2.3.2 兴奋在神经纤维上的传导 教学设计(表格式)
文档属性
| 名称 | 2.3.2 兴奋在神经纤维上的传导 教学设计(表格式) |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 59.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-11-13 12:50:03 | ||
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文档简介
《兴奋在神经纤维上的传导》教学设计
一、教材分析
本节内容属于《普通高中生物课程标准（2017年版）》中选择性必修一《稳态与调节》模块，具体内容标准为“阐明神经细胞膜内外在静息状态具有电位差，受到外界刺激后形成动作电位，并沿神经传导”。该部分内容涉及电生理学，抽象且与物理学知识交叉，是教学中的经典难点。传统教学依赖静态图讲解，学生难以建立动态过程。本节课旨在通过深度融入PhET互动仿真和DeepSeek智能备课系统等AI工具，将离子跨膜运输、电位变化及兴奋传导的微观、动态过程可视化、可操作化，变抽象为具体，变被动接受为主动探究，从而有效突破教学重难点。
二、学情分析
知识上，学生已学习了“反射弧”结构，知道神经调节的基本方式，但对神经冲动的本质（电信号）及其产生与传导的微观机制一无所知。能力上，学生具备一定的逻辑推理和小组合作能力，但将物理电学知识与生物学过程相结合的能力普遍较弱。通过AI工具的介入，可以为学生提供直观的认知支架，弥补其知识断层与想象力的不足。
三、素养目标
本节课为了实现“生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一，共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态。”概念建构的“阐明神经细胞膜内外在静息状态具有电位差，受到外界刺激后形成动作电位，并沿神经纤维传导”问题 ，我打算借助AI工具支持，将抽象知识具象化，通过以下核心素养的实现来达到为大概念建构服务的目的。
生命观念：通过AI可视化模型，阐明兴奋传导的离子基础与动态过程，建立“结构与功能相适应”的生命观念。
科学思维：以“河豚毒素中毒实例”为线索，借助AI模拟实验，经历“分析现象-提出假说-验证假说-演绎推理”的科学探究全过程，培养逻辑推理与批判性思维能力。
科学探究：能够利用AI仿真平台设计并实施虚拟探究实验，体验现代科学研究方法，提升科学探究能力。
社会责任：运用所学知识分析河豚毒素中毒机制及其潜在应用，形成科学解释并关注生命价值，培养关爱野生动物、保护生物多样性的社会责任感。
四、教学重点和难点
重点：兴奋在神经纤维上产生（静息电位与动作电位）和传导的离子机制。
难点：局部电流的形成及其在兴奋传导过程中的作用与双向性传导机制。
五、教学策略
推理探究式教学策略，模型构建教学策略。
六、教具准备
多媒体课件、PhET “神经元”互动仿真软件（网址https://phet.colorado.edu/sims/html/neuron/latest/neuron_all.html locale=zh_CN ( https: / / phet.colorado.edu / sims / html / neuron / latest / neuron_all.html locale=zh_CN )）、DeepSeek生成的科学史资料卡片与传导动画、静息/动作电位物理模型磁贴（含离子符号、正负号）。
七、教学过程
教学内容 教师组织和引导 学生活动 设计意图
（一）创设情境，导入新课
