運(yùn)用“系統(tǒng)思考”構(gòu)建血糖調(diào)節(jié)的因果環(huán)圖

系統(tǒng)思考是一個引導(dǎo)學(xué)生觀察動態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)的全新思維方法，可以引導(dǎo)學(xué)生擴(kuò)大觀察問題的廣度和深度，以一個新的思維方式去思考問題。由于問題的復(fù)雜性，僅僅依靠人腦的分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，系統(tǒng)思考借助了系統(tǒng)動力學(xué)建模方法，借助計(jì)算機(jī)模型來幫助分析處于動態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)中的問題。生命系統(tǒng)就是一個動態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)，在中學(xué)生物教學(xué)中，可以有效利用教學(xué)素材，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思考的思維方式，提升學(xué)生系統(tǒng)分析能力，而且運(yùn)用“系統(tǒng)思考”的相關(guān)軟件建立相關(guān)模型，也有助于學(xué)生理解生物學(xué)科的核心知識。

血糖平衡是人體動態(tài)復(fù)雜的調(diào)節(jié)過程，也是中學(xué)生物教學(xué)中的一個重點(diǎn)內(nèi)容，教學(xué)中不僅要讓學(xué)生理解胰島素和胰高血糖素在調(diào)節(jié)血糖平衡中的作用以及二者之間的關(guān)系，還要能夠幫助學(xué)生建立機(jī)體反饋調(diào)節(jié)的理念。由于血糖調(diào)節(jié)是一個動態(tài)復(fù)雜的抽象生理過程，受中學(xué)教學(xué)條件限制，無法直接利用實(shí)驗(yàn)方法研究血糖平衡調(diào)節(jié)，所以，傳統(tǒng)的生物課堂教學(xué)主要是以教師講授的方法，告知學(xué)生血糖平衡的激素調(diào)節(jié)過程，由學(xué)生記住相關(guān)的內(nèi)容。

這樣的教學(xué)方法雖然可以傳授有關(guān)血糖調(diào)節(jié)的生理知識，但是卻無法提升學(xué)生用系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析動態(tài)復(fù)雜問題的能力。生物教學(xué)中如果引用系統(tǒng)思考的思維方法和系統(tǒng)思考的工具——“因果環(huán)圖”，幫助學(xué)生理清思路，分析激素在血糖平衡調(diào)節(jié)中的作用，同時運(yùn)用STELLA軟件構(gòu)建血糖調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)模型，讓學(xué)生模擬人體血糖的調(diào)節(jié)過程，這樣不僅有助于學(xué)生理解激素在血糖中的調(diào)節(jié)作用，并且讓學(xué)生學(xué)會用系統(tǒng)思考的方法來分析問題。

一、創(chuàng)設(shè)探究情境，體驗(yàn)人體血糖平衡

與傳統(tǒng)授課方式不同的是，教師不是直接告訴學(xué)生健康人體血糖相對穩(wěn)定的事實(shí)，而是先讓學(xué)生根據(jù)所給材料，計(jì)算人體進(jìn)食后血糖的上升值和人體血糖能夠維持運(yùn)動員長跑的時間，然后展示健康者空腹和餐后的血糖變化值和運(yùn)動員長跑時的血糖變化曲線。學(xué)生發(fā)現(xiàn)計(jì)算的數(shù)值和實(shí)際測得的數(shù)值差距甚遠(yuǎn)，從而產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)生的探究熱情，這時，教師引導(dǎo)學(xué)生利用血糖調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行模擬，觀察人體的血糖變化，體驗(yàn)血糖平衡。

二、利用血糖調(diào)節(jié)模型，探究激素的作用

探究熱情被激發(fā)，讓學(xué)生急于知道為何人體血糖可以維持平衡。教師并沒有直接告訴學(xué)生相關(guān)激素的作用，而僅僅告訴學(xué)生血糖調(diào)節(jié)與胰島素和胰高血糖素有關(guān)，讓學(xué)生利用血糖調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)模型，嘗試通過改變有關(guān)激素的含量調(diào)節(jié)血糖。

