搭建深度学习平台 促进生物学学科核心素养提升——以“血糖调节”教学为例

（天津民族中学 天津 300122）

培养和发展学生的生物学学科核心素养是生物学科育人价值的集中体现。素养不能直接传授给学生，教师要善于创设真实情境，为学生创造解决问题的学习实践，引领学生在高投入地完成学习任务的过程中建构结构化的知识体系，领悟获得知识内容的方法、思想与思维。“血糖调节”是个体水平稳态与调节的一个实例。教师结合对“糖尿病”的分析，带领学生从对血糖调节这一生命现象的认知出发，展开对血糖平衡调节机制的探索，使学生理解生命个体的结构和功能相适应，各结构协调统一对内外环境的变化做出反应，通过一定的调节机制保持稳态的重要性。学生从个体水平上认识生命系统的整体性和稳态，形成生命观念，发展科学思维，提升探究能力，促进核心素养的提升。

1 制定促进生物学学科核心素养发展的学习目标，引领深度学习活动的开展

①能够基于血糖监测的数值，正确评价一个人是否患有糖尿病，通过分析“正常人饭后血糖随时间变化”的规律，阐明人体通过激素调节维持体内血糖含量相对稳定的重要意义，发展科学评价生命现象及其意义的能力，促进科学思维的形成和发展。

②通过对有关“人体内升高血糖和降低血糖的途径”的资料分析，阐明人体内血糖含量的相对稳定是激素等多种因素通过调节细胞代谢的过程来实现的，形成基于生物学事实和证据，进行归纳与概括，探讨、剖析生命现象及规律的科学思维习惯和能力。

③参与“建立血糖调节的模型”的模型建构活动，说明胰岛素和胰高血糖素在维持血糖含量相对稳定中的作用，感悟“反馈调节机制”对于调节血糖平衡的重要意义，建构血糖调节的概念模型，认同生命系统具有维持自身相对稳定状态的特性和能力，形成稳态与平衡观。

④分析糖尿病的病因及药物治疗原理等，增强运用生物学知识对现实问题做出理性解释、判断及解决问题的意识，树立并传播健康生活理念，能用健康生活理念指导自己和身边人健康生活，增强社会责任感。

2 设计意义连接的学习任务，助推知识建构和素养发展

教师展示糖尿病及并发症的图片，组织学生交流有关糖尿病的相关认知，让学生感受糖尿病给人类带来的危害的同时，认同血糖调节在生命中的重要意义，激发学生学习“血糖平衡的调节”相关知识和机理的兴趣。

2.1 设计深度体验的学习活动，为学生搭建探索血糖平衡调节机制的思维平台

活动1：教师提出问题：“如何检测一个人是不是糖尿病患者？”并用视频展示血糖监测的方法和过程，引导学生分析资料1及教师从清晨空腹到饭后若干h内血糖监测结果（表1），从而对教师血糖是否正常做出合理的评价。

表1 教师血糖监测结果

资料1：一般成人的空腹血糖在3.9～6.1 mmol·L-1为正常。如果在6.1～7.0 mmol·L-1之间，则空腹血糖受损，但是不能诊断为糖尿病，需要完善糖耐量试验。饭后2 h血糖正常值范围小于7.8 mmol·L-1为正常，超过7.8而小于11.1 mmol·L-1考虑为糖耐量减低，大于等于11.1 mmol·L-1，即可诊断糖尿病。

设计意图：教师指导学生选择科学的方法解决问题，引导学生形成科学阐述和解释生命现象的意识，培养学生获得和评价证据的能力。

活动2：组织学生将以上血糖监测的数值构建成正常人血糖变化的数学模型（图1）。

设计意图：模型曲线可以让学生直观地感受到正常人血糖浓度是相对稳定的动态变化过程。学生可以在对“健康人的血糖含量会较长时间保持在正常范围内”这一血糖变化呈现出的特点，做出理性判断的同时，推理出正常人体内存在对血糖含量进行调节的机制，而糖尿病患者血糖过高则是因为调节机制失调而导致的，进而展开对血糖平衡调节机制的探索。

活动3：教师以问题为引领，依托文本资料，组织学生对曲线中不同时段血糖浓度变化的原因进行剖析和解释，厘清血糖变化与细胞内与糖相关的细胞代谢的关系，构建血糖升高和降低途径的图示（图2）。

教师提出问题：①饭后1 h内，血糖升高的主要原因是什么？1 h后，机体内发生的哪些变化能够使血糖降低？

②在不进食的情况下，6～6.5 h，导致血糖略有升高的原因是什么？6.5 h后血糖再次降低，此时机体内发生了什么变化？与进食1 h后导致血糖降低的变化相比，有什么异同？

