實(shí)驗(yàn)探究顯素養(yǎng)模型建構(gòu)塑觀念

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）明確提出“教學(xué)過(guò)程重實(shí)踐”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程是主動(dòng)參與的過(guò)程，通過(guò)探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)或完成工程學(xué)任務(wù)可以加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。模型與建模是學(xué)習(xí)生物學(xué)的重要科學(xué)方法。在\"甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)\"教學(xué)中，筆者以甲亢患者的化驗(yàn)單為情境導(dǎo)人，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考，通過(guò)提出假說(shuō)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證假說(shuō)；通過(guò)資料分析，歸納提煉得出結(jié)論，把一個(gè)個(gè)小結(jié)論有機(jī)地建構(gòu)成“申?duì)钕偌に胤置诘姆旨?jí)調(diào)節(jié)”模型，再利用模型解讀甲亢患者的化驗(yàn)單，解決實(shí)際問(wèn)題，最終形成生物學(xué)觀念，落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)。一、教材分析及思路設(shè)計(jì)“甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)”是人民教育出版社普通高中生物學(xué)教材（2019年版）選擇性必修1《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第3章第2節(jié)“激素調(diào)節(jié)的過(guò)程”中的內(nèi)容。本節(jié)課是在前一節(jié)課學(xué)習(xí)“血糖調(diào)節(jié)”的基礎(chǔ)上對(duì)甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)的深人學(xué)習(xí)，能幫助學(xué)生進(jìn)一步理解激素調(diào)節(jié)的過(guò)程、機(jī)制和特點(diǎn)，是學(xué)習(xí)第3節(jié)“神經(jīng)調(diào)節(jié)與體液調(diào)節(jié)的關(guān)系”的知識(shí)基礎(chǔ)。本節(jié)課通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究分別建構(gòu)甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)和反饋調(diào)節(jié)模型，通過(guò)資料分析打通甲狀腺激素作用到靶細(xì)胞的模型，再把各個(gè)小的模型有機(jī)地建構(gòu)成甲狀腺激素分泌和作用到靶細(xì)胞調(diào)節(jié)生命活動(dòng)的大模型，最后，利用建構(gòu)模型解讀甲亢化驗(yàn)單，結(jié)合資料總結(jié)激素調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，通過(guò)模型建構(gòu)，加深學(xué)生對(duì)甲狀腺激素分泌調(diào)節(jié)概念的理解。二、教學(xué)目標(biāo)筆者基于課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，結(jié)合學(xué)情，制定了如下教學(xué)目標(biāo)：（1）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和資料分析建構(gòu)分級(jí)調(diào)節(jié)和反饋調(diào)節(jié)的模型，最終建構(gòu)出甲狀腺激素分泌調(diào)節(jié)的概念模型，理解甲狀腺激素穩(wěn)態(tài)的機(jī)制和意義。（2）通過(guò)對(duì)甲狀腺激素分泌的學(xué)習(xí)及資料分析，闡明激素在生命活動(dòng)調(diào)節(jié)中作為信息分子的作用。（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和分析，以及模型的建構(gòu)，讓學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)探究和建模的意識(shí)和能力。通過(guò)分析甲亢出現(xiàn)的原因、治療等，強(qiáng)化健康生活意識(shí)，指導(dǎo)健康生活。三、教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引出主題教師講小故事：前幾天，一個(gè)朋友很難過(guò)地說(shuō)，他得甲亢了。我問(wèn)他，你什么時(shí)候檢查的呢？他說(shuō)沒(méi)有檢查，但發(fā)現(xiàn)自己出現(xiàn)了易激動(dòng)、易焦慮的癥狀，與網(wǎng)上查到的甲亢癥狀一樣。