基于概念模型建构的“体液调节”单元教学设计

［摘 要］文章以“体液调节”单元教学为例，通过创设相关情境，引导学生建构生命活动调节的概念模型，帮助学生理解抽象知识，培养学生的模型建构能力，为高中生物学单元教学实践提供参考。

［关键词］概念模型；模型建构；单元教学设计

［中图分类号］    G633.91        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）20-0094-03

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的概括性描述，有的模型借助具体的实物或其他形象化的手段表达，有的模型则通过抽象的形式来表达，能反映出原型的本质特征[1]。在生物教学中，模型建构是指用物质形式或思维形式建构生物模型，使生物事实更直观化和简单化，从而帮助学生理解概念，认识新事物。建模能力的培养是提升学生生物学学科核心素养的重要内容。

高中生物学教学中的概念模型是通过图示、文字及符号等组成的流程图的形式描述、阐明生物生命活动的规律和机理，展现事物之间关系的一种模型，主要包括概念图和流程图。

围绕重要概念进行单元教学已成为高中生物学教学的发展趋势。单元是同一主题下相对独立且自成系统的内容整体，是基于学科核心素养实现教学目标，以相关主题与任务为线索串联教学内容的基本单位[2]。“体液调节”一章概念数量多，调节过程抽象且复杂，建构概念模型有利于学生将抽象知识具体化，加强对概念的理解，构建知识体系。

一、单元教学内容分析

“体液调节”是人教版高中生物学选择性必修1第3章的内容，与第2章“神经调节”和第4章“免疫调节”一起形成对第1章中“神经—体液—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制”内容的延伸和补充。本章可独立进行单元教学设计，包含激素与内分泌系统、激素调节的过程、体液调节与神经调节的关系三节内容。

二、单元教学目标

依据课程标准和生物学学科核心素养培养的相关要求，本单元的教学目标如下：

1.通过促胰液素的发现历程及胰岛素相关实验等，理解激素调节和神经调节的区别，强化发现问题、作出假设和验证假设等能力的培育。

2.通过建构人体主要内分泌腺及其分泌的激素概念模型，阐述组成人体的主要内分泌腺及其功能，并举例说明它们的联系。

3.通过建构人体血糖调节、下丘脑—垂体—靶腺轴调节的模型，说明分级调节和反馈调节机制对机体维持稳态的意义，并概括出激素调节的特点。

4.通过建构体温调节和水盐平衡调节的概念模型，概括神经调节和体液调节的相互协调关系，并对两种调节方式进行比较。

5.通过分析与激素调节相关的疾病类型、病因、预防和治疗等知识，树立健康生活的观念，指导健康生活。

三、单元教学设计框架

血糖调节、甲状腺激素分泌的调节、体温调节、水盐平衡调节是本单元的教学重点，其中分级调节和反馈调节机制对内环境稳态有着十分重要的意义。本文通过合理创设情境，将这些调节内容联系起来，引导学生建构相应的概念模型，直观地表现生物现象所蕴含的规律，帮助学生有效建构本单元的学科概念。本单元教学设计框架如图1所示。

四、单元教学设计的课时及活动

（一）激素与内分泌系统（2课时）

在第1课时的教学中播放《球王梅西》纪录片，由幼年时期缺乏生长激素会导致侏儒症的话题创设问题情境，引发学生思考：什么是激素？人类是如何发现激素的？激素有什么作用？学生通过阅读“促胰液素的发现”，体验科学发现的过程，相互合作归纳出沃泰默实验的过程和结论、斯他林和贝利斯实验的巧妙之处以及巴甫洛夫对实验的验证，认同“科学结论的得出需要严谨的实验设计和多次实验验证”的观点，同时培养学生敢于质疑、小心求证的批判性思维和创新思维。

在第2课时的教学中，安排学生自主阅读“内分泌系统的组成和功能”部分内容，并以小组为单位进行讨论，结合教师所给材料完成“人体主要内分泌腺及其分泌的激素”概念模型任务单（见图2），由小组代表进行结果展示，并进行多元评价。教师发起青少年因不满意身高而注射生长激素的话题组织学生积极讨论，分析激素使用的利弊，提升学生的逻辑能力、表达能力以及辩证看待问题的能力；补充展示其他动物激素在生产实践中的应用实例，引入相关热点问题，帮助学生树立尊重自然、慎用激素的观点，落实社会责任意识的培养。

（二）激素调节的过程（2课时）

第1课时的教学基于纪录片《球王梅西》中“足球比赛耗时长，运动员无法进食感觉饥饿”的片段创设问题情境：长时间运动后，身体如何补充大量消耗的葡萄糖？血糖的来源和去路是否受激素调节？激素是如何发挥作用的？神经系统是否参与了血糖调节？引导学生思考与讨论并建构血糖的来源和去向的概念模型，在该概念模型的基础上再分别建构高血糖条件下和低血糖条件下的血糖调节模型，厘清胰高血糖素和胰岛素的作用，同时加深对反馈调节的理解。在此基础上，教师补充“血糖的升高和降低会导致下丘脑某个区域兴奋，并通过神经系统作用于胰岛细胞”的信息，由学生对之前建构的模型进行补充和完善，最终完成“血糖调节”概念模型任务单（见图3）。教师展示糖尿病的相关资料，由学生扮演医生，向“患者”解释糖尿病的病因、发病原理以及危害，并为“患者”制订合理的健康生活计划，培养学生应用模型解决问题的能力。

