本期荐读丨情境教学设计：基于真实情境的“神经调节”单元复习课教学设计/王岳琼

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本刊2024年第12期刊发的《基于真实情境的“神经调节”单元复习课教学设计》一文，以“小鼠对脂肪产生偏好”的神经调节机制研究为情境，设定不同开放性的学习任务，引导学生不断发现并解决问题，持续进行深入思考，本期荐读。

  01 教学内容分析与设计思路

人教版教材《稳态与调节》第 2 章“神经调节”的主要内容是神经系统的结构和功能。依据《普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》“稳态与调节”模块的概念 1“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”，在本节学习中需要构建神经调节与个体稳态的关系。学生在新课程中已学习了本章的基础知识，因此，利用复习课，促进学生在新的、真实的情境中将已学的知识与新信息相结合解决问题。

本节教学以“小鼠对脂肪产生偏好”的神经调节机制研究为情境，设定不同开放性的学习任务，引导学生不断发现并解决问题，持续进行深入思考。

 02 教学目标

1）运用结构与功能观，解释个体水平现象与神经调节的分子机制之间的关系。 

2）在解决问题的过程中，能基于事实和证据，运用演绎与推理、模型构建、归纳等方法，构建神经调节通路。 

3）结合生物学现象，提出可探究的生物学问题，设计恰当的实验方案，分析实验结果。 

4）认同神经调节的原理在生活实践中的应用，尝试利用神经调节原理解决现实生活中的问题。

 03 教学过程

教师向学生介绍生活中常见的现象及有关实验：糖和脂肪对动物有天然的吸引力，摄入高糖、高脂肪的加工食品，引发代谢紊乱、营养不良等症状。向实验动物小鼠提供脂肪和人工甜味剂，随时间推移，观察实验动物对二者选择的情况，如图 1 所示。

教师引导学生观察曲线图，学生能够关注到实验初始小鼠喜欢取食甜味剂，此现象与学生的生活经验一致；实验后期小鼠对脂肪产生偏好，这一现象与学生的生活经验不一致。由此产生认知冲突，引发学生进一步探索的好奇心。 

利用实验现象，将学生带入通过现象发现问题的情境中，为后续利用已学的神经调节知识解决小鼠产生脂肪偏好的问题作铺垫。

教师提出问题引导学生深入思考：为找到产生上述现象的原因，可以作出哪些假设？通过分析上述实验，学生逐渐明晰实验所涉及的要素，理清进一步研究的思路，从本实验涉及的食物和动物 2 个方面考虑：1）食物的热量影响动物的食物偏好。2）动物的味觉与食物偏好的关系，消化道细胞的功能、高级神经系统与食物偏好形成的关系等。 

教师提供以下学习材料。 

实验 1：探究食物热量是否引发了上述现象。研究人员对实验开始时和 48 h 后小鼠对脂肪的取食情况进行了比较，结果如图 2 所示。分析可知，为小鼠提供的脂肪的热量与果糖相同（图 2-a）或低于果糖（图 2-b），从实验开始到 48 h 后小鼠对脂肪的偏好指数均显著增加。

学生根据实验数据总结实验结论：食物热量不影响实验动物对脂肪形成选择偏好。 

解读图 1 实验结果，学生开始认为等体积的脂肪本身含有的能量较高是小鼠产生脂肪偏好的原因。但实验 1 结果并不支持这一观点。认知冲突使学生产生了进一步探索的浓厚兴趣。 

另一个假设是食物刺激动物产生相应味觉辅助动物产生脂肪偏好。借助这一思路，教师引领学生复习神经元产生兴奋的原理这一基础知识，同时为学生补充味觉形成过程的内容。 

味觉物质与味觉受体细胞上的相应受体相互作用，使味觉受体细胞膜上的 Ca2+通道打开，Ca2+进入细胞，活化细胞内部的信号通路，进一步活化 Ca2+依赖的 Na+通道 TRPM5，TRPM5 活化后，Na+内流，细胞产生兴奋，其作用类似于突触前膜释放神经递质，进而使传入神经产生兴奋，最终信号传入中枢神经系统产生味觉。 

教师介绍味觉产生的过程，不仅复习了神经细胞产生兴奋的原理，同时也使学生了解了味觉形成的新知识，引出后续实验。 

结合味觉产生的情境，教师给出有关味觉与脂肪偏好产生相关性的实验2。TRPM5 是与味觉产生有关的离子通道，利用TRPM5 突变体（TRPM5 失去功能）小鼠进行实验，记录 48 h 后小鼠对水和脂肪的取食情况，结果如图 3 所示。

学生根据生活经验，认为产生食物偏好一定与味觉有关。

学生根据实验 2 的研究结果 ，得出实验结论：味觉与动物产生脂肪偏好无关。学生依据实验数据得出的结论与预期结论产生了冲突，进一步探究小鼠产生脂肪偏好的原因。通过实验 1 和实验 2，将最初关于小鼠产生脂肪偏好原因的假设逐一排除，将关注点聚焦到小鼠自身，进一步开展深入的探究。 

