立足生物學(xué)模型構(gòu)建的活動(dòng)教學(xué)法研究
——以“血糖平衡的調(diào)節(jié)”為例

◎左開俊

活動(dòng)教學(xué)法以認(rèn)知活動(dòng)為突破口，強(qiáng)調(diào)外顯行為活動(dòng)與思維內(nèi)化活動(dòng)的有機(jī)融合，重視認(rèn)知活動(dòng)與情意活動(dòng)、教師主導(dǎo)活動(dòng)與學(xué)生主體活動(dòng)、學(xué)生個(gè)體活動(dòng)與群體活動(dòng)的協(xié)調(diào)。列昂捷夫指出，活動(dòng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部形態(tài)(活動(dòng)—?jiǎng)幼鳌僮饕约跋鄳?yīng)的需要—?jiǎng)訖C(jī)；動(dòng)機(jī)—目的—條件—任務(wù))的轉(zhuǎn)化是個(gè)性、心理、意識(shí)發(fā)展的動(dòng)力。[1]《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》指出，在按照課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施必學(xué)內(nèi)容教學(xué)時(shí)，可以適當(dāng)安排一些活動(dòng)，以拓寬學(xué)生的視野，發(fā)展學(xué)生的愛好和特長(zhǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。[2]以模型構(gòu)建為認(rèn)知載體的活動(dòng)式教學(xué)，旨在依托模型構(gòu)建這個(gè)平臺(tái)，交互整合新舊訊息去幫助學(xué)習(xí)者獲取解決新問題的情境體驗(yàn)歷程。將模型構(gòu)建關(guān)聯(lián)為活動(dòng)教學(xué)中重要的一環(huán)，其功能主要體現(xiàn)在：模型構(gòu)建達(dá)成認(rèn)知體驗(yàn)的活動(dòng)建構(gòu)，輔助學(xué)習(xí)者逐步拓展知識(shí)的維度、廣度和深度，激發(fā)其創(chuàng)造力，強(qiáng)調(diào)從生命深處喚起學(xué)習(xí)者思維轉(zhuǎn)化的意識(shí)，體現(xiàn)其生命感和價(jià)值感。

模型構(gòu)建的活動(dòng)式教學(xué)是將活動(dòng)項(xiàng)目按一定次序彼此銜接、前后更替的一系列主導(dǎo)活動(dòng)類型體系，構(gòu)成了學(xué)習(xí)者心理整體性發(fā)展的基礎(chǔ)，其基本架構(gòu)如圖1所示。本文以“血糖平衡的調(diào)節(jié)”為例，介紹如何基于模型構(gòu)建，開展活動(dòng)式教學(xué)。

圖1 模型構(gòu)建的活動(dòng)式教學(xué)架構(gòu)

一、依托活動(dòng)數(shù)據(jù)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，提出問題

活動(dòng)數(shù)據(jù)就是利用現(xiàn)代化儀器采集機(jī)體參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的生理反應(yīng)方面的數(shù)據(jù)。借助活動(dòng)數(shù)據(jù)構(gòu)建相關(guān)模型，可視化地表征個(gè)人的內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)，為學(xué)生深層理解、深度學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

例如，為了讓學(xué)生能顯性化地感受血糖動(dòng)態(tài)平衡的事實(shí)，教師可創(chuàng)設(shè)“血糖定量測(cè)量”的課前實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。其具體實(shí)驗(yàn)過程如下：第一步，教師從班級(jí)中精選出6至7名生物學(xué)科代表，并對(duì)其正確使用血糖測(cè)量?jī)x及采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的技能進(jìn)行培訓(xùn)；第二步，依據(jù)每協(xié)作小組約6人的標(biāo)準(zhǔn)，將全班分成若干單元，每單元成員在學(xué)科代表的帶領(lǐng)下，利用課余或空閑時(shí)段，錯(cuò)峰完成各人空腹及餐后不同時(shí)段(0.5 h、1 h、1.5 h、2 h)的血糖濃度水平的測(cè)定(每人需進(jìn)行三次全過程測(cè)量)，并計(jì)算出個(gè)人空腹及餐后每時(shí)段的血糖平均值；第三步，將測(cè)量的數(shù)據(jù)依次、分組別地輸入Excel數(shù)據(jù)庫(kù)，生成諸如柱狀型、折線型等數(shù)學(xué)模型；第四步，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各自建構(gòu)的血糖數(shù)學(xué)模型，在組內(nèi)、組間開展廣泛的交流與討論，嘗試從數(shù)學(xué)的視角，分析、歸納、總結(jié)出血糖動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律，提出“生物體是如何維持血糖動(dòng)態(tài)平衡”的問題。

