浅谈高中生物课中神经兴奋产生的课堂教学

摘 要：近年来高考试题经常考查静息电位和动作电位的产生原理。本文通过对教材知识的梳理和对相关高考试题的考查内容的分析，以拓展教学知识的范围，剖析两种电位产生的原理、细胞膜外钠离子和钾离子浓度改变后电位的变化以及此过程中的能量消耗问题。

关键词：静息电位；动作电位；电位变化

近几年的高考命题在神经兴奋的产生这一知识点上的考查有不断加深和拓展的趋势，有些内容甚至直接来源于大学教材，但是高中教材中对此内容介绍甚是简单，学生在解决此类问题时感觉吃力，所以笔者认为有必要在这一块内容上进行适当的拓展。

一、高中生物教材中关于此内容的相关表述

在未受到刺激时，神经纤维处于静息状态。这时由于细胞膜内外特异的离子分布特点，细胞膜两侧的电位差表现为内负外正，这称为静息电位。

神经细胞内K+浓度明显高于膜外，而Na+浓度比膜外低。静息时，由于膜主要对K+有通透性，造成K+外流，使膜外阳离子浓度高于膜内，这是大多数神经细胞产生和维持静息电位的主要原因。受到刺激时，细胞膜对Na+的通透性增加，Na+内流，使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于膜外侧，表现为内正外负，与邻近部位产生电位差。

二、近几年相关的高考试题

例一：（2010年全国新课标卷第5题）将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液（溶液S）中，可测得静息电位。给予细胞一个适宜的刺激，膜两侧出现一个暂时性的电位变化，这种膜电位变化称为动作电位。适当降低溶液S中的Na+浓度，测量该细胞的静息电位和动作电位，可观察到（ ）

A.静息电位值减小 B.静息电位值增大

C.动作电位峰值升高 D.动作电位峰值降低

答案：D。

例二：（2012安徽高考理综卷第2题）蛙的神经元内、外Na+浓度分别是15mmol/L和120mmol/L。在膜电位由内负外正转变为内正外负过程中有Na+流入细胞，膜电位恢复过程中有Na+排出细胞。下列判断正确的是（ ）

A.Na+流入是被动运输，排出是主动运输

B.Na+流入是主动运输，排出是被动运输

C.Na+流入和排出都是被动运输

D.Na+流入和排出都是主动运输

答案：A。

从上面的高考试题可以看出，如果考生仅仅依靠课本中的知识来解决这些试题，就会感到非常吃力，因此我们有必要对此知识点进行拓展和归纳总结。

三、相关知识的拓展和归纳总结

1.静息电位

①概念：指细胞在静息状态时的细胞膜内外的电位差。其大小是在细胞安静时把灵敏电流计的一极置于膜外侧，另外一极置于膜内侧测得的电位差。不同细胞的静息电位不同，若规定膜外电位为零，则膜内为负值（-20mv～-200mv）。

②产生原理：细胞在静息状态下，膜对不同离子的通透性不同，细胞内有机负离子多为大分子，一般不能透过膜，K+的有效直径小，浓度梯度很大，很容易顺浓度梯度流向膜外。钠离子浓度膜外高于膜内，但是它不及K+那样容易透过膜，因此在静息状态下，膜的通透性表现为K+的外流，总的效应是膜外聚集较多的正离子，膜内侧聚集较多的负离子，造成膜外正膜内负的状态。这种电位差能阻止K+的进一步外流。当电位差形成的力与膜两侧的离子浓度差形成的力相等时，离子移动达到平衡，此刻K+的净通量为零，即K+的平衡电位。简言之，静息电位主要是K+外流所形成的平衡电位。

2.动作电位

①概念：指神经元受到刺激后，在静息电位的基础上细胞膜两侧电位发生的快速、可逆的反转和复原的过程。包括一个上升相和一个下降相。如下图所示：

②产生原理：动作电位的上升相是由于神经纤维受到刺激后，Na+通道开放，膜外的Na+大量内流，膜内的电位迅速增高，使原来的负电位消失并高出膜外电位，在膜两侧形成一个内正外负的电位差。此电位差的存在，使Na+的内流受到膜内正电荷的排斥，当膜两侧的Na+浓度差与阻止Na+的电位差所形成的力相等时，Na+的净内流量等于零。此刻膜电位也就是Na+的平衡电位。简言之，动作电位的峰值即是Na+的内流形成的电化学平衡电位。达到峰值后进入下降相，Na+的通道关闭，K+的通道大量开放，K+顺浓度梯度和顺电位差迅速大量外流，从而恢复到外正内负的静息状态。简而言之，动作电位的下降是由于K+的外流形成的。

3.细胞外液Na+和K+浓度变化对静息电位和动作电位的影响

4.兴奋消耗能量的问题

在动作电位形成的过程中，先是Na+大量内流，紧接着K+外流，这些都是顺浓度梯度的，因此不消耗能量，但是每次动作电位完成后，必然有少量K+外流和Na+的内流，使膜内外两种离子的浓度减少，但不会相等，更不会发生逆转。所以每次动作电位后的静息期，Na+-K+泵（消耗ATP向胞内运K+，向胞外泵Na+）持续工作，以恢复原来的静息状态。这也是兴奋需要消耗能量的主要原因。静息电位和动作电位均以膜两侧离子的不均匀分布为基础，这种离子分布的不均匀主要由Na+-K+泵的作用形成和维持。

综上所述，弄清楚静息电位和动作电位的产生原理是正确解决此类问题的关键所在。因此在我们教学时有必要对这一部分知识进行相应处理，以帮助学生正确把握高考题的方向和命题特点，最终取得理想的成绩。

参考文献：

1.全日制义务教育生物课程标准（实验稿）.北京师范大学出版社.

2.钟启泉，崔允淳.新课程的理念与创新.高等教育出版社.2003年7月.

（作者单位：山东省广饶县第一中学）