巧建模型 辨析生物學(xué)概念

四川

在二輪復(fù)習(xí)備考過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解不夠透徹，導(dǎo)致其在考試中出現(xiàn)失分的現(xiàn)象，本文通過(guò)構(gòu)建相關(guān)模型，明辨拮抗作用、協(xié)同作用、（正）負(fù)反饋調(diào)節(jié)、分級(jí)調(diào)節(jié)等生物學(xué)概念，希望為學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)提供參考。

1.問(wèn)題提出

生物學(xué)科是由眾多的生物學(xué)事實(shí)和生物學(xué)理論組成的、內(nèi)容豐富的知識(shí)體系，其知識(shí)體系包括生物學(xué)事實(shí)、生物學(xué)概念、生物學(xué)原理、生物學(xué)定律以及相關(guān)的模型、假說(shuō)等。其中，生物學(xué)概念是生物學(xué)知識(shí)體系的基礎(chǔ)，是構(gòu)建生物學(xué)知識(shí)體系的支架。甚至可以認(rèn)為，學(xué)好生物學(xué)的關(guān)鍵就是掌握生物學(xué)概念及概念組成的知識(shí)體系。

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在必修課程中提出了兩大模塊，共包含4個(gè)生物學(xué)大概念，每個(gè)生物學(xué)大概念下又分別包含數(shù)個(gè)生物學(xué)重要概念，重要概念下又分別包含若干個(gè)次位概念。而生命觀念的建立需要在理解生物學(xué)概念尤其是重要概念的基礎(chǔ)上，將有關(guān)概念融會(huì)貫通以實(shí)現(xiàn)概念的體系化。這樣才能將重要概念抽象、概括成大概念，從而形成生命觀念。其中，次位概念及其下位概念的學(xué)習(xí)是建立生命觀念的基礎(chǔ)、起點(diǎn)。

模型是人們按照特定的科學(xué)研究目的，在一定的假設(shè)條件下，再現(xiàn)原型客體某種本質(zhì)特征（如結(jié)構(gòu)特性、功能、關(guān)系、過(guò)程等）的物質(zhì)形式或思維形式的類似物。模型是人們認(rèn)識(shí)科學(xué)的一種手段和思維方法，而構(gòu)建模型的過(guò)程則是協(xié)調(diào)行為與思維統(tǒng)一的過(guò)程。在高中生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)構(gòu)建科學(xué)的模型，學(xué)生可以體驗(yàn)建立模型的思維過(guò)程，領(lǐng)悟蘊(yùn)含的方法，并獲得相應(yīng)的生物學(xué)概念。

拮抗作用、協(xié)同作用、（正）負(fù)反饋調(diào)節(jié)、分級(jí)調(diào)節(jié)等生物學(xué)概念專業(yè)性強(qiáng)、抽象程度較高，學(xué)生往往難以理解。采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難達(dá)到預(yù)期的效果，學(xué)生往往在試題情境（特別是陌生情境）中無(wú)法準(zhǔn)確快速地得出正確答案。而采用模型構(gòu)建的方式，可以將抽象的概念轉(zhuǎn)化為可以直接感知的形象狀態(tài)，以構(gòu)建模型的方式將上述概念直接呈現(xiàn)出來(lái)，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，更有利于學(xué)生對(duì)概念本質(zhì)的理解。

2.構(gòu)建模型，辨析生物學(xué)概念

2.1 構(gòu)建模型，辨析“拮抗”和“協(xié)同”

“拮抗”在教材中“通過(guò)激素的調(diào)節(jié)”這一節(jié)出現(xiàn)的原句為“通過(guò)以上活動(dòng)可以看出，胰島素和胰高血糖素的相互拮抗，共同維持血糖含量的穩(wěn)定。”而“協(xié)同”在本節(jié)“只字未提”，需要教師補(bǔ)充。故部分教師會(huì)向?qū)W生補(bǔ)充“協(xié)同”和“拮抗”的概念并通過(guò)具體事例進(jìn)行強(qiáng)化，如補(bǔ)充“拮抗”是指不同激素對(duì)同一生理效應(yīng)發(fā)揮相反作用，如胰島素和胰高血糖素在調(diào)節(jié)血糖方面就具有拮抗作用。但結(jié)合教學(xué)實(shí)際，筆者發(fā)現(xiàn)上述教學(xué)效果并不理想，學(xué)生對(duì)這種單純知識(shí)獲取的表層學(xué)習(xí)將會(huì)導(dǎo)致“拮抗”“協(xié)同”的生物學(xué)概念很快被遺忘。但通過(guò)構(gòu)建相關(guān)模型，就可加深對(duì)“拮抗”“協(xié)同”概念的認(rèn)識(shí)和理解。