通過活動(dòng)體驗(yàn)獲取相關(guān)活動(dòng)數(shù)據(jù)，再依靠信息技術(shù)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，然后依托直觀的數(shù)學(xué)模型輔助學(xué)生逐步洞悉隱藏在生活現(xiàn)象背后的變化規(guī)律。這種活動(dòng)模式一方面彰顯了活動(dòng)的針對(duì)性、有效性和高效性，引出了新課的主題；另一方面也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理能力，使學(xué)生的科學(xué)思維、探究能力得到了進(jìn)一步鍛煉。

二、借助探究活動(dòng)建構(gòu)物理模型，演繹推理

科學(xué)探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)和安排應(yīng)當(dāng)以探究能力的培養(yǎng)為重要線索，將知識(shí)體系和探究能力體系兩者進(jìn)行整合，使之形成有機(jī)的整體。就某一具體教學(xué)內(nèi)容來說，究竟設(shè)計(jì)為哪一種類型的活動(dòng)，要視內(nèi)容特點(diǎn)、學(xué)生基礎(chǔ)和學(xué)校條件而定。例如，在講授“血糖的來源和去路”這一內(nèi)容時(shí)，教師可創(chuàng)設(shè)如下探究活動(dòng)。

(一)探究活動(dòng)的課前準(zhǔn)備階段

第一步，制作材料庫(kù)。依據(jù)圖2材料庫(kù)所示的內(nèi)容，在裁剪好的磁性卡片上注明各自的名稱。第二步，在硬紙板或小黑板上采用簡(jiǎn)筆畫的形式畫上小腸、血管、胰島B細(xì)胞、胰島A細(xì)胞、組織細(xì)胞，以及胰島素受體和胰高血糖素受體等。第三步，制定好以小組為活動(dòng)單元的學(xué)生名單。

圖2 “餐后血糖調(diào)節(jié)”的物理模型

(二)模擬“餐后血糖調(diào)節(jié)”的探究活動(dòng)

探究活動(dòng)過程見圖2。第一步，學(xué)生把標(biāo)有“食物中的糖類”字樣的卡片貼在“小腸”一欄。然后小組開展討論：糖類會(huì)發(fā)生什么變化？第二步，在“糖類消化分解會(huì)產(chǎn)生大量葡萄糖”的討論中，學(xué)生把9張標(biāo)有“葡萄糖”字樣的卡片貼到“血管”一欄。小組進(jìn)一步討論：血糖濃度升高，胰島A細(xì)胞、胰島B細(xì)胞會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣才能把血管內(nèi)血糖降至只有3至4張標(biāo)有“葡萄糖”字樣的卡片的平衡狀態(tài)？第三步，在“胰島B細(xì)胞分泌的胰島素增多、胰島A細(xì)胞分泌的胰高血糖素減少”的討論中，學(xué)生把3張代表“胰島素”的卡片貼到“胰島素受體”上、把1張代表“胰高血糖素”的卡片貼到“胰高血糖素受體”上。第四步，依據(jù)血糖的主要去路，學(xué)生先把標(biāo)有“CO2+H2O+能量”字樣的卡片貼到“組織細(xì)胞”內(nèi)，順勢(shì)從“血管”一欄取下3張“葡萄糖”卡片；然后把標(biāo)有“肝糖原”“肌糖原”字樣的卡片貼到“組織細(xì)胞”內(nèi)，順勢(shì)從“血管”一欄取下2張“葡萄糖”卡片；接著把標(biāo)有“脂肪氨基酸等非糖物質(zhì)”字樣的卡片貼到“組織細(xì)胞”內(nèi)，順勢(shì)從“血管”一欄取下1張“葡萄糖”卡片。經(jīng)過上述活動(dòng)操作，此時(shí)血管內(nèi)的血糖就降到了先前預(yù)設(shè)的3至4張標(biāo)有“葡萄糖”字樣的卡片的平衡狀態(tài)了。

