基于核心素養(yǎng)的“血糖平衡調(diào)節(jié)”教學(xué)設(shè)計(jì)

許蕓

摘要 以“創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題——分析資料，做出假設(shè)——構(gòu)建模型，驗(yàn)證假設(shè)——完善模型，歸納提升”為主線展開教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，深入探究，結(jié)合激素調(diào)節(jié)的一般過程構(gòu)建模型，使學(xué)生的科學(xué)思維與探究能力得到訓(xùn)練和提升，并逐步形成從系統(tǒng)的角度理解“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”的習(xí)慣和能力，有利于樹立正確的生命觀念。

關(guān)鍵詞 核心素養(yǎng) 血糖平衡 模型建構(gòu) 學(xué)法指導(dǎo)

中圖分類號(hào) G633-91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 教材分析

“血糖平衡的調(diào)節(jié)”是人教版高中生物學(xué)教材《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第二章第二節(jié)“通過激素調(diào)節(jié)”中“激素調(diào)節(jié)的實(shí)例”內(nèi)容之一，包括血糖的來源和去向、血糖平衡的調(diào)節(jié)過程兩部分。其中，人體血糖濃度變化引起的胰島細(xì)胞活動(dòng)，即血糖平衡的調(diào)節(jié)過程是教學(xué)的重點(diǎn)。本內(nèi)容是在神經(jīng)調(diào)節(jié)之后，對(duì)激素調(diào)節(jié)在維持穩(wěn)態(tài)中的作用的有力詮釋，且對(duì)于學(xué)生掌握激素調(diào)節(jié)的基本方式及特點(diǎn)，了解“反饋調(diào)節(jié)”的特點(diǎn)及意義，認(rèn)同調(diào)節(jié)過程的協(xié)調(diào)性和整體性等，具有重要作用。但是血糖平衡的調(diào)節(jié)過程較為抽象，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過合作探究的方式，采用模型建構(gòu)的方法，將抽象的內(nèi)容具體化，讓學(xué)生在深度參與的過程中掌握血糖調(diào)節(jié)的主要過程，并逐步形成從系統(tǒng)的角度理解“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”的習(xí)慣和能力。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過歸納血糖的來源和去向，認(rèn)同生命系統(tǒng)是一個(gè)開放的、相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng);通過構(gòu)建血糖平衡的物理及概念模型，形成內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定是調(diào)節(jié)的結(jié)果，是多器官、多系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)的生命觀念。

（2）通過構(gòu)建血糖平衡調(diào)節(jié)的模型，學(xué)習(xí)運(yùn)用模型建構(gòu)法來研究問題，在分析推理的過程中訓(xùn)練科學(xué)思維，體驗(yàn)從具體到抽象的思維模式轉(zhuǎn)化。

（3）通過創(chuàng)設(shè)情境，結(jié)合資料分析，在發(fā)現(xiàn)問題、做出假設(shè)、建構(gòu)模型驗(yàn)證假設(shè)的過程中，提升科學(xué)探究的能力。

（4）通過分析血糖平衡的相關(guān)實(shí)例，自覺形成關(guān)愛生命、健康生活的意識(shí)。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題

本節(jié)課前正值學(xué)校秋季運(yùn)動(dòng)會(huì)，本班李某某同學(xué)在男子甲組400m預(yù)賽期間，因低血糖在賽后一度出現(xiàn)頭痛、眩暈等不適。教師以此為情境引入課題，說明血糖的概念及作用，明確血糖的正常范圍。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過學(xué)生身邊的事例，激發(fā)學(xué)生的興趣，引出課題。

3.2 分析資料，做出假設(shè)

