“體溫的控制”探究實驗的深度設(shè)計

黃建林

(浙江省紹興市柯橋區(qū)蘭亭鎮(zhèn)中學(xué) 312041) 朱春鳳 (浙江省紹興市柯橋區(qū)齊賢鎮(zhèn)中學(xué) 312000)

“體溫的控制”一節(jié)是浙教版科學(xué)教材八(上)第三章“生命活動的調(diào)節(jié)”知識體系的重要組成部分。因該內(nèi)容是在學(xué)習(xí)“神經(jīng)和激素調(diào)節(jié)”一節(jié)知識之后，所以要與前面的知識相銜接。本節(jié)內(nèi)容為一課時，學(xué)生已經(jīng)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(shù)、恒溫動物和變溫動物的區(qū)別，以及有關(guān)激素調(diào)節(jié)和神經(jīng)調(diào)節(jié)等相關(guān)內(nèi)容。而該節(jié)課是在此基礎(chǔ)上，對人是恒溫動物知識進(jìn)行深入探究、分析并得出相關(guān)的結(jié)論和規(guī)律。因其內(nèi)容與學(xué)生的生活緊密相聯(lián)，所以更有利于學(xué)生的掌握和理解，學(xué)生也對此內(nèi)容更感興趣。本節(jié)課所學(xué)的“產(chǎn)熱與散熱的平衡”知識，也為以后學(xué)習(xí)能量守恒、質(zhì)量守恒和杠桿平衡等作好一定的鋪墊。

1 運(yùn)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(xué)生讀出此時溫度計的示數(shù)并記錄在黑板上備用。教師拿起裝25℃水的燒瓶，問學(xué)生：不打開橡皮塞有什么辦法能讓瓶內(nèi)水溫下降？學(xué)生通過思考?xì)w納出降溫的兩種方法：第一種為放在低溫環(huán)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(fā)降溫。接著，讓學(xué)生把一些氫氧化鈉放入燒瓶中(注意安全)，學(xué)生通過溫度計示數(shù)得出氫氧化鈉放入水中升溫(產(chǎn)熱)，對照前面的低溫或蒸發(fā)能降溫(散熱)。再問學(xué)生在不打開橡皮塞，要使瓶內(nèi)原溫度保持不變，即產(chǎn)熱或散熱應(yīng)滿足什么條件？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，再問：如果外界環(huán)境隨時在變化，能做到產(chǎn)熱和散熱保持平衡嗎？在學(xué)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(xué)的重點和難點。

設(shè)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(chuàng)設(shè)性問題情景，使學(xué)生明白皮膚降溫的兩種形式，即直接散熱和蒸發(fā)散熱。同時，通過加入氫氧化鈉產(chǎn)熱與前面降溫(即散熱)的對比，有效地建立動態(tài)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(chǎn)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(chǎn)熱的主要器官又是什么？引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材。通過閱讀幾種器官或組織的產(chǎn)熱量的百分比，學(xué)生回答出安靜時主要產(chǎn)熱器官為內(nèi)臟，而運(yùn)動時主要是骨骼肌。繼而引導(dǎo)學(xué)生再觀察第一章的水分布扇形圖(圖略)，讓學(xué)生思考扇形圖跟百分比相比有什么優(yōu)點，并指出扇形圖是一種非常重要的科學(xué)方法——建模法。然后，把學(xué)生分成兩組討論并設(shè)計。一組設(shè)計安靜時產(chǎn)熱的扇形圖，另一組設(shè)計運(yùn)動時產(chǎn)熱的扇形圖。再用同屏技術(shù)，把學(xué)生完成的扇形圖投射到屏幕上，讓學(xué)生自己進(jìn)行評價和修正。

設(shè)計意圖：通過扇形圖的繪制幫助學(xué)生掌握建模的科學(xué)方法，為今后的生物學(xué)建模打下基礎(chǔ)；培養(yǎng)學(xué)生的繪圖能力，也讓學(xué)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(yùn)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(jīng)呈現(xiàn)兩種方式：蒸發(fā)散熱和直接散熱。然后，呈現(xiàn)思考題：直接散熱與什么因素有關(guān)呢？這時，拿起另外兩個燒瓶，再讓學(xué)生讀出此時燒瓶中的溫度計示數(shù)，分別為27℃和46℃。兩個燒瓶從開始到現(xiàn)在讀數(shù)時的降溫分別為：35℃-27℃=8℃，60℃-46℃=14℃。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用對比法和控制變量法，最后歸納出：當(dāng)別的條件相同時，熱水放出熱量的多少取決于熱水與環(huán)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(huán)境的溫度差。