設(shè)A、B分別為兩種不同的激素，S為特定的生理效應(yīng)，則構(gòu)建“拮抗”模型如圖1所示，構(gòu)建“協(xié)同”模型如圖2所示：

圖1 拮抗模型

圖2 協(xié)同模型

【拮抗模型】拮抗作用可以理解為兩種激素對(duì)同一個(gè)生理效應(yīng)具備相反的作用效果。如胰島素（A）與胰高血糖素（B），都能作用于血糖平衡調(diào)節(jié)（↑S↓）但作用相反。又如乙烯（A）與生長(zhǎng)素（B），都能影響植物細(xì)胞伸長(zhǎng)（↑S↓）但作用相反。故上述兩對(duì)激素相互拮抗。

【協(xié)同模型】協(xié)同作用可以理解為兩種激素對(duì)同一個(gè)生理效應(yīng)具備相同或相似的作用效果。如胰高血糖素（A）與腎上腺素（B），都能作用于血糖平衡調(diào)節(jié)（↑S↑）且作用相同。又如甲狀腺激素（A）與生長(zhǎng)激素（B），都能影響生物體生長(zhǎng)發(fā)育（↑S↑）且作用相同。故上述兩對(duì)激素相互協(xié)同。

2.2 構(gòu)建模型，辨析“（正）負(fù)反饋調(diào)節(jié)”和“分級(jí)調(diào)節(jié)”

“（負(fù)）反饋調(diào)節(jié)”在教材中“通過(guò)激素的調(diào)節(jié)”這一節(jié)出現(xiàn)的原句為“像這樣，在一個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身工作的效果，反過(guò)來(lái)又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作，這種調(diào)節(jié)方式叫反饋調(diào)節(jié)。”“（正）反饋調(diào)節(jié)”的概念則需要教師補(bǔ)充，而“分級(jí)調(diào)節(jié)”在本節(jié)并沒(méi)有直接的概念定義?！埃ㄘ?fù)）反饋調(diào)節(jié)”的抽象定義以及“分級(jí)調(diào)節(jié)”的未明確定義將給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)巨大困擾。通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的模型，則可幫助學(xué)生厘清概念的本質(zhì)。

設(shè)A、B、C……分別為不同種類的激素，S為特定的生理效應(yīng)，則構(gòu)建“負(fù)反饋調(diào)節(jié)”模型如圖3，“正反饋調(diào)節(jié)”模型如圖4，“分級(jí)調(diào)節(jié)”模型如圖5。

圖3 負(fù)反饋調(diào)節(jié)模型

圖4 正反饋調(diào)節(jié)模型

圖5 分級(jí)調(diào)節(jié)模型

【（正）負(fù)反饋調(diào)節(jié)模型】（正）負(fù)反饋調(diào)節(jié)可以理解為某種激素產(chǎn)生相應(yīng)的生理效應(yīng)，該生理效應(yīng)反過(guò)來(lái)會(huì)影響該激素的分泌。如果這種影響效果是抑制或負(fù)向的，則為負(fù)反饋調(diào)節(jié)；如果這種影響效果是促進(jìn)或正向的，則為正反饋調(diào)節(jié)。如胰島素分泌（A↑）達(dá)到一定程度時(shí)，血糖濃度降低（S），血糖濃度過(guò)低反過(guò)來(lái)會(huì)抑制胰島素的分泌（A↓），這樣體內(nèi)胰島素的含量就不至于過(guò)高，這就屬于負(fù)反饋調(diào)節(jié)。又如人們排放垃圾、污水導(dǎo)致河水污染（A↑），河水污染導(dǎo)致水生生物大面積死亡（S），進(jìn)一步加劇河水污染（A↑↑），這就屬于正反饋調(diào)節(jié)。