我告訴他說(shuō)，你必須去抽血化驗(yàn)。那么為什么要抽血呢？抽血化驗(yàn)的是什么物質(zhì)呢？如圖1，展示甲亢患者化驗(yàn)單，教師設(shè)問(wèn)：①根據(jù)圖1中數(shù)據(jù)判斷患者得甲亢的依據(jù)是什么？②根據(jù)圖1中甲亢患者血清中激素的變化，推測(cè)甲狀腺激素（TH，包括FT3和FT4）與促甲狀腺激素（TSH）有什么關(guān)系？設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)真實(shí)的故事，引出甲亢的確診需要抽血化驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)入本節(jié)課的主題—甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)。教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生大膽提出假設(shè)，依次引出分級(jí)調(diào)節(jié)和反饋調(diào)節(jié)。環(huán)節(jié)二：分析實(shí)驗(yàn)資料，建構(gòu)甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)模型任務(wù)1：分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論1“垂體分泌的TSH能促進(jìn)甲狀腺的生長(zhǎng)發(fā)育和分泌TH”展示資料1：摘除大鼠的垂體，甲狀腺將萎縮，甲狀腺激素顯著減少。如果給該大鼠注射垂體的提取物，可以適當(dāng)恢復(fù)甲狀腺的大小。教師設(shè)問(wèn)：該實(shí)驗(yàn)有對(duì)照實(shí)驗(yàn)嗎？自變量是什么？因變量是什么？可以得出什么結(jié)論？在教師的引導(dǎo)、追問(wèn)下，學(xué)生能回答出實(shí)驗(yàn)有前后自身對(duì)照，自變量是垂體提取物而不是TSH，因變量是甲狀腺的大小和甲狀腺激素含量?jī)蓚€(gè)，并最終得出結(jié)論垂體分泌的TSH能促進(jìn)甲狀腺的生長(zhǎng)發(fā)育和分泌TH。設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)分析，引導(dǎo)學(xué)生回顧自變量、因變量的設(shè)置原則和如何全面、準(zhǔn)確地描述自變量、因變量，以及如何準(zhǔn)確得出結(jié)論，為后面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)打基礎(chǔ)。任務(wù)2：分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論2“下丘腦分泌的TRH可以促進(jìn)垂體分泌TSH”展示資料2：如果向動(dòng)物靜脈注射下丘腦分泌的促甲狀腺激素釋放激素（TRH），可增加垂體分泌促甲狀腺激素（TSH）的量。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物下丘腦中分泌TRH的區(qū)域毀壞，血液中的TSH會(huì)明顯降低。教師設(shè)問(wèn)：該實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論？在教師的引導(dǎo)、追問(wèn)下，學(xué)生能回答出下丘腦分泌的TRH可以促進(jìn)垂體分泌TSH。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)簡(jiǎn)單的資料分析，教師培養(yǎng)學(xué)生獲取有效信息和實(shí)驗(yàn)探究的能力，為建構(gòu)分級(jí)調(diào)節(jié)提供支架，也為后面的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)打基礎(chǔ)。任務(wù)3：歸納總結(jié)，建構(gòu)分級(jí)調(diào)節(jié)模型根據(jù)結(jié)論1和結(jié)論2得出，TH分泌的調(diào)節(jié)是通過(guò)下丘腦-垂體-甲狀腺軸來(lái)進(jìn)行的，人們將下丘腦、垂體和靶腺體之間存在的這種分層調(diào)控稱(chēng)為分級(jí)調(diào)節(jié)。教師設(shè)問(wèn)：研究發(fā)現(xiàn)，血液中TRH含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于TSH，TSH含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于TH。結(jié)合神經(jīng)系統(tǒng)的分級(jí)調(diào)節(jié)，說(shuō)明TH的分級(jí)調(diào)節(jié)有什么意義？在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生能回答出分級(jí)調(diào)節(jié)的意義：可以放大激素的調(diào)節(jié)效應(yīng)，形成多級(jí)反饋調(diào)節(jié)，有利于精細(xì)調(diào)控，從而維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)。