“體溫的控制”探究實驗的深度設計

黃建林

(浙江省紹興市柯橋區蘭亭鎮中學 312041) 朱春鳳 (浙江省紹興市柯橋區齊賢鎮中學 312000)

“體溫的控制”一節是浙教版科學教材八(上)第三章“生命活動的調節”知識體系的重要組成部分。因該內容是在學習“神經和激素調節”一節知識之后，所以要與前面的知識相銜接。本節內容為一課時，學生已經儲備的知識包括：脊椎動物的分類知識、溫度計的使用及讀數、恒溫動物和變溫動物的區別，以及有關激素調節和神經調節等相關內容。而該節課是在此基礎上，對人是恒溫動物知識進行深入探究、分析并得出相關的結論和規律。因其內容與學生的生活緊密相聯，所以更有利于學生的掌握和理解，學生也對此內容更感興趣。本節課所學的“產熱與散熱的平衡”知識，也為以后學習能量守恒、質量守恒和杠桿平衡等作好一定的鋪墊。

1 運用模型 建立平衡

首先，教師先出示三個插有溫度計的燒瓶，并且在里面裝有不同溫度的水。第一個是室溫水為25℃，第二個高于室溫水為35℃，第三個水溫再高些為60℃。通過投影，讓學生讀出此時溫度計的示數并記錄在黑板上備用。教師拿起裝25℃水的燒瓶，問學生：不打開橡皮塞有什么辦法能讓瓶內水溫下降？學生通過思考歸納出降溫的兩種方法：第一種為放在低溫環境中，如放在冰箱里或冰水中；再思考另一種方法，即把酒精或水涂在瓶壁上通過蒸發降溫。接著，讓學生把一些氫氧化鈉放入燒瓶中(注意安全)，學生通過溫度計示數得出氫氧化鈉放入水中升溫(產熱)，對照前面的低溫或蒸發能降溫(散熱)。再問學生在不打開橡皮塞，要使瓶內原溫度保持不變，即產熱或散熱應滿足什么條件？在學生回答的基礎上，再問：如果外界環境隨時在變化，能做到產熱和散熱保持平衡嗎？在學生一時無法回答時，教師及時指出這就是體溫的控制，從而引出教學的重點和難點。

設計意圖：通過一個燒瓶模型滲透類比的思想，把燒瓶壁類比成皮膚，通過創設性問題情景，使學生明白皮膚降溫的兩種形式，即直接散熱和蒸發散熱。同時，通過加入氫氧化鈉產熱與前面降溫(即散熱)的對比，有效地建立動態平衡的概念。這樣，不但化抽象為形象，同時較好地突破了人體的體溫是如何控制的這一難點，即產熱和散熱一定要保持平衡。

2 動手實踐 建立模型

教師提問：人體散熱的主要器官是什么？產熱的主要器官又是什么？引導學生閱讀教材。通過閱讀幾種器官或組織的產熱量的百分比，學生回答出安靜時主要產熱器官為內臟，而運動時主要是骨骼肌。繼而引導學生再觀察第一章的水分布扇形圖(圖略)，讓學生思考扇形圖跟百分比相比有什么優點，并指出扇形圖是一種非常重要的科學方法——建模法。然后，把學生分成兩組討論并設計。一組設計安靜時產熱的扇形圖，另一組設計運動時產熱的扇形圖。再用同屏技術，把學生完成的扇形圖投射到屏幕上，讓學生自己進行評價和修正。

設計意圖：通過扇形圖的繪制幫助學生掌握建模的科學方法，為今后的生物學建模打下基礎；培養學生的繪圖能力，也讓學生在繪圖中體驗成功的喜悅。同時，通過小組成員間的互動，使得知識在對話中生成，在交流中重組，在共享中倍增。

