钠离子通道就会开放,钠离子便通过离子通道从细胞外向细胞内流动。随着钠离子的运输,变成了外负内正,钠离子不断往里运就会使细胞内带正电荷,这样就会阻止钠离子内流,这时候,对比刚才的电位,我们把它称作动作电位。动作电位是细胞内带正电荷,细胞外带负电荷。动作电位一旦产生,就会向其他部位传递。我们来看动作电位的传导,中间产生动作电位的地方为兴奋区,没有产生动作电位的地方叫静息区,大家可以结合物理学的知识,来解释兴奋怎样向两边传递。电流总是由正电荷流向负电荷,大家可以发现在细胞膜外,电流是从兴奋区流向静息区,而在膜内电流流向刚好相反。这种电流我们称作局部电流,局部电流后整个电荷的分布会有什么变化呢,正电荷流到负电荷后,原来正电荷的地方就变成负电荷了,那么,同学们来想一想下一个阶段膜电荷的分布?膜外的兴奋区变成静息区,而原来的静息区变成了兴奋区,也就是说,兴奋传导出去了。那么兴奋的传导方向呢?这种传导方向是双向传导的。动作电位在神经纤维上传导是需要满足一定的条件的,首先要保证生理的完整性,第二它是双向传导的,第三它是非递减性传导,第四具有绝缘性,另外它还相对不疲劳。这几个特性我们可以联系实际生活来分析,比如要理解动作电位的传导必须具有生理完整性呢,可以举高位截瘫病患者的例子,患者许多活动不能自理。如果神经被切断,生理完整性被破坏了话,就不能传导兴奋了。双向传导刚才已经解释过了。第三非递减性传导是指信号是不衰竭的。第四绝缘性是信号之间不会相互干扰,比如我们可以控制具体的某个手指运动。

教学过程

最有说服力的是无金属试验。试验中甲标本是完好的,乙标本在腓肠肌处进行了横切,图上的线代表了甲标本的神经纤维,其中一端搭在乙标本腓肠肌的内部,另一端搭在乙标本腓肠肌的表面。一开始用玻璃分针挑着神经纤维的一端,只让其中一端与腓肠肌接触,然后慢慢放下玻璃分针,发现甲标本神经纤维一触碰到乙标本的肌肉,甲就开始收缩。注意并不是将甲标本的神经纤维的两端一直搭在乙标本上,一直搭着就不会收缩了。在这个实验中,没有任何的电刺激,而甲标本发生了收缩,所以这个无金属试验确实证明了生物电是存在的。这是整个蛙腿论战的过程。教材中的许多讨论题还是很好的,比如说伽伐尼的试验设计是否合理,他对实验的解释是否正确,伏打如何解释实验现象。这样会让学生形成一种良好的观点,在科学探究的领域中,没有绝对的对和错,无论是成功的还是失败的实验和理论都是科学前进的基石。

4通过蛙腿论战,养成严谨细致的科学作风. 教方学法 讲述与学生练习、讨论相结合

这个立体图是伽伐尼的支持者所做的第一个实验。这个是甲标本,这个是乙标本,把乙标本的神经搭到甲标本上,刺激甲标本,发现乙标本也收缩了,他们推断是由于甲发生了电位变化引起了乙的收缩,所以他们认为生物是可以产生生物电的。但是在这个实验里面,由于仍然用到了电刺激,还不能够完全排除外界电的原因,因为甲标本表面上的少量溶液可能会导电而使乙标本受到的电刺激,所以这个实验还是有缺陷的,并不是特别有说服力。

大家再看一下下一个试验,是把一个标本的肌肉从中间切开,然后把另一个标本的神经的一端放到切开的肌肉的表面,另一端放在损伤面上。用解剖刀把一个标本的肌肉切断,只留下其中的一半。将另一个标本神经的一侧放在肌肉的损伤面上,另一侧用玻璃分针挑起,使其落下时接触肌肉表面。注意看录像,当移开玻璃分针,可以看到在神经一搭上肌肉表面时肌肉就开始收缩了。大家从伽伐尼的支持者做的两个实验中得到了什么启发呢?先看第一个实验,它和伽伐尼的实验有什么区别?在这个实验中,标本甲发生了变化而使标本乙收缩,而前面已经证实标本乙收缩的必须条件是接受电刺激;实验中并没有直接去刺激乙,但是乙收缩了,也就是说标本甲可以给乙标本一个类似于电刺激的刺激。也就是说标本甲收缩时电位产生了变化,相当于接受了电刺激。这个实验能证明生物是存在生物电的。但由于实验中用到了电刺激,所以不够完善。实验2没有金属刺激,是由于肌肉损伤的部位能够产生电位变化,导致了另一标本的肌肉收缩。这一无金属试验使人们确信生物电是存在的。也就是说在整个蛙腿论战中,最终伽伐尼和他的支持者取得胜利了。通过蛙腿论战过程,给了我们这样的启示:人类对科学现象的认识是经过反复论证才能得到正确结论。大家在学习时也一样,对任何实验现象都要抱有质疑的态度,带着疑问去学习,也许你也会有新的发现。如何去进一步证明生物电的存在呢?剑桥的科学家霍奇金用枪乌贼的巨大神经纤维作为研究对象,测出了一个细胞的膜内外的电位差,有力地证明了生物电的存在。这种生物电也叫做膜电位,下面来看一下膜电位的产生。