视频导入与问题驱动 播放关于“食用河豚中毒”的新闻报道片段。提问：“视频中的人出现了什么症状？新闻报道称河豚毒素会阻断钠离子通道，这为什么会导致如此严重的后果？”
引导：“要理解‘中断’，先要明白‘信号’本身。今天，我们就借助AI工具，深入神经纤维，探究‘兴奋’如何产生与传导。” 1. 认真观看视频，感受中毒症状的严重性。
2. 思考教师提出的问题，并基于已有知识进行初步推测（如“神经信号传不出去了”）。
3. 明确本节课的学习任务和探究线索。 1. 联系生活，激发兴趣：用真实、震撼的社会新闻切入，瞬间吸引学生注意力，激发探究欲望。
2. 明确目标，任务驱动：将学习目标转化为一个待解的科学谜题，赋予学习过程以使命感和方向感。
（二）探究新知
活动一：探究静息电位的产生原因
1. 从现象到问题 引导回顾“蛙坐骨神经-腓肠肌实验”，提问：“刺激神经，远处肌肉收缩，暗示信号是什么形式？神经在安静时，其内外带电吗？” 回忆已学实验，思考神经信号的本质，猜想神经在静息状态下可能带电。 承上启下：从宏观实验现象过渡到微观电学机制，建立知识联系，引发认知冲突。
2. AI感知科学事实 1. 简述霍奇金和赫胥黎的实验。
2. 指导操作PhET仿真：引导学生设置正常离子浓度，关闭所有通道，观察电压表读数。 1. 聆听科学史，了解研究背景。2. 动手操作PhET仿真，观察并记录静息电位数值（约-70mV），确认“外正内负”的电位差真实存在。 化抽象为具体：通过AI仿真，将教材中静态的结论转化为学生可亲自观察和测量的动态现象，使“静息电位”概念变得直观可信。
3. AI探究离子基础 核心提问：“‘外正内负’的静息电位是如何产生的？”
布置探究任务：在PhET中，依次进行“单离子通透性实验”（仅开放K 通道、仅开放Na 通道等），观察并记录电压变化。 小组合作，按照任务要求操作仿真，重点观察“仅K 通道开放”时，电压趋近K 平衡电位的过程。记录并比较不同离子通透下的结果。 主动建构，探究成因：学生通过控制变量进行虚拟实验，像科学家一样主动发现“K 外流是静息电位主因”的规律，培养科学探究能力和数据分析能力。
4. 构建模型与总结 1. 邀请学生用磁贴模型展示并讲解静息电位的形成。2. 展示DeepSeek整理的科学史资料（如改变细胞外K 浓度的实验），进行印证。 1. 代表小组在黑板上构建物理模型，解释K 动态外流与“外正内负”的关系。2. 阅读资料，使自己的探究结论与科学史实相互验证。 深化理解，模型思维：通过构建物理模型，将抽象概念具体化，内化知识；结合科学史资料，体验科学知识的产生过程，培养模型与建模的科学思维
活动二：探究动作电位的产生原因
1. 创设认知冲突 教师演示PhET仿真：对一个处于静息状态的神经纤维施加阈上刺激。提问：“看！膜电位发生了什么变化？” 观察仿真中电位从-70mV飙升至+30mV再恢复的完整波形，描述其“急剧反转”的核心特征。 制造悬念，激发好奇：通过AI动态演示，制造强烈的视觉和认知冲击，使学生对“动作电位”这一抽象概念产生浓厚的学习兴趣。
2. 引导提出假说 提问：“电位从‘外正内负’反转为‘外负内正’，请大家类比K 外流，大胆猜测是哪种离子如何流动造成的？” 基于静息电位的学习经验，进行逻辑推理，提出“Na 内流”的假说。 培养科学思维：训练学生基于已知事实和逻辑进行合理假说的能力。
3. AI验证假说 验证任务一（正证）：请学生在施加刺激时，关注Na 流量监视器。验证任务二（反证）：教师演示“细胞外无Na ”条件下施加刺激。 1. 操作仿真，清晰看到动作电位上升支与Na 内流高峰同步。2. 观察在无Na 环境下动作电位无法产生，深刻理解Na 内流的必要性。 实证科学，突破难点：通过AI仿真完成在真实课堂中难以实现的“正反”验证实验，让学生获得确凿的证据，牢固建立“Na 内流引起动作电位”的概念，有效突破难点。
