搭建深度學習平臺 促進生物學學科核心素養提升
——以“血糖調節”教學為例

（天津民族中學 天津 300122）

培養和發展學生的生物學學科核心素養是生物學科育人價值的集中體現。素養不能直接傳授給學生，教師要善于創設真實情境，為學生創造解決問題的學習實踐，引領學生在高投入地完成學習任務的過程中建構結構化的知識體系，領悟獲得知識內容的方法、思想與思維?！把钦{節”是個體水平穩態與調節的一個實例。教師結合對“糖尿病”的分析，帶領學生從對血糖調節這一生命現象的認知出發，展開對血糖平衡調節機制的探索，使學生理解生命個體的結構和功能相適應，各結構協調統一對內外環境的變化做出反應，通過一定的調節機制保持穩態的重要性。學生從個體水平上認識生命系統的整體性和穩態，形成生命觀念，發展科學思維，提升探究能力，促進核心素養的提升。

1 制定促進生物學學科核心素養發展的學習目標，引領深度學習活動的開展

①能夠基于血糖監測的數值，正確評價一個人是否患有糖尿病，通過分析“正常人飯后血糖隨時間變化”的規律，闡明人體通過激素調節維持體內血糖含量相對穩定的重要意義，發展科學評價生命現象及其意義的能力，促進科學思維的形成和發展。

②通過對有關“人體內升高血糖和降低血糖的途徑”的資料分析，闡明人體內血糖含量的相對穩定是激素等多種因素通過調節細胞代謝的過程來實現的，形成基于生物學事實和證據，進行歸納與概括，探討、剖析生命現象及規律的科學思維習慣和能力。

③參與“建立血糖調節的模型”的模型建構活動，說明胰島素和胰高血糖素在維持血糖含量相對穩定中的作用，感悟“反饋調節機制”對于調節血糖平衡的重要意義，建構血糖調節的概念模型，認同生命系統具有維持自身相對穩定狀態的特性和能力，形成穩態與平衡觀。

④分析糖尿病的病因及藥物治療原理等，增強運用生物學知識對現實問題做出理性解釋、判斷及解決問題的意識，樹立并傳播健康生活理念，能用健康生活理念指導自己和身邊人健康生活，增強社會責任感。

2 設計意義連接的學習任務，助推知識建構和素養發展

教師展示糖尿病及并發癥的圖片，組織學生交流有關糖尿病的相關認知，讓學生感受糖尿病給人類帶來的危害的同時，認同血糖調節在生命中的重要意義，激發學生學習“血糖平衡的調節”相關知識和機理的興趣。

2.1 設計深度體驗的學習活動，為學生搭建探索血糖平衡調節機制的思維平臺

活動1：教師提出問題：“如何檢測一個人是不是糖尿病患者？”并用視頻展示血糖監測的方法和過程，引導學生分析資料1及教師從清晨空腹到飯后若干h內血糖監測結果（表1），從而對教師血糖是否正常做出合理的評價。

表1 教師血糖監測結果

資料1：一般成人的空腹血糖在3.9～6.1 mmol·L-1為正常。如果在6.1～7.0 mmol·L-1之間，則空腹血糖受損，但是不能診斷為糖尿病，需要完善糖耐量試驗。飯后2 h血糖正常值范圍小于7.8 mmol·L-1為正常，超過7.8而小于11.1 mmol·L-1考慮為糖耐量減低，大于等于11.1 mmol·L-1，即可診斷糖尿病。

設計意圖：教師指導學生選擇科學的方法解決問題，引導學生形成科學闡述和解釋生命現象的意識，培養學生獲得和評價證據的能力。

活動2：組織學生將以上血糖監測的數值構建成正常人血糖變化的數學模型（圖1）。

設計意圖：模型曲線可以讓學生直觀地感受到正常人血糖濃度是相對穩定的動態變化過程。學生可以在對“健康人的血糖含量會較長時間保持在正常范圍內”這一血糖變化呈現出的特點，做出理性判斷的同時，推理出正常人體內存在對血糖含量進行調節的機制，而糖尿病患者血糖過高則是因為調節機制失調而導致的，進而展開對血糖平衡調節機制的探索。

活動3：教師以問題為引領，依托文本資料，組織學生對曲線中不同時段血糖濃度變化的原因進行剖析和解釋，厘清血糖變化與細胞內與糖相關的細胞代謝的關系，構建血糖升高和降低途徑的圖示（圖2）。

教師提出問題：①飯后1 h內，血糖升高的主要原因是什么？1 h后，機體內發生的哪些變化能夠使血糖降低？

②在不進食的情況下，6～6.5 h，導致血糖略有升高的原因是什么？6.5 h后血糖再次降低，此時機體內發生了什么變化？與進食1 h后導致血糖降低的變化相比，有什么異同？