第2课时的教学由足球比赛中球员需要保持兴奋状态的话题引入甲状腺激素的生理功能，并创设问题情境：甲状腺激素的分泌量是如何调节的？教师展示相关资料，引导学生讨论以下问题：在甲状腺激素的分泌过程中，下丘脑和甲状腺之间有何关系？在正常情况下，血液中的甲状腺激素水平为何总能维持在一定范围内？学生讨论后对教材“甲状腺激素分泌的分级调节和反馈调节”概念模型图加以理解，并结合肾上腺素和性激素的调节完成“下丘脑—垂体—靶腺轴”分级调节和负反馈调节的概念模型任务单（见图4），理解机体稳态的维持离不开有序调节。教师展示甲状腺激素监测报告单，引导学生归纳激素调节的特点；再展示甲亢和甲减等常见甲状腺疾病的症状和相关介绍，组织学生分析讨论不同疾病的病因、预防方法及治疗方案等，促进学生认同健康生活习惯的重要性。

（三）体液调节与神经调节的关系（2课时）

第1课时的教学先由足球运动员在比赛中感觉到很热的话题创设问题情境：热的感觉在何处产生？感觉炎热时身体有哪些表现？此时体温是否会显著升高？引导学生了解人体产热和散热的机制，并结合教材中体温调节的示意图，建构出炎热环境中体温调节的概念模型，分小组展示结果并进行评价。接着，教师提出新问题：在寒冷环境中身体会有哪些表现？人如何保持体温恒定？引导学生自主阅读课本，并分组讨论，合作建构“寒冷环境中的体温调节”概念模型，分小组展示结果并进行评价。由于“体温调节”概念模型相对复杂，因此教师可分步引导，两部分模型建构成功后，指导学生分析模型中神经调节和激素调节的内容，厘清甲状腺激素分泌和肾上腺素分泌的差异，并理解下丘脑是连接两部分的关键结构，此时再组织学生完成“体温调节”概念模型任务单（见图5），促进学生认同人体体温的相对恒定依赖于神经—体液调节，培养学生的归纳与概括能力。最后，让学生分享冬季从教室进入室外寒冷环境的感受，并分析各种生理现象出现的原理，加强对概念模型的运用。

第2课时的教学由足球运动员在比赛中感觉到很渴的话题创设问题情境：长时间运动后应补充纯水还是淡盐水？水和盐分别有哪些摄入与排出的途径？饮水不足的情况下尿量会减少，机体如何调节这个过程？教师引导学生回顾初中生物学知识“尿液的形成过程和重吸收的意义”。学生借助教师提供的文字卡片和相关信息材料初步建构“饮水不足的生理性调节”概念模型。教师提出问题：渴觉在何处产生？产生渴觉后，人会有什么行为？结果如何？学生借助相关文字卡片，进一步补充“饮水不足时的水平衡行为调节”概念模型。接着，教师追问：尿和汗的排出也会带走部分无机盐，当细胞外液的钠离子含量过低时，机体会有什么反应？学生根据相关材料建构并完善水盐平衡调节的概念模型，完成教师提供的“水盐平衡调节”概念模型任务单（见图6），并进行结果展示和小组评价。教师展示教材相关思考讨论题，如为什么不能等渴了再喝水？长期食用过咸的食物会有什么影响？长期饮食过于清淡会有什么影响？引导学生运用模型解决问题。教师展示学生已完成的“体温调节”概念模型和“水盐平衡调节”概念模型，引导学生分析神经调节和体液调节协调配合的机制，并归纳总结两种调节之间的关系。

五、单元教学反思

自生物学学科核心素养提出以来，广大生物学教师在教学实践中不断探索落实核心素养的有效策略。落实核心素养的教学，需要将知识结构化，设置比较大的主题或者项目，以问题解决任务为驱动，并在解决问题的实践中提升学生的素养和能力[3]。单元教学是落实核心素养培养目标的有效路径。本单元教学设计以特定情境贯穿整个单元学习，通过创设一系列问题情境聚焦教学内容，设置主题任务单引导学生建构不同的概念模型，并运用模型解释生活中的相关现象，聚焦本单元重要概念的建构，加深学生对单元概念的理解。在本单元教学中采取“情境—问题—模型建构—模型运用”的教学模式，不断深化概念模型的建构及应用模型解决现实问题，有效培养学生的生物学学科核心素养。

［   参   考   文   献   ］

[1]  中国高考报告学术委员会.高考政策与命题解读[M].北京：现代教育出版社，2021：140-141.

[2]  王春易. 从教走向学：在课堂上落实核心素养[M].北京：中国人民大学出版社，2020：49-59.

[3]  吴开其，魏诗琴，崔鸿. 以“概念—情境—问题”为中心的单元整体教学[J].中学生物教学，2023（4）：26-29.

（责任编辑 罗 艳）