【分級(jí)調(diào)節(jié)模型】分級(jí)調(diào)節(jié)可以理解為A激素（初始）分泌將會(huì)導(dǎo)致B激素分泌，B激素分泌將會(huì)導(dǎo)致C激素分泌……，最終調(diào)節(jié)相應(yīng)生理效應(yīng)。該調(diào)節(jié)方式體現(xiàn)出一環(huán)扣一環(huán)、環(huán)環(huán)相連、具有分級(jí)控制的特點(diǎn)。如下丘腦分泌促甲狀腺激素釋放激素（TRH），TRH運(yùn)輸?shù)酱贵w，促使垂體分泌促甲狀腺激素（TSH），TSH隨血液運(yùn)輸?shù)郊谞钕?，促使甲狀腺增加甲狀腺激素的合成和分泌?/p>

3.運(yùn)用模型，輕松解題

【例1】澳大利亞莫納什大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了肥胖引發(fā)Ⅱ型糖尿病的機(jī)制，脂肪細(xì)胞會(huì)向血液中釋放一種名為色素上皮衍生因子（PEDF）的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)能導(dǎo)致肌肉和肝臟對(duì)胰島素不再敏感，因此胰腺只能靠產(chǎn)生更多的胰島素來(lái)抵消由此帶來(lái)的負(fù)面影響。如圖6表示人體內(nèi)血糖調(diào)節(jié)的過(guò)程。圖6中a、b、c表示參與血糖調(diào)節(jié)的激素。下列敘述正確的是 （ ）

圖6

A.b激素能促進(jìn)血糖進(jìn)入組織細(xì)胞

B.a、b激素間既存在協(xié)同作用又存在拮抗作用

C.c激素的分泌屬于分級(jí)調(diào)節(jié)

D.Ⅱ型糖尿病人的胰島素含量并不低，病因可能是PEDF降低了細(xì)胞膜上受體的敏感性

【解析】根據(jù)題意，a為胰島素，b為胰高血糖素，c為腎上腺素。促進(jìn)血糖進(jìn)入組織細(xì)胞的激素為胰島素，A選項(xiàng)錯(cuò)誤。胰島素（A）和胰高血糖素（B）在血糖調(diào)節(jié)方面（↑S↓）作用效果相反，只符合拮抗作用模型（如圖1），B選項(xiàng)錯(cuò)誤。腎上腺素的分泌是通過(guò)神經(jīng)調(diào)節(jié)的，并未體現(xiàn)分級(jí)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，不符合分級(jí)調(diào)節(jié)模型（如圖5），C選項(xiàng)錯(cuò)誤。PEDF降低細(xì)胞膜上受體的敏感性，導(dǎo)致細(xì)胞膜上的受體無(wú)法與胰島素結(jié)合，不能降低血糖，D選項(xiàng)正確。

【答案】D

【例2】如圖7為人體生長(zhǎng)激素分泌的調(diào)節(jié)示意圖。

圖7

細(xì)胞a分泌的激素對(duì)細(xì)胞c的分泌具有促進(jìn)作用，而細(xì)胞b分泌的激素對(duì)細(xì)胞c的分泌具有抑制作用，則這兩種激素對(duì)細(xì)胞c分泌生長(zhǎng)激素的調(diào)節(jié)呈_________關(guān)系。若生長(zhǎng)激素分泌增多，將______（填“促進(jìn)”或“抑制”）細(xì)胞b的分泌。

【解析】根據(jù)題意，細(xì)胞a分泌的激素（A）和細(xì)胞b分泌的激素（B）在對(duì)細(xì)胞c的分泌（↑S↓）方面作用效果相反，符合拮抗模型（如圖1）；由細(xì)胞c分泌的生長(zhǎng)激素不可能一直增多，必將通過(guò)（負(fù)）反饋調(diào)節(jié)模型（如圖3），減少分泌，而根據(jù)題意細(xì)胞b分泌的激素對(duì)細(xì)胞c的分泌有抑制作用，故促進(jìn)細(xì)胞b的分泌。

【答案】拮抗 促進(jìn)

【例3】池塘養(yǎng)殖普遍存在由于餌料、魚(yú)類排泄物、換水不及時(shí)等引起的水體污染現(xiàn)象，研究者設(shè)計(jì)了一種循環(huán)水池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)（如圖8）。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

