基于核心素養(yǎng)的生物學(xué)教學(xué)設(shè)計

申單

［摘 要］文章以科學(xué)史為依托，對“激素與內(nèi)分泌系統(tǒng)”一節(jié)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，旨在引領(lǐng)學(xué)生重走科學(xué)發(fā)現(xiàn)之路，體會科學(xué)研究的一般過程。在“激素與內(nèi)分泌系統(tǒng)”教學(xué)中，教師可結(jié)合情境引導(dǎo)學(xué)生通過控制變量法和設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假說，基于已有知識和相關(guān)資料提出可行性的實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣和科學(xué)探究的能力，進(jìn)而有效落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］核心素養(yǎng)；教學(xué)設(shè)計；激素與內(nèi)分泌系統(tǒng)

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）29-0094-03

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決真實(shí)情境中的實(shí)際問題時所表現(xiàn)出來的價值觀念、必備品格與關(guān)鍵能力，是學(xué)生知識、能力、情感態(tài)度與價值觀的綜合體現(xiàn)。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版 2020 年修訂）》中指出，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任［1］。筆者以“激素與內(nèi)分泌系統(tǒng)”為例進(jìn)行基于核心素養(yǎng)的生物學(xué)教學(xué)設(shè)計。

一、教材及學(xué)情分析

“激素與內(nèi)分泌系統(tǒng)”是人教版（2019）高中生物學(xué)選擇性必修1第2章第1節(jié)的內(nèi)容。以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，依據(jù)新課標(biāo)“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”模塊重要概念 1.4 “內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生的多種類型的激素，通過體液傳送而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)體穩(wěn)態(tài)”，確定本課時的具體學(xué)習(xí)要求是探究促胰液素的發(fā)現(xiàn)過程，認(rèn)識激素調(diào)節(jié)，基于胰島素和雄性激素研究實(shí)例歸納總結(jié)研究內(nèi)分泌腺及其功能的一般方法。

學(xué)生在初中已學(xué)過激素調(diào)節(jié)，對人體的內(nèi)分泌系統(tǒng)有基本的認(rèn)識，了解人體主要的內(nèi)分泌腺及其分泌的激素，對生長激素、甲狀腺激素、胰島素的主要功能有一定的認(rèn)知，能夠較好地理解科學(xué)史中的信息。筆者所授課的班級學(xué)生思維較為活躍，具備較強(qiáng)的邏輯推理能力，對生物科學(xué)史非常感興趣，能夠充分參與課堂討論。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）生命觀念目標(biāo)

1.通過分析促胰液素的發(fā)現(xiàn)歷程，認(rèn)識激素調(diào)節(jié)，概述促胰液素引起胰腺分泌胰液的過程。

2.舉例說明內(nèi)分泌腺和外分泌腺的主要區(qū)別。

（二）科學(xué)思維目標(biāo)

1.通過對沃泰默實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，體會實(shí)驗(yàn)設(shè)計中的變量控制，能夠基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論。

2.結(jié)合胰島素的化學(xué)本質(zhì)，分析早期的科學(xué)家未能證明胰腺中分泌物存在的可能原因，提出可行性實(shí)驗(yàn)方案。

3.基于胰島素及雄性激素的研究實(shí)例，歸納總結(jié)研究內(nèi)分泌腺及其分泌的激素功能的一般方法。

（三）科學(xué)探究目標(biāo)

通過小組合作設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證斯塔林和貝利斯的假設(shè)，掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，提高科學(xué)探究能力。

（四）社會責(zé)任目標(biāo)

反思斯他林和貝利斯獲得成功的原因，形成敢于質(zhì)疑、勇于突破固有理論禁錮的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。

三、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：分析促胰液素的發(fā)現(xiàn)歷程，認(rèn)識激素調(diào)節(jié)，并能夠舉例說明內(nèi)分泌腺和外分泌腺的區(qū)別。

教學(xué)難點(diǎn)：基于材料中給出的生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維和創(chuàng)造性思維等科學(xué)思維方法進(jìn)行提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計、結(jié)果預(yù)測，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律。