4. 形成科学结论 总结学生的发现，明确动作电位的离子机制。 在教师引导下，形成并巩固“受刺激时，Na 内流形成动作电位”的结论。 规范表述，巩固新知：帮助学生用准确的生物学语言总结核心知识。
活动三：探究兴奋的传导机制
1. 提出核心问题 提问：“一个点兴奋了，如何将信息传递下去？” 思考兴奋传导的宏观过程与微观机制的连接点。 承前启后，引出新问题。
2. AI辅助推演局部电流 1. 明确基础：在黑板上并列兴奋区与未兴奋区模型，提问两者之间存在什么（电位差）。2. AI辅助：- PhET观察：观察一个动作电位产生后其两侧的电位情况。- DeepSeek动画：播放标准化的“兴奋传导”动画，展示局部电流形成。 1. 观察模型，明确兴奋区与未兴奋区之间的电位差是传导的基础。2. 通过仿真和动画，直观理解由于电位差，电荷发生移动形成局部电流的过程。3. 小组合作，在白板模型上正确标注出膜内、外的局部电流方向 化解抽象，构建桥梁：局部电流是传导机制的核心与难点。通过AI工具将这一瞬间、微观的过程可视化、慢放化，为学生搭建从“电位变化”到“兴奋传导”的认知桥梁，变抽象想象为直观感知
3. 理解传导过程与特点 讲解：局部电流刺激未兴奋区产生动作电位，原兴奋区恢复，兴奋得以传导。提问：“传导方向有何特点？” 聆听讲解，理解传导是一个动态、连续的过程。根据电流方向的双向性，推理出兴奋传导也是双向的。 形成系统认知：将“产生”与“传导”联系起来，形成对神经冲动产生与传导的完整、动态的认识。培养依据事实进行推理的能力。
（三）解释现象，学以致用
1. 回归情境，揭秘机制 提问：“现在，谁能从离子和兴奋传导的角度，完整解释河豚毒素的中毒机制？” 运用本节课所学的全部知识，清晰、完整地阐述中毒机制：毒素阻Na 通道→动作电位无法产生→兴奋无法传导→信号中断→肌肉麻痹。 学以致用，检验效果：将所学知识应用于解决导入时提出的实际问题，完成教学闭环，检验学习效果，获得学以致用的成就感。
2. 社会责任探讨与AI拓展 提问：“如何救治？毒素能否利用？”展示DeepSeek生成的河豚毒素在镇痛、科研等领域的应用资料。 参与讨论，提出救治思路（如呼吸支持）。阅读AI拓展资料，了解科学前沿，思考科学技术的社会价值。 培养社会责任感和科学价值观：引导学生关注科技与社会的关系，理解生命的价值与奥秘，培养其科学的社会责任
3. 课堂小结与价值升华 引导学生回顾板书，总结知识链条。并总结：“从毒素到工具，科学改变认知。尊重生命，探索奥秘。” 参与总结，梳理知识体系。共鸣于生命价值与科学探索的意义。 梳理知识，升华情感：强化知识网络，提升课堂立意，实现情感态度价值观的渗透。
（四）布置作业
1. 基础作业：绘制传导示意图并注解。2. 拓展作业：查阅“多发性硬化症”资料并从神经传导角度解释。
八、板书设计
第2课时 兴奋在神经纤维上的传导
刺激
→ 静息电位 → 动作电位
│ │
K+外流 Na+内流
│ │
外正内负 外负内正
→ 局部电流
→ 电位差 → 电荷移动
→ 兴奋区 → 未兴奋区
→ 双向传导
九、教学反思
本课通过PhET仿真、DeepSeek等AI工具，将抽象的兴奋传导过程动态可视化，有效突破教学难点。学生通过操作仿真、构建模型、提出假说与验证，实现了从感性认识到理性思维的跨越。河豚毒素的案例贯穿始终，增强了课堂的趣味性与现实意义。后续可进一步开发AI互动题库，实现个性化巩固与拓展。由于对AI技术掌握尚且处于最初级阶段，使用起来不是很得心应手，还在慢慢摸索中，期望后续在即梦和剪影使用上能有所突破，像科学史教学，如本节课中“简述霍奇金和赫胥黎的实验。”可以以数字动画形式展现，增强课堂趣味性。同时由于学校设备有效，无法实现学生每个人都能实现PhET仿真操作，让AI助力的初衷得不到最大限度彰显。
