TI計算器輔助的“血糖的激素調節”教學設計

詹琪芳

（盧灣高級中學 上海市 200023）

1 教材分析及設計思路

“血糖平衡的調節”是2021年滬科版《選擇性必修1·穩態與調節》中第一章第二節的內容。教材先以真實的情境“進食或運動未導致血糖濃度出現大幅波動”引發學生思考，再用一幅血糖濃度與激素調節的曲線圖描繪出胰島素、胰高血糖素和血糖濃度三者的變化關系，啟發學生結合已有知識和生活經驗對圖示信息進行觀察和提取，理解影響血糖變化的因素。在對血糖的來源和去向、血糖的激素調節過程等進行詳細的闡述后，教材引出激素的重要調節機制——反饋，使學生體會人體內生理活動達到平衡和穩態的實質。其中，人體血糖濃度的變化引起胰島細胞活動，即血糖平衡的激素調節過程是教學的重點和難點。

本節內容是繼人體的神經調節之后，對激素調節在維持穩態中的作用的有力詮釋，對學生掌握激素調節的基本方式及特點，了解“反饋調節”的特點及意義，認同調節過程的協調性和整體性等，具有重要作用。血糖平衡的激素調節過程較為隱性和抽象，教師以“大學新生背著冰箱去上學”這一社會熱點引出課題，借助TI圖形計算器建模模擬動態的變化過程，用互動的形式讓學生體驗激素調節對于血糖濃度的影響，將內在的生理過程顯性化，使學生在深度參與中掌握血糖調節的主要過程，并逐步形成從系統的角度理解“穩態與調節”的習慣。

2 教學目標

①通過歸納血糖的來源和去向，認同生命系統是一個開放的、相對穩定的系統，形成內環境的相對穩定是調節的結果，是多器官、多系統共同協調配合的生命觀念。

②通過TI血糖平衡調節模型的模擬過程，在分析推理的過程中訓練科學思維，體驗從具體到抽象的思維模式轉化。

③通過情境結合已有知識，在發現問題、做出假設、借助模型、驗證假設的過程中，提升科學探究的能力。

④通過分析血糖平衡的實例，自覺形成關愛生命、健康生活的意識。

3 教學過程

3.1 創設情境，激發興趣

教師展示“背著冰箱去上學”的新聞：一名大學新生因患有糖尿病，需要注射胰島素，但胰島素需要冷藏儲存，就帶著冰箱住進了大學宿舍……教師以此為情境引入課題，提出問題，激發學生的興趣，導入新課：什么是糖尿病？為什么要注射胰島素？為什么要用冰箱保存？

設計意圖：教師通過熱點新聞，提出關聯問題，激發學生的興趣，引出課題。

3.2 TI輔助，模型模擬

3.2.1 觀察圖示，比較分析

教師展示健康人和糖尿病患者24 h內的血糖變化圖，提出問題：兩幅圖中血糖濃度變化趨勢的共同點是什么？學生觀察討論后回答：隨著早、中、晚的進食，二者均出現波峰，但之后的血糖濃度會在一個范圍內上下波動。教師追問：波峰形成的原因是什么？波峰逐漸回落的原因是什么？進食后，一段時間血糖并未持續下降是什么原因？如果細胞的有氧呼吸能力有限，多余的血糖去向哪里？地震中被廢墟掩埋的幸存者的血糖靠什么補充？攝糖過多容易發胖，這說明糖還能以什么形式儲存？這樣逐步引導學生分析血糖的來源與去向（圖1）。

圖1 血糖的主要來源和去向

設計意圖：學生比較兩幅圖的相同點，結合層層遞進的問題串討論分析，歸納得出血糖的一般來源和去向。教師在黑板上板書相關內容，補充說明：肌肉細胞內缺乏相應的酶，肌糖原不能直接代謝產生葡萄糖而補充血糖。

3.2.2 TI輔助，互動體驗

教師給出人體空腹血糖的濃度范圍3.90～6.10 mmol/L，提出問題：兩幅圖中血糖濃度的不同點是什么？通過觀察比較，學生發現糖尿病患者的血糖濃度總是高于健康人的變化范圍。根據之前提問的結果，學生能夠想到這可能是因為血糖的來源和去向出現問題，并產生疑惑：健康人的血糖濃度是靠什么來調節的呢？教師指出血糖的動態平衡受神經和激素的共同影響，并明確本節課的主要內容——血糖平衡的激素調節。教師進一步引導學生關注參與血糖調節的最為主要的激素——胰島素和胰高血糖素，并指導學生打開TI圖形計算器，觀察健康人體血糖的模擬場景（圖2）。