教師提出問題：當(dāng)血糖濃度降低時(shí)，有哪些途徑可以補(bǔ)充血糖呢？學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際及必修1的相關(guān)知識(shí)，討論說出血糖的主要來源和去向。教師出示相關(guān)資料1，幫助學(xué)生理解肝糖原與肌糖原在補(bǔ)充血糖過程中的區(qū)別：糖原分解并不能直接產(chǎn)生葡萄糖，而是葡萄糖-6-磷酸，但是葡萄糖-6-磷酸并不能透過細(xì)胞膜，要進(jìn)一步通過葡萄糖-6-磷酸酶才能轉(zhuǎn)變成葡萄糖，進(jìn)而釋放進(jìn)血液。而肌纖維中缺乏此種酶。同時(shí)結(jié)合資料2，簡要說明肝臟是營養(yǎng)物質(zhì)代謝的主要器官：據(jù)測(cè)定，人在飯后，從肝門靜脈流入肝的血液中葡萄糖含量約為140mg/dL，從肝靜脈流出肝的血液中葡萄糖含量約為110mg/dL。

教師提出問題：你是否知道對(duì)血糖平衡有調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)？大部分學(xué)生都能說出胰島素。教師追

本文是北京市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2017年度單位資助校本研究專項(xiàng)課題“基于核心素養(yǎng)的高中學(xué)法指導(dǎo)研究”（課題編號(hào)為CBEB17121）的研究成果。問：關(guān)于胰島素你還知道哪些？由此引出對(duì)胰島的介紹。學(xué)生明確兩種內(nèi)分泌細(xì)胞及相關(guān)激素生理作用，并基于此做出合理假設(shè)：當(dāng)血糖濃度升高時(shí)，胰島素起作用：而當(dāng)血糖濃度低時(shí)，胰高血糖素起作用，二者共同維持血糖平衡。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過合作討論，歸納總結(jié)血糖的來源和去向;結(jié)合所學(xué)知識(shí)做出合理假設(shè)。在此過程中，教師要注意說明與血糖調(diào)節(jié)相關(guān)的的組織細(xì)胞，為結(jié)合激素調(diào)節(jié)的一般過程來構(gòu)建血糖調(diào)節(jié)的物理模型做好鋪墊。

3.3 構(gòu)建模型，驗(yàn)證假設(shè)

教師提出問題：影響血糖濃度變化的直接途徑是什么？這些代謝是否時(shí)刻發(fā)生？激素調(diào)節(jié)的不是代謝發(fā)生與否，那么是什么？

在明確上述問題后，教師分發(fā)模型構(gòu)建材料：葡萄糖0.9g/L（紫色1張）;胰島素、胰高血糖素（黃色1張）;肝糖原、肌糖原、非糖物質(zhì)等（紅綠各1張）;A4紙1張。并說明：紅色代表合成，綠色代表分解。學(xué)生每人一套材料，兩人為1組，先在1張紙上構(gòu)建飯后血糖調(diào)節(jié)模型。學(xué)生要明確相關(guān)物質(zhì)或代謝發(fā)生的具體部位，將相關(guān)卡片貼在A4紙的對(duì)應(yīng)位置（圖1），用箭頭代表變化發(fā)生的先后順序、加減號(hào)代表促進(jìn)或者抑制。

3.3.1 飯后血糖調(diào)節(jié)模型

教師出示飯后血糖濃度變化曲線，依據(jù)假設(shè)，小組合作，在A4紙上構(gòu)建飯后血糖調(diào)節(jié)過程圖。各學(xué)生小組展示模型，并簡要解說。教師評(píng)價(jià)并指導(dǎo)修正。

學(xué)生比較容易想到的是，胰島素可以通過促進(jìn)去向而抑制來源，達(dá)到降血糖的效果。但是最初構(gòu)建出的模型中暴露出的主要問題有：

①食物中的糖消化吸收也可以自主調(diào)節(jié)：

②箭頭和加減號(hào)的使用比較混亂，過程圖中的邏輯關(guān)系不清晰。

教師出示胰島素作用機(jī)理圖（圖2），描述胰島素的作用機(jī)理。師生共同總結(jié)胰島素的作用即促進(jìn)組織細(xì)胞攝取、利用和儲(chǔ)存葡萄糖，并在討論的基礎(chǔ)上，對(duì)物理模型進(jìn)行修正。

