搭建深度學(xué)習(xí)平臺 促進生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提升
——以“血糖調(diào)節(jié)”教學(xué)為例

（天津民族中學(xué) 天津 300122）

培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是生物學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)。素養(yǎng)不能直接傳授給學(xué)生，教師要善于創(chuàng)設(shè)真實情境，為學(xué)生創(chuàng)造解決問題的學(xué)習(xí)實踐，引領(lǐng)學(xué)生在高投入地完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的知識體系，領(lǐng)悟獲得知識內(nèi)容的方法、思想與思維。“血糖調(diào)節(jié)”是個體水平穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)的一個實例。教師結(jié)合對“糖尿病”的分析，帶領(lǐng)學(xué)生從對血糖調(diào)節(jié)這一生命現(xiàn)象的認知出發(fā)，展開對血糖平衡調(diào)節(jié)機制的探索，使學(xué)生理解生命個體的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一對內(nèi)外環(huán)境的變化做出反應(yīng)，通過一定的調(diào)節(jié)機制保持穩(wěn)態(tài)的重要性。學(xué)生從個體水平上認識生命系統(tǒng)的整體性和穩(wěn)態(tài)，形成生命觀念，發(fā)展科學(xué)思維，提升探究能力，促進核心素養(yǎng)的提升。

1 制定促進生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的學(xué)習(xí)目標，引領(lǐng)深度學(xué)習(xí)活動的開展

①能夠基于血糖監(jiān)測的數(shù)值，正確評價一個人是否患有糖尿病，通過分析“正常人飯后血糖隨時間變化”的規(guī)律，闡明人體通過激素調(diào)節(jié)維持體內(nèi)血糖含量相對穩(wěn)定的重要意義，發(fā)展科學(xué)評價生命現(xiàn)象及其意義的能力，促進科學(xué)思維的形成和發(fā)展。

②通過對有關(guān)“人體內(nèi)升高血糖和降低血糖的途徑”的資料分析，闡明人體內(nèi)血糖含量的相對穩(wěn)定是激素等多種因素通過調(diào)節(jié)細胞代謝的過程來實現(xiàn)的，形成基于生物學(xué)事實和證據(jù)，進行歸納與概括，探討、剖析生命現(xiàn)象及規(guī)律的科學(xué)思維習(xí)慣和能力。

③參與“建立血糖調(diào)節(jié)的模型”的模型建構(gòu)活動，說明胰島素和胰高血糖素在維持血糖含量相對穩(wěn)定中的作用，感悟“反饋調(diào)節(jié)機制”對于調(diào)節(jié)血糖平衡的重要意義，建構(gòu)血糖調(diào)節(jié)的概念模型，認同生命系統(tǒng)具有維持自身相對穩(wěn)定狀態(tài)的特性和能力，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

④分析糖尿病的病因及藥物治療原理等，增強運用生物學(xué)知識對現(xiàn)實問題做出理性解釋、判斷及解決問題的意識，樹立并傳播健康生活理念，能用健康生活理念指導(dǎo)自己和身邊人健康生活，增強社會責任感。

2 設(shè)計意義連接的學(xué)習(xí)任務(wù)，助推知識建構(gòu)和素養(yǎng)發(fā)展

教師展示糖尿病及并發(fā)癥的圖片，組織學(xué)生交流有關(guān)糖尿病的相關(guān)認知，讓學(xué)生感受糖尿病給人類帶來的危害的同時，認同血糖調(diào)節(jié)在生命中的重要意義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“血糖平衡的調(diào)節(jié)”相關(guān)知識和機理的興趣。

2.1 設(shè)計深度體驗的學(xué)習(xí)活動，為學(xué)生搭建探索血糖平衡調(diào)節(jié)機制的思維平臺

活動1：教師提出問題：“如何檢測一個人是不是糖尿病患者？”并用視頻展示血糖監(jiān)測的方法和過程，引導(dǎo)學(xué)生分析資料1及教師從清晨空腹到飯后若干h內(nèi)血糖監(jiān)測結(jié)果（表1），從而對教師血糖是否正常做出合理的評價。

表1 教師血糖監(jiān)測結(jié)果

資料1：一般成人的空腹血糖在3.9～6.1 mmol·L-1為正常。如果在6.1～7.0 mmol·L-1之間，則空腹血糖受損，但是不能診斷為糖尿病，需要完善糖耐量試驗。飯后2 h血糖正常值范圍小于7.8 mmol·L-1為正常，超過7.8而小于11.1 mmol·L-1考慮為糖耐量減低，大于等于11.1 mmol·L-1，即可診斷糖尿病。

