生物學教學中學生活動的設計策略
——以“內環境的穩態”一節為例

陳衛東

（江蘇省南通市天星湖中學 江蘇南通 226010）

教學設計是根據課程標準的要求和教學對象的特點，將教學諸要素有序安排，確定合適的教學方案的設想和計劃。教學設計一般包括教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節。學生活動從屬教學步驟環節。教師設計學生活動，旨在凸顯學生主體地位，引導學生參與知識建構，主動獲取知識，提升生物學科核心素養。

“內環境的穩態”是人教版《選擇性必修1·穩態與調節》第一章第二節。本節課包括“內環境的動態變化”“對穩態調節機制的認識”“內環境穩態的重要意義”。學生通過學習，可以建構起內環境穩態的概念，掌握神經—體液—免疫調節機制，理解內環境穩態是生物生命活動的必要條件。筆者例舉本節課中幾個學生活動，討論設計理念、設計策略。

1 基于主干知識的設計策略

1.1 教學案例（一）

教師提出問題：人體生活在一個多變的環境中，寒來暑往，其內環境是如何保持穩定的呢？

學生開展活動①“探究血漿酸堿平衡”。基于教師提供的清水、緩沖液、牛血清、物質量濃度為0.1 mol/L的鹽酸溶液、物質量濃度為0.1 mol/L的NaOH溶液、小燒杯、酸堿指示劑等其他必要的器材，模擬探究外來酸堿性物質進入機體后內環境pH的變化（表1）。

材料物質量濃度0.1 mol/L的鹽酸溶液加入不同數量液滴后的pH 0 5 10 15 20 25 30清水緩沖液牛血清物質量濃度0.1 mol/L的NaOH溶液加入不同數量液滴后的pH 0 5 10 15 20 25 30

實驗現象：加入少量的堿性或酸性物質，血清和緩沖液的pH基本不變。

學生得出推論：外界環境變化，機體內環境的pH可以保持穩定。

接著，學生開展活動②“驗證滲透壓變化對紅細胞形態的影響”。基于教師提供的等滲溶液（質量分數為0.9%的NaCl溶液）、低滲溶液（質量分數為0.3%的NaCl溶液）、高滲溶液（質量分數為1.5%的NaCl溶液）、抗凝牛血（檸檬酸鈉處理）、顯微鏡等其他必要的器材，觀察紅細胞在不同溶液中的形態。

學生設計實驗，實施實驗，得出結論：紅細胞在等滲溶液形態保持不變，在低滲溶液中吸水膨脹，在高滲溶液中失水皺縮。因而，血漿滲透壓保持相對穩定，紅細胞的形態、功能才能正常。學生得到啟示：內環境滲透壓保持相對穩定，生命活動才能正常進行。

教師引導學生開展活動③“分析人類體溫恒定的調節機制”。學生收集家庭成員一晝夜體溫測量數據。教師引導學生思考：一個人在一晝夜中，體溫處于動態平衡之中。①衣衫單薄，身處寒冷環境，身體有何反應？②酷暑季節，從事室外工作，身體有何反應？③機體如何調節產熱散熱平衡，關聯哪些系統?學生分析，推導體溫調節關聯神經系統、內分泌系統，明確其調節機制為“神經—體液調節”。

1.2 設計策略分析

教師在將教材內容轉化為學生活動時，沒有“面面俱到”式地把其所有內容納入其中。在內容取舍上，教師采取的基本策略是“去枝葉存主干”，圍繞內環境的“酸堿度”“滲透壓”“溫度”三項理化性質來設計學生活動，設計理念暗合課程標準“內容聚焦大概念”的課程理念。活動①是探究實驗，通過實驗，學生可以體會：血清（血漿）酸堿度在外界酸堿物質的影響下，可以保持恒定；內環境穩態的調節是有限度的，超過限度，穩態就會失衡。活動②為驗證實驗，證明機體正常的功能需要內環境的穩態來保障。活動③以學生的生活經驗為基礎，促進學生分析、推導出體溫恒定的“神經—體液”調節機制，將學生活動聚焦主干知識，可以避免知識碎片化，幫助學生建立起系統的、廣泛聯系的知識體系。

2 基于概念建構的設計策略

2.1 教學案例（二）

教師提出問題：生物代謝產生一些酸性或堿性物質。這些物質進入機體，會使機體的pH發生明顯改變嗎？

（1）概念初構階段。

依據問題，興趣小組的學生選用肝勻漿、緩沖液、清水三類材料，用物質量濃度為0.1 mol/L的NaOH溶液進行實驗。學生得到實驗結論：在外界堿性物質的影響下，肝勻漿pH保持相對穩定。得到推論：正常情況下，人體內環境的pH保持相對穩定。教師引導學生評價商家高價售賣堿性水進行評價，評判“酸堿體質理論”。

教師引導學生分析24 h的體溫數據、某人分別飲用生理鹽水和清水后體內滲透壓變化曲線數據、某人餐前餐后血糖變化曲線數據。學生得到結論：正常情況下，人體內環境的溫度、滲透壓、血糖濃度保持相對穩定。學生通過實驗及數據分析，建構起“穩態”的概念：穩態是內環境的理化性質和組成成分保持相對穩定的狀態。

師生進一步探討：如何保持相對穩定的狀態呢？

（2）概念再構階段。

教師介紹貝爾納的觀點，使學生知道神經調節在維持穩態中有重要作用。介紹“工業冷庫耐寒實驗”，引導學生討論：在寒冷環境下，體表器官有哪些變化？哪些器官系統參與體溫調節？學生得到結論：生物體通過器官和系統的協調活動來維持體溫的相對穩定。并再構概念：穩態是各個器官、系統協調活動，使內環境的理化性質和組成成分保持相對穩定的狀態。教師追問：器官系統的協調活動，又靠什么來調節呢？