教師補(bǔ)充：我們以肝細(xì)胞為例構(gòu)建了胰島素的調(diào)節(jié)過程圖，但是胰島素的靶細(xì)胞不只有肝細(xì)胞，腎臟、骨骼肌、脂肪組織等都是胰島素的靶細(xì)胞。

設(shè)計(jì)意圖：教師指導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建模型，驗(yàn)證假設(shè)，在合作探究的過程中提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，并學(xué)習(xí)構(gòu)建模型的一般方法;從細(xì)胞水平闡明激素的作用機(jī)理，從系統(tǒng)的角度說明激素調(diào)節(jié)的一般過程。

3.3.2 運(yùn)動(dòng)后血糖調(diào)節(jié)模型

教師出示運(yùn)動(dòng)后血糖濃度變化曲線圖，同時(shí)出示資料：胰高血糖素是一種促進(jìn)分解代謝的激素。胰高血糖素具有很強(qiáng)的促進(jìn)糖原分解作用，1mol/L的胰高血糖素可使3×10⁶mol/L的葡萄糖迅速從糖原分解出來，還可激活脂肪酶，促進(jìn)脂肪分解。切除肝或阻斷肝血流，這些作用便消失。

教師引導(dǎo)結(jié)合資料分析，并在另一張A4紙上構(gòu)建運(yùn)動(dòng)后的血糖調(diào)節(jié)模型。小組展示，同時(shí)總結(jié)胰高血糖素升血糖的具體機(jī)制。

設(shè)計(jì)意圖：由飯后到運(yùn)動(dòng)后，教師改變問題情境，使學(xué)生熟練掌握模型構(gòu)建的一般方法，理解激素作用的機(jī)理和調(diào)節(jié)的一般過程。

3.4 總結(jié)歸納，完善模型

綜合以上兩個(gè)物理模型，學(xué)生很容易認(rèn)為，依賴胰島素和胰高血糖素之間的拮抗作用，即可達(dá)成調(diào)節(jié)的目的。教師啟發(fā)：內(nèi)環(huán)境的理化性質(zhì)是否都相對(duì)穩(wěn)定呢？引導(dǎo)學(xué)生思考激素的含量變化，并出示運(yùn)動(dòng)前后血糖濃度、胰島素和胰高血糖素含量變化圖，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：血糖濃度升高，不只有胰島素分泌量改變，同時(shí)胰高血糖素分泌量也發(fā)生變化。隨后，出示飯后人體血糖濃度、兩種激素相對(duì)含量變化圖，引導(dǎo)學(xué)生分析3條曲線的含義。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生構(gòu)建血糖平衡調(diào)節(jié)的概念模型，如圖4所示。

教師出示資料，引導(dǎo)學(xué)生理解反饋調(diào)節(jié)的概念及意義：正常人的血糖含量是0.8～1.2g/L，一般穩(wěn)定在（上接第14頁）證據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)論進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出解決方案的能力。因此，批判性思維不是簡單的批評(píng)反對(duì)，其核心是論證，即引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)客觀事實(shí)與證據(jù)，在深度思維基礎(chǔ)上質(zhì)疑、釋疑。例如，教材中“肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”分別研究了DNA、蛋白質(zhì)、多糖作為遺傳物質(zhì)的可能性，為什么沒有將RNA納入研究范疇呢？學(xué)生對(duì)此產(chǎn)生疑問。教師肯定了學(xué)生的質(zhì)疑，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考：教材實(shí)驗(yàn)沒有將RNA納入研究范疇的可能原因是什么？讓學(xué)生課后查閱相關(guān)資料回答。學(xué)生課后搜集相關(guān)素材并討論后認(rèn)為：當(dāng)時(shí)的科學(xué)家對(duì)RNA的了解還不夠充分，但艾弗里比較嚴(yán)謹(jǐn)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)加熱殺死的S型肺炎雙球菌各種生物化學(xué)成分都進(jìn)行了酶解實(shí)驗(yàn)，證實(shí)蛋白質(zhì)和RNA是否水解與轉(zhuǎn)化無關(guān)，進(jìn)而確認(rèn)肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)是DNA。學(xué)生討論后認(rèn)為，教材沒有將艾弗里對(duì)RNA的相關(guān)研究納入值得商榷，同時(shí)建議教材將來能對(duì)這段生物科學(xué)史作出更為充分的還原。