③正常機體通過調節能在較長時間內維持血糖含量的相對穩定，其意義是什么？

然后，教師展示資料，引導學生分析。

資料2：血液中的葡萄糖在細胞內氧化分解釋放能量，供細胞生命活動利用，多余的部分可以合成糖原貯藏于肝細胞和肌細胞中。如果葡萄糖還有富余，可以轉變成脂肪和某些氨基酸。糖類在供應充足的情況下，可大量轉化為脂肪。

資料3：貯藏于肝臟細胞和肌肉細胞中的肝糖原和肌糖原的用途（圖3）。

資料4：脂肪是細胞內良好的儲能物質，當生命活動需要時可以分解利用，脂肪一般只在糖類代謝發生障礙，引起供能不足時，分解供能。

設計意圖：教師引導學生利用已掌握的關于食物的消化與吸收、細胞中的有機化合物和細胞呼吸等相關知識進行分析，從而結合資料提供的信息，歸納總結得出：人體內血糖的根本來源是人體通過消化道從食物中攝取，最根本的去路是進入組織細胞氧化分解供能。糖與非糖物質的相互轉化，以及糖原的合成與肝糖原分解都是影響血糖濃度變化重要因素。這一活動能使學生深刻地領悟到組織細胞內與糖相關的細胞代謝是影響血糖變化的關鍵因素，明確機體通過調節維持血糖平衡的最終目的是保證機體獲得正常的能量供應，維持正常的生命活動。教師將內環境圖示和與糖相關的細胞代謝途徑相結合，有助于學生理解內環境的變化會引發機體的自動調節，細胞不僅依賴于內環境而生存，也參與了內環境的形成和相對穩定狀態的維持，加深學生對細胞是生物體結構與生命活動基本單位的認知，促進學生形成結構與功能觀。對數學模型的解釋和分析等探究活動培養了學生尊重事實和證據，運用模型與建模的方法，探討、剖析生命現象及規律的科學思維習慣和能力，助推學生思維能力的提升。

活動4：教師組織學生依托教材上的文本及圖片信息，討論問題：“人體內由誰來完成調節細胞代謝速率的任務？”

設計意圖：教師引導學生理解：胰島B細胞分泌的胰島素和胰島A細胞分泌的胰高血糖素是機體完成血糖調節的主要激素；兩種激素具有不同的功能，分別在不同的狀態下通過對細胞內與血糖降低和升高有關的代謝過程進行調節來維持血糖的相對穩定。學生通過這個過程，培養獲取、整合信息以及綜合分析利用信息的能力。

2.2 開展模型建構活動，為學生搭建信息整合與自我轉換的平臺

深度學習的關鍵是信息的自我轉換，如將單個新學概念同化到原有概念網中，使之結構化；將兩個及以上看似不相關的信息整合在一起，形成新的知識等。通過前面的學習，學生已經具備了機體內血糖變化調節的相關知識。教師利用模型建構活動，引導學生將激素作用特點、反饋調節的機制以及影響血糖平衡的代謝與人體血糖調節的過程有機整合，立體把握。

2.2.1 活動準備

準備“糖卡”（正面寫“每1 L血液中的0.1 g葡萄糖”，背面寫糖原或脂肪的卡片）、“胰島素卡”和“胰高血糖素卡”。并介紹“糖卡”的含義及各卡片的使用原則。

2.2.2 活動過程

兩位學生分別手持“胰島素卡”和“胰高血糖素卡”，教師持“糖卡”，共同完成模擬活動。學生，首先以正常血糖值為0.9 g·L-1為例，構建板圖（圖4）。

教師在表示血液的區域中增加糖卡，創設進食后血糖升高的情境。學生利用卡片模擬機體的調節過程，重復幾次操作，鞏固對激素作用原理的認知。此時，學生應出示一張“胰島素卡”表示胰島素分泌量增加，然后將一張“糖卡”拿出表示血液的區域，并翻轉到書寫糖原的一面，張貼在組織細胞內。此處活動的設計可以評價學生是否理解了激素通過對細胞代謝過程進行調節來調節血糖含量這一作用原理。

接著，教師提出問題：胰腺和肝臟并未直接接觸，胰島B細胞分泌的胰島素如何指導肝臟細胞完成肝糖原的合成？胰島B細胞是如何感知到血糖升高這一信息，進而分泌胰島素的？并引導學生利用教材的插圖2-13和圖5進行分析，并完成血糖升高條件下機體通過胰島素進行調節的概念模型的建構。