（3）概念完善階段。

教師介紹美國生理學家坎農的觀點，使學生明確神經調節和體液調節在維持內環境穩態中有重要作用。引導學生分析官兵冬季露營前后激素水平對比數據、人寒冷應激時淋巴細胞和淋巴因子數量和活性變化資料。學生得到實驗結論：免疫系統對內環境穩態也起著重要調節作用。并完善概念：穩態是正常機體通過神經—體液—免疫調節網絡的調節作用，使各個器官、系統協調活動，共同維持內環境的理化性質和組成成分保持相對穩定的狀態。

（4）概念拓展階段。

教師幫助學生拓展概念：隨著生理學及其他學科的發展，穩態概念的內涵也在不斷充實。在分子水平上，存在基因的穩態、激素分泌的穩態、酶活性的穩態等；在細胞水平上，存在細胞的分裂分化的穩態等；在器官水平上，存在心臟活動的穩態等；在群體水平上，存在種群數量變化的穩態、生態系統結構和功能的穩態。在生命系統的各個層次上，都普遍存在著穩態。穩態已經成為生命科學的一大基本概念。

2.2 設計策略分析

教師將學生活動安排在概念建構的過程中。“內環境穩態”概念的建構分為4個遞進階段，即概念初構、概念再構、概念完善、概念拓展。在概念初構階段，教師設計了學生的科學探究活動，安排學生實施實驗，意在培養學生動手操作技能。教師呈現圖像信息資料，引導學生提取分析、推導結論，意在基于生物學事實，運用歸納和概括方法，得出結論。通過學生參與，師生初構的概念是“穩態是內環境的理化性質和組成成分保持相對穩定的狀態”。針對相對穩定狀態的保持，學生基于生物學證據，進行演繹推理，將概念進行再構。再構的概念說明了“各個器官、系統的協調活動”，才使生物體保持穩態；“通過神經—體液—免疫調節網絡的調節作用”能夠協調生命活動。這樣，概念的內涵得到了進一步的擴充。在此基礎之上，教師進行概念拓展，開闊學生視野，告知學生：除了個體水平的穩態外，生命系統還存在分子水平、細胞水平、器官水平、群體水平的穩態。總之，學生參與概念建構，經歷科學研究的一般步驟，有利于培育他們科學探究、科學思維學科核心素養。

3 基于真實情境的設計策略

3.1 教學案例（三）

教師播放一段“微堿活力杯”廣告視頻。提出問題：堿性水真能改變人的體質嗎？學生在課前以學校教師、同學為調查對象，以“有沒有聽說過酸堿體質理論？你屬于哪一種體質？哪種體質更有利于健康？”為調查議題，開展關于“酸堿體質理論”的微社會調查。教師在課上播放調查小視頻，引入學生活動。

學生開展活動①評判“酸堿體質理論”的科學性，設計“外來酸堿物質對生物組織pH的影響”實驗，并實施。學生得出實驗結論：少量酸堿物質進入機體，內環境pH保持穩定。并初步判斷“酸堿體質理論”不科學。

教師追問：內環境的pH可以保持穩態，其他理化性質是否也可以保持穩態呢？

學生開展活②“探究不同狀況下人體體溫的波動規律”。教師組織各學習小組收集數據，分析研究。師生到附近游樂場，測量某學生在游樂場室外環境下的體溫、在冷庫逗留20 min后的體溫；測量某學生在體育課運動前、運動中、運動后的體溫；收集某學生一家人在一晝夜時間內每隔2 h的體溫數據。

學生分析數據，發現：在不同環境溫度下，體溫波動不超過0.5℃；在不同生理狀態下，體溫波動不超過1℃；在不同時段中，一個人一晝夜波動不超過1℃；在不同年齡段，年幼者略高于年長者；在不同性別中，女性略高于男性。不同狀況下，人體內環境溫度保持穩態。

教師提出問題：非健康狀態下，內環境的成分又會怎樣變化呢？

學生開展活動③“觀察病理狀態下人體血糖濃度的變化”。教師組織興趣小組的學生聯系到醫院隨診的患者，征得醫患雙方同意，在保護個人隱私的前提下，錄制小視頻，收集素材。課上，教師引導學生討論分析，使學生了解內環境穩態失衡對人體生命活動造成的不利影響。學生根據課前收集的素材，觀察醫生對患者癥狀的問診，了解糖尿病的病發癥狀；觀察患者的血液化驗單據，了解血糖濃度等血液成分的參考標準及患者測定數據的異常變化；觀察醫生的醫囑，了解糖尿病患者日常生活的注意點，防治對策。

3.2 設計策略分析

在基于真實情境的活動中，學生參與度高，信服度高。活動①的微調查立足于師生對“酸堿體質理論”的知曉度和認可度，學生同時借助于課堂實驗，基于事實依據，可以判斷這個理論與內環境穩態理論相悖，是不科學的。該活動可以訓練學生的邏輯思維，培育學生的批判性思維。在活動②的收集數據、整理數據的過程中，學生學會調查的基本方法，逐步培養搜集并處理信息的處理能力。活動③中，學生隨患者就診，知悉血糖濃度升高造成的病發癥狀，體會機體穩態是生命活動正常進行的必要條件，在分析糖尿病對健康的不利影響中，喚起珍愛生命的意識，增強社會責任擔當。