運用“系統思考”構建血糖調節的因果環圖

系統思考是一個引導學生觀察動態復雜系統的全新思維方法，可以引導學生擴大觀察問題的廣度和深度，以一個新的思維方式去思考問題。由于問題的復雜性，僅僅依靠人腦的分析是遠遠不夠的，系統思考借助了系統動力學建模方法，借助計算機模型來幫助分析處于動態復雜系統中的問題。生命系統就是一個動態復雜系統，在中學生物教學中，可以有效利用教學素材，培養學生系統思考的思維方式，提升學生系統分析能力，而且運用“系統思考”的相關軟件建立相關模型，也有助于學生理解生物學科的核心知識。

血糖平衡是人體動態復雜的調節過程，也是中學生物教學中的一個重點內容，教學中不僅要讓學生理解胰島素和胰高血糖素在調節血糖平衡中的作用以及二者之間的關系，還要能夠幫助學生建立機體反饋調節的理念。由于血糖調節是一個動態復雜的抽象生理過程，受中學教學條件限制，無法直接利用實驗方法研究血糖平衡調節，所以，傳統的生物課堂教學主要是以教師講授的方法，告知學生血糖平衡的激素調節過程，由學生記住相關的內容。

這樣的教學方法雖然可以傳授有關血糖調節的生理知識，但是卻無法提升學生用系統的觀點分析動態復雜問題的能力。生物教學中如果引用系統思考的思維方法和系統思考的工具——“因果環圖”，幫助學生理清思路，分析激素在血糖平衡調節中的作用，同時運用STELLA軟件構建血糖調節計算機模型，讓學生模擬人體血糖的調節過程，這樣不僅有助于學生理解激素在血糖中的調節作用，并且讓學生學會用系統思考的方法來分析問題。

一、創設探究情境，體驗人體血糖平衡

與傳統授課方式不同的是，教師不是直接告訴學生健康人體血糖相對穩定的事實，而是先讓學生根據所給材料，計算人體進食后血糖的上升值和人體血糖能夠維持運動員長跑的時間，然后展示健康者空腹和餐后的血糖變化值和運動員長跑時的血糖變化曲線。學生發現計算的數值和實際測得的數值差距甚遠，從而產生認知沖突，激發了學生的探究熱情，這時，教師引導學生利用血糖調節計算機模型進行模擬，觀察人體的血糖變化，體驗血糖平衡。

二、利用血糖調節模型，探究激素的作用

探究熱情被激發，讓學生急于知道為何人體血糖可以維持平衡。教師并沒有直接告訴學生相關激素的作用，而僅僅告訴學生血糖調節與胰島素和胰高血糖素有關，讓學生利用血糖調節計算機模型，嘗試通過改變有關激素的含量調節血糖。

通過多次相關模擬試驗，學生發現，進食后，如果提高胰島素和降低胰高血糖素的含量，血糖可以維持穩定在正常范圍內。根據這樣的試驗結果，學生自己分析得出相關激素的作用，即胰島素降血糖，胰高血糖素升血糖。

三、引入系統概念，分析血糖調節機理

教師總結激素作用時，將人體血糖調節作為一個系統，及時引入系統概念，讓學生體驗系統、系統結構，并嘗試用系統思考工具——“因果環圖”分析血糖平衡的原因，從而進一步理解了各種激素在維持血糖平衡中的作用。在此，學生不用死記硬背，而是自己發現了激素的作用。

四、運用系統思考工具，探究人體調節能力

那么，是否無論一次吸收多少血糖，人體都可以保持血糖相對穩定呢？改變模型參數，假設人一次攝入大量的葡萄糖，從模型運行結果分析，此時血糖濃度已經超出了正常范圍。學生可以得出結論：血糖只能在一定范圍內保持平衡。此時，教師讓學生再次回憶人體內環境維持平衡狀態的相關概念，再一次強調人體調節能力是有限的，學生理解人體的穩態是一種相對平衡的狀態。

課后，學生頗有興趣，希望繼續探究如果人體胰島素分泌異常或缺乏時，人體的血糖又將如何變化。教師讓學生改變參數，繼續嘗試運行模型，觀察糖尿病患者的血糖變化，并嘗試在模型中尋找治療糖尿病的方法，這樣既拓展了學生視野，又可極大滿足學生的探究欲望，收到了良好的教學效果。

需要說明的是，激素調節血糖的過程非常復雜，教學中只是根據教材內容和中學生的認知水平來構建激素調節血糖的簡單模型，有些復雜情況如血糖增高與激素含量變化的延遲等暫時并沒有在此模型中體現。

五、系統思考與生物教學

學習過程不是學習者被動地接受知識，而是積極地建構知識的過程，建構主義學習活動以學習者為中心，而且是真實的，因而學習者就更具有興趣和動機。人學習的效果，不僅取決于一個人已有的知識水平、認知結構等因素，而且取決于外部刺激和個體的主觀努力。利用STELLA教學軟件構建激素調節血糖的計算機模型，是南師附中《系統思考》校本選修課的一個課堂練習，一些同學通過選修課程，學習STELLA教學軟件并和教師一起嘗試構建血糖調節的計算機模型。在生物課堂教學中，通過運行這些模型，學生仿佛“看到”人體進食后血糖濃度、胰島素、胰高血糖素含量的變化，大大激發了學生的學習興趣，通過圖文轉換、分析模型運行結果，學生能夠更深刻理解胰島素、胰高血糖素的作用，同時也鞏固了有關激素對血糖調節的有關知識內容，這種學生自主參與構建知識體系的主動學習方式正是新課程所倡導的，系統思考促進了教和學的方式的轉變。

（作者單位：南京師范大學附屬中學）