(三)模擬“空腹血糖調(diào)節(jié)”的探究活動(dòng)

探究活動(dòng)過程參照?qǐng)D2。第一步，學(xué)生把1張標(biāo)有“葡萄糖”字樣的卡片貼在“血管”一欄。然后小組開展討論：胰島A細(xì)胞、胰島B細(xì)胞會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣才能將血管內(nèi)血糖恢復(fù)至含有3至4張標(biāo)有“葡萄糖”字樣的卡片的平衡狀態(tài)？第二步，在“胰島B細(xì)胞分泌的胰島素減少、胰島A細(xì)胞分泌的胰高血糖素增多”的討論中，學(xué)生把1張代表“胰島素”的卡片貼到“胰島素受體”上、把3張代表“胰高血糖素”的卡片貼到“胰高血糖素受體”上。第三步，依據(jù)空腹?fàn)顟B(tài)下血糖的主要來源，學(xué)生先把標(biāo)有“肝糖原”字樣的卡片貼到“組織細(xì)胞”內(nèi)，順勢(shì)在“血管”一欄貼上2張“葡萄糖”卡片；然后，學(xué)生把標(biāo)有“脂肪氨基酸等非糖物質(zhì)”字樣的卡片貼到“組織細(xì)胞”內(nèi)，順勢(shì)在“血管”一欄貼上1張“葡萄糖”卡片。經(jīng)過上述活動(dòng)操作，此時(shí)血管內(nèi)的血糖就恢復(fù)到了先前預(yù)設(shè)的3至4張標(biāo)有“葡萄糖”字樣的卡片的平衡狀態(tài)了。

通過探究活動(dòng)構(gòu)建動(dòng)態(tài)的物理模型，有利于物態(tài)化、直觀化地呈現(xiàn)事物發(fā)展的次序變化及內(nèi)在規(guī)律。借助“血糖平衡調(diào)節(jié)”的探究活動(dòng)構(gòu)建相應(yīng)的物理模型，引導(dǎo)學(xué)生深入地理解“血糖”和“血糖調(diào)節(jié)”兩個(gè)核心概念的區(qū)別與聯(lián)系，適切性地挖掘?qū)W生已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，拓展其認(rèn)知的深度、廣度和維度。

三、通過科學(xué)讀寫建構(gòu)概念模型，歸納概括

作為探尋科學(xué)真知的一種閱讀活動(dòng)，科學(xué)讀寫能培養(yǎng)學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確獲取科學(xué)信息、判斷和運(yùn)用科學(xué)信息的能力。基于科學(xué)讀寫實(shí)施生物學(xué)教學(xué)活動(dòng)，能讓學(xué)習(xí)者在閱讀活動(dòng)中完成概念體系的模型化構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)相關(guān)知識(shí)的深度關(guān)聯(lián)，獲取像科學(xué)家一樣思考的歷程。[3]例如，在講授“血糖平衡的調(diào)節(jié)”這一內(nèi)容時(shí)，教師可創(chuàng)設(shè)如下科學(xué)讀寫活動(dòng)。

(一)科學(xué)讀寫活動(dòng)的課前準(zhǔn)備階段

第一步，文本建構(gòu)。教師通過圖書館、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)收集和打印神經(jīng)—體液共同調(diào)節(jié)血糖平衡機(jī)制的相關(guān)科學(xué)文獻(xiàn)資料。第二步，制作材料庫(kù)。教師依據(jù)血糖平衡的調(diào)節(jié)機(jī)制，制作好如圖3概念模型要用的磁性卡片。