設(shè)計意圖：教師指導(dǎo)學(xué)生選擇科學(xué)的方法解決問題，引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)闡述和解釋生命現(xiàn)象的意識，培養(yǎng)學(xué)生獲得和評價證據(jù)的能力。

活動2：組織學(xué)生將以上血糖監(jiān)測的數(shù)值構(gòu)建成正常人血糖變化的數(shù)學(xué)模型（圖1）。

設(shè)計意圖：模型曲線可以讓學(xué)生直觀地感受到正常人血糖濃度是相對穩(wěn)定的動態(tài)變化過程。學(xué)生可以在對“健康人的血糖含量會較長時間保持在正常范圍內(nèi)”這一血糖變化呈現(xiàn)出的特點，做出理性判斷的同時，推理出正常人體內(nèi)存在對血糖含量進行調(diào)節(jié)的機制，而糖尿病患者血糖過高則是因為調(diào)節(jié)機制失調(diào)而導(dǎo)致的，進而展開對血糖平衡調(diào)節(jié)機制的探索。

活動3：教師以問題為引領(lǐng)，依托文本資料，組織學(xué)生對曲線中不同時段血糖濃度變化的原因進行剖析和解釋，厘清血糖變化與細胞內(nèi)與糖相關(guān)的細胞代謝的關(guān)系，構(gòu)建血糖升高和降低途徑的圖示（圖2）。

教師提出問題：①飯后1 h內(nèi)，血糖升高的主要原因是什么？1 h后，機體內(nèi)發(fā)生的哪些變化能夠使血糖降低？

②在不進食的情況下，6～6.5 h，導(dǎo)致血糖略有升高的原因是什么？6.5 h后血糖再次降低，此時機體內(nèi)發(fā)生了什么變化？與進食1 h后導(dǎo)致血糖降低的變化相比，有什么異同？

③正常機體通過調(diào)節(jié)能在較長時間內(nèi)維持血糖含量的相對穩(wěn)定，其意義是什么？

然后，教師展示資料，引導(dǎo)學(xué)生分析。

資料2：血液中的葡萄糖在細胞內(nèi)氧化分解釋放能量，供細胞生命活動利用，多余的部分可以合成糖原貯藏于肝細胞和肌細胞中。如果葡萄糖還有富余，可以轉(zhuǎn)變成脂肪和某些氨基酸。糖類在供應(yīng)充足的情況下，可大量轉(zhuǎn)化為脂肪。

資料3：貯藏于肝臟細胞和肌肉細胞中的肝糖原和肌糖原的用途（圖3）。

資料4：脂肪是細胞內(nèi)良好的儲能物質(zhì)，當生命活動需要時可以分解利用，脂肪一般只在糖類代謝發(fā)生障礙，引起供能不足時，分解供能。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生利用已掌握的關(guān)于食物的消化與吸收、細胞中的有機化合物和細胞呼吸等相關(guān)知識進行分析，從而結(jié)合資料提供的信息，歸納總結(jié)得出：人體內(nèi)血糖的根本來源是人體通過消化道從食物中攝取，最根本的去路是進入組織細胞氧化分解供能。糖與非糖物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，以及糖原的合成與肝糖原分解都是影響血糖濃度變化重要因素。這一活動能使學(xué)生深刻地領(lǐng)悟到組織細胞內(nèi)與糖相關(guān)的細胞代謝是影響血糖變化的關(guān)鍵因素，明確機體通過調(diào)節(jié)維持血糖平衡的最終目的是保證機體獲得正常的能量供應(yīng)，維持正常的生命活動。教師將內(nèi)環(huán)境圖示和與糖相關(guān)的細胞代謝途徑相結(jié)合，有助于學(xué)生理解內(nèi)環(huán)境的變化會引發(fā)機體的自動調(diào)節(jié)，細胞不僅依賴于內(nèi)環(huán)境而生存，也參與了內(nèi)環(huán)境的形成和相對穩(wěn)定狀態(tài)的維持，加深學(xué)生對細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動基本單位的認知，促進學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀。對數(shù)學(xué)模型的解釋和分析等探究活動培養(yǎng)了學(xué)生尊重事實和證據(jù)，運用模型與建模的方法，探討、剖析生命現(xiàn)象及規(guī)律的科學(xué)思維習(xí)慣和能力，助推學(xué)生思維能力的提升。

活動4：教師組織學(xué)生依托教材上的文本及圖片信息，討論問題：“人體內(nèi)由誰來完成調(diào)節(jié)細胞代謝速率的任務(wù)？”

