实验探究显素养 模型建构塑观念

《普通高中生物学课程标准》（2017年版2020年修订）明确提出“教学过程重实践”，强调学生学习的过程是主动参与的过程，通过探究性学习活动或完成工程学任务可以加深学生对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神。模型与建模是学习生物学的重要科学方法。在"甲状腺激素分泌的分级调节"教学中，笔者以甲亢患者的化验单为情境导人，以问题驱动学生思考，通过提出假说、设计实验、分析真实的实验结果验证假说；通过资料分析，归纳提炼得出结论，把一个个小结论有机地建构成“申状腺激素分泌的分级调节”模型，再利用模型解读甲亢患者的化验单，解决实际问题，最终形成生物学观念，落实生物学核心素养。

一、教材分析及思路设计

“甲状腺激素分泌的分级调节”是人民教育出版社普通高中生物学教材（2019年版）选择性必修1《稳态与调节》第3章第2节“激素调节的过程”中的内容。本节课是在前一节课学习“血糖调节”的基础上对甲状腺激素分泌的分级调节的深人学习，能帮助学生进一步理解激素调节的过程、机制和特点，是学习第3节“神经调节与体液调节的关系”的知识基础。

本节课通过实验探究分别建构甲状腺激素分泌的分级调节和反馈调节模型，通过资料分析打通甲状腺激素作用到靶细胞的模型，再把各个小的模型有机地建构成甲状腺激素分泌和作用到靶细胞调节生命活动的大模型，最后，利用建构模型解读甲亢化验单，结合资料总结激素调节的特点，通过模型建构，加深学生对甲状腺激素分泌调节概念的理解。

二、教学目标

笔者基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，围绕培养学生核心素养的要求，结合学情，制定了如下教学目标：

（1）通过对实验结果分析和资料分析建构分级调节和反馈调节的模型，最终建构出甲状腺激素分泌调节的概念模型，理解甲状腺激素稳态的机制和意义。（2）通过对甲状腺激素分泌的学习及资料分析，阐明激素在生命活动调节中作为信息分子的作用。（3）通过实验的设计和分析，以及模型的建构，让学生形成实验探究和建模的意识和能力。通过分析甲亢出现的原因、治疗等，强化健康生活意识，指导健康生活。

三、教学设计过程

环节一：创设情境，引出主题

教师讲小故事：前几天，一个朋友很难过地说，他得甲亢了。我问他，你什么时候检查的呢？他说没有检查，但发现自己出现了易激动、易焦虑的症状，与网上查到的甲亢症状一样。我告诉他说，你必须去抽血化验。那么为什么要抽血呢？抽血化验的是什么物质呢？

如图1，展示甲亢患者化验单，教师设问： ① 根据图1中数据判断患者得甲亢的依据是什么？ ② 根据图1中甲亢患者血清中激素的变化，推测甲状腺激素（TH，包括FT3和FT4）与促甲状腺激素（TSH）有什么关系？

设计意图：教师通过真实的故事，引出甲亢的确诊需要抽血化验，激发学生的学习兴趣，导入本节课的主题—甲状腺激素分泌的分级调节。教师通过引导学生大胆提出假设，依次引出分级调节和反馈调节。

环节二：分析实验资料，建构甲状腺激素分泌的分级调节模型

任务1：分析实验，得出结论1“垂体分泌的TSH能促进甲状腺的生长发育和分泌TH”

展示资料1：摘除大鼠的垂体，甲状腺将萎缩，甲状腺激素显著减少。如果给该大鼠注射垂体的提取物，可以适当恢复甲状腺的大小。

教师设问：该实验有对照实验吗？自变量是什么？因变量是什么？可以得出什么结论？

在教师的引导、追问下，学生能回答出实验有前后自身对照，自变量是垂体提取物而不是TSH，因变量是甲状腺的大小和甲状腺激素含量两个，并最终得出结论垂体分泌的TSH能促进甲状腺的生长发育和分泌TH。

设计意图：教师通过简单的实验分析，引导学生回顾自变量、因变量的设置原则和如何全面、准确地描述自变量、因变量，以及如何准确得出结论，为后面设计实验打基础。

任务2：分析实验，得出结论2“下丘脑分泌的TRH可以促进垂体分泌TSH”

展示资料2：如果向动物静脉注射下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素（TRH），可增加垂体分泌促甲状腺激素（TSH）的量。进一步实验发现，将实验动物下丘脑中分泌TRH的区域毁坏，血液中的TSH会明显降低。

