人教版高中生物課本中“神經(jīng)生物學(xué)”內(nèi)容增設(shè)研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

人教版高中生物課本中“神經(jīng)生物學(xué)”內(nèi)容增設(shè)研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：神經(jīng)生物學(xué)是生命科學(xué)中發(fā)展最為迅速的一支，其重要性在教學(xué)實(shí)踐和科研實(shí)踐中已得到體現(xiàn)。但在我國(guó)高中生物課程中不受重視。本文旨在為高中課程教學(xué)大綱、教學(xué)方式的重新設(shè)計(jì)，整合一線高中教師、大學(xué)生物教授及神經(jīng)生物學(xué)博士意見(jiàn)，為高中課程改革提出可行性建議。

關(guān)鍵詞：高中教學(xué)；神經(jīng)生物學(xué)；課程改革

問(wèn)題提出

近年來(lái)，神經(jīng)生物學(xué)取得了重大的技術(shù)突破與理論突破，與其相關(guān)學(xué)科取得了近60%的諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)，全球神經(jīng)生物學(xué)發(fā)展都呈現(xiàn)欣欣向榮之勢(shì)。然而由于缺乏基礎(chǔ)導(dǎo)致學(xué)習(xí)難度較高，大多數(shù)學(xué)生對(duì)此望而卻步。像浙江大學(xué)和中山大學(xué)這樣的傳統(tǒng)的生命科學(xué)強(qiáng)校，神經(jīng)生物學(xué)也只是作為一個(gè)大三下學(xué)期的選修課，且選修人數(shù)較少。

而在我國(guó)現(xiàn)行的高中生物教學(xué)中，以人教版必修三教材為例，直接講解神經(jīng)生物學(xué)內(nèi)容的板塊只有第二章第一節(jié)而已，間接的則包括本章第三節(jié)“神經(jīng)調(diào)節(jié)與體液調(diào)節(jié)的關(guān)系”和必修一第三章第二節(jié)“物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式”。對(duì)于必修三的兩節(jié)，第一節(jié)較大篇幅地講解了反射弧，靜息電位與動(dòng)作電位，突觸結(jié)構(gòu)這三大基本內(nèi)容，簡(jiǎn)單介紹了腦的高級(jí)功能，學(xué)習(xí)與記憶的關(guān)系兩個(gè)當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。第三節(jié)則是以水鹽平衡等為例，介紹了兩種調(diào)節(jié)方式的配合機(jī)制。必修一第三章第二節(jié)涵蓋了對(duì)神經(jīng)生物學(xué)研究較重要的離子進(jìn)出機(jī)制，被劃分在了分子生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)中。

學(xué)生調(diào)查

根據(jù)筆者在蘭煉一中2020屆高二一班和七班（理科重點(diǎn)班）中發(fā)放問(wèn)卷的結(jié)果顯示，對(duì)于《高中人教版生物必修三：穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》的第二章“動(dòng)物和人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)”的第一節(jié)“通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”。認(rèn)為該章節(jié)“難以理解，完全不懂”的理科重點(diǎn)班學(xué)生僅僅占14%；而認(rèn)為“難度中等”、“容易理解”的理科重點(diǎn)班高中生總占比為86%。認(rèn)為插圖不足的重點(diǎn)班高二學(xué)生占比接近一半。這是理科班的情況。而對(duì)于文科班而言，認(rèn)為難度中等的學(xué)生占比為41%，認(rèn)為內(nèi)容容易理解的達(dá)到了67%，但認(rèn)為內(nèi)容無(wú)趣的文科學(xué)生占比為1/5。值得注意的是，文科班學(xué)生和理科班學(xué)生對(duì)神經(jīng)生物學(xué)在現(xiàn)代生物學(xué)科中所占地位的認(rèn)識(shí)的各個(gè)比例是類似的。分析以上數(shù)據(jù)，我們可以得出幾個(gè)結(jié)論。一：對(duì)于絕大多數(shù)學(xué)生而言，學(xué)習(xí)神經(jīng)生物學(xué)是游刃有余的，適量增多神經(jīng)生物學(xué)內(nèi)容是可以接受的。二：當(dāng)前的生物教材尚顯枯燥，在引發(fā)興趣上還有提升空間。三：生物教材對(duì)該部分內(nèi)容編排尚有改進(jìn)空間，特別是配圖的信息量方面尚待改進(jìn)。筆者也對(duì)來(lái)自西北師范大學(xué)的丁艷平副教授和浙江大學(xué)胡海嵐研究室的馬爽爽博士進(jìn)行了訪談，他們也均指出在當(dāng)前的高中教育中，神經(jīng)生物學(xué)不受到重視，而這也影響到了本科教育，所以進(jìn)行課程改革勢(shì)在必行。