制作完标本,我们接着往下做实验,现在大家把标本放在玻璃板上,我们来做伽伐尼的实验。首先,用电去刺激标本(可以去物理组借一个电池盒,两边连两个电极)。发现腓肠肌发生了收缩。我们再用铜和锌两种金属构成的回路来刺激一下,看看结果如何。注意实验过程中要用滴管往标本上滴任氏液。用铜锌弓刺激后,也能看到肌肉收缩,只是收缩程度不如电刺激那么强烈。用电和铜锌弓刺激都会使肌肉产生收缩,这说明了什么问题呢?我们来看一下伽伐尼是怎样来解释这个问题的。伽伐尼认为生物是带电的,肌肉和神经带有不同的电,当用导体把它连接,就会放电。那么大家想一想他的解释是否准确呢?对,并不合理,科学家伏打也提出了同样的问题,他通过重新试验发现,只有用2种不同金属构成的回路去刺激的时候,才有肌肉收缩的现象,用同种金属就不会出现收缩现象。我们来试一下,用一种金属来刺激会怎样?当用铜丝来刺激时没有肌肉收缩现象,怎样解释这个问题呢?伏打从这个实验中得到启发,认为不同金属间存在电势差,最终发明了电池。那么到底存不存在生物电呢?从前面2个实验中不能得到结论,我们再看一下伽伐尼的支持者做的实验。实验是将甲标本的一根神经搭在乙标本的肌肉上,然后去刺激乙标本。好,大家用刚才制作了的2个标本,按照图示来做一下。

析 重点 生物电的发现过程与静息电位产生机理

目 标 1.说出生物电的发现过程,说明静息电位与动作电位的产生和传导的关系

这步实验不易成功,教师做起来也有难度,因为它的成功需要很多条件,包括剥离地是否干净,神经是否连到了其他地方、任氏液的配制等等,学生做成功非常难。我们也请教了大学老师如何提高这个实验的成功率,他们也没有更好的办法。所以我们就给学生播放了一个成功实验的录像。肌肉放置过程中接触面与其他地方可能发生了黏连,这也会影响实验结果。另外我们一边讲课一边做,所以标本剥离的时间太长了,影响了实验结果。

蛙板、玻璃板、解剖盘、镊子、手术刀、骨髓针、铜锌弓、手术剪、眼科剪、滴管、玻璃分针(因为神经不能直接接触到金属,所以在解剖的过程中都要用到玻璃分针,找比较细的玻璃棒放到喷灯上一拉就可以了,物理老师都可以做)、线和图钉。先用左手抓住蟾蜍,食指按住它的头部,拇指按住其背部,用骨髓针沿着蟾蜍两眼中间的位置向后滑,大约在耳附近的地方可以感觉到有一个凹陷,这就是枕骨大孔,用骨髓针插进去,再向前插入颅腔,破坏颅脑,向后插入椎管,破坏脊髓,看到蟾蜍四肢瘫软就可以了。取出骨髓针,蟾蜍腹面向上放在解剖盘中,剪开它腹部的皮肤和肌肉,把内脏也减下来,注意不要剪掉后面的神经。提起蟾蜍的后肢,用镊子把内脏再剥离一下,这2根白色的就是坐骨神经,中间是椎骨,用剪刀在椎骨的前方剪断,不要剪到神经,然后用手蘸点任氏液把蟾蜍的皮剥下来,碰到不太好剥的地方用剪刀剪一下,尤其是关节处,注意不要伤害到蟾蜍的肌肉和神经。同样的办法把另一后肢的皮也剥下来,然后把去皮的后肢放在垫有蛙板的玻璃板上,用手术刀切开耻骨联合,注意不要切到手,用剪刀剪开,将一只后肢放到进任氏液中,另一肢后肢继续剥离。这就是腓肠肌,将腓肠肌向上,用图钉将后肢固定住,然后用玻璃分针小心的分离神经,注意不要用金属和手碰神经,顺着坐骨神经向下剥离,不好剥离的地方可以用剪刀将肌肉剪掉,挑起坐骨神经,看是否剥离干净,用剪刀将其他的小神经减掉。这就是坐骨神经,只保留最前端的一点椎骨,把其他的地方剪掉,滴一点任氏液(操作过程中要不停地滴任氏液),用玻璃分针挑起腓肠肌,在下面穿一根线,将腓肠肌肌腱系起来,然后用手术刀将下面切开,只保留一段股骨头,其他地方剪掉,将股骨头上多于肌肉分离出来,这就是制备完备的标本,一个是椎骨、坐骨神经,股骨头,腓肠肌,这是整个制作标本的过程,下面请大家自己动手制作制作一下标本,先去后面取蟾蜍,小心蟾蜍耳后腺的毒液(蟾蜍耳后腺分泌物有一定毒性,也叫蟾苏,但毒性不大,小心不要弄到眼睛里)。

今天我们学习第三章第一节神经冲动的产生和传导。大家先请看大屏幕,这两个人正在做什么呢?打电话。电话两端的人可以通过电话线听到彼此的声音,那么声音是怎样传导的呢?电信号。实际上,我们人体中也有电信号。看这个正在打高尔夫球的女子,她就是通过电信号来控制自己身体的协调运动的,不光是运动,我们大脑的思维以及我们心脏的跳动都有电信号的产生和变化,我们把它称作生物电,生物电现象在生物体内是普遍存在的,那么生物电是怎样发现地呢?

相关链接一般是不需要老师讲的,但兴奋在神经上的传导特点还是比较重要的,可以与神经元之间兴奋的传导做个对比,这个地方是双向的,而神经元突触传导是单向的;在神经上的传导比较快,而后者具有突触延搁。

这节课在高一时上课效果更好,由于学生没有学过这些知识,他们能够积极地讨论,而且这节课的重点也应该放在讨论上。

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