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一、教材分析
本节内容属于《普通高中生物课程标准（2017年版）》中选择性必修一《稳态与调节》模块，具体内容标准为“阐明神经细胞膜内外在静息状态具有电位差，受到外界刺激后形成动作电位，并沿神经传导”。该部分内容涉及电生理学，抽象且与物理学知识交叉，是教学中的经典难点。传统教学依赖静态图讲解，学生难以建立动态过程。本节课旨在通过深度融入PhET互动仿真和DeepSeek智能备课系统等AI工具，将离子跨膜运输、电位变化及兴奋传导的微观、动态过程可视化、可操作化，变抽象为具体，变被动接受为主动探究，从而有效突破教学重难点。
二、学情分析
知识上，学生已学习了“反射弧”结构，知道神经调节的基本方式，但对神经冲动的本质（电信号）及其产生与传导的微观机制一无所知。能力上，学生具备一定的逻辑推理和小组合作能力，但将物理电学知识与生物学过程相结合的能力普遍较弱。通过AI工具的介入，可以为学生提供直观的认知支架，弥补其知识断层与想象力的不足。
三、素养目标
本节课为了实现“生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一，共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态。”概念建构的“阐明神经细胞膜内外在静息状态具有电位差，受到外界刺激后形成动作电位，并沿神经纤维传导”问题 ，我打算借助AI工具支持，将抽象知识具象化，通过以下核心素养的实现来达到为大概念建构服务的目的。
生命观念：通过AI可视化模型，阐明兴奋传导的离子基础与动态过程，建立“结构与功能相适应”的生命观念。
科学思维：以“河豚毒素中毒实例”为线索，借助AI模拟实验，经历“分析现象-提出假说-验证假说-演绎推理”的科学探究全过程，培养逻辑推理与批判性思维能力。
科学探究：能够利用AI仿真平台设计并实施虚拟探究实验，体验现代科学研究方法，提升科学探究能力。
社会责任：运用所学知识分析河豚毒素中毒机制及其潜在应用，形成科学解释并关注生命价值，培养关爱野生动物、保护生物多样性的社会责任感。
四、教学重点和难点
重点：兴奋在神经纤维上产生（静息电位与动作电位）和传导的离子机制。
难点：局部电流的形成及其在兴奋传导过程中的作用与双向性传导机制。
五、教学策略
推理探究式教学策略，模型构建教学策略。
六、教具准备
多媒体课件、PhET “神经元”互动仿真软件（网址https://phet.colorado.edu/sims/html/neuron/latest/neuron_all.html locale=zh_CN ( https: / / phet.colorado.edu / sims / html / neuron / latest / neuron_all.html locale=zh_CN )）、DeepSeek生成的科学史资料卡片与传导动画、静息/动作电位物理模型磁贴（含离子符号、正负号）。
七、教学过程
教学内容 教师组织和引导 学生活动 设计意图
（一）创设情境，导入新课
视频导入与问题驱动 播放关于“食用河豚中毒”的新闻报道片段。提问：“视频中的人出现了什么症状？新闻报道称河豚毒素会阻断钠离子通道，这为什么会导致如此严重的后果？”
引导：“要理解‘中断’，先要明白‘信号’本身。今天，我们就借助AI工具，深入神经纤维，探究‘兴奋’如何产生与传导。” 1. 认真观看视频，感受中毒症状的严重性。
