运用“系统思考”构建血糖调节的因果环图

系统思考是一个引导学生观察动态复杂系统的全新思维方法，可以引导学生扩大观察问题的广度和深度，以一个新的思维方式去思考问题。由于问题的复杂性，仅仅依靠人脑的分析是远远不够的，系统思考借助了系统动力学建模方法，借助计算机模型来帮助分析处于动态复杂系统中的问题。生命系统就是一个动态复杂系统，在中学生物教学中，可以有效利用教学素材，培养学生系统思考的思维方式，提升学生系统分析能力，而且运用“系统思考”的相关软件建立相关模型，也有助于学生理解生物学科的核心知识。

血糖平衡是人体动态复杂的调节过程，也是中学生物教学中的一个重点内容，教学中不仅要让学生理解胰岛素和胰高血糖素在调节血糖平衡中的作用以及二者之间的关系，还要能够帮助学生建立机体反馈调节的理念。由于血糖调节是一个动态复杂的抽象生理过程，受中学教学条件限制，无法直接利用实验方法研究血糖平衡调节，所以，传统的生物课堂教学主要是以教师讲授的方法，告知学生血糖平衡的激素调节过程，由学生记住相关的内容。

这样的教学方法虽然可以传授有关血糖调节的生理知识，但是却无法提升学生用系统的观点分析动态复杂问题的能力。生物教学中如果引用系统思考的思维方法和系统思考的工具——“因果环图”，帮助学生理清思路，分析激素在血糖平衡调节中的作用，同时运用STELLA软件构建血糖调节计算机模型，让学生模拟人体血糖的调节过程，这样不仅有助于学生理解激素在血糖中的调节作用，并且让学生学会用系统思考的方法来分析问题。

一、创设探究情境，体验人体血糖平衡

与传统授课方式不同的是，教师不是直接告诉学生健康人体血糖相对稳定的事实，而是先让学生根据所给材料，计算人体进食后血糖的上升值和人体血糖能够维持运动员长跑的时间，然后展示健康者空腹和餐后的血糖变化值和运动员长跑时的血糖变化曲线。学生发现计算的数值和实际测得的数值差距甚远，从而产生认知冲突，激发了学生的探究热情，这时，教师引导学生利用血糖调节计算机模型进行模拟，观察人体的血糖变化，体验血糖平衡。

二、利用血糖调节模型，探究激素的作用

探究热情被激发，让学生急于知道为何人体血糖可以维持平衡。教师并没有直接告诉学生相关激素的作用，而仅仅告诉学生血糖调节与胰岛素和胰高血糖素有关，让学生利用血糖调节计算机模型，尝试通过改变有关激素的含量调节血糖。

通过多次相关模拟试验，学生发现，进食后，如果提高胰岛素和降低胰高血糖素的含量，血糖可以维持稳定在正常范围内。根据这样的试验结果，学生自己分析得出相关激素的作用，即胰岛素降血糖，胰高血糖素升血糖。

三、引入系统概念，分析血糖调节机理

教师总结激素作用时，将人体血糖调节作为一个系统，及时引入系统概念，让学生体验系统、系统结构，并尝试用系统思考工具——“因果环图”分析血糖平衡的原因，从而进一步理解了各种激素在维持血糖平衡中的作用。在此，学生不用死记硬背，而是自己发现了激素的作用。

四、运用系统思考工具，探究人体调节能力

那么，是否无论一次吸收多少血糖，人体都可以保持血糖相对稳定呢？改变模型参数，假设人一次摄入大量的葡萄糖，从模型运行结果分析，此时血糖浓度已经超出了正常范围。学生可以得出结论：血糖只能在一定范围内保持平衡。此时，教师让学生再次回忆人体内环境维持平衡状态的相关概念，再一次强调人体调节能力是有限的，学生理解人体的稳态是一种相对平衡的状态。

课后，学生颇有兴趣，希望继续探究如果人体胰岛素分泌异常或缺乏时，人体的血糖又将如何变化。教师让学生改变参数，继续尝试运行模型，观察糖尿病患者的血糖变化，并尝试在模型中寻找治疗糖尿病的方法，这样既拓展了学生视野，又可极大满足学生的探究欲望，收到了良好的教学效果。

需要说明的是，激素调节血糖的过程非常复杂，教学中只是根据教材内容和中学生的认知水平来构建激素调节血糖的简单模型，有些复杂情况如血糖增高与激素含量变化的延迟等暂时并没有在此模型中体现。

五、系统思考与生物教学

学习过程不是学习者被动地接受知识，而是积极地建构知识的过程，建构主义学习活动以学习者为中心，而且是真实的，因而学习者就更具有兴趣和动机。人学习的效果，不仅取决于一个人已有的知识水平、认知结构等因素，而且取决于外部刺激和个体的主观努力。利用STELLA教学软件构建激素调节血糖的计算机模型，是南师附中《系统思考》校本选修课的一个课堂练习，一些同学通过选修课程，学习STELLA教学软件并和教师一起尝试构建血糖调节的计算机模型。在生物课堂教学中，通过运行这些模型，学生仿佛“看到”人体进食后血糖浓度、胰岛素、胰高血糖素含量的变化，大大激发了学生的学习兴趣，通过图文转换、分析模型运行结果，学生能够更深刻理解胰岛素、胰高血糖素的作用，同时也巩固了有关激素对血糖调节的有关知识内容，这种学生自主参与构建知识体系的主动学习方式正是新课程所倡导的，系统思考促进了教和学的方式的转变。

（作者单位：南京师范大学附属中学）