教师设问：该实验可以得出什么结论？

在教师的引导、追问下，学生能回答出下丘脑分泌的TRH可以促进垂体分泌TSH。

设计意图：通过简单的资料分析，教师培养学生获取有效信息和实验探究的能力，为建构分级调节提供支架，也为后面的设计实验打基础。

任务3：归纳总结，建构分级调节模型

根据结论1和结论2得出，TH分泌的调节是通过下丘脑-垂体-甲状腺轴来进行的，人们将下丘脑、垂体和靶腺体之间存在的这种分层调控称为分级调节。

教师设问：研究发现，血液中TRH含量远远小于TSH，TSH含量远远小于TH。结合神经系统的分级调节，说明TH的分级调节有什么意义？

在教师的引导下，学生能回答出分级调节的意义：可以放大激素的调节效应，形成多级反馈调节，有利于精细调控，从而维持机体的稳态。

举例分级调节：下丘脑-垂体-甲状腺轴、下丘脑-垂 体-性腺轴、下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴。请学生说出分 级调节轴对应的激素，明确下丘脑分泌的是促激素释放 激素，垂体分泌的是促激素，强调肾上腺皮质激素和肾上 腺素的区别。

设计意图：根据所学，教师引导学生逐渐建构起分级调节的概念模型。

环节三：分析实验结果，建构甲状腺激素分泌的反馈调节模型

任务4：设计、分析实验结果，得出结论3“高浓度的甲状腺激素能抑制垂体分泌促甲状腺激素”

分小组设计实验并展示：提供大鼠若干，不同浓度的甲状腺激素、生理盐水等实验所需的各种材料和用具，根据已学的研究激素的摘除法、注射法等，设计实验验证高浓度甲状腺激素可以抑制垂体分泌促甲状腺激素，要求学生写出实验思路并预期实验的结果。

通过小组展示，教师和同学的评价让学生搞清楚自变量，明确高浓度是和正常的浓度作比较，并设计出生理盐水组（对照组）和加TH组（低浓度TH组、中浓度TH组、高浓度TH组），分析比较设计2组实验和4组实验在结论上的差别。

教师展示研究人员的实验结果垂体TSH分泌量：对照组 >> 低浓度TH组>中浓度TH组>高浓度TH组。

学生得出结论3：高浓度的甲状腺激素能抑制垂体分泌促甲状腺激素。

设计意图：通过设计实验、分析实验结果，教师培养学生的实验探究能力，获得结论3并为建构反馈调节提供支架。

任务5：设计、分析实验结果，得出结论4“高浓度的甲状腺激素能抑制下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素”

展示资料3：研究人员发现同时测定上述实验中下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素（TRH），结果发现TRH含量：生理盐水组 >> 实验组。

学生得出结论4：高浓度的甲状腺激素能抑制下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素。

设计意图：教师引导学生分析实验结果，培养学生实验探究能力，获得结论4并为建构反馈调节提供支架。

任务6：归纳总结，建构反馈调节模型

根据结论3和结论4得出，像甲状腺激素分泌的结果又会影响下丘脑和垂体的分泌活动，从而影响甲状腺激素分泌的这种现象称之为反馈调节。反馈调节是指在一个系统中，系统本身工作的效果反过来又作为信息调节该系统的工作。请学生列举反馈调节的例子并对这些例子进行分类，从而得出反馈调节的类型：反馈方式有正反馈和负反馈。

教师设问：反馈调节对于生物体有什么意义？

通过引导，学生可以得出反馈调节是生命系统中非常普遍的调节机制，对于机体维持稳态有重要意义。

设计意图：根据所学内容，教师引导学生逐渐建构反馈调节的概念模型。

解决问题的能力。

环节四：分析资料，完善甲状腺激素分泌调节模型 四、教学反思

任务7：分析资料，得出结论5“甲状腺激素能与靶细胞的受体结合而实现调节功能

展示资料4：甲状腺激素（TH）是一种亲脂性激素，可以自由进入细胞，它的受体位于细胞核内，通过调节靶基因的转录而发挥作用，这就是“基因组作用”。在核糖体、线粒体和细胞膜上也发现了甲状腺激素的结合位点，可能对转录后加工、线粒体的生物氧化作用和膜的转运功能均有影响，发挥快速的“非基因组作用”。

教师设问： ①TH 要与目标细胞（靶细胞）的什么结构结合才能起作用？ ② TH的受体位于细胞的什么结构？TH与目标细胞（靶细胞）结合后怎么来调节其生命活动？请举例说明。