通過多次相關(guān)模擬試驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，進(jìn)食后，如果提高胰島素和降低胰高血糖素的含量，血糖可以維持穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。根據(jù)這樣的試驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生自己分析得出相關(guān)激素的作用，即胰島素降血糖，胰高血糖素升血糖。

三、引入系統(tǒng)概念，分析血糖調(diào)節(jié)機(jī)理

教師總結(jié)激素作用時，將人體血糖調(diào)節(jié)作為一個系統(tǒng)，及時引入系統(tǒng)概念，讓學(xué)生體驗(yàn)系統(tǒng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并嘗試用系統(tǒng)思考工具——“因果環(huán)圖”分析血糖平衡的原因，從而進(jìn)一步理解了各種激素在維持血糖平衡中的作用。在此，學(xué)生不用死記硬背，而是自己發(fā)現(xiàn)了激素的作用。

四、運(yùn)用系統(tǒng)思考工具，探究人體調(diào)節(jié)能力

那么，是否無論一次吸收多少血糖，人體都可以保持血糖相對穩(wěn)定呢？改變模型參數(shù)，假設(shè)人一次攝入大量的葡萄糖，從模型運(yùn)行結(jié)果分析，此時血糖濃度已經(jīng)超出了正常范圍。學(xué)生可以得出結(jié)論：血糖只能在一定范圍內(nèi)保持平衡。此時，教師讓學(xué)生再次回憶人體內(nèi)環(huán)境維持平衡狀態(tài)的相關(guān)概念，再一次強(qiáng)調(diào)人體調(diào)節(jié)能力是有限的，學(xué)生理解人體的穩(wěn)態(tài)是一種相對平衡的狀態(tài)。

課后，學(xué)生頗有興趣，希望繼續(xù)探究如果人體胰島素分泌異?；蛉狈r，人體的血糖又將如何變化。教師讓學(xué)生改變參數(shù)，繼續(xù)嘗試運(yùn)行模型，觀察糖尿病患者的血糖變化，并嘗試在模型中尋找治療糖尿病的方法，這樣既拓展了學(xué)生視野，又可極大滿足學(xué)生的探究欲望，收到了良好的教學(xué)效果。

需要說明的是，激素調(diào)節(jié)血糖的過程非常復(fù)雜，教學(xué)中只是根據(jù)教材內(nèi)容和中學(xué)生的認(rèn)知水平來構(gòu)建激素調(diào)節(jié)血糖的簡單模型，有些復(fù)雜情況如血糖增高與激素含量變化的延遲等暫時并沒有在此模型中體現(xiàn)。

五、系統(tǒng)思考與生物教學(xué)

學(xué)習(xí)過程不是學(xué)習(xí)者被動地接受知識，而是積極地建構(gòu)知識的過程，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)活動以學(xué)習(xí)者為中心，而且是真實(shí)的，因而學(xué)習(xí)者就更具有興趣和動機(jī)。人學(xué)習(xí)的效果，不僅取決于一個人已有的知識水平、認(rèn)知結(jié)構(gòu)等因素，而且取決于外部刺激和個體的主觀努力。利用STELLA教學(xué)軟件構(gòu)建激素調(diào)節(jié)血糖的計(jì)算機(jī)模型，是南師附中《系統(tǒng)思考》校本選修課的一個課堂練習(xí)，一些同學(xué)通過選修課程，學(xué)習(xí)STELLA教學(xué)軟件并和教師一起嘗試構(gòu)建血糖調(diào)節(jié)的計(jì)算機(jī)模型。在生物課堂教學(xué)中，通過運(yùn)行這些模型，學(xué)生仿佛“看到”人體進(jìn)食后血糖濃度、胰島素、胰高血糖素含量的變化，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過圖文轉(zhuǎn)換、分析模型運(yùn)行結(jié)果，學(xué)生能夠更深刻理解胰島素、胰高血糖素的作用，同時也鞏固了有關(guān)激素對血糖調(diào)節(jié)的有關(guān)知識內(nèi)容，這種學(xué)生自主參與構(gòu)建知識體系的主動學(xué)習(xí)方式正是新課程所倡導(dǎo)的，系統(tǒng)思考促進(jìn)了教和學(xué)的方式的轉(zhuǎn)變。

（作者單位：南京師范大學(xué)附屬中學(xué)）