蛙坐骨神经——腓肠肌标本相关实验及其在“神经调节”教学中的应用

蛙坐骨神经——腓肠肌标本相关实验及其在“神经调节”教学中的应用
作者：肖立
来源：《中学课程辅导·教师教育》 2018年第6期
【摘要】利用蛙坐骨神经——腓肠肌标本开展相关实验，是“神经调节”重要的教学资源。

本文介绍了蛙坐骨神经——腓肠肌标本相关实验的操作方法，并以一个教学设计为例说明其在“神经调节”教学中的应用。

神经调节是动物生命活动调节的重要机制，在高中生物教学中占有重要地位，也是开展探
究性教学的重要素材。

利用蛙坐骨神经——腓肠肌标本开展相关实验，制作成实验录像，可作
为“神经调节”的教学资源。

既可直观展现受刺激后神经纤维上产生的电信号和引起的肌肉收
缩现象，又可作为素材开展实验设计等探究性活动。

本文介绍了蛙坐骨神经-腓肠肌标本相关实验的操作方法，并以一个教学设计为例说明其在“神经调节”教学中的应用。

1.蛙坐骨神经——腓肠肌标本相关实验
1.1实验一：验证兴奋在神经纤维上的传导方式
将蛙坐骨神经——腓肠肌标本固定在蜡盘上。

将两条导线的一端分别连接灵敏电流计的两极，另一端剥除一段胶皮，将暴露的金属丝搭在近腓肠肌端神经纤维上。

将另外两条导线的一
端分别连接学生电源的两极，另一端也剥除一段胶皮。

将学生电源的电压调至2V，手持连接学生电源的导线，使导线暴露的金属丝同时触碰近脊
髓端的神经纤维，观察腓肠肌的收缩和灵敏电流计指针的偏转。

若现象不明显，可逐步增加电压。

经笔者试验，当电压增大到8V时，可观察到明显的肌肉收缩和指针偏转现象。

上述实验现象说明，电刺激使神经纤维产生兴奋，通过电信号的方式传导至腓肠肌，使腓肠肌收缩。

1.2实验二：验证电信号传导的双向性
在实验一的基础上稍加改动，即可验证电信号传导的双向性。

将灵敏电流计连接在神经纤
维的近脊髓端，连接学生电源的导线触碰神经纤维的近腓肠肌端。

可观察到腓肠肌收缩，灵敏
电流计指针偏转。

说明兴奋既可向脊髓端传导，又可向腓肠肌端传导，即兴奋在神经纤维上的
传导具有双向性。

2.蛙坐骨神经——腓肠肌标本在“神经调节”教学中的应用——兴奋在神经纤维上的传导
2.1探究兴奋在神经纤维上的传导方式教师展示神经元结构图，回顾神经元的结构包括胞体、树突、轴突等部分，神经元能够接受刺激产生兴奋、并传导兴奋。

教师播放电刺激坐骨神
经腓肠肌标本的录像，学生发现神经受刺激后肌肉快速收缩。

教师提出问题引导学生猜想：
“兴奋在神经纤维上是以什么形式进行传导的？”学生联想到电信号。

教师鼓励学生设计实验
证实自己的猜想，指定实验器材为蛙坐骨神经——腓肠肌标本、学生电源、灵敏电流计。

经过
交流分享后，教师肯定学生合理的实验方案，播放验证兴奋在神经纤维上传导方式的录像，学
生观察到肌肉收缩、电流表指针偏转的现象，从而得出结论：兴奋在神经纤维上是以电信号的
方式进行传导的。

2.2静息电位教师展示神经细胞在静息状态下，检测单根神经纤维膜内和膜外电位差的图片。

学生观察到，在静息状态下，膜内的电位比膜外的电位低了70mV，记作-70mV.静息状态下
的膜电位叫做静息电位。

静息电位是如何产生的呢？教师引导学生联想到可能与细胞膜两侧的带电离子有关。

教师展示细胞膜两侧钾离子和钠离子的浓度数据，和静息状态下细胞膜上钾离子通道和钠离子通道的开闭状态的图片，学生讨论并交流。

膜外钠离子浓度高，膜内钾离子浓度高。

静息状态下，细胞膜上的钠离子通道关闭，钾离子通道开放，钾离子通过钾离子通道外流，把正电荷带到膜外，从而使膜外电位高于膜内电位，即“外正内负”。

教师进一步提出问题，如果给予神经纤维一个刺激，膜电位会发生怎样的变化呢？
2.3动作电位教师展示给予神经纤维刺激后膜电位变化的图片。

学生观察到，膜电位发生
了倒转，由“外正内负”变为“外负内正”，即形成动作电位。

请学生猜想：为什么神经细胞兴奋时膜电位会发生倒转？教师引导学生联系静息电位的形成原因，想到细胞膜对离子的通透性可能发生变化。

钠离子通道开放，钠离子内流把正电荷带到膜内，使膜电位倒转。

之后钾离子通道开放，钾离子外流，使膜电位恢复为静息电位。

教师播放动画演示动作电位产生时离子过膜的微观过程，帮助学生理解动作电位的形成机制。

外科手术常用的麻醉剂盐酸普鲁卡因是一种钠离子通道阻断剂，通过阻断动作电位的形成来达到麻醉的目的。

2.4神经纤维上的信号传导教师播放动画演示兴奋传导时神经纤维膜电位的变化，引导学
生分析动作电位沿神经纤维传导的过程。

兴奋部位的膜电位是动作电位，未兴奋部位的膜电位是静息电位，兴奋部位和未兴奋部位之间存在电位差而产生局部电荷移动，即局部电流。

局部电流刺激邻近未兴奋部位的钠离子通道开放，引发邻近部位也产生动作电位，发生相同的电位变化，这样，就形成了动作电位沿神经纤维依次传导的过程。

教师提出问题引发学生思考：“如果给予神经纤维中部电刺激，产生的动作电位将怎样传导呢？”学生讨论，提出猜想：动作电位将沿神经纤维双向传导。

教师鼓励学生合作设计实验方案，并提出合理的结果预测和结论，指定的实验器材仍为蛙坐骨神经——腓肠肌标本、学生电源、灵敏电流计。

经过交流分享后，教师肯定学生的实验方案，播放验证电信号传导的双向性的实验录像，证明学生提出的猜想是正确的。

2.5课堂小结请学生完成本节课内容概念图的构建，以帮助学生形成完整的知识网络。

要
求包含下列关键词：静息电位、动作电位、局部电流、双向性。

由学生自主完成本节课的课堂小结。

[参考文献]
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（实验）.北京：人民教育出版社,2003.
[2]李守玉.“神经系统结构与功能”（第1课时）教学设计.生物学通报,2013,48(4):23-27.
[3]安军.“神经调节”的教学组织.生物学通报,2010,45(3)：26-30.。