实验动物产生脂肪偏好后，如何探索其神经通路？教师引导学生思考，产生脂肪偏好应有中枢神经系统参与，可以检测实验动物食用脂肪后脑的兴奋部位来初步确定参与这一神经活动的脑部区域；神经兴奋的产生可能与信号分子和神经元的相互作用有关，进而可以研究胃或肠道中是否有能感受脂肪的细胞，诱发有关神经元兴奋，并将兴奋传至脑中。 

学生讨论形成初步研究思路后，教师介绍实验 3：食用脂肪时，可观测到小鼠脑干中 cNST 区显著兴奋。请学生设计实验证明实验动物产生脂肪偏好与脑干中的 cNST 区有关，并预期实验结果。学生根据减法原理，设计实验：选取正常小鼠与 cNST 区神经元功能抑制的小鼠，为小鼠提供水和脂肪，观察小鼠随时间推移是否产生脂肪偏好。预期结果：随时间推移，实验组小鼠取食脂肪的次数比例没有增加。实验证明小鼠产生脂肪的偏好与脑干的 cNST 区有关。同时，引导学生复习有关神经中枢功能的基础知识，cNST 区作为神经中枢，其作用是对传入的信息进行分析和综合。 

在上述研究基础上，继续寻找产生脂肪偏好的最初信号产生位置。教师向学生介绍参与内脏活动调控的迷走神经。迷走神经中有一部分神经纤维是内脏运动副交感纤维，是迷走神经的主要组成部分，它分布于胸腹腔的器官，如肝、胰、脾、肾、肾上腺、胃和横结肠之间的消化系统，调节这些器官的活动。根据学生之前提出的研究思路，教师介绍有关迷走神经的实验。 

实验 4：受到营养物质刺激后，肠内分泌细胞分泌胆囊收缩素（CCK），被认为是激活迷走神经的信号。利用 CCK 抑制剂处理小鼠，观察小鼠受营养物质刺激后，迷走神经的激活情况，结果如图 4所示。图中深色部分及亮点多少表示神经被激活的程度，请学生分析此实验的结论。学生通过比较分别注入糖、脂肪或氨基酸后迷走神经的激活情况，发现脂肪与其他营养物质对迷走神经的激活作用不完全相同。激活迷走神经有 2 条途径 ：一条途径只受脂肪激活；另外一条途径脂肪、糖、氨基酸均可激活。

 通过这一实验分析，学生认识到营养物质对肠内分泌细胞代谢的调节，内分泌细胞分泌的物质对神经系统功能的调节，从而加深对已学的信号物质与细胞之间关系的知识的理解，并在分析实验的过程中，学习了研究神经通路的方法。

教师给出相关信息，辅助学生总结小鼠产生脂肪偏好的信号通路。脂肪与肠内分泌细胞上相应受体结合，进而激活迷走神经。肠道中表达 TRPA1 的迷走神经，选择性地应答脂肪发出的信号，但不响应糖或氨基酸的刺激。2 条途径对产生脂肪偏好缺一不可。请根据此信息和前述实验，构建实验动物对脂肪产生偏好的信号通路。学生构建模型，对前述系列研究进行概括、总结，如图 5 所示。

教师引导学生对上述研究的成果进行应用。

1）请仿照实验动物对脂肪产生偏好的神经通路，设计实验，让实验动物对某种化合物产生偏好。学生模仿产生脂肪偏好的信号通路，提出改造迷走神经元，使其能被某种化合物激活，进而引发对此种物质的偏好。 

2）过度摄入脂肪对身体造成不利影响，根据上述研究，有哪些办法可以干预人体对脂肪的摄入？学生根据产生脂肪偏好的通路中的信号分子与细胞之间的关系进行推断。例如，阻止脂肪与其相应的肠受体结合；阻断肠细胞向迷走神经发出信号；抑制脂肪激活的迷走神经细胞的活动；阻止 cNST 神经元的激活或阻止其将信号传至大脑的其余部分。 

通过上述 2 个学习任务的设置，促进学生将新获得的关于食物偏好产生原因的知识进行迁移、应用，解决实际问题。

请学生结合本课所学，绘制有关“神经调节”的知识结构图。学生在复习课后构建的知识结构图可以将细胞的基因表达、神经递质种类、膜上受体、载体、通道蛋白等的关系，递质的调控作用与细胞代谢的关系，脑内不同级别的、有内在联系的神经中枢等知识，以及实验设计的原则、有关神经通路的研究方法等，与“神经调节”的新课学习时习得的神经系统的结构和功能等知识形成一个有内在联系的整体，丰富、完善了知识结构。通过梳理、总结本课所学，促进新、旧知识的结构化。同时通过构建知识结构图将习得的知识外显，利于教师及时进行指导。

04 反思

结合“小鼠产生脂肪偏好”的真实科研情境，创设相应的学习任务，促进学生利用已有知识解决问题，并在解决问题过程中形成新知识，将已有知识、新知识形成内在联系，从而完善知识结构。利用真实情境，能够很好地将学生带入现实生活，激发学习兴趣，进行深入思考，促进学生高阶思维的发展和生物学核心素养的提升。

本次推送仅节选了文章部分内容，全文阅读详见本刊2024年第12期。欢迎订购！