学生分析得出，TH要与目标细胞（靶细胞）的受体结合才能起作用，TH的受体位于细胞核内，核糖体、线粒体和细胞膜上也有。

学生得出结论5：甲状腺激素能与靶细胞的受体结合，通过发挥“非基因组作用”和调节基因的表达发挥“基因组作用”而实现调节功能。

设计意图：通过资料分析，教师引导学生理解激素是一种信号分子，要与靶细胞的受体结合从而实现调节靶细胞的生命活动。

任务8：结合5个结论，完善甲状腺激素的分泌调节模型

分小组建构：利用前面5个结论，用文字和箭头在教师的模型上建构补充完整机体分泌甲状腺激素使产热增加的过程。

设计意图：根据所学内容，教师引导学生逐渐建构甲状腺激素分泌调节和具体起作用整个过程，在课本“甲状腺激素分泌的分级调节”的基础上，完善了对靶细胞起作用，靶细胞通过调节增加产热的过程。

环节五：应用迁移，学以致用

通过前面所学，教师引导学生再次解读甲亢患者的报告单。

设问：为什么该甲亢患者的TH（包括FT3和FT4）偏高，而TSH反而明显偏低呢？

学生已经能够通过反馈调节来回答。

教师又问：请说出导致甲亢可能的病因。

学生会提出甲状腺肿大等病因。

教师呈现数据：据统计，中国的甲亢发病率约为 3.7% 此外还有约1000万甲减患者。这些数据表明，甲状腺疾病的患者群体相当庞大。

讨论：该如何治疗甲亢和甲减？该如何保护好我们的甲状腺呢？

设计意图：呼应引入，学以致用。教师在指导学生健康生活的同时，检查学生课堂学习效果，培养学生创造性

1.确定了以生物学学科素养为导向的教学目标

教学目标紧密围绕生物学学科核心素养，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度进行设计。期望学生通过建构甲状腺激素分泌调节的概念模型，理解甲状腺激素稳态的机制和意义，形成稳态与平衡的生命观念；在实验设计与分析、模型建构的过程中，培养学生的科学思维和科学探究能力；通过分析甲亢相关内容，强化健康生活的社会责任意识。

教学实践中，学生在建构模型时，对甲状腺激素分级调节和反馈调节的关系理解较好，初步形成了稳态的生命观念。但在运用科学思维解决复杂问题，如分析多种因素对甲状腺激素分泌的综合影响时，部分学生仍存在困难。在后续的教学中，教师可以增加拓展性问题，引导学生深入思考，强化科学思维训练，提升学生运用知识解决复杂问题的能力。

2.选择了以激发学生学习兴趣为目的的教学情境

整节课通过学生较为熟悉的情境导人并一“境”到底，把发现甲亢、解读甲亢、理解甲亢和治疗甲亢这个过程串成一节课，让学生在真实的情境中学习。这一情境成功激发了学生的好奇心和探究欲，使其迅速融人课堂，积极思考教师提出的问题，主动参与到对甲状腺激素相关知识的探究中。在应用迁移环节，再次解读甲亢患者化验单，并讨论如何治疗甲亢或甲减，做到了在真实的情境中学习，结合甲亢患者的治疗和生活注意事项，让学生更深刻地理解激素调节与人体健康的紧密联系。

3.设计了以利于学生学习效果为宗旨的教学过程

教学过程中，教师采用实验探究和模型建构的方法，引导学生逐步深人学习。把较难的甲状腺激素的分级调节、反馈调节，以及对靶细胞起调节作用分解成5个小的知识点，通过设计实验、分析实验结果、阅读资料，让学生自主得出5个小的结论，再分别构建分级调节模型和反馈调节模型，最后与甲状腺激素的调节过程整合在一起，从而获得甲状腺激素分泌和调节的整个概念模型。教学过程化繁为简、化难为易，实现了教学难点的各个击破。

4.整合了以促进学生深度学习为核心的教学资源

为帮助学生深度学习，教师筛选、整合了多种教学资源，如实验资料、阅读资料、动画演示等。实验资料让学生理性感知甲状腺激素分泌调节的过程，阅读资料有利于帮助学生深度理解，动画演示则将抽象的调节机制形象化，有利于帮助学生建立甲状腺激素分泌和调节的模型。课程通过资料 → 假说 → 实验验证或资料实证，促进了学生的深度学习，提高了科学探究能力，发展了生物学核心素养。