圖2 TI程序中健康人體血糖調節自動和手動程序

學生首先進入自動播放模式，仔細觀察在血糖的升高降低中，兩種激素的變化和拮抗關系；再進入互動模式，通過拖動血糖濃度的范圍值，觀察所引起的激素變化情況。教師引導學生分析總結胰島素的作用結果會反過來影響胰島素的分泌，胰高血糖素也是如此，兩種激素的含量不會無限制地升高或者降低。據此，教師引出“反饋調節”的概念。

設計意圖：TI計算器將靜態曲線圖模擬成動態圖，學生可以在觀察、互動、分析的過程中理解血糖濃度受胰高血糖素和胰島素的調節情況，從系統的角度說明激素調節的一般過程，培養科學思維。

3.2.3 TI建模，深化理解

教師提出問題：患有糖尿病的大學新生要注射的胰島素是如何在人體中發揮降血糖作用的？學生進入TI模擬的Ⅰ型糖尿病程序，觀察到患者的胰島素的分泌量遠低于健康人，據此明確Ⅰ型糖尿病的致病原因。教師追問：Ⅰ型糖尿病有什么治療措施嗎？學生先思考并回答：注射胰島素或者胰島移植等。之后，學生通過拖動TI模擬程序中的“對策”按鈕，觀察到當胰島素含量上升后，患者的血糖濃度明顯發生回落（圖3）。教師再啟發學生回憶有關激素的作用特點及其與受體的相互作用，結合血糖的來源和去向，推測胰島素作用的靶細胞及其生理過程。

圖3 Ⅰ型糖尿病曲線圖及其治療對策

接著，教師提出：還有一類Ⅱ型糖尿病患者，它的發病特點和Ⅰ型是一樣的，但致病原因有些不同。教師要求學生仔細觀察TI的模擬程序，并根據圖4判斷哪些是健康人？哪些是糖尿病患者？學生首先判斷出濃度較高的血糖曲線應該屬于糖尿病患者，但對于胰島素曲線不能做出判斷。教師講解：Ⅱ型糖尿病患者體內的血糖水平很高，但胰島素的分泌卻不少，請推測出患者的胰島素曲線，并嘗試分析Ⅱ型糖尿病和Ⅰ型糖尿病在致病原因上的區別。學生在討論后把關注點集中在了運輸路徑和作用對象上，提出各種猜想，如胰島素被分泌到血液中后，可能在到達靶細胞的過程中出了問題；胰島素到達靶細胞后與受體的結合出了問題；靶細胞自身出了問題導致不能對胰島素做出反應，學生再運用TI模擬的對策頁面（圖4），拖動胰島素的敏感度滑標，觀察患者的血糖變化水平和糖代謝速率變化。教師啟發學生思考：目前針對Ⅱ型糖尿病沒有什么特效藥，基于模擬模型的結果，可以改變什么生活習慣幫助糖尿病患者提高糖代謝水平和胰島素的敏感度，從而降低血糖？學生討論得出：減少飲食中糖類物質的攝入，適度的體育鍛煉加大組織細胞對糖類物質的消耗等。

圖4 Ⅱ型糖尿病曲線圖及其治療對策

設計意圖：通過TI程序的模擬操作，學生可以直觀地觀察到胰島素在降血糖方面的應用，并能與注射胰島素、胰島移植等Ⅰ型糖尿病的治療手段的生活實際相聯系，培養學生的生命意識和社會責任。關于Ⅱ型糖尿病的致病機理，目前病因還不甚明晰。教師引導學生依據激素的作用特點展開有理有據的分析討論，發散思維，培養學生養成健康的生活作息習慣和辯證的科學思維。

3.3 歸納整合，概念建模

通過對血糖調節的過程進行動態模擬后，學生已基本掌握血糖調節的主要途徑——激素調節的過程。最后，教師引導學生對課堂內容進行小結，要求學生給出本節課的關鍵詞和概念圖。學生分小組討論、書寫，構建血糖調節完整過程的概念模型（圖5）。

圖5 血糖激素調節過程概念圖

設計思路：學生由TI虛擬模型獲得概念模型。教師促進學生體驗模型建構的學習方法，自主構建知識框架，引導學生歸納總結，從系統的角度理解穩態與平衡觀。

4 教學反思

本節課通過創設真實情境整合教學資源，落實了生命觀念、科學思維、社會責任等核心素養。僅憑教材中的靜態關系圖，學生很難體會激素在血糖調節中發揮的作用，也很難理解胰島素、胰高血糖素和血糖濃度三者的變化關系。特別是反饋調節的概念，需要學生將激素的前后變化聯系起來分析，對學生的思維要求很高。TI計算器模擬程序可以演示人體內血糖濃度受到激素的調節過程的動態過程，對于學生理解穩態與平衡有很大幫助。此外，TI模擬程序的互動、小組討論、概念圖構建等活動，能夠很好地調動學生思維的積極性，使學生主動參與。本節課通過社會現象引入糖尿病相關資料，關心學生的成長需求，關注社會熱點和生活實際，促進了情感的滲透和社會責任感的落實。