四、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師展示正常人與侏儒癥患者的圖片，并提供文字資料解釋侏儒癥的成因：侏儒癥的癥狀是生長遲緩，身材矮小，病因是幼年時生長激素分泌不足。教師設(shè)問：你知道生長激素由哪個腺體分泌嗎？待學(xué)生回答問題后教師進(jìn)一步追問：人和其他高等動物的體內(nèi)存在多種調(diào)節(jié)生命活動的激素，這些激素是如何被發(fā)現(xiàn)的？研究內(nèi)分泌腺以及激素功能的方法有哪些？

設(shè)計意圖：通過創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，及結(jié)合情境進(jìn)一步設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生深入思考生命現(xiàn)象及其背后的科學(xué)規(guī)律，同時明確本節(jié)課的主要學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（二）分析促胰液素的發(fā)現(xiàn)歷程

教師展示胃及胰腺和十二指腸的圖片，并提供相關(guān)文字資料：胰腺可分泌含有多種消化酶的胰液，胰液經(jīng)導(dǎo)管流向十二指腸，促進(jìn)食物的消化。內(nèi)臟器官大多同時接受交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的雙重支配，已有研究發(fā)現(xiàn)刺激副交感神經(jīng)可引起胰腺分泌胰液。教師提問：胰腺分泌胰液是如何調(diào)節(jié)的？教師介紹19世紀(jì)學(xué)術(shù)界對胰液分泌調(diào)節(jié)機(jī)制的主流看法，請學(xué)生寫出胰液分泌的反射弧組成，并闡述胃酸（鹽酸）刺激引起胰腺分泌胰液的過程。

1894年，法國學(xué)者沃泰默做了如下幾組實(shí)驗(yàn)：①把相當(dāng)于胃酸（pH為0.9～1.5）的鹽酸注入狗的上段小腸，發(fā)現(xiàn)會引起胰液的分泌；②直接將稀鹽酸注入狗的血液中，發(fā)現(xiàn)不會引起胰液分泌；③切除支配這段小腸的神經(jīng)，只留下血管，再向小腸內(nèi)注入稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)這樣仍能促進(jìn)胰液分泌。教師提問：①②組形成對照，自變量是什么？因變量是什么？根據(jù)這兩組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以得出什么結(jié)論？第③組實(shí)驗(yàn)與第幾組實(shí)驗(yàn)形成對照？可以得出什么結(jié)論？學(xué)生分組討論，教師記錄學(xué)生的討論結(jié)果：①②組形成對照，自變量是鹽酸的作用部位，因變量是胰腺是否分泌胰液，由這兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知直接接受鹽酸刺激的部位是小腸。第③組實(shí)驗(yàn)與第①組實(shí)驗(yàn)形成對照，自變量為是否切除小腸上相關(guān)神經(jīng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測胰腺分泌胰液可以不受神經(jīng)調(diào)節(jié)，也即胰腺分泌胰液存在其他調(diào)節(jié)機(jī)制。教師首先展示沃泰默本人對其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解讀：這是一個十分頑固的反射，小腸上的神經(jīng)是難以切干凈的；然后引導(dǎo)學(xué)生將沃泰默的推論與小組討論結(jié)果做對比，并就是否認(rèn)可沃泰默本人的結(jié)論發(fā)表看法。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生通過分析實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)變量，體會實(shí)驗(yàn)設(shè)計遵循的原則，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行表達(dá)與交流，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣。

