巧建模型 辨析生物学概念

四川

在二轮复习备考过程中，笔者发现部分学生对生物学概念的理解不够透彻，导致其在考试中出现失分的现象，本文通过构建相关模型，明辨拮抗作用、协同作用、（正）负反馈调节、分级调节等生物学概念，希望为学生学习和教师教学提供参考。

1.问题提出

生物学科是由众多的生物学事实和生物学理论组成的、内容丰富的知识体系，其知识体系包括生物学事实、生物学概念、生物学原理、生物学定律以及相关的模型、假说等。其中，生物学概念是生物学知识体系的基础，是构建生物学知识体系的支架。甚至可以认为，学好生物学的关键就是掌握生物学概念及概念组成的知识体系。

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》在必修课程中提出了两大模块，共包含4个生物学大概念，每个生物学大概念下又分别包含数个生物学重要概念，重要概念下又分别包含若干个次位概念。而生命观念的建立需要在理解生物学概念尤其是重要概念的基础上，将有关概念融会贯通以实现概念的体系化。这样才能将重要概念抽象、概括成大概念，从而形成生命观念。其中，次位概念及其下位概念的学习是建立生命观念的基础、起点。

模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下，再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。模型是人们认识科学的一种手段和思维方法，而构建模型的过程则是协调行为与思维统一的过程。在高中生物学教学过程中，通过构建科学的模型，学生可以体验建立模型的思维过程，领悟蕴含的方法，并获得相应的生物学概念。

拮抗作用、协同作用、（正）负反馈调节、分级调节等生物学概念专业性强、抽象程度较高，学生往往难以理解。采用传统的教学方法很难达到预期的效果，学生往往在试题情境（特别是陌生情境）中无法准确快速地得出正确答案。而采用模型构建的方式，可以将抽象的概念转化为可以直接感知的形象状态，以构建模型的方式将上述概念直接呈现出来，降低学生学习难度，更有利于学生对概念本质的理解。

2.构建模型，辨析生物学概念

2.1 构建模型，辨析“拮抗”和“协同”

“拮抗”在教材中“通过激素的调节”这一节出现的原句为“通过以上活动可以看出，胰岛素和胰高血糖素的相互拮抗，共同维持血糖含量的稳定。”而“协同”在本节“只字未提”，需要教师补充。故部分教师会向学生补充“协同”和“拮抗”的概念并通过具体事例进行强化，如补充“拮抗”是指不同激素对同一生理效应发挥相反作用，如胰岛素和胰高血糖素在调节血糖方面就具有拮抗作用。但结合教学实际，笔者发现上述教学效果并不理想，学生对这种单纯知识获取的表层学习将会导致“拮抗”“协同”的生物学概念很快被遗忘。但通过构建相关模型，就可加深对“拮抗”“协同”概念的认识和理解。

设A、B分别为两种不同的激素，S为特定的生理效应，则构建“拮抗”模型如图1所示，构建“协同”模型如图2所示：

图1 拮抗模型

图2 协同模型

【拮抗模型】拮抗作用可以理解为两种激素对同一个生理效应具备相反的作用效果。如胰岛素（A）与胰高血糖素（B），都能作用于血糖平衡调节（↑S↓）但作用相反。又如乙烯（A）与生长素（B），都能影响植物细胞伸长（↑S↓）但作用相反。故上述两对激素相互拮抗。

【协同模型】协同作用可以理解为两种激素对同一个生理效应具备相同或相似的作用效果。如胰高血糖素（A）与肾上腺素（B），都能作用于血糖平衡调节（↑S↑）且作用相同。又如甲状腺激素（A）与生长激素（B），都能影响生物体生长发育（↑S↑）且作用相同。故上述两对激素相互协同。

2.2 构建模型，辨析“（正）负反馈调节”和“分级调节”

“（负）反馈调节”在教材中“通过激素的调节”这一节出现的原句为“像这样，在一个系统中，系统本身工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，这种调节方式叫反馈调节。”“（正）反馈调节”的概念则需要教师补充，而“分级调节”在本节并没有直接的概念定义。“（负）反馈调节”的抽象定义以及“分级调节”的未明确定义将给学生的学习带来巨大困扰。通过构建相应的模型，则可帮助学生厘清概念的本质。

设A、B、C……分别为不同种类的激素，S为特定的生理效应，则构建“负反馈调节”模型如图3，“正反馈调节”模型如图4，“分级调节”模型如图5。

图3 负反馈调节模型

图4 正反馈调节模型

图5 分级调节模型

【（正）负反馈调节模型】（正）负反馈调节可以理解为某种激素产生相应的生理效应，该生理效应反过来会影响该激素的分泌。如果这种影响效果是抑制或负向的，则为负反馈调节；如果这种影响效果是促进或正向的，则为正反馈调节。如胰岛素分泌（A↑）达到一定程度时，血糖浓度降低（S），血糖浓度过低反过来会抑制胰岛素的分泌（A↓），这样体内胰岛素的含量就不至于过高，这就属于负反馈调节。又如人们排放垃圾、污水导致河水污染（A↑），河水污染导致水生生物大面积死亡（S），进一步加剧河水污染（A↑↑），这就属于正反馈调节。

【分级调节模型】分级调节可以理解为A激素（初始）分泌将会导致B激素分泌，B激素分泌将会导致C激素分泌……，最终调节相应生理效应。该调节方式体现出一环扣一环、环环相连、具有分级控制的特点。如下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素（TRH），TRH运输到垂体，促使垂体分泌促甲状腺激素（TSH），TSH随血液运输到甲状腺，促使甲状腺增加甲状腺激素的合成和分泌。

