促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的建模教學(xué)探究
——以“血糖平衡調(diào)節(jié)”教學(xué)為例

林細(xì)富

（寧德市高級(jí)中學(xué)，福建 寧德 352100）

模型是對(duì)事物本質(zhì)的一種提煉和表征。［1］生物學(xué)模型主要包括物理模型、數(shù)學(xué)模型及概念模型。建模是建構(gòu)模型的簡(jiǎn)稱，是指利用材料、符號(hào)、文字或圖表等把抽象或不易觀察事物概括描述的一種活動(dòng)。［2］運(yùn)用建模教學(xué)策略開展中學(xué)生物學(xué)教學(xué)，旨在引領(lǐng)學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，主動(dòng)參與構(gòu)建模型、完善修正模型及運(yùn)用模型等建?；顒?dòng)，嘗試從復(fù)雜的生命現(xiàn)象中抽象出事物本質(zhì)屬性，具體化或簡(jiǎn)化生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律，［3］從而深度學(xué)習(xí)生物學(xué)的重要概念，建立生命觀念，理解科學(xué)本質(zhì)，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)?，F(xiàn)以“血糖平衡調(diào)節(jié)”教學(xué)為例，探討建模教學(xué)策略。

一、構(gòu)建物理模型，優(yōu)化探究方式，促進(jìn)學(xué)生深度體驗(yàn)

（一）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生探究欲望

指導(dǎo)學(xué)生觀察靶細(xì)胞與特定激素結(jié)合方式模型及胰島素作用機(jī)制模型，思考、討論并回答：①胰高血糖素或胰島素的分泌細(xì)胞是什么？通過(guò)什么途徑運(yùn)輸?shù)桨屑?xì)胞？②胰島素是通過(guò)靶細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)相互識(shí)別并發(fā)生特異性結(jié)合？識(shí)別后是否進(jìn)入靶細(xì)胞內(nèi)部直接參與細(xì)胞代謝？③胰島素通過(guò)哪些途徑實(shí)現(xiàn)降低血糖？

（二）建構(gòu)物理模型，促進(jìn)學(xué)生深度體驗(yàn)

血糖平衡調(diào)節(jié)中血糖與肝糖原的相互轉(zhuǎn)化是本節(jié)學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)。筆者嘗試優(yōu)化教科書提供的血糖調(diào)節(jié)模擬活動(dòng)，通過(guò)希沃白板功能搭建虛擬化建模情境，并提供背景資料引導(dǎo)學(xué)生討論：①餐后和空腹時(shí)血糖含量變化對(duì)胰島細(xì)胞分泌胰島素和胰高血糖素將分別產(chǎn)生什么影響？②胰島素和胰高血糖素如何作用于肝臟使得血糖恢復(fù)正常水平？要求學(xué)生應(yīng)用交互式電子白板，移動(dòng)相關(guān)的電子卡片，模擬血糖調(diào)節(jié)中的胰島素、胰高血糖素與葡萄糖的分子運(yùn)動(dòng)，并科學(xué)地描述餐后、空腹時(shí)胰島素及胰高血糖素的分泌、運(yùn)輸與作用過(guò)程，構(gòu)建不同狀態(tài)下血糖調(diào)節(jié)的物理模型（圖1），［4］使得微觀運(yùn)動(dòng)可視化、具體化。同時(shí)有利于展示學(xué)生建模過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生深度體驗(yàn)血糖平衡調(diào)節(jié)機(jī)制，突破學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)。

圖1 血糖平衡調(diào)節(jié)的物理模型

創(chuàng)設(shè)一系列真實(shí)的問(wèn)題情境，將學(xué)習(xí)內(nèi)容任務(wù)化，驅(qū)動(dòng)學(xué)生探究欲望，主動(dòng)參與建?；顒?dòng)。同時(shí)，應(yīng)用信息技術(shù)外顯學(xué)生解決問(wèn)題的思維過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生理解胰島素和胰高血糖素是相互拮抗的，共同維持機(jī)體在不同狀態(tài)下血糖含量的相對(duì)穩(wěn)定。深度體驗(yàn)生物學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程，提升建模能力。

二、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，揭示生命本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維

