1、“建立血糖调节的模型”的探究活动解读浙江省绍兴市第一中学 沈初见 俞小燕摘要 本文通过教学参考的形式，结合探究过程，将人教版高中生物新教材中“建立血糖调节的模型”这一实验预做情况展示出来，以便于有关师生在实际教学、学习中有所帮助。文中重点叙述了教师如何指导学生从建模的角度设计 “建立血糖调节的模型”实验，由学生主动地去探究，来完成知识的建构等几方面内容。 关键词 反馈调节 拮抗作用 糖尿病 模型 方法1 课题分析“建立血糖调节的模型”实验是动物生理学中的一个重要实验，该实验的原理是：血糖平衡的调节主要建立在反馈调节和激素之间的拮抗作用上。人体内血糖含量升高时，刺激胰岛 B 细胞，促进它分泌胰岛
2、素，同时作用于胰岛 A 细胞，使之减少胰高血糖素的分泌。当胰岛素随血液运输到肝和肌肉等器官或组织时，能促进细胞对葡萄糖的摄取和利用，还可促进肝细胞和肌肉细胞将葡萄糖合成为糖原储存起来，从而使血糖含量下降。当血糖含量降低到一定程度时，就会抑制胰岛素的分泌，增加胰高血糖素的分泌，从而促进肝糖原的分解，形成较多的葡萄糖，使血糖含量升高。可见胰岛素和胰高血糖素可调节血糖含量，血糖含量变化反过来影响胰岛素和胰高血糖素的分泌，这就是反馈调节。胰岛素可以降血糖，胰高血糖素可以升血糖，不同激素对某一生理效应发挥相反的作用，这就是拮抗作用。这一实验说明了血糖平衡的调节主要建立在反馈调节和激素之间的拮抗之上。通过
3、实验，掌握血糖平衡的调节原理，复习胰岛素和胰高血糖素的作用并且进一步理解反馈调节及拮抗作用的本质，并通过构建模型，让学生体验科学研究的一种方法；尝试探索如何将建模理论在生活实践中进行应用，并体会活动设计表演的乐趣；为以后学习研究动物生理学其它稳态知识以及运用建模思想有较好的启迪，因此在动物生理学具有重要的意义。在高中生物教材中，血糖平衡的调节一直是重要的教学内容，但是，个体水平的调节与稳态，内容比较抽象。以往的教学在设计思路是由于主要仅凭教师讲述，仅仅告诉了学生内容，学生很难真正理解。其实我们应该看到，学生在过去的学习中已积累了很多基础，学习中应该突出了学生的主体地位，充分利用学生已有的知识储
4、备和生活经验，在教师的不断引导下，由学生主动地去探究有关血糖平衡调节的新内容。根据高中生物课程标准的要求，我们从建模的角度设计了“建立血糖调节的模型”实验，通过活动来建构知识?，设计资料分析、模型建构、思考与讨论等活动，让学生通过探究性学习活动，来完成知识的建构。1.1 实验目的 意在引导学生通过这个建模活动，更好地理解人体内是如何对血糖含量进行调节的，并在此基础上理解体内激素如何对生命活动进行调节；同时，也力图引导学生初步了解建构模型，尤其是概念模型的基本方法和意义。学生所做的模拟活动，是构建动态的物理模型，模拟活动之后，学生再根据在活动中的体验，构建图解式概念模型或进行计算机模拟。1.2
5、实验材料和用具1.2.1 准备 3 张不同颜色的纸和一把剪刀。1.2.2 用某种颜色的纸剪出 15 张卡片。卡片正面写上“每 1 L 血液中的 0.1 g 葡萄糖”，背面写上“糖原”。这些是“糖卡”，翻转过来则代表葡萄糖转化为糖原，再翻回去就代表糖原分解为葡萄糖。“糖卡”是否翻转及怎样翻转需要严格依照步骤 3、4 来进行。1.2.3 用另一种颜色的纸剪出 2 张卡片，并在上面写上“胰岛素”。每张“胰岛素卡”能使 1 张糖卡由正面翻到背面。1.2.4 用第 3 种颜色的纸剪出 2 张卡片，并写上“胰高血糖素”。每张“胰高血糖素卡”能使 1 张糖卡由背面翻到正面。2 教学设计2.1 教学目标2.1