③正常机体通过调节能在较长时间内维持血糖含量的相对稳定，其意义是什么？

然后，教师展示资料，引导学生分析。

资料2：血液中的葡萄糖在细胞内氧化分解释放能量，供细胞生命活动利用，多余的部分可以合成糖原贮藏于肝细胞和肌细胞中。如果葡萄糖还有富余，可以转变成脂肪和某些氨基酸。糖类在供应充足的情况下，可大量转化为脂肪。

资料3：贮藏于肝脏细胞和肌肉细胞中的肝糖原和肌糖原的用途（图3）。

资料4：脂肪是细胞内良好的储能物质，当生命活动需要时可以分解利用，脂肪一般只在糖类代谢发生障碍，引起供能不足时，分解供能。

设计意图：教师引导学生利用已掌握的关于食物的消化与吸收、细胞中的有机化合物和细胞呼吸等相关知识进行分析，从而结合资料提供的信息，归纳总结得出：人体内血糖的根本来源是人体通过消化道从食物中摄取，最根本的去路是进入组织细胞氧化分解供能。糖与非糖物质的相互转化，以及糖原的合成与肝糖原分解都是影响血糖浓度变化重要因素。这一活动能使学生深刻地领悟到组织细胞内与糖相关的细胞代谢是影响血糖变化的关键因素，明确机体通过调节维持血糖平衡的最终目的是保证机体获得正常的能量供应，维持正常的生命活动。教师将内环境图示和与糖相关的细胞代谢途径相结合，有助于学生理解内环境的变化会引发机体的自动调节，细胞不仅依赖于内环境而生存，也参与了内环境的形成和相对稳定状态的维持，加深学生对细胞是生物体结构与生命活动基本单位的认知，促进学生形成结构与功能观。对数学模型的解释和分析等探究活动培养了学生尊重事实和证据，运用模型与建模的方法，探讨、剖析生命现象及规律的科学思维习惯和能力，助推学生思维能力的提升。

活动4：教师组织学生依托教材上的文本及图片信息，讨论问题：“人体内由谁来完成调节细胞代谢速率的任务？”

设计意图：教师引导学生理解：胰岛B细胞分泌的胰岛素和胰岛A细胞分泌的胰高血糖素是机体完成血糖调节的主要激素；两种激素具有不同的功能，分别在不同的状态下通过对细胞内与血糖降低和升高有关的代谢过程进行调节来维持血糖的相对稳定。学生通过这个过程，培养获取、整合信息以及综合分析利用信息的能力。

2.2 开展模型建构活动，为学生搭建信息整合与自我转换的平台

深度学习的关键是信息的自我转换，如将单个新学概念同化到原有概念网中，使之结构化；将两个及以上看似不相关的信息整合在一起，形成新的知识等。通过前面的学习，学生已经具备了机体内血糖变化调节的相关知识。教师利用模型建构活动，引导学生将激素作用特点、反馈调节的机制以及影响血糖平衡的代谢与人体血糖调节的过程有机整合，立体把握。

2.2.1 活动准备

准备“糖卡”（正面写“每1 L血液中的0.1 g葡萄糖”，背面写糖原或脂肪的卡片）、“胰岛素卡”和“胰高血糖素卡”。并介绍“糖卡”的含义及各卡片的使用原则。

2.2.2 活动过程

两位学生分别手持“胰岛素卡”和“胰高血糖素卡”，教师持“糖卡”，共同完成模拟活动。学生，首先以正常血糖值为0.9 g·L-1为例，构建板图（图4）。

教师在表示血液的区域中增加糖卡，创设进食后血糖升高的情境。学生利用卡片模拟机体的调节过程，重复几次操作，巩固对激素作用原理的认知。此时，学生应出示一张“胰岛素卡”表示胰岛素分泌量增加，然后将一张“糖卡”拿出表示血液的区域，并翻转到书写糖原的一面，张贴在组织细胞内。此处活动的设计可以评价学生是否理解了激素通过对细胞代谢过程进行调节来调节血糖含量这一作用原理。

接着，教师提出问题：胰腺和肝脏并未直接接触，胰岛B细胞分泌的胰岛素如何指导肝脏细胞完成肝糖原的合成？胰岛B细胞是如何感知到血糖升高这一信息，进而分泌胰岛素的？并引导学生利用教材的插图2-13和图5进行分析，并完成血糖升高条件下机体通过胰岛素进行调节的概念模型的建构。