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生理解：胰島B細胞分泌的胰島素和胰島A細胞分泌的胰高血糖素是機體完成血糖調(diào)節(jié)的主要激素；兩種激素具有不同的功能，分別在不同的狀態(tài)下通過對細胞內(nèi)與血糖降低和升高有關(guān)的代謝過程進行調(diào)節(jié)來維持血糖的相對穩(wěn)定。學(xué)生通過這個過程，培養(yǎng)獲取、整合信息以及綜合分析利用信息的能力。

2.2 開展模型建構(gòu)活動，為學(xué)生搭建信息整合與自我轉(zhuǎn)換的平臺

深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是信息的自我轉(zhuǎn)換，如將單個新學(xué)概念同化到原有概念網(wǎng)中，使之結(jié)構(gòu)化；將兩個及以上看似不相關(guān)的信息整合在一起，形成新的知識等。通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備了機體內(nèi)血糖變化調(diào)節(jié)的相關(guān)知識。教師利用模型建構(gòu)活動，引導(dǎo)學(xué)生將激素作用特點、反饋調(diào)節(jié)的機制以及影響血糖平衡的代謝與人體血糖調(diào)節(jié)的過程有機整合，立體把握。

2.2.1 活動準備

準備“糖卡”（正面寫“每1 L血液中的0.1 g葡萄糖”，背面寫糖原或脂肪的卡片）、“胰島素卡”和“胰高血糖素卡”。并介紹“糖卡”的含義及各卡片的使用原則。

2.2.2 活動過程

兩位學(xué)生分別手持“胰島素卡”和“胰高血糖素卡”，教師持“糖卡”，共同完成模擬活動。學(xué)生，首先以正常血糖值為0.9 g·L-1為例，構(gòu)建板圖（圖4）。

教師在表示血液的區(qū)域中增加糖卡，創(chuàng)設(shè)進食后血糖升高的情境。學(xué)生利用卡片模擬機體的調(diào)節(jié)過程，重復(fù)幾次操作，鞏固對激素作用原理的認知。此時，學(xué)生應(yīng)出示一張“胰島素卡”表示胰島素分泌量增加，然后將一張“糖卡”拿出表示血液的區(qū)域，并翻轉(zhuǎn)到書寫糖原的一面，張貼在組織細胞內(nèi)。此處活動的設(shè)計可以評價學(xué)生是否理解了激素通過對細胞代謝過程進行調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)血糖含量這一作用原理。

接著，教師提出問題：胰腺和肝臟并未直接接觸，胰島B細胞分泌的胰島素如何指導(dǎo)肝臟細胞完成肝糖原的合成？胰島B細胞是如何感知到血糖升高這一信息，進而分泌胰島素的？并引導(dǎo)學(xué)生利用教材的插圖2-13和圖5進行分析，并完成血糖升高條件下機體通過胰島素進行調(diào)節(jié)的概念模型的建構(gòu)。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生認識到構(gòu)成細胞膜結(jié)構(gòu)的糖蛋白是接收胰島素（信息分子）的受體，歸納出激素通過體液運輸作用于靶細胞、靶器官的作用特點，與細胞膜具有信息交流的功能相聯(lián)系，明確激素作用于靶細胞的過程實質(zhì)是細胞間進行信息交流的過程，胰島B細胞同樣利用了細胞膜上的受體接收血糖升高的信息。這樣可以使學(xué)生認識到“信息流”對生命系統(tǒng)維持的重要性，提升學(xué)生對結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)和生命系統(tǒng)信息觀的認知。學(xué)生在建構(gòu)模型的過程中可以發(fā)現(xiàn)自己存在的思維誤區(qū)，反思并調(diào)整自己的認知，整合信息，形成正確的知識結(jié)構(gòu)。

師生共同模擬血糖降低情況下機體的調(diào)節(jié)過程，感悟胰島素和胰高血糖素相互拮抗，共同維持血糖含量的穩(wěn)定。學(xué)生依托教材的文本信息，在教師的引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)，明確“反饋調(diào)節(jié)”的機制對維持血糖相對穩(wěn)定的重要意義，進而建立機體以反饋調(diào)節(jié)機制通過激素調(diào)節(jié)維持機體穩(wěn)態(tài)的概念，完善胰島素和胰高血糖素共同調(diào)節(jié)血糖的概念模型（圖6）。然后，教師出示神經(jīng)系統(tǒng)參與血糖平衡調(diào)節(jié)過程的圖示（圖7），引導(dǎo)學(xué)生理解并形成大概念：生命個體的各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，共同完成復(fù)雜的生命活動，以適應(yīng)多變的環(huán)境。