6、.1 理解和把握动物生理学的核心概念血糖平衡调节的原理、意义、机制。2.1.2 运用建构模型的方法，建立血糖调节的模型。2.1.3 培养学生通过构建模型理解模型方法的重要作用。制定以上教学目标是基于这样的认识，通过这个实验, 可以了解血糖的平衡、意义、调节机制，培养学生理论联系实际、学以致用的学习意识；增强学生自我保健意识，使学生更加珍爱生命，养成良好的生活习惯；创设探究情境，培养学生观察、分析、判断的思维能力，设计和完成实验的能力，运用所学知识，解释和说明生活中实际问题的能力。2.2 设计思路该实验联系日常生活中的实例，如饭后大量的葡萄糖吸收到体内，但血液中的葡萄糖浓度只有短暂的升高，很快就
7、恢复正常，让学生讨论吸收到体内的大量的葡萄糖到哪里去了，为引出胰岛素的知识做铺垫；然后做模型建构活动：用不同颜色的卡片代表葡萄糖、糖原、胰岛素、胰高血糖素，以小组为单位模拟吃饭后和运动后体内葡萄糖、糖原、胰岛素、胰高血糖素的变化，建构血糖调节模型。2.3 教学建议通过前面的学习，学生已学习了血糖平衡调节的原理，因而这次实验，教师要鼓励学生,特别是组织自学能力较强学生分别扮演各种角色，通过模拟和讨论，不断修正以构建正确的模型。教师起到组织者和引导者的作用。构建正确的模型，这也是本实验的重点。在指导学生进行建模时，不要束缚学生的思路，也不一定局限于教材中提供的方案，要鼓励学生大胆设想、求异创新，设
8、计出既简便易行，又科学准确而且生动活泼的实验活动方案。本实验研究最好以小组为单位进行，学生可自愿结合组成若干小组，要求选出小组长负责本组的研究工作。2.3.1 事先应组织学生预习好血糖平衡调节的有关知识。2.3.2 用不同颜色的卡片代表葡萄糖、糖原、胰岛素、胰高血糖素，卡片规格要统一，最好用打印字。2.3.3 为了使活动开展得较为生动，可有每小组自导自演游戏内容，动手操作与讲话相结合。2.3.4 有条件学校及学生在模拟活动之后，根据在活动中的体验，构建图解式概念模型或进行计算机模拟。2.3.5 活动结束之后，教师要教给学生认真分析活动结果，还要引导学生利用实验事实进行科学推理，得出相应的结论，
9、最后完成实验报告。课题报告完成之后，教师应组织学生进行交流。教师在组织学生交流报告时，不但要让学生交流自己所做的实验报告，还要让学生汇报完成本课题的体会，如经验、教训、克服困难的方法等。3 探究活动3.1 提出问题：血糖平衡是如何维持的?确定实验题目：建立血糖调节的模型。3.2 做出假设：机体主要是通过一些特定的激素来调节人体内血糖平衡，最主要是胰岛素和胰高血糖素，它们对血糖调节有相反作用。3.3 实验预期：胰岛素降血糖，胰高血糖素升血糖。3.4 设计实验方案：3.4.1 模拟吃饭后的反应。甲将 2 张“糖卡” （正面朝上）贴在黑板上。由乙、丙尝试用卡片进行操作，目的恢复正常血糖水平。3.4.