(二)依托文本構(gòu)建概念模型

采用文本閱讀任務(wù)的形式驅(qū)動(dòng)“血糖平衡調(diào)節(jié)機(jī)制”的科學(xué)讀寫活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵信息的主動(dòng)捕捉與審辨提煉的能力，促使學(xué)生從紛繁復(fù)雜的海量信息中提取有效信息，建構(gòu)概念體系，最終完成“血糖平衡調(diào)節(jié)”的概念模型(如圖3所示)。

圖3 構(gòu)建“血糖平衡調(diào)節(jié)”的概念模型

采用科學(xué)讀寫活動(dòng)建構(gòu)概念模型，對(duì)核心概念進(jìn)行具體的分析闡釋，可以引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的形成過程，在原有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)充新知識(shí)，并對(duì)知識(shí)進(jìn)行深度理解和內(nèi)化整合。在借助科學(xué)讀寫活動(dòng)構(gòu)建概念模型時(shí)，要處理好個(gè)人獨(dú)立性與小組合作性的關(guān)系。比如，在組織學(xué)生互評(píng)的過程中，既要突顯學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)成果，又要秉持科學(xué)評(píng)價(jià)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

四、用生物學(xué)模型詮釋現(xiàn)實(shí)情境，解決問題

運(yùn)用生物學(xué)模型解決實(shí)際問題時(shí)，斯坦豪斯主張采用“過程目標(biāo)”或“內(nèi)容目標(biāo)”，即將目標(biāo)表述為預(yù)先規(guī)定的學(xué)習(xí)內(nèi)容、活動(dòng)情境和過程。[4]在生物學(xué)教學(xué)中，嘗試應(yīng)用模型構(gòu)建解決現(xiàn)實(shí)生活問題，不僅有利于學(xué)生建模思想的建立和建模能力的提升，也有利于學(xué)生獲取解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)和能力。例如，在“血糖平衡的調(diào)節(jié)”這一內(nèi)容的教學(xué)成效測(cè)評(píng)和反饋階段，教師可以創(chuàng)設(shè)如下活動(dòng)情境：請(qǐng)利用本節(jié)課構(gòu)建的模型，嘗試分析某人尿液中富含葡萄糖的原因。

學(xué)生依據(jù)圖2所示的物理模型，推理分析可知：第一，若此人為健康人，則是因?yàn)橐淮涡詳z入的糖類過多，致使糖類氧化供能，轉(zhuǎn)化為肝糖原、肌糖原和非糖物質(zhì)后，仍有大量葡萄糖滯留在血漿中，導(dǎo)致多余的葡萄糖只能以尿液的形式排出；第二，若此人為糖尿病患者，則是因?yàn)榻笛堑闹饕緩窖趸┠馨l(fā)生了障礙(障礙1可能是由于胰島B細(xì)胞受損，胰島素分泌不足，致使胰島素受體不能向組織細(xì)胞充分傳遞降血糖的訊息，導(dǎo)致血漿中仍滯留大量的葡萄糖而產(chǎn)生尿糖，即所謂的Ⅰ型糖尿病；障礙2可能是由于胰島素受體受損，致使其不能充分接受來自胰島素降血糖的訊息，導(dǎo)致血漿中仍滯留大量的葡萄糖而產(chǎn)生尿糖，即所謂的Ⅱ型糖尿病)。

根據(jù)情境中的線索，獲取指向問題解決的思維建模方式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)往深水區(qū)延展，使學(xué)生在解決實(shí)際問題時(shí)，擁有轉(zhuǎn)變或改造相關(guān)知識(shí)的能力，建立正確的生命觀，養(yǎng)成健康文明的生活方式，成為健康中國(guó)的促進(jìn)者和實(shí)踐者。

(左開俊，江蘇省震澤中學(xué)，江蘇 蘇州 215200)