解決方案

對(duì)于高中生物課程改革，筆者在此提出一些可行的方案。

對(duì)教材既有內(nèi)容進(jìn)行修改，重視高中-大學(xué)的知識(shí)銜接。提高課本中個(gè)別語(yǔ)句以及圖片的準(zhǔn)確度，加強(qiáng)圖文配合。[2]比如說(shuō)生物必修三的第二章第一節(jié)的圖2-2，在描述神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)時(shí)并沒(méi)有表現(xiàn)出鈉離子和鉀離子的進(jìn)出過(guò)程，而下方的文字則在描述這一現(xiàn)象。這使得離子進(jìn)出這一電位變化的分子生物學(xué)層級(jí)的原理時(shí)常被“孤立于動(dòng)作電位的傳導(dǎo)機(jī)制”理解，高度依賴分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)是神經(jīng)生物學(xué)的固有特點(diǎn)之一，顯然這種編排法是不利于知識(shí)對(duì)接的。同時(shí)從排版上講，該圖所處的教材第18頁(yè)也還留有大塊空白可供使用。

第一，我們也可以在高中階段推廣慕課教育。慕課即大規(guī)模開(kāi)放在線課程，主要用于大學(xué)優(yōu)質(zhì)課程共享，是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物。[5]慕課教育有許多優(yōu)勢(shì)，首先，通過(guò)多媒體技術(shù)，可以直觀的反應(yīng)有關(guān)神經(jīng)生物學(xué)的內(nèi)容。而不是通過(guò)書(shū)本上的抽象的文字去描述，這有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。特別是對(duì)神經(jīng)生物學(xué)這樣一門很依賴實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，一方面，多數(shù)學(xué)校對(duì)于實(shí)驗(yàn)都會(huì)囿于應(yīng)試或是財(cái)力而難以大規(guī)模組織開(kāi)展；另一方面，如果要像二級(jí)考點(diǎn)一樣理解神經(jīng)生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)，特別是近年的實(shí)驗(yàn)，必須要對(duì)相關(guān)的人體器官（如眼，耳，腦）的結(jié)構(gòu)熟稔于心，同時(shí)也要有扎實(shí)的大學(xué)物理，化學(xué)包括分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。顯然，這部分內(nèi)容是難以向教材中添加的，所以如果希望借助實(shí)驗(yàn)來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，以高中慕課為載體向?qū)W生展現(xiàn)神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)影像未嘗不可。其次，慕課教育有助于減輕各地由于條件所導(dǎo)致的教育資源不平等。神經(jīng)生物學(xué)作為一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科對(duì)老師的能力提出的一定的要求，慕課教育可以確保全國(guó)各地的學(xué)生都享受到高水平的教學(xué)。[6]再次，慕課教學(xué)更加靈活，學(xué)生可以自由選擇時(shí)間，地點(diǎn)，反復(fù)的去研究自己不懂的地方，而這些不僅可以作為學(xué)校教學(xué)的一種有效補(bǔ)充，更能讓學(xué)生感受到知識(shí)的魅力。最后，教材相對(duì)于慕課教育來(lái)說(shuō)具有滯后性，慕課教育可以更加貼合當(dāng)前熱點(diǎn)，貼合學(xué)術(shù)界最新動(dòng)向。[5]

第二，增添教材未涉及或講解不夠詳盡的內(nèi)容，對(duì)于增添的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)起到一種銜接和引導(dǎo)的作用，在為日后學(xué)習(xí)神經(jīng)生物學(xué)打下基礎(chǔ)的同時(shí)，也要保持難度適中，鼓勵(lì)學(xué)生去創(chuàng)新探索，并符合教材的總體內(nèi)涵。我們現(xiàn)以Na-K泵為例。靜息電位和動(dòng)作電位產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)主要是電壓門控離子通道的開(kāi)放和關(guān)閉，動(dòng)作電位恢復(fù)靜息電位的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)則是消耗ATP的Na-K泵主動(dòng)運(yùn)輸。[1]但是從必修一第三章第二節(jié)的講解看，學(xué)生分辨兩種離子進(jìn)出的方式是根據(jù)濃度梯度的順和逆，判別的結(jié)果是協(xié)助擴(kuò)散（被動(dòng)運(yùn)輸）和主動(dòng)運(yùn)輸。這樣的理解事實(shí)上是忽視了這兩種進(jìn)出方式不同的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也就是容易分不清離子通道和離子泵結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，這對(duì)于體現(xiàn)本冊(cè)書(shū)的生物學(xué)核心概念“結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一”是不利的。如果能夠增添該部分內(nèi)容，學(xué)生即可以結(jié)合結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和主要功能兩大知識(shí)點(diǎn)理解Na離子和K離子在興奮傳導(dǎo)過(guò)程中的進(jìn)出，溝通了“結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一（不同的膜上蛋白有不同的功能）”和“穩(wěn)態(tài)與平衡觀念（Na離子和K離子膜內(nèi)外濃度在整個(gè)過(guò)程中達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡）”兩大核心概念。

學(xué)生們只需要死記硬背一句結(jié)論就可以拿到分?jǐn)?shù)。而如果將Na-K泵納入考點(diǎn)，試題就會(huì)變得更加靈活。比如在考