10、2 模拟运动时候的反应。甲从黑板上拿走 1 张正面朝上的“糖卡”。由乙、丙尝试用卡片进行操作，目的是恢复正常血糖水平。3.5 实施探究 3.5.1 分组请学生思考：针对本课题还能提出其他要研究的问题吗？大多数的学生能根据自己的生活经验提出研究问题，多数 问题都集中在 ?血糖平衡的调节机制等方面。开始时少部分学生不会做出假设，辅导后能尝试自己做出假设。学生对如何做实验预期有困难，多数学生在表达上不够严谨。经过辅导 后，有改 进 。请学生思考：本实验是分小组进行的，在组内承担的任务是什么？学生都能根据自己的特长和能力分工承担不同的任务。3 人一组，分别简称甲、乙、丙。3.5.2 提出问题场景：甲将
11、 9 张“糖卡”正面朝上贴在黑板上，代表正常血糖水平（0.9 g/L）。手中拿 2 张“糖卡”（正面朝上）。语言叙述：血糖是指血液中的葡萄糖。血糖随血液周流全身，为机体各种组织细胞的代谢活动提供能量。人体内有各种途径可以血糖含量增加或减少，但是，在正常情况下，血糖的来源和去路能够保持动态平衡，从而使血糖含量在 0.9 g/L 左右保持相对稳定。如果血糖的来源和去路不能保持动态平衡，血糖含量就不能维持相对稳定。血糖含量过低时，会引起头昏、心慌、四肢无力等，严重甚至会导致死亡。血糖含量过高时，会使葡萄糖从肾脏排出形成糖尿，造成体内营养物质流失，同样有损健康。由此可见，血糖的平衡对于保证人体各种组织
12、和器官的能量供应，进而保持人体的健康，有着非常重要的意义。机体怎样调节血糖浓度呢？肝脏和胰岛起到非常重要的作用。今天谁来扮演肝脏？（甲）场景：乙出场，乙拿着剩下的 4 张“糖卡”（正面朝下），代表储存着的糖原。指向胸前的牌子。语言叙述：我，我是肝脏。（乙）场景：甲出场。语言叙述：那谁来扮演胰岛？（甲）丙保管“胰岛素卡”和“胰高血糖素卡”。丙出场，指向胸前的牌子。语言叙述：我，我是胰岛。3.5.3 模拟吃饭后的活动场景甲出场语言叙述：首先我们模拟吃饭后的反应。我们的主食是米饭，在消化道内，米饭中含有的淀粉消化成葡萄糖后被吸收。（甲）请学生思考分析：血糖的来源和去向如何?通过上面的分析可以看出，肝
13、和肌肉细胞中糖原分解或合成的快慢，细胞吸收和利用葡萄糖的速率等，都可能影响血糖的含量。甲将 2 张“糖卡” （正面朝上）贴在黑板上。语言叙述：现在，血糖浓度过高了。机体怎样来恢复呢？（甲）场景丙出场，出示一张“胰岛素卡”。语言叙述：我来帮忙，我分泌出更多的胰岛素。（丙）场景丙出场，将 2 张“糖卡”翻转成正面朝下，并拿走。语言叙述：在胰岛素的作用下，葡萄糖转变为糖原。暂时由我保管吧。（乙）现在血糖水平恢复了正常。（甲）3.5.4 模拟运动时候的反应场景甲出场语言叙述：然后，我们模拟运动后的反应。运动需要消耗很多能量，由葡萄糖氧化分解来提供。这样机体内葡萄糖浓度下降。（甲）甲从桌子上拿走 1 张
14、正面朝上的“糖卡”。语言叙述：机体是怎样恢复正常血糖水平？（甲）场景丙出场，出示一张“胰高血糖素卡”。 语言叙述：我来帮忙，我分泌更多的胰高血糖素。（丙）场景乙出场，拿出一张正面朝下的“糖卡”并翻转成正面朝上。语言叙述：我取出糖原，糖原在胰高血糖素的作用下转变成为葡萄糖。（乙）现在血糖水平又恢复了正常。（甲）3.6 推出结论机体主要是通过一些特定的激素来调节这些代谢速请学生思考：与血糖调节有关的激素除了胰岛素和胰高血糖素外，还有哪些激素?提示：肾上腺素、甲状腺素、糖皮质激素、生长激素等，这些激素相互协调、相互影响，共同完成对血糖水平的调节。其中，胰岛素是惟一能够降低血糖含量的激素，其他的激素则