2. 思考教师提出的问题，并基于已有知识进行初步推测（如“神经信号传不出去了”）。
3. 明确本节课的学习任务和探究线索。 1. 联系生活，激发兴趣：用真实、震撼的社会新闻切入，瞬间吸引学生注意力，激发探究欲望。
2. 明确目标，任务驱动：将学习目标转化为一个待解的科学谜题，赋予学习过程以使命感和方向感。
（二）探究新知
活动一：探究静息电位的产生原因
1. 从现象到问题 引导回顾“蛙坐骨神经-腓肠肌实验”，提问：“刺激神经，远处肌肉收缩，暗示信号是什么形式？神经在安静时，其内外带电吗？” 回忆已学实验，思考神经信号的本质，猜想神经在静息状态下可能带电。 承上启下：从宏观实验现象过渡到微观电学机制，建立知识联系，引发认知冲突。
2. AI感知科学事实 1. 简述霍奇金和赫胥黎的实验。
2. 指导操作PhET仿真：引导学生设置正常离子浓度，关闭所有通道，观察电压表读数。 1. 聆听科学史，了解研究背景。2. 动手操作PhET仿真，观察并记录静息电位数值（约-70mV），确认“外正内负”的电位差真实存在。 化抽象为具体：通过AI仿真，将教材中静态的结论转化为学生可亲自观察和测量的动态现象，使“静息电位”概念变得直观可信。
3. AI探究离子基础 核心提问：“‘外正内负’的静息电位是如何产生的？”
布置探究任务：在PhET中，依次进行“单离子通透性实验”（仅开放K 通道、仅开放Na 通道等），观察并记录电压变化。 小组合作，按照任务要求操作仿真，重点观察“仅K 通道开放”时，电压趋近K 平衡电位的过程。记录并比较不同离子通透下的结果。 主动建构，探究成因：学生通过控制变量进行虚拟实验，像科学家一样主动发现“K 外流是静息电位主因”的规律，培养科学探究能力和数据分析能力。
4. 构建模型与总结 1. 邀请学生用磁贴模型展示并讲解静息电位的形成。2. 展示DeepSeek整理的科学史资料（如改变细胞外K 浓度的实验），进行印证。 1. 代表小组在黑板上构建物理模型，解释K 动态外流与“外正内负”的关系。2. 阅读资料，使自己的探究结论与科学史实相互验证。 深化理解，模型思维：通过构建物理模型，将抽象概念具体化，内化知识；结合科学史资料，体验科学知识的产生过程，培养模型与建模的科学思维
活动二：探究动作电位的产生原因
1. 创设认知冲突 教师演示PhET仿真：对一个处于静息状态的神经纤维施加阈上刺激。提问：“看！膜电位发生了什么变化？” 观察仿真中电位从-70mV飙升至+30mV再恢复的完整波形，描述其“急剧反转”的核心特征。 制造悬念，激发好奇：通过AI动态演示，制造强烈的视觉和认知冲击，使学生对“动作电位”这一抽象概念产生浓厚的学习兴趣。
2. 引导提出假说 提问：“电位从‘外正内负’反转为‘外负内正’，请大家类比K 外流，大胆猜测是哪种离子如何流动造成的？” 基于静息电位的学习经验，进行逻辑推理，提出“Na 内流”的假说。 培养科学思维：训练学生基于已知事实和逻辑进行合理假说的能力。
3. AI验证假说 验证任务一（正证）：请学生在施加刺激时，关注Na 流量监视器。验证任务二（反证）：教师演示“细胞外无Na ”条件下施加刺激。 1. 操作仿真，清晰看到动作电位上升支与Na 内流高峰同步。2. 观察在无Na 环境下动作电位无法产生，深刻理解Na 内流的必要性。 实证科学，突破难点：通过AI仿真完成在真实课堂中难以实现的“正反”验证实验，让学生获得确凿的证据，牢固建立“Na 内流引起动作电位”的概念，有效突破难点。
4. 形成科学结论 总结学生的发现，明确动作电位的离子机制。 在教师引导下，形成并巩固“受刺激时，Na 内流形成动作电位”的结论。 规范表述，巩固新知：帮助学生用准确的生物学语言总结核心知识。