（一）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：在空腹、口服葡萄糖或進(jìn)食條件下血糖變化趨勢(shì)如何？若較長(zhǎng)時(shí)間空腹或劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體內(nèi)血糖含量又將如何變化？指導(dǎo)學(xué)生觀看血糖測(cè)量方法視頻、分析成人口服75g 葡萄糖耐量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并構(gòu)建正常人在空腹、口服葡萄糖或進(jìn)食、劇烈運(yùn)動(dòng)或較長(zhǎng)時(shí)間空腹等狀態(tài)下的血糖含量變化的數(shù)學(xué)模型（圖2）。

圖2 血糖平衡調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型

（二）揭示生命本質(zhì)，發(fā)展高階思維

進(jìn)一步創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：①口服葡萄糖或進(jìn)食時(shí)血糖含量上升的原因是什么？半小時(shí)后，人體通過(guò)哪些途徑能夠降低血糖？②較長(zhǎng)時(shí)間空腹或劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)是什么原因?qū)е卵呛柯杂猩撸竣蹤C(jī)體維持血糖含量的穩(wěn)態(tài)，有什么意義？引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用血糖平衡調(diào)節(jié)模型分析不同生活狀態(tài)下血糖含量變化的原因，梳理血糖含量變化與細(xì)胞內(nèi)糖代謝的關(guān)系。

以現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問(wèn)題指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建血糖平衡調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，并嘗試應(yīng)用數(shù)學(xué)模型探討血糖含量變化原因，直觀地認(rèn)識(shí)正常人體可以通過(guò)調(diào)節(jié)作用使得血糖含量處于穩(wěn)態(tài)平衡，發(fā)展分析、評(píng)價(jià)及創(chuàng)造等高階思維。

三、構(gòu)建概念模型，整合知識(shí)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生深度建構(gòu)

引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建血糖平衡調(diào)節(jié)的概念模型，以“舉一反三”的方式對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行重組，在“同化”與“順應(yīng)”等認(rèn)知過(guò)程中，厘清概念間的內(nèi)在聯(lián)系，深度建構(gòu)概念體系。同時(shí)，反思、評(píng)價(jià)模型與建?；顒?dòng)，提高生物學(xué)學(xué)習(xí)能力。

要求學(xué)生閱讀教科書有關(guān)胰島素和胰高血糖素的生理作用，分組構(gòu)建血糖調(diào)節(jié)的概念模型。各小組進(jìn)行自我檢驗(yàn)及相互評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足并修正模型（見圖3）。教師利用希沃助手的傳屏功能展示各組學(xué)生構(gòu)建的血糖調(diào)節(jié)概念模型，適時(shí)“可視化”地記錄學(xué)生建模過(guò)程及建模作品，實(shí)現(xiàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)。

圖3 血糖平衡調(diào)節(jié)的概念模型

通過(guò)小組合作的形式開展構(gòu)建概念模型活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生理解“內(nèi)環(huán)境的變化會(huì)引起機(jī)體的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)”的這一重要概念。同時(shí)，通過(guò)模型評(píng)價(jià)與修正，促進(jìn)學(xué)生反思建?；顒?dòng)中存在的問(wèn)題，建構(gòu)生物學(xué)概念體系。

四、應(yīng)用概念模型，實(shí)現(xiàn)深度遷移，提升社會(huì)責(zé)任意識(shí)

首先，指導(dǎo)學(xué)生觀看有關(guān)糖尿病的視頻，從血糖調(diào)節(jié)角度分析糖尿病患者為什么會(huì)出現(xiàn)“多飲、多食、多尿”等癥狀？接著，指導(dǎo)學(xué)生觀察有關(guān)2 型糖尿病及并發(fā)癥的圖片，運(yùn)用血糖調(diào)節(jié)模型分析：根據(jù)糖尿病的發(fā)病機(jī)理，如何預(yù)防和治療糖尿??？談?wù)勀阌惺裁锤邢?？促進(jìn)學(xué)生對(duì)人類的健康生活、疾病治療等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行理性解釋和判斷。介紹我國(guó)科學(xué)家在世界上第一次用人工合成結(jié)晶牛胰島素的科研成果，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感。

在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，幫助學(xué)生靈活地應(yīng)用模型與建模的思維方法認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象和規(guī)律，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移與應(yīng)用，發(fā)展穩(wěn)態(tài)與平衡觀等生命觀念，提升社會(huì)責(zé)任意識(shí)及擔(dān)當(dāng)。