“血糖調節”模型建構及應用

王飛　楊夢姝　楊建霞

目前，模型建構在科學教育中的重要作用已經逐漸被研究者所認識，成為科學教育中的重要研究領域。研究表明，模型建構可以使學生形成對知識內容的深入理解，提高學生分析和解決問題的能力，形成正確對待科學問題的觀點和態度，促進學生對科學本質的理解，同時對于教育教學改革具有巨大潛力。《普通高中生物課程標準（2017年版）》中多次提到“模型”“模擬”，高中生物學必修教材均強化了對于學生模型建構方法的訓練。“血糖調節”是現行新課標高中生物學教材《必修3·穩態與環境》的重點和難點之一，其目的在于讓學生理解人體內血糖平衡的重要性及其調節機制，進一步理解胰島素和胰高血糖素在血糖調節過程中的“拮抗作用”。但是，由于其內容比較抽象，僅憑借教師的講述，學生很難真正理解。雖然教材中給出了“建立血糖調節的模型”參考案例，但卻存在操作過程復雜、難以擴大交流范圍、結果不夠直觀等缺陷。因此，本研究在參考“負反饋機制的模型”基礎上，通過反復實踐與改進，最終構建出“血糖調節”模型。

1“血糖調節”模型建構過程

1.1原理——胰島素和胰高血糖素的生理功能

本模型（圖1）建構所依據的生物學原理主要是“胰島素和胰高血糖素的生理功能”：胰島素能促進組織細胞加速攝取、利用和儲存葡萄糖，從而使血糖水平降低；胰高血糖素能促進糖原分解，并促進一些非糖物質轉化為葡萄糖，從而使血糖水平升高。胰島素和胰高血糖素相互拮抗，共同維持人體內血糖含量的穩定與平衡。

1.2材料準備

乒乓球若干個、2 L礦泉水瓶1個、橡皮球（直徑大于礦泉水瓶口，可用彈力球代替）、鐵架臺、長約10 cm的細線2根、橡皮塞1個、500 mL燒杯1個、加有紅墨水的清水約2 L（以下簡稱“紅墨水”）。

1.3模型制作

（1）將礦泉水瓶底部剪掉，并倒置固定于鐵架臺上。

（2）取1根細線，將一端固定在乒乓球上（乒乓球的數量可根據實際情況適當增加或減少），另一端固定在橡皮球的某一頂點上。

（3）取另一根細線，將一端固定在與上一根細線相對的橡皮球的頂點上，另一端與橡皮塞連接，如圖2所示。

（4）將圖2結構按照橡皮塞在下、乒乓球在上的順序放置于礦泉水瓶中，橡皮塞穿過礦泉水瓶口，并將燒杯放置在礦泉水瓶正下方，如圖3所示。

2模型操作過程

2.1操作步驟

（1）向礦泉水瓶中緩慢注入紅墨水，當紅墨水未將乒乓球充分浮起時（也就是連接乒乓球與橡皮球之間的細線未被充分拉直時），觀察此時瓶口紅墨水流出的速度。

（2）繼續向礦泉水瓶中緩慢注入紅墨水，當紅墨水將乒乓球充分淹沒時（也就是連接乒乓球與橡皮球之間的細線被充分拉直時），觀察此時瓶口紅墨水流出的速度，并與上一步進行對比。

（3）繼續觀察：當礦泉水瓶中的水位逐漸恢復到第一步時，觀察此時瓶口紅墨水流出的速度。

3演示結果及解釋

3.1演示結果

模型演示結果及現象見表1。

3.2結果解釋及說明

在此模型中，紅墨水模擬人體內的血糖含量，礦泉水瓶模擬人體內環境，乒乓球模擬胰島素，橡皮塞模擬胰高血糖素。當礦泉水瓶中的紅墨水含量較低時，橡皮塞在重力的作用下拉動橡皮球，從而使礦泉水瓶中的紅墨水流出速度緩慢，甚至不流出，以此模擬當人體中血糖含量較低時，胰腺分泌胰高血糖素，從而減少血糖的分解。當礦泉水瓶中的紅墨水含量達到一定高度時，乒乓球在浮力的作用下會拉動橡皮球，從而使得礦泉水瓶中的紅墨水流出速度加快，以此模擬當人體中血糖含量較高時，胰腺分泌胰島素，從而加快血糖的分解，最終使得血糖含量降低。同時，乒乓球對橡皮球向上的拉力和橡皮塞對橡皮球向下的拉力，也可以模擬胰島素和胰高血糖素在人體血糖調節中的“拮抗作用”。

4總結與反思

通過反復實踐和不斷改進，發現此“血糖調節”模型存在以下優點和不足之處。

4.1優點

（1）材料易得，制作簡單。此“血糖調節”模型中所用的材料均是日常生活中常見的物品，且制作方法簡單，通常約10 min便可完成，便于學生在課堂上制作。

（2）便于操作，節省時間。相較于生物學教材中的“糖卡”模型，此模型操作步驟和方法簡單，且最終演示現象明顯、直觀，既有利于教師在課堂上進行直觀演示，也便于學生實際操作。

（3）抽象內容直觀化。此模型最大的優點在于能夠將“血糖調節”這一復雜的、抽象的生物學知識直觀化、具體化，瓶中紅墨水流出速率可直觀反應胰島素和胰高血糖素在血糖調節中的復雜生物學機理。

（4）此模型亦可作為其他“反饋調節機制”演示模型，如胰島素和腎上腺素的拮抗作用等。

4.2缺點及補充

（1）實驗現象容易受溶液性質的影響。在此模型中，模擬“血糖”的溶液最好選用蒸餾水、紅墨水、葡萄糖溶液等來代替，不宜選用染料等帶有顆粒物的懸濁液。因為懸濁液中的微小懸浮顆粒會使得橡皮球與瓶口之間形成細小的縫隙，從而對水流出的速率造成影響。

（2）模型容易受溫度等的影響。如橡皮球在較冷的環境中會變硬，使得其與瓶口不能充分接觸，從而對水流速率造成一定程度的影響。