3.4 培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力

創(chuàng)造性思維是一種具有開創(chuàng)意義的思維活動(dòng)，需要推理、想象、聯(lián)想、直覺等思維的深度參與，表現(xiàn)為創(chuàng)造性地提出問題、解決問題。教師應(yīng)抓住機(jī)會(huì)激發(fā)學(xué)生一閃即逝的靈感，鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想、勇于實(shí)踐、善于表達(dá)，培育學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。例如，在“肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”中，提取的DNA純度最高時(shí)仍然有0.02%的蛋白質(zhì)，無法排除蛋白質(zhì)是否具有遺傳效應(yīng)，教師適時(shí)提問：你認(rèn)為應(yīng)該如何繼續(xù)探究？學(xué)生思維活躍，提出了各種研究思路：有的認(rèn)為應(yīng)該優(yōu)化技術(shù)手段繼續(xù)提純：有的認(rèn)為要充分發(fā)揮蛋白酶和DNA水解酶的作用，將雜質(zhì)徹底水解。但有學(xué)生認(rèn)為，細(xì)菌的組成成分相對(duì)復(fù)雜，無論怎樣提純理論上也難以得到100%純度的DNA和蛋白質(zhì)，應(yīng)該轉(zhuǎn)變一味提純獲取的思路，選擇結(jié)構(gòu)成分更為簡單的微生物重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這與赫爾希和蔡斯實(shí)驗(yàn)的思路是一致的。該教學(xué)環(huán)節(jié)有效激發(fā)了部分學(xué)生的創(chuàng)造性思維與探索熱情，這種思維的火花和靈感與真實(shí)的科學(xué)探究過程是相似的，教師要善于鼓勵(lì)激發(fā)。

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設(shè)計(jì)意圖：由物理模型獲得概念模型，教師促進(jìn)學(xué)生體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)的學(xué)習(xí)方法，自主構(gòu)建知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合資料分析，歸納出反饋調(diào)節(jié)的概念，進(jìn)而從系統(tǒng)的角度構(gòu)建穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

3.5 課后延伸

教師歸納小結(jié)：胰島素、胰高血糖素是參與血糖平衡調(diào)節(jié)的兩種很重要的激素。但血糖調(diào)節(jié)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，除了這兩種激素外，還有腎上腺素等多種激素參與，以及神經(jīng)調(diào)節(jié)等多種調(diào)節(jié)方式;且調(diào)節(jié)能力是有限的，如糖尿病。課后查閱相關(guān)資料，下節(jié)課將結(jié)合血糖平衡的調(diào)節(jié)過程，討論糖尿病的癥狀、病因及治療等。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)以致用，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用自主構(gòu)建的模型分析生活實(shí)例，有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)內(nèi)在邏輯關(guān)系的把握，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，樹立辯證唯物主義的觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注健康、養(yǎng)成正確的生活方式。

4 教學(xué)反思

按照探究的方式安排教學(xué)，通過模型建構(gòu)的方法，讓學(xué)生在分析資料、合作探究的基礎(chǔ)上，自主構(gòu)建，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。與教材原有的血糖模型相比，本次教學(xué)中構(gòu)建的模型在做出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)的基礎(chǔ)上，更凸顯了激素調(diào)節(jié)的一般過程以及從系統(tǒng)的角度理解穩(wěn)態(tài)與平衡的觀點(diǎn)。學(xué)生通過深度參與，不僅提升了理性思維和科學(xué)探究的能力，更有利于深刻、正確的生命觀念的形成。