“血糖调节”模型建构及应用

王飞　杨梦姝　杨建霞

目前，模型建构在科学教育中的重要作用已经逐渐被研究者所认识，成为科学教育中的重要研究领域。研究表明，模型建构可以使学生形成对知识内容的深入理解，提高学生分析和解决问题的能力，形成正确对待科学问题的观点和态度，促进学生对科学本质的理解，同时对于教育教学改革具有巨大潜力。《普通高中生物课程标准（2017年版）》中多次提到“模型”“模拟”，高中生物学必修教材均强化了对于学生模型建构方法的训练。“血糖调节”是现行新课标高中生物学教材《必修3·稳态与环境》的重点和难点之一，其目的在于让学生理解人体内血糖平衡的重要性及其调节机制，进一步理解胰岛素和胰高血糖素在血糖调节过程中的“拮抗作用”。但是，由于其内容比较抽象，仅凭借教师的讲述，学生很难真正理解。虽然教材中给出了“建立血糖调节的模型”参考案例，但却存在操作过程复杂、难以扩大交流范围、結果不够直观等缺陷。因此，本研究在参考“负反馈机制的模型”基础上，通过反复实践与改进，最终构建出“血糖调节”模型。

1“血糖调节”模型建构过程

1.1原理——胰岛素和胰高血糖素的生理功能

本模型（图1）建构所依据的生物学原理主要是“胰岛素和胰高血糖素的生理功能”：胰岛素能促进组织细胞加速摄取、利用和储存葡萄糖，从而使血糖水平降低；胰高血糖素能促进糖原分解，并促进一些非糖物质转化为葡萄糖，从而使血糖水平升高。胰岛素和胰高血糖素相互拮抗，共同维持人体内血糖含量的稳定与平衡。

1.2材料准备

乒乓球若干个、2 L矿泉水瓶1个、橡皮球（直径大于矿泉水瓶口，可用弹力球代替）、铁架台、长约10 cm的细线2根、橡皮塞1个、500 mL烧杯1个、加有红墨水的清水约2 L（以下简称“红墨水”）。

1.3模型制作

（1）将矿泉水瓶底部剪掉，并倒置固定于铁架台上。

（2）取1根细线，将一端固定在乒乓球上（乒乓球的数量可根据实际情况适当增加或减少），另一端固定在橡皮球的某一顶点上。

（3）取另一根细线，将一端固定在与上一根细线相对的橡皮球的顶点上，另一端与橡皮塞连接，如图2所示。

（4）将图2结构按照橡皮塞在下、乒乓球在上的顺序放置于矿泉水瓶中，橡皮塞穿过矿泉水瓶口，并将烧杯放置在矿泉水瓶正下方，如图3所示。

2模型操作过程

2.1操作步骤

（1）向矿泉水瓶中缓慢注入红墨水，当红墨水未将乒乓球充分浮起时（也就是连接乒乓球与橡皮球之间的细线未被充分拉直时），观察此时瓶口红墨水流出的速度。

（2）继续向矿泉水瓶中缓慢注入红墨水，当红墨水将乒乓球充分淹没时（也就是连接乒乓球与橡皮球之间的细线被充分拉直时），观察此时瓶口红墨水流出的速度，并与上一步进行对比。

（3）继续观察：当矿泉水瓶中的水位逐渐恢复到第一步时，观察此时瓶口红墨水流出的速度。

3演示结果及解释

3.1演示结果

模型演示结果及现象见表1。

3.2结果解释及说明

在此模型中，红墨水模拟人体内的血糖含量，矿泉水瓶模拟人体内环境，乒乓球模拟胰岛素，橡皮塞模拟胰高血糖素。当矿泉水瓶中的红墨水含量较低时，橡皮塞在重力的作用下拉动橡皮球，从而使矿泉水瓶中的红墨水流出速度缓慢，甚至不流出，以此模拟当人体中血糖含量较低时，胰腺分泌胰高血糖素，从而减少血糖的分解。当矿泉水瓶中的红墨水含量达到一定高度时，乒乓球在浮力的作用下会拉动橡皮球，从而使得矿泉水瓶中的红墨水流出速度加快，以此模拟当人体中血糖含量较高时，胰腺分泌胰岛素，从而加快血糖的分解，最终使得血糖含量降低。同时，乒乓球对橡皮球向上的拉力和橡皮塞对橡皮球向下的拉力，也可以模拟胰岛素和胰高血糖素在人体血糖调节中的“拮抗作用”。

4总结与反思

通过反复实践和不断改进，发现此“血糖调节”模型存在以下优点和不足之处。

4.1优点

（1）材料易得，制作简单。此“血糖调节”模型中所用的材料均是日常生活中常见的物品，且制作方法简单，通常约10 min便可完成，便于学生在课堂上制作。

（2）便于操作，节省时间。相较于生物学教材中的“糖卡”模型，此模型操作步骤和方法简单，且最终演示现象明显、直观，既有利于教师在课堂上进行直观演示，也便于学生实际操作。

（3）抽象内容直观化。此模型最大的优点在于能够将“血糖调节”这一复杂的、抽象的生物学知识直观化、具体化，瓶中红墨水流出速率可直观反应胰岛素和胰高血糖素在血糖调节中的复杂生物学机理。

（4）此模型亦可作为其他“反馈调节机制”演示模型，如胰岛素和肾上腺素的拮抗作用等。

4.2缺点及补充

（1）实验现象容易受溶液性质的影响。在此模型中，模拟“血糖”的溶液最好选用蒸馏水、红墨水、葡萄糖溶液等来代替，不宜选用染料等带有颗粒物的悬浊液。因为悬浊液中的微小悬浮颗粒会使得橡皮球与瓶口之间形成细小的缝隙，从而对水流出的速率造成影响。

（2）模型容易受温度等的影响。如橡皮球在较冷的环境中会变硬，使得其与瓶口不能充分接触，从而对水流速率造成一定程度的影响。