設(shè)計意圖：在以上模型建構(gòu)活動中，學(xué)生持續(xù)地與教學(xué)素材和逐級進階的問題進行互動，不斷整合所學(xué)知識，形成了具有一定邏輯關(guān)系的知識結(jié)構(gòu)。利用板書生成并完善概念模型的過程可以使學(xué)生思維得以外顯，促進了學(xué)生思維的發(fā)展，培養(yǎng)了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

在以上模型建構(gòu)活動中，學(xué)生持續(xù)地與教學(xué)素材和逐級進階的問題進行互動，不斷整合所學(xué)知識，形成了具有一定邏輯關(guān)系的知識結(jié)構(gòu)。利用板書生成并完善概念模型的過程可以使學(xué)生思維得以外顯，促進了學(xué)生思維的發(fā)展，培養(yǎng)了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.3 開展對糖尿病發(fā)病機理、用藥及對健康飲食的討論，為學(xué)生搭建學(xué)以致用的平臺

教師組織學(xué)生應(yīng)用概念模型分析：“當身體不能產(chǎn)生足夠的胰島素時，將會發(fā)生什么變化？”組織學(xué)生根據(jù)糖尿病常用藥“伏格列波糖片”和“鹽酸二甲雙胍”的藥理作用，分析正確的用藥方式。

教師提供資料，促進學(xué)生結(jié)合資料分析自己日常飲食習(xí)慣，說一說應(yīng)該做哪些調(diào)整。

資料1：研究發(fā)現(xiàn)，添加糖吃太多，會顯著增加成人心血管疾病死亡率。相比于添加糖供能8%左右的人群，供能17%～21%的人群心血管系統(tǒng)疾病風險大約增加了38%，供能21%以上組的死亡率增加了兩倍。

資料2：腸漏癥——腸道菌群失調(diào)，與過敏、自身免疫疾病、肥胖、抑郁等多種疾病相關(guān)。糖是腸道黏膜上制造漏洞的第一罪魁禍首。

資料3：《中國居民膳食指南（2016）》提出對添加糖攝入量進行限制，每日不超過50 g，最好限制在25 g以內(nèi)。

設(shè)計意圖：學(xué)生在參與以上分析和討論的過程中，可以增強對糖尿病發(fā)病機理的認知，加深對模型建構(gòu)方法在科學(xué)研究中的作用的理解，提升科學(xué)探究能力；增強基于生物學(xué)知識，作出理性解釋和判斷，解決生活問題的能力；可以認識到不合理的飲食結(jié)構(gòu)會影響機體的調(diào)節(jié)功能，明確生命系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是有限的，形成做相關(guān)決策時把握分寸，尊重客觀規(guī)律的意識，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀，促進生命觀念的提升；能夠用科學(xué)知識和健康生活理念指導(dǎo)生活，增強社會責任感。

3 教后反思

教師指導(dǎo)學(xué)生運用科學(xué)方法獲取證據(jù)，利用已具備的生物學(xué)知識分析問題，基于事實和證據(jù)剖析血糖調(diào)節(jié)這一生命現(xiàn)象及調(diào)節(jié)規(guī)律等蘊含高階思維的學(xué)習(xí)活動，以活動為載體，引領(lǐng)學(xué)生不斷深入地探尋和揭示機體調(diào)節(jié)血糖平衡的機制。學(xué)生在建立“血糖監(jiān)測數(shù)值”的數(shù)學(xué)模型及“血糖調(diào)節(jié)”的概念模型的過程中，利用模型分析、探索血糖調(diào)節(jié)機制，解釋糖尿病的病因的過程中，科學(xué)思維能力和探究能力得到了提升。學(xué)生在解決問題、完成任務(wù)中的表現(xiàn)既為教師檢測學(xué)習(xí)目標的達成情況提供了依據(jù)，也為學(xué)生提供了自我反思和調(diào)整的信息，提升了元認知能力，“教—學(xué)—評”的一體化實現(xiàn)了深度教學(xué)和深度學(xué)習(xí)。學(xué)生通過這節(jié)課認識到了人體的穩(wěn)態(tài)“讓所用細胞共享，靠所有細胞共建”，體悟到穩(wěn)態(tài)與平衡這一生命觀念，有助于其正確認知人類與自然的關(guān)系及和諧穩(wěn)定的重要意義，用辯證唯物主義世界觀看待事物，指導(dǎo)自己的行為，可以說實實在在地實現(xiàn)了學(xué)科育人的目標。