3.运用模型，轻松解题

【例1】澳大利亚莫纳什大学的研究人员发现了肥胖引发Ⅱ型糖尿病的机制，脂肪细胞会向血液中释放一种名为色素上皮衍生因子（PEDF）的蛋白质，这种蛋白质能导致肌肉和肝脏对胰岛素不再敏感，因此胰腺只能靠产生更多的胰岛素来抵消由此带来的负面影响。如图6表示人体内血糖调节的过程。图6中a、b、c表示参与血糖调节的激素。下列叙述正确的是 （ ）

图6

A.b激素能促进血糖进入组织细胞

B.a、b激素间既存在协同作用又存在拮抗作用

C.c激素的分泌属于分级调节

D.Ⅱ型糖尿病人的胰岛素含量并不低，病因可能是PEDF降低了细胞膜上受体的敏感性

【解析】根据题意，a为胰岛素，b为胰高血糖素，c为肾上腺素。促进血糖进入组织细胞的激素为胰岛素，A选项错误。胰岛素（A）和胰高血糖素（B）在血糖调节方面（↑S↓）作用效果相反，只符合拮抗作用模型（如图1），B选项错误。肾上腺素的分泌是通过神经调节的，并未体现分级调节的特点，不符合分级调节模型（如图5），C选项错误。PEDF降低细胞膜上受体的敏感性，导致细胞膜上的受体无法与胰岛素结合，不能降低血糖，D选项正确。

【答案】D

【例2】如图7为人体生长激素分泌的调节示意图。

图7

细胞a分泌的激素对细胞c的分泌具有促进作用，而细胞b分泌的激素对细胞c的分泌具有抑制作用，则这两种激素对细胞c分泌生长激素的调节呈_________关系。若生长激素分泌增多，将______（填“促进”或“抑制”）细胞b的分泌。

【解析】根据题意，细胞a分泌的激素（A）和细胞b分泌的激素（B）在对细胞c的分泌（↑S↓）方面作用效果相反，符合拮抗模型（如图1）；由细胞c分泌的生长激素不可能一直增多，必将通过（负）反馈调节模型（如图3），减少分泌，而根据题意细胞b分泌的激素对细胞c的分泌有抑制作用，故促进细胞b的分泌。

【答案】拮抗 促进

【例3】池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象，研究者设计了一种循环水池塘养殖系统（如图8）。请回答下列问题：

图8

与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性___________________________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为__________________________。

【解析】由于人工养殖池塘比自然池塘物种丰富度要低，其抵抗力稳定性低，恢复力稳定性高。水体的富营养化将一定程度上破坏生态系统稳态（A↑），藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡（S），最终加剧破坏了生态系统稳态（A↑↑），符合正反馈调节模型（如图4）。

【答案】高 正反馈调节

【例4】睾丸酮（雄性激素）能够加速机体内各种蛋白质的合成，促进免疫球蛋白的合成，提高免疫力。如图9是睾丸酮合成分泌受下丘脑、垂体的调节过程。请据图9回答下列问题：

图9

图9中abcd过程体现了雄性激素分泌的___________调节。

【解析】据图9可知，abc过程可表示为下丘脑分泌促性腺激素释放激素（A）作用于垂体，垂体分泌促卵泡激素和黄体生成素（B）作用于睾丸，睾丸分泌雄性激素（C），符合分级调节模型（如图5）；d过程可表示为睾丸酮分泌增多（A↑）反过来抑制下丘脑分泌促性腺激素释放激素（S），最终使睾丸酮分泌减少（A↓），符合负反馈调节模型（如图3）。

【答案】分级调节和负反馈

【例5】如图10表示不同激素处理5组健康小鼠后，其血液中葡萄糖含量的变化。每种激素在不同组别的剂量均相同。已知激素C为压力激素，与情绪波动有关，而且糖尿病患者血液中胰高血糖素水平较正常人高。下列判断不正确的是 （ ）

图10

A.激素处理前几小时为使小鼠的血糖水平维持在常规水平应该提供食物给小鼠

B.胰高血糖素和肾上腺素表现出了协同作用

C.肾上腺素比胰高血糖素引起的效应较为渐进、幅度较大、效应较持久

D.糖尿病人须避免情绪激动，否则肾上腺素和压力激素分泌量大量增加，两者共同作用会提高血糖浓度，有害健康

【解析】为了保证血糖浓度处于正常值，应对小鼠采取饥饿处理，而采用喂食处理，则会引起血糖浓度上升，A选项错误。据图10可知，胰高血糖素（A）和肾上腺素（B）单独使用时都可以升高血糖（↑S↑），共同使用时升高更加明显，符合协同模型（如图2），B选项正确。据图10可知，注射胰高血糖素时血糖升高迅速，但持续时间短，很快下降，而注射肾上腺素时血糖升高缓慢，但持续时间长，C选项正确。从组5和组4比较分析，激素C在升高血糖浓度中作用明显，而在情绪激动时，压力激素分泌会增加，所以糖尿病人应避免情绪激动，D选项正确。

【答案】A

可见，通过模型构建，一方面能帮助学生厘清生物学概念并能在试题中熟练准确地运用，另一方面还能锻炼学生对复杂事物的简化和抽象概括能力，提升思维水平。故教师在日常教学中要有意识地引导学生归纳总结、自主构建模型，这无疑对激发学生学习内驱力，提升学科核心素养大有裨益。