TI计算器辅助的“血糖的激素调节”教学设计

詹琪芳

（卢湾高级中学 上海市 200023）

1 教材分析及设计思路

“血糖平衡的调节”是2021年沪科版《选择性必修1·稳态与调节》中第一章第二节的内容。教材先以真实的情境“进食或运动未导致血糖浓度出现大幅波动”引发学生思考，再用一幅血糖浓度与激素调节的曲线图描绘出胰岛素、胰高血糖素和血糖浓度三者的变化关系，启发学生结合已有知识和生活经验对图示信息进行观察和提取，理解影响血糖变化的因素。在对血糖的来源和去向、血糖的激素调节过程等进行详细的阐述后，教材引出激素的重要调节机制——反馈，使学生体会人体内生理活动达到平衡和稳态的实质。其中，人体血糖浓度的变化引起胰岛细胞活动，即血糖平衡的激素调节过程是教学的重点和难点。

本节内容是继人体的神经调节之后，对激素调节在维持稳态中的作用的有力诠释，对学生掌握激素调节的基本方式及特点，了解“反馈调节”的特点及意义，认同调节过程的协调性和整体性等，具有重要作用。血糖平衡的激素调节过程较为隐性和抽象，教师以“大学新生背着冰箱去上学”这一社会热点引出课题，借助TI图形计算器建模模拟动态的变化过程，用互动的形式让学生体验激素调节对于血糖浓度的影响，将内在的生理过程显性化，使学生在深度参与中掌握血糖调节的主要过程，并逐步形成从系统的角度理解“稳态与调节”的习惯。

2 教学目标

①通过归纳血糖的来源和去向，认同生命系统是一个开放的、相对稳定的系统，形成内环境的相对稳定是调节的结果，是多器官、多系统共同协调配合的生命观念。

②通过TI血糖平衡调节模型的模拟过程，在分析推理的过程中训练科学思维，体验从具体到抽象的思维模式转化。

③通过情境结合已有知识，在发现问题、做出假设、借助模型、验证假设的过程中，提升科学探究的能力。

④通过分析血糖平衡的实例，自觉形成关爱生命、健康生活的意识。

3 教学过程

3.1 创设情境，激发兴趣

教师展示“背着冰箱去上学”的新闻：一名大学新生因患有糖尿病，需要注射胰岛素，但胰岛素需要冷藏储存，就带着冰箱住进了大学宿舍……教师以此为情境引入课题，提出问题，激发学生的兴趣，导入新课：什么是糖尿病？为什么要注射胰岛素？为什么要用冰箱保存？

设计意图：教师通过热点新闻，提出关联问题，激发学生的兴趣，引出课题。

3.2 TI辅助，模型模拟

3.2.1 观察图示，比较分析

教师展示健康人和糖尿病患者24 h内的血糖变化图，提出问题：两幅图中血糖浓度变化趋势的共同点是什么？学生观察讨论后回答：随着早、中、晚的进食，二者均出现波峰，但之后的血糖浓度会在一个范围内上下波动。教师追问：波峰形成的原因是什么？波峰逐渐回落的原因是什么？进食后，一段时间血糖并未持续下降是什么原因？如果细胞的有氧呼吸能力有限，多余的血糖去向哪里？地震中被废墟掩埋的幸存者的血糖靠什么补充？摄糖过多容易发胖，这说明糖还能以什么形式储存？这样逐步引导学生分析血糖的来源与去向（图1）。

图1 血糖的主要来源和去向

设计意图：学生比较两幅图的相同点，结合层层递进的问题串讨论分析，归纳得出血糖的一般来源和去向。教师在黑板上板书相关内容，补充说明：肌肉细胞内缺乏相应的酶，肌糖原不能直接代谢产生葡萄糖而补充血糖。

3.2.2 TI辅助，互动体验

教师给出人体空腹血糖的浓度范围3.90～6.10 mmol/L，提出问题：两幅图中血糖浓度的不同点是什么？通过观察比较，学生发现糖尿病患者的血糖浓度总是高于健康人的变化范围。根据之前提问的结果，学生能够想到这可能是因为血糖的来源和去向出现问题，并产生疑惑：健康人的血糖浓度是靠什么来调节的呢？教师指出血糖的动态平衡受神经和激素的共同影响，并明确本节课的主要内容——血糖平衡的激素调节。教师进一步引导学生关注参与血糖调节的最为主要的激素——胰岛素和胰高血糖素，并指导学生打开TI图形计算器，观察健康人体血糖的模拟场景（图2）。

图2 TI程序中健康人体血糖调节自动和手动程序

学生首先进入自动播放模式，仔细观察在血糖的升高降低中，两种激素的变化和拮抗关系；再进入互动模式，通过拖动血糖浓度的范围值，观察所引起的激素变化情况。教师引导学生分析总结胰岛素的作用结果会反过来影响胰岛素的分泌，胰高血糖素也是如此，两种激素的含量不会无限制地升高或者降低。据此，教师引出“反馈调节”的概念。