設(shè)計意圖：通過另外兩個燒瓶與環(huán)境溫度差之間的關(guān)系，使類比的科學(xué)方法又得到提升，學(xué)生控制變量法思維得到訓(xùn)練。并通過歸納，運(yùn)用類比法得出結(jié)論：皮膚直接散熱的多少，取決于皮膚與環(huán)境的溫度差。設(shè)計這樣的小實驗有助于突破難點，聯(lián)系生活，發(fā)展學(xué)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(diào)節(jié)體表溫度的？引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，了解血管口徑大小與溫度之間的關(guān)系。最后學(xué)生得出：皮膚表面溫度以流經(jīng)皮膚血液量的多少來調(diào)節(jié)的。此時，教師呈現(xiàn)自制的創(chuàng)新教具，解決皮膚血管的粗細(xì)與散熱之間的關(guān)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(xì)連接段的溫度。最后得出：粗段溫度較高，細(xì)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(xì)，散熱越少。再讓學(xué)生聯(lián)系自身(不同季節(jié))，自己手背的血管粗細(xì)情況，加深對血管粗細(xì)和散熱關(guān)系的結(jié)論。

設(shè)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(xì)不同管壁上的溫度，使得粗細(xì)血管的散熱形成強(qiáng)大的明顯對比，可使抽象的知識更形象。同時，有利于學(xué)生對皮膚散熱知識的理解，培養(yǎng)他們對學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣和積極性。

5 通過模仿 建構(gòu)知識

皮膚對溫度的調(diào)節(jié)是局部調(diào)節(jié)，而人體作為一個整體，又是如何調(diào)節(jié)體溫的？教師一邊引導(dǎo)，一邊讓學(xué)生思考和歸納得出：高溫環(huán)境下——皮膚血溫37℃以上——腦干中神經(jīng)中樞——增加汗的分泌，使皮膚血管擴(kuò)張——增加散熱——恢復(fù)到正常的血溫。然后，讓學(xué)生模仿剛才的過程，自主建構(gòu)低溫環(huán)境下皮膚對溫度調(diào)節(jié)的整個過程。再通過同屏技術(shù)，讓學(xué)生對自己的設(shè)計進(jìn)行評價和相應(yīng)修正。

設(shè)計意圖：教師在適當(dāng)時機(jī)應(yīng)該放手，如已經(jīng)得出高溫環(huán)境下皮膚對溫度的調(diào)節(jié)過程后，就讓學(xué)生自主建構(gòu)低溫環(huán)境下的調(diào)節(jié)。這樣，有利于學(xué)生對所學(xué)知識的遷移。同時，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的對比思維。這樣的學(xué)習(xí)方式為后面中暑知識的學(xué)習(xí)留下伏筆。

6 歸納總結(jié) 體溫調(diào)節(jié)

教師提問：人體的體溫是一個固定值嗎？繼續(xù)通過同屏呈現(xiàn)多位學(xué)生在星期天測得全家體溫變化的情況。最后，總結(jié)出人體的體溫是波動的。所謂恒溫，就是在一個正常范圍內(nèi)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(yīng)該怎么辦？

設(shè)計意圖：利用學(xué)生自測的溫度，通過分析、比較，最終歸納人體體溫變化的規(guī)律。這樣的設(shè)計，幫助學(xué)生理解生物學(xué)知識是來源于生活，又應(yīng)用于生活。通過表格對比，可培養(yǎng)學(xué)生的讀表能力，培養(yǎng)他們的比較、歸納和總結(jié)的能力。同時，通過中暑情況的情感教育，告誡學(xué)生要珍愛生命，如發(fā)現(xiàn)中暑現(xiàn)象就要及時就診，要采取積極的預(yù)防措施。

體溫調(diào)節(jié)的知識都較抽象，怎樣把抽象的知識轉(zhuǎn)變成形象，更能讓學(xué)生接受，這是教師應(yīng)該考慮的問題。通過創(chuàng)新實驗，有效地突破知識的重點和難點，化復(fù)雜為簡單、化抽象為形象，能培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑、究難的科學(xué)精神、科學(xué)方法和科學(xué)思想。