設計意圖：教師引導學生認識到構成細胞膜結構的糖蛋白是接收胰島素（信息分子）的受體，歸納出激素通過體液運輸作用于靶細胞、靶器官的作用特點，與細胞膜具有信息交流的功能相聯系，明確激素作用于靶細胞的過程實質是細胞間進行信息交流的過程，胰島B細胞同樣利用了細胞膜上的受體接收血糖升高的信息。這樣可以使學生認識到“信息流”對生命系統維持的重要性，提升學生對結構和功能相適應和生命系統信息觀的認知。學生在建構模型的過程中可以發現自己存在的思維誤區，反思并調整自己的認知，整合信息，形成正確的知識結構。

師生共同模擬血糖降低情況下機體的調節過程，感悟胰島素和胰高血糖素相互拮抗，共同維持血糖含量的穩定。學生依托教材的文本信息，在教師的引導下自主學習，明確“反饋調節”的機制對維持血糖相對穩定的重要意義，進而建立機體以反饋調節機制通過激素調節維持機體穩態的概念，完善胰島素和胰高血糖素共同調節血糖的概念模型（圖6）。然后，教師出示神經系統參與血糖平衡調節過程的圖示（圖7），引導學生理解并形成大概念：生命個體的各結構協調統一，共同完成復雜的生命活動，以適應多變的環境。

設計意圖：在以上模型建構活動中，學生持續地與教學素材和逐級進階的問題進行互動，不斷整合所學知識，形成了具有一定邏輯關系的知識結構。利用板書生成并完善概念模型的過程可以使學生思維得以外顯，促進了學生思維的發展，培養了生物學學科核心素養。

在以上模型建構活動中，學生持續地與教學素材和逐級進階的問題進行互動，不斷整合所學知識，形成了具有一定邏輯關系的知識結構。利用板書生成并完善概念模型的過程可以使學生思維得以外顯，促進了學生思維的發展，培養了生物學學科核心素養。

2.3 開展對糖尿病發病機理、用藥及對健康飲食的討論，為學生搭建學以致用的平臺

教師組織學生應用概念模型分析：“當身體不能產生足夠的胰島素時，將會發生什么變化？”組織學生根據糖尿病常用藥“伏格列波糖片”和“鹽酸二甲雙胍”的藥理作用，分析正確的用藥方式。

教師提供資料，促進學生結合資料分析自己日常飲食習慣，說一說應該做哪些調整。

資料1：研究發現，添加糖吃太多，會顯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%的人群心血管系統疾病風險大約增加了38%，供能21%以上組的死亡率增加了兩倍。

資料2：腸漏癥——腸道菌群失調，與過敏、自身免疫疾病、肥胖、抑郁等多種疾病相關。糖是腸道黏膜上制造漏洞的第一罪魁禍首。

資料3：《中國居民膳食指南（2016）》提出對添加糖攝入量進行限制，每日不超過50 g，最好限制在25 g以內。

設計意圖：學生在參與以上分析和討論的過程中，可以增強對糖尿病發病機理的認知，加深對模型建構方法在科學研究中的作用的理解，提升科學探究能力；增強基于生物學知識，作出理性解釋和判斷，解決生活問題的能力；可以認識到不合理的飲食結構會影響機體的調節功能，明確生命系統的自我調節能力是有限的，形成做相關決策時把握分寸，尊重客觀規律的意識，形成穩態與平衡觀，促進生命觀念的提升；能夠用科學知識和健康生活理念指導生活，增強社會責任感。

3 教后反思

教師指導學生運用科學方法獲取證據，利用已具備的生物學知識分析問題，基于事實和證據剖析血糖調節這一生命現象及調節規律等蘊含高階思維的學習活動，以活動為載體，引領學生不斷深入地探尋和揭示機體調節血糖平衡的機制。學生在建立“血糖監測數值”的數學模型及“血糖調節”的概念模型的過程中，利用模型分析、探索血糖調節機制，解釋糖尿病的病因的過程中，科學思維能力和探究能力得到了提升。學生在解決問題、完成任務中的表現既為教師檢測學習目標的達成情況提供了依據，也為學生提供了自我反思和調整的信息，提升了元認知能力，“教—學—評”的一體化實現了深度教學和深度學習。學生通過這節課認識到了人體的穩態“讓所用細胞共享，靠所有細胞共建”，體悟到穩態與平衡這一生命觀念，有助于其正確認知人類與自然的關系及和諧穩定的重要意義，用辯證唯物主義世界觀看待事物，指導自己的行為，可以說實實在在地實現了學科育人的目標。