圖8

與自然池塘相比，人工養(yǎng)殖池塘生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力穩(wěn)定性___________________________。人工養(yǎng)殖池塘水體的N、P含量容易升高，會(huì)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化；藻類等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水體的溶氧量下降，造成魚(yú)類等死亡，進(jìn)一步破壞了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)，這種調(diào)節(jié)方式稱為_(kāi)_________________________。

【解析】由于人工養(yǎng)殖池塘比自然池塘物種豐富度要低，其抵抗力穩(wěn)定性低，恢復(fù)力穩(wěn)定性高。水體的富營(yíng)養(yǎng)化將一定程度上破壞生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)（A↑），藻類等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水體的溶氧量下降，造成魚(yú)類等死亡（S），最終加劇破壞了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)（A↑↑），符合正反饋調(diào)節(jié)模型（如圖4）。

【答案】高 正反饋調(diào)節(jié)

【例4】睪丸酮（雄性激素）能夠加速機(jī)體內(nèi)各種蛋白質(zhì)的合成，促進(jìn)免疫球蛋白的合成，提高免疫力。如圖9是睪丸酮合成分泌受下丘腦、垂體的調(diào)節(jié)過(guò)程。請(qǐng)據(jù)圖9回答下列問(wèn)題：

圖9

圖9中abcd過(guò)程體現(xiàn)了雄性激素分泌的___________調(diào)節(jié)。

【解析】據(jù)圖9可知，abc過(guò)程可表示為下丘腦分泌促性腺激素釋放激素（A）作用于垂體，垂體分泌促卵泡激素和黃體生成素（B）作用于睪丸，睪丸分泌雄性激素（C），符合分級(jí)調(diào)節(jié)模型（如圖5）；d過(guò)程可表示為睪丸酮分泌增多（A↑）反過(guò)來(lái)抑制下丘腦分泌促性腺激素釋放激素（S），最終使睪丸酮分泌減少（A↓），符合負(fù)反饋調(diào)節(jié)模型（如圖3）。

【答案】分級(jí)調(diào)節(jié)和負(fù)反饋

【例5】如圖10表示不同激素處理5組健康小鼠后，其血液中葡萄糖含量的變化。每種激素在不同組別的劑量均相同。已知激素C為壓力激素，與情緒波動(dòng)有關(guān)，而且糖尿病患者血液中胰高血糖素水平較正常人高。下列判斷不正確的是 （ ）

圖10

A.激素處理前幾小時(shí)為使小鼠的血糖水平維持在常規(guī)水平應(yīng)該提供食物給小鼠

B.胰高血糖素和腎上腺素表現(xiàn)出了協(xié)同作用

C.腎上腺素比胰高血糖素引起的效應(yīng)較為漸進(jìn)、幅度較大、效應(yīng)較持久

D.糖尿病人須避免情緒激動(dòng)，否則腎上腺素和壓力激素分泌量大量增加，兩者共同作用會(huì)提高血糖濃度，有害健康

【解析】為了保證血糖濃度處于正常值，應(yīng)對(duì)小鼠采取饑餓處理，而采用喂食處理，則會(huì)引起血糖濃度上升，A選項(xiàng)錯(cuò)誤。據(jù)圖10可知，胰高血糖素（A）和腎上腺素（B）單獨(dú)使用時(shí)都可以升高血糖（↑S↑），共同使用時(shí)升高更加明顯，符合協(xié)同模型（如圖2），B選項(xiàng)正確。據(jù)圖10可知，注射胰高血糖素時(shí)血糖升高迅速，但持續(xù)時(shí)間短，很快下降，而注射腎上腺素時(shí)血糖升高緩慢，但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，C選項(xiàng)正確。從組5和組4比較分析，激素C在升高血糖濃度中作用明顯，而在情緒激動(dòng)時(shí)，壓力激素分泌會(huì)增加，所以糖尿病人應(yīng)避免情緒激動(dòng)，D選項(xiàng)正確。

【答案】A

可見(jiàn)，通過(guò)模型構(gòu)建，一方面能幫助學(xué)生厘清生物學(xué)概念并能在試題中熟練準(zhǔn)確地運(yùn)用，另一方面還能鍛煉學(xué)生對(duì)復(fù)雜事物的簡(jiǎn)化和抽象概括能力，提升思維水平。故教師在日常教學(xué)中要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)、自主構(gòu)建模型，這無(wú)疑對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，提升學(xué)科核心素養(yǎng)大有裨益。