活动三：探究兴奋的传导机制
1. 提出核心问题 提问：“一个点兴奋了，如何将信息传递下去？” 思考兴奋传导的宏观过程与微观机制的连接点。 承前启后，引出新问题。
2. AI辅助推演局部电流 1. 明确基础：在黑板上并列兴奋区与未兴奋区模型，提问两者之间存在什么（电位差）。2. AI辅助：- PhET观察：观察一个动作电位产生后其两侧的电位情况。- DeepSeek动画：播放标准化的“兴奋传导”动画，展示局部电流形成。 1. 观察模型，明确兴奋区与未兴奋区之间的电位差是传导的基础。2. 通过仿真和动画，直观理解由于电位差，电荷发生移动形成局部电流的过程。3. 小组合作，在白板模型上正确标注出膜内、外的局部电流方向 化解抽象，构建桥梁：局部电流是传导机制的核心与难点。通过AI工具将这一瞬间、微观的过程可视化、慢放化，为学生搭建从“电位变化”到“兴奋传导”的认知桥梁，变抽象想象为直观感知
3. 理解传导过程与特点 讲解：局部电流刺激未兴奋区产生动作电位，原兴奋区恢复，兴奋得以传导。提问：“传导方向有何特点？” 聆听讲解，理解传导是一个动态、连续的过程。根据电流方向的双向性，推理出兴奋传导也是双向的。 形成系统认知：将“产生”与“传导”联系起来，形成对神经冲动产生与传导的完整、动态的认识。培养依据事实进行推理的能力。
（三）解释现象，学以致用
1. 回归情境，揭秘机制 提问：“现在，谁能从离子和兴奋传导的角度，完整解释河豚毒素的中毒机制？” 运用本节课所学的全部知识，清晰、完整地阐述中毒机制：毒素阻Na 通道→动作电位无法产生→兴奋无法传导→信号中断→肌肉麻痹。 学以致用，检验效果：将所学知识应用于解决导入时提出的实际问题，完成教学闭环，检验学习效果，获得学以致用的成就感。
2. 社会责任探讨与AI拓展 提问：“如何救治？毒素能否利用？”展示DeepSeek生成的河豚毒素在镇痛、科研等领域的应用资料。 参与讨论，提出救治思路（如呼吸支持）。阅读AI拓展资料，了解科学前沿，思考科学技术的社会价值。 培养社会责任感和科学价值观：引导学生关注科技与社会的关系，理解生命的价值与奥秘，培养其科学的社会责任
3. 课堂小结与价值升华 引导学生回顾板书，总结知识链条。并总结：“从毒素到工具，科学改变认知。尊重生命，探索奥秘。” 参与总结，梳理知识体系。共鸣于生命价值与科学探索的意义。 梳理知识，升华情感：强化知识网络，提升课堂立意，实现情感态度价值观的渗透。
（四）布置作业
1. 基础作业：绘制传导示意图并注解。2. 拓展作业：查阅“多发性硬化症”资料并从神经传导角度解释。
八、板书设计
第2课时 兴奋在神经纤维上的传导
刺激
→ 静息电位 → 动作电位
│ │
K+外流 Na+内流
│ │
外正内负 外负内正
→ 局部电流
→ 电位差 → 电荷移动
→ 兴奋区 → 未兴奋区
→ 双向传导
九、教学反思
本课通过PhET仿真、DeepSeek等AI工具，将抽象的兴奋传导过程动态可视化，有效突破教学难点。学生通过操作仿真、构建模型、提出假说与验证，实现了从感性认识到理性思维的跨越。河豚毒素的案例贯穿始终，增强了课堂的趣味性与现实意义。后续可进一步开发AI互动题库，实现个性化巩固与拓展。由于对AI技术掌握尚且处于最初级阶段，使用起来不是很得心应手，还在慢慢摸索中，期望后续在即梦和剪影使用上能有所突破，像科学史教学，如本节课中“简述霍奇金和赫胥黎的实验。”可以以数字动画形式展现，增强课堂趣味性。同时由于学校设备有效，无法实现学生每个人都能实现PhET仿真操作，让AI助力的初衷得不到最大限度彰显。
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