教師提供文字資料，介紹斯他林和貝利斯基于沃泰默的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出的新假設(shè)：這不是反射而是化學(xué)調(diào)節(jié)——在鹽酸的作用下，小腸黏膜可能產(chǎn)生了一種化學(xué)物質(zhì)，這種物質(zhì)進(jìn)入血液，隨血液循環(huán)到達(dá)胰腺，引起胰液的分泌。教師在黑板上書寫板書，梳理胰腺分泌胰液的調(diào)節(jié)模型（見圖1），提問：如果你們是斯他林和貝利斯研究團(tuán)隊(duì)的成員，應(yīng)如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一假設(shè)？教師需關(guān)注不同小組的討論情況，對于有困難的小組，可通過資料卡片介紹斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)設(shè)計：剪下狗的一段小腸，刮下黏膜，將稀鹽酸加入黏膜磨碎，并制成提取液，將提取液注射到同一只狗的靜脈中。布置任務(wù)：請預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生依據(jù)假設(shè)進(jìn)行演繹推理，得出小狗的胰腺將會大量分泌胰液。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：僅通過這一個實(shí)驗(yàn)是否可以證明是小腸黏膜受鹽酸刺激后產(chǎn)生的一種化學(xué)物質(zhì)在發(fā)揮作用，而不是鹽酸或者小腸黏膜本身的某種成分最終引發(fā)了胰液的分泌？學(xué)生思考后表示需要設(shè)置對照組。教師補(bǔ)充提問：為了排除鹽酸和小腸黏膜本身對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，應(yīng)設(shè)置怎樣的對照組？然后引導(dǎo)學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)方案：增設(shè)對照組一，將稀鹽酸注入狗的靜脈中，檢測胰腺是否分泌胰液；增設(shè)對照組二，將小腸黏膜提取液注入狗的靜脈中，檢測胰腺是否分泌胰液。

設(shè)計意圖：帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)斯他林和貝利斯的探究世界，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計恰當(dāng)可行的實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證斯他林和貝利斯的假說的正確性［2］，使學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，并樹立團(tuán)隊(duì)合作的意識。

教師提供文字資料：巴甫洛夫和其學(xué)生曾經(jīng)認(rèn)為小腸中的鹽酸導(dǎo)致胰液分泌屬于反射，斯他林和貝利斯的發(fā)現(xiàn)與他們這一看法大相徑庭。于是他們重復(fù)做了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果與斯他林和貝利斯的一模一樣。然后提問：為什么斯他林和貝利斯得到與沃泰默不同的結(jié)論？他們的成功對你有什么啟示？

設(shè)計意圖：通過分析斯他林和貝利斯成功的原因，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的思維品質(zhì)，使學(xué)生能夠在基于科學(xué)事實(shí)的基礎(chǔ)上，大膽假設(shè)，小心求證，不被權(quán)威和固有的理論所束縛。

教師指出斯他林和貝利斯將引起胰液分泌的這種物質(zhì)命名為促胰液素，同時指出這種調(diào)節(jié)方式為激素調(diào)節(jié)。教師引導(dǎo)學(xué)生概述胃酸（鹽酸）刺激引起胰液分泌的調(diào)節(jié)過程：在胃酸的刺激下，小腸黏膜分泌促胰液素，促胰液素進(jìn)入血液后隨血流到達(dá)胰腺，引起胰腺分泌胰液。教師綜合本節(jié)課所提供的資料，明確胰腺分泌胰液受神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)（見圖2）。引導(dǎo)學(xué)生比較：結(jié)合促胰液素調(diào)節(jié)胰液分泌的過程，分析神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)的方式有哪些不同。學(xué)生分析后指出：神經(jīng)調(diào)節(jié)通過反射弧來實(shí)現(xiàn)，而激素調(diào)節(jié)依賴化學(xué)物質(zhì)，借助血液運(yùn)輸來實(shí)現(xiàn)。

設(shè)計意圖：分析促胰液素的分泌及運(yùn)輸過程，為后續(xù)學(xué)習(xí)激素的作用特點(diǎn)做好鋪墊；指出胰腺分泌胰液受神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)，有助于學(xué)生理解神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)的關(guān)系。

（三）分析胰島素的發(fā)現(xiàn)歷程

教師：激素的分泌悄無聲息，它們直接進(jìn)入血液周游全身，難以收集和分離，那么如何研究激素的分泌部位及其功能呢？教師提供如下文字資料：1869年，研究者發(fā)現(xiàn)了胰腺中一些細(xì)胞聚集成島狀，將其命名為胰島，但對它的作用一無所知。1889年，科學(xué)家無意中發(fā)現(xiàn)，切除胰腺的狗會患上與人的糖尿病類似的病，由此推測糖尿病的發(fā)生與胰腺有關(guān)，并猜測胰腺能分泌某種抗糖尿病的激素（后被命名為胰島素）。為了驗(yàn)證這一猜測，科學(xué)家進(jìn)行了幾百次實(shí)驗(yàn)，制備胰腺提取物，并給胰腺受損誘發(fā)糖尿病的狗注射，但收效甚微。教師提問：請結(jié)合胰島素的化學(xué)本質(zhì)分析科學(xué)家實(shí)驗(yàn)失敗的原因。學(xué)生回顧胰島素的化學(xué)本質(zhì)指出：胰島素是蛋白質(zhì)，而胰腺可以分泌多種消化酶，直接用完整的胰腺制備提取物，胰液中的消化酶可能將胰島素水解，使其失去功效。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有知識分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因，培養(yǎng)學(xué)生深入思考的習(xí)慣。