3 運用類比 突破難點

教師提問：皮膚是怎樣散熱的？在第一個燒瓶中已經呈現兩種方式：蒸發散熱和直接散熱。然后，呈現思考題：直接散熱與什么因素有關呢？這時，拿起另外兩個燒瓶，再讓學生讀出此時燒瓶中的溫度計示數，分別為27℃和46℃。兩個燒瓶從開始到現在讀數時的降溫分別為：35℃-27℃=8℃，60℃-46℃=14℃。引導學生運用對比法和控制變量法，最后歸納出：當別的條件相同時，熱水放出熱量的多少取決于熱水與環境之間的溫度差；溫度差越大，放出熱量就越多，反之就越少。通過類比法，指出皮膚直接散熱的多少，取決于皮膚與環境的溫度差。

設計意圖：通過另外兩個燒瓶與環境溫度差之間的關系，使類比的科學方法又得到提升，學生控制變量法思維得到訓練。并通過歸納，運用類比法得出結論：皮膚直接散熱的多少，取決于皮膚與環境的溫度差。設計這樣的小實驗有助于突破難點，聯系生活，發展學生的類比思維。

4 深度實驗 理解散熱

教師提問：皮膚散熱是通過改變什么來調節體表溫度的？引導學生閱讀教材，了解血管口徑大小與溫度之間的關系。最后學生得出：皮膚表面溫度以流經皮膚血液量的多少來調節的。此時，教師呈現自制的創新教具，解決皮膚血管的粗細與散熱之間的關系。制作方法是：在一個盒子中間開個孔，讓已去掉底部的塑料鹽水瓶倒扣在上面，下接一根輸液管用來模擬皮膚中的血管。具體操作：教師先在塑料鹽水瓶中倒入40℃的紅墨水，在其流下來的過程中，用紅外線電子溫度計分別測一下輸液管的粗大段(逆止閥)和輸液管細連接段的溫度。最后得出：粗段溫度較高，細段溫度較低。通過測溫歸納出：在相同條件下，血管越粗，散熱越多；血管越細，散熱越少。再讓學生聯系自身(不同季節)，自己手背的血管粗細情況，加深對血管粗細和散熱關系的結論。

設計意圖：通過深度實驗，用輸液管來模擬血管，并通過紅外線電子溫度計測量在兩種粗細不同管壁上的溫度，使得粗細血管的散熱形成強大的明顯對比，可使抽象的知識更形象。同時，有利于學生對皮膚散熱知識的理解，培養他們對學習生物學的興趣和積極性。

5 通過模仿 建構知識

皮膚對溫度的調節是局部調節，而人體作為一個整體，又是如何調節體溫的？教師一邊引導，一邊讓學生思考和歸納得出：高溫環境下——皮膚血溫37℃以上——腦干中神經中樞——增加汗的分泌，使皮膚血管擴張——增加散熱——恢復到正常的血溫。然后，讓學生模仿剛才的過程，自主建構低溫環境下皮膚對溫度調節的整個過程。再通過同屏技術，讓學生對自己的設計進行評價和相應修正。

設計意圖：教師在適當時機應該放手，如已經得出高溫環境下皮膚對溫度的調節過程后，就讓學生自主建構低溫環境下的調節。這樣，有利于學生對所學知識的遷移。同時，也有利于培養學生的對比思維。這樣的學習方式為后面中暑知識的學習留下伏筆。

6 歸納總結 體溫調節

教師提問：人體的體溫是一個固定值嗎？繼續通過同屏呈現多位學生在星期天測得全家體溫變化的情況。最后，總結出人體的體溫是波動的。所謂恒溫，就是在一個正常范圍內的波動。繼而教師又提出問題：體溫的恒定對人體有什么好處？什么叫中暑，如果中暑了應該怎么辦？

設計意圖：利用學生自測的溫度，通過分析、比較，最終歸納人體體溫變化的規律。這樣的設計，幫助學生理解生物學知識是來源于生活，又應用于生活。通過表格對比，可培養學生的讀表能力，培養他們的比較、歸納和總結的能力。同時，通過中暑情況的情感教育，告誡學生要珍愛生命，如發現中暑現象就要及時就診，要采取積極的預防措施。

體溫調節的知識都較抽象，怎樣把抽象的知識轉變成形象，更能讓學生接受，這是教師應該考慮的問題。通過創新實驗，有效地突破知識的重點和難點，化復雜為簡單、化抽象為形象，能培養學生質疑、究難的科學精神、科學方法和科學思想。