15、通过不同的代谢途径而使血糖含量高。请学生思考：通过本次活动，有哪些收获和体会？提出自己在活动中想到的其他问题，与大家交流。研究发现：学生在实验的设计方法、实验的流程、动手实验能力等多方面都有不同程度的提高，学生对这类活动很感兴趣。活动中也有很多其他的想法，培养了学生的发散思维。提示：本活动内容与人体健康的联系紧密，涉及到多种血糖失衡症。特别是糖尿病，它是日常生活中的常见病，发病率有上升的趋势，并带有一定的遗传倾向；同时，由于现在许多人的生活方式不健康，率的，其中最主要的是胰岛 A 细胞分泌的胰高血糖素和胰岛 B 细胞分泌的胰岛素。3.7 表达与交流学生写出实验报告，向全班同学汇报本组对血糖调节
16、的模型的探究建立过程和结果，介绍优点、缺点和成功的经验。糖尿病的患者也有年轻化的趋势，目前尚无根治的方法。学生对此有一定的感性认识，教师要充分利用学生的兴奋点，激发学生对生物学科的热爱，引导学生利用所学知识对实际问题加以解释和说明，并关注自己和帮助其他人改变不良的生活方式。4 深化拓展4.1 糖尿病可以遗传吗？是不是只缺乏胰岛素才引起糖尿病糖尿病可以遗传，因为几乎所有的糖尿病患者，尤其是青少年型糖尿病患者，都有一两位前辈人是糖尿病患者。青少年型糖尿病属于多基因遗传病，不仅表现出家族聚集现象，还比较容易受环境因素的影响，在群体中的发病率较高，大约 4的人一生中的某个时期可能发生某种程度的糖尿病。
17、老年人，尤其是肥胖者，常发生轻度的糖尿病。只要他们继续过量进食，血糖浓度就不会下降，但节制饮食，血糖常能恢复正常。肥胖导致糖尿病主要是由于血液内有过多的脂肪酸，抑制葡萄糖代谢造成的。近年采用放射免疫法测定证明，只有小部分糖尿病患者是绝对的缺乏胰岛素，大部分患者血液中具有正常或超常量的胰岛素，这可能与靶细胞中胰岛素受体的减少或亲和力降低有关。另有资料表明，糖尿病不是一种激素不正常的疾病，而可能是胰岛素和胰高血糖素都不正常的结果，即糖尿病可能伴有相对和绝对的血液中胰高血糖素过高症。4.2 糖尿病的成因、症状与治疗方法糖尿病是由遗传和环境因素相互作用而引起的一种常见病，与人们的饮食状况和生活方式有直
18、接的关系。饮食过多而不节制，营养过剩，体力活动过少，从而造成肥胖（脂肪堆积）等是糖尿病的诱因之一。现代社会人们的压力越来越大，伴随着精神的紧张、情绪的激动等多种应激状态，体内升高血糖的激素（如生长激素、去甲肾上腺素、胰高血糖素及肾上腺皮质激素等）会大量分泌，从而使血糖升高。“三多一少”是糖尿病的主要症状，是由于糖尿病病人的胰岛素分泌不足，使得葡萄糖进入组织细胞和在细胞内的氧化利用发生障碍，导致细胞内能量供应不足，所以病人多食仍感觉饥饿。病人多食又使血糖来源增多、血糖含量升高，当血糖含量高于 160180 mg/dL 时，糖就从肾脏大量排出，同时也带走了大量水分，所以病人多饮仍感觉口渴。糖尿病的治疗必须以饮食控制、运动治疗为前提。糖尿病病人应控制进食糖类食物，减少高脂肪及高胆固醇食物的摄入量，适量增加高纤维及淀粉类食物。经常参加体育运动，尽可能做全身运动，包括散步和慢跑等。在此基础上，适当使用胰岛素增敏剂等药物。参考文献1施忆.高中生物课程标准中的活动与探究. 北京：高等教育出版社，2003.2陈阅增普通生物学北京：高等教育出版社，1997.3吴庆余.基础生命科学. 北京：高等教育出版社，2002.4北京大学生命科学学院编写组.生命科学导论. 北京：高等教育出版社，2000.5王玢人体及动物生理学北京：高等教育出版社，19966吴襄珏生理学大纲北京：高等教育出版社，1987