设计意图：TI计算器将静态曲线图模拟成动态图，学生可以在观察、互动、分析的过程中理解血糖浓度受胰高血糖素和胰岛素的调节情况，从系统的角度说明激素调节的一般过程，培养科学思维。

3.2.3 TI建模，深化理解

教师提出问题：患有糖尿病的大学新生要注射的胰岛素是如何在人体中发挥降血糖作用的？学生进入TI模拟的Ⅰ型糖尿病程序，观察到患者的胰岛素的分泌量远低于健康人，据此明确Ⅰ型糖尿病的致病原因。教师追问：Ⅰ型糖尿病有什么治疗措施吗？学生先思考并回答：注射胰岛素或者胰岛移植等。之后，学生通过拖动TI模拟程序中的“对策”按钮，观察到当胰岛素含量上升后，患者的血糖浓度明显发生回落（图3）。教师再启发学生回忆有关激素的作用特点及其与受体的相互作用，结合血糖的来源和去向，推测胰岛素作用的靶细胞及其生理过程。

图3 Ⅰ型糖尿病曲线图及其治疗对策

接着，教师提出：还有一类Ⅱ型糖尿病患者，它的发病特点和Ⅰ型是一样的，但致病原因有些不同。教师要求学生仔细观察TI的模拟程序，并根据图4判断哪些是健康人？哪些是糖尿病患者？学生首先判断出浓度较高的血糖曲线应该属于糖尿病患者，但对于胰岛素曲线不能做出判断。教师讲解：Ⅱ型糖尿病患者体内的血糖水平很高，但胰岛素的分泌却不少，请推测出患者的胰岛素曲线，并尝试分析Ⅱ型糖尿病和Ⅰ型糖尿病在致病原因上的区别。学生在讨论后把关注点集中在了运输路径和作用对象上，提出各种猜想，如胰岛素被分泌到血液中后，可能在到达靶细胞的过程中出了问题；胰岛素到达靶细胞后与受体的结合出了问题；靶细胞自身出了问题导致不能对胰岛素做出反应，学生再运用TI模拟的对策页面（图4），拖动胰岛素的敏感度滑标，观察患者的血糖变化水平和糖代谢速率变化。教师启发学生思考：目前针对Ⅱ型糖尿病没有什么特效药，基于模拟模型的结果，可以改变什么生活习惯帮助糖尿病患者提高糖代谢水平和胰岛素的敏感度，从而降低血糖？学生讨论得出：减少饮食中糖类物质的摄入，适度的体育锻炼加大组织细胞对糖类物质的消耗等。

图4 Ⅱ型糖尿病曲线图及其治疗对策

设计意图：通过TI程序的模拟操作，学生可以直观地观察到胰岛素在降血糖方面的应用，并能与注射胰岛素、胰岛移植等Ⅰ型糖尿病的治疗手段的生活实际相联系，培养学生的生命意识和社会责任。关于Ⅱ型糖尿病的致病机理，目前病因还不甚明晰。教师引导学生依据激素的作用特点展开有理有据的分析讨论，发散思维，培养学生养成健康的生活作息习惯和辩证的科学思维。

3.3 归纳整合，概念建模

通过对血糖调节的过程进行动态模拟后，学生已基本掌握血糖调节的主要途径——激素调节的过程。最后，教师引导学生对课堂内容进行小结，要求学生给出本节课的关键词和概念图。学生分小组讨论、书写，构建血糖调节完整过程的概念模型（图5）。

图5 血糖激素调节过程概念图

设计思路：学生由TI虚拟模型获得概念模型。教师促进学生体验模型建构的学习方法，自主构建知识框架，引导学生归纳总结，从系统的角度理解稳态与平衡观。

4 教学反思

本节课通过创设真实情境整合教学资源，落实了生命观念、科学思维、社会责任等核心素养。仅凭教材中的静态关系图，学生很难体会激素在血糖调节中发挥的作用，也很难理解胰岛素、胰高血糖素和血糖浓度三者的变化关系。特别是反馈调节的概念，需要学生将激素的前后变化联系起来分析，对学生的思维要求很高。TI计算器模拟程序可以演示人体内血糖浓度受到激素的调节过程的动态过程，对于学生理解稳态与平衡有很大帮助。此外，TI模拟程序的互动、小组讨论、概念图构建等活动，能够很好地调动学生思维的积极性，使学生主动参与。本节课通过社会现象引入糖尿病相关资料，关心学生的成长需求，关注社会热点和生活实际，促进了情感的渗透和社会责任感的落实。