教師提供班廷查閱資料得到的信息：膽結(jié)石堵塞胰管或以實(shí)驗(yàn)方法結(jié)扎胰管都會引起胰腺萎縮，而胰島卻保持完好，這樣的機(jī)體不會患糖尿病。提問：這一資料對于制備有生理活性的胰島素提取液有怎樣的參考價值？學(xué)生立即想到：可以先結(jié)扎狗的胰管，然后取萎縮的胰腺制備提取液，該提取液中應(yīng)含有具備生理活性的胰島素。

設(shè)計意圖：使學(xué)生通過查閱資料和深入分析優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計，掌握解決問題的思路和方法。

教師展示班廷和貝斯特的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生體會研究胰島素功能的方法。

（四）睪丸分泌雄性激素的研究

教師提供文字資料：1849年，德國研究者發(fā)現(xiàn)公雞被摘除睪丸后，其雄性性征明顯消失，如果將睪丸重新移植回去，公雞的雄性性征又會逐步恢復(fù)。經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家從動物睪丸中提取出睪酮，經(jīng)證實(shí)，睪酮就是睪丸分泌的雄性激素。提問：請通過小組合作，設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證睪酮就是睪丸分泌的雄性激素。學(xué)生代表闡述實(shí)驗(yàn)思路：給已摘除睪丸的公雞注射適量睪酮，觀察公雞的雄性性征是否重新出現(xiàn)，若公雞的雄性性征恢復(fù)，則可驗(yàn)證睪酮就是睪丸分泌的雄性激素。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在體會胰島素功能研究的基礎(chǔ)上，將相關(guān)方法遷移應(yīng)用于其他激素功能的研究。

教師引導(dǎo)學(xué)生基于上述研究實(shí)例，通過小組合作總結(jié)研究內(nèi)分泌腺功能的一般方法：摘除某內(nèi)分泌腺→觀察特定癥狀出現(xiàn)→重新移植腺體或注射腺體提取物→觀察特定癥狀消失。研究激素功能的一般思路：用某種方法處理實(shí)驗(yàn)動物→出現(xiàn)相應(yīng)病理癥狀→添加某激素后恢復(fù)正常→推知相應(yīng)激素的生理功能。教師引導(dǎo)學(xué)生并分析“加法原理”和“減法原理”在上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路中的體現(xiàn)。

（五）感悟提升

教師：課后查閱資料，結(jié)合你感興趣的生物學(xué)家的生平事跡及其科學(xué)研究歷程，談?wù)勅绾螒?yīng)對科學(xué)研究中的失敗。

五、教學(xué)評價與反思

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計緊扣科學(xué)史素材，旨在還原真實(shí)的科學(xué)研究歷程。在分析促胰液素的發(fā)現(xiàn)歷程的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生以研究者的視角運(yùn)用“假說—演繹”法分析科學(xué)史資料，提出假說，設(shè)計實(shí)驗(yàn)并預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生通過動手、動腦，主動獲取知識，理解概念，掌握科學(xué)家解決問題的思路和方法［3］。在分析胰島素的發(fā)現(xiàn)歷程的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生以審視的態(tài)度分析產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象的可能原因，體會科學(xué)探究的曲折。在真實(shí)的研究情境中，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)的發(fā)展。延伸到課外活動的設(shè)計，培養(yǎng)了學(xué)生的社會責(zé)任感。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］? 黃秀芝.基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計：以“通過激素的調(diào)節(jié)”為例［J］.生物學(xué)教學(xué)，2019（2）：19-20.

［3］? 劉恩山，曹保義.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）解讀 ［M］.北京：高等教育出版社，2020.