设计意图：教师引导学生认识到构成细胞膜结构的糖蛋白是接收胰岛素（信息分子）的受体，归纳出激素通过体液运输作用于靶细胞、靶器官的作用特点，与细胞膜具有信息交流的功能相联系，明确激素作用于靶细胞的过程实质是细胞间进行信息交流的过程，胰岛B细胞同样利用了细胞膜上的受体接收血糖升高的信息。这样可以使学生认识到“信息流”对生命系统维持的重要性，提升学生对结构和功能相适应和生命系统信息观的认知。学生在建构模型的过程中可以发现自己存在的思维误区，反思并调整自己的认知，整合信息，形成正确的知识结构。

师生共同模拟血糖降低情况下机体的调节过程，感悟胰岛素和胰高血糖素相互拮抗，共同维持血糖含量的稳定。学生依托教材的文本信息，在教师的引导下自主学习，明确“反馈调节”的机制对维持血糖相对稳定的重要意义，进而建立机体以反馈调节机制通过激素调节维持机体稳态的概念，完善胰岛素和胰高血糖素共同调节血糖的概念模型（图6）。然后，教师出示神经系统参与血糖平衡调节过程的图示（图7），引导学生理解并形成大概念：生命个体的各结构协调统一，共同完成复杂的生命活动，以适应多变的环境。

设计意图：在以上模型建构活动中，学生持续地与教学素材和逐级进阶的问题进行互动，不断整合所学知识，形成了具有一定逻辑关系的知识结构。利用板书生成并完善概念模型的过程可以使学生思维得以外显，促进了学生思维的发展，培养了生物学学科核心素养。

在以上模型建构活动中，学生持续地与教学素材和逐级进阶的问题进行互动，不断整合所学知识，形成了具有一定逻辑关系的知识结构。利用板书生成并完善概念模型的过程可以使学生思维得以外显，促进了学生思维的发展，培养了生物学学科核心素养。

2.3 开展对糖尿病发病机理、用药及对健康饮食的讨论，为学生搭建学以致用的平台

教师组织学生应用概念模型分析：“当身体不能产生足够的胰岛素时，将会发生什么变化？”组织学生根据糖尿病常用药“伏格列波糖片”和“盐酸二甲双胍”的药理作用，分析正确的用药方式。

教师提供资料，促进学生结合资料分析自己日常饮食习惯，说一说应该做哪些调整。

资料1：研究发现，添加糖吃太多，会显著增加成人心血管疾病死亡率。相比于添加糖供能8%左右的人群，供能17%～21%的人群心血管系统疾病风险大约增加了38%，供能21%以上组的死亡率增加了两倍。

资料2：肠漏症——肠道菌群失调，与过敏、自身免疫疾病、肥胖、抑郁等多种疾病相关。糖是肠道黏膜上制造漏洞的第一罪魁祸首。

资料3：《中国居民膳食指南（2016）》提出对添加糖摄入量进行限制，每日不超过50 g，最好限制在25 g以内。

设计意图：学生在参与以上分析和讨论的过程中，可以增强对糖尿病发病机理的认知，加深对模型建构方法在科学研究中的作用的理解，提升科学探究能力；增强基于生物学知识，作出理性解释和判断，解决生活问题的能力；可以认识到不合理的饮食结构会影响机体的调节功能，明确生命系统的自我调节能力是有限的，形成做相关决策时把握分寸，尊重客观规律的意识，形成稳态与平衡观，促进生命观念的提升；能够用科学知识和健康生活理念指导生活，增强社会责任感。

3 教后反思

教师指导学生运用科学方法获取证据，利用已具备的生物学知识分析问题，基于事实和证据剖析血糖调节这一生命现象及调节规律等蕴含高阶思维的学习活动，以活动为载体，引领学生不断深入地探寻和揭示机体调节血糖平衡的机制。学生在建立“血糖监测数值”的数学模型及“血糖调节”的概念模型的过程中，利用模型分析、探索血糖调节机制，解释糖尿病的病因的过程中，科学思维能力和探究能力得到了提升。学生在解决问题、完成任务中的表现既为教师检测学习目标的达成情况提供了依据，也为学生提供了自我反思和调整的信息，提升了元认知能力，“教—学—评”的一体化实现了深度教学和深度学习。学生通过这节课认识到了人体的稳态“让所用细胞共享，靠所有细胞共建”，体悟到稳态与平衡这一生命观念，有助于其正确认知人类与自然的关系及和谐稳定的重要意义，用辩证唯物主义世界观看待事物，指导自己的行为，可以说实实在在地实现了学科育人的目标。