舉例分級(jí)調(diào)節(jié)：下丘腦-垂體-甲狀腺軸、下丘腦-垂體-性腺軸、下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸。請(qǐng)學(xué)生說(shuō)出分級(jí)調(diào)節(jié)軸對(duì)應(yīng)的激素，明確下丘腦分泌的是促激素釋放激素，垂體分泌的是促激素，強(qiáng)調(diào)腎上腺皮質(zhì)激素和腎上腺素的區(qū)別。設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)所學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生逐漸建構(gòu)起分級(jí)調(diào)節(jié)的概念模型。環(huán)節(jié)三：分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建構(gòu)甲狀腺激素分泌的反饋調(diào)節(jié)模型任務(wù)4：設(shè)計(jì)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論3“高濃度的甲狀腺激素能抑制垂體分泌促甲狀腺激素”分小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并展示：提供大鼠若干，不同濃度的甲狀腺激素、生理鹽水等實(shí)驗(yàn)所需的各種材料和用具，根據(jù)已學(xué)的研究激素的摘除法、注射法等，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證高濃度甲狀腺激素可以抑制垂體分泌促甲狀腺激素，要求學(xué)生寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路并預(yù)期實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。通過(guò)小組展示，教師和同學(xué)的評(píng)價(jià)讓學(xué)生搞清楚自變量，明確高濃度是和正常的濃度作比較，并設(shè)計(jì)出生理鹽水組（對(duì)照組）和加TH組（低濃度TH組、中濃度TH組、高濃度TH組），分析比較設(shè)計(jì)2組實(shí)驗(yàn)和4組實(shí)驗(yàn)在結(jié)論上的差別。教師展示研究人員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果垂體TSH分泌量：對(duì)照組gt;gt;低濃度TH組gt;中濃度TH組gt;高濃度TH組。學(xué)生得出結(jié)論3：高濃度的甲狀腺激素能抑制垂體分泌促甲狀腺激素。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，獲得結(jié)論3并為建構(gòu)反饋調(diào)節(jié)提供支架。任務(wù)5：設(shè)計(jì)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論4“高濃度的甲狀腺激素能抑制下丘腦分泌促甲狀腺激素釋放激素”展示資料3：研究人員發(fā)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定上述實(shí)驗(yàn)中下丘腦分泌的促甲狀腺激素釋放激素（TRH），結(jié)果發(fā)現(xiàn)TRH含量：生理鹽水組gt;gt;實(shí)驗(yàn)組。學(xué)生得出結(jié)論4：高濃度的甲狀腺激素能抑制下丘腦分泌促甲狀腺激素釋放激素。設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力，獲得結(jié)論4并為建構(gòu)反饋調(diào)節(jié)提供支架。任務(wù)6：歸納總結(jié)，建構(gòu)反饋調(diào)節(jié)模型根據(jù)結(jié)論3和結(jié)論4得出，像甲狀腺激素分泌的結(jié)果又會(huì)影響下丘腦和垂體的分泌活動(dòng)，從而影響甲狀腺激素分泌的這種現(xiàn)象稱(chēng)之為反饋調(diào)節(jié)。反饋調(diào)節(jié)是指在一個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身工作的效果反過(guò)來(lái)又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作。請(qǐng)學(xué)生列舉反饋調(diào)節(jié)的例子并對(duì)這些例子進(jìn)行分類(lèi)，從而得出反饋調(diào)節(jié)的類(lèi)型：反饋方式有正反饋和負(fù)反饋。教師設(shè)問(wèn)：反饋調(diào)節(jié)對(duì)于生物體有什么意義？通過(guò)引導(dǎo)，學(xué)生可以得出反饋調(diào)節(jié)是生命系統(tǒng)中非常普遍的調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)于機(jī)體維持穩(wěn)態(tài)有重要意義。設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生逐漸建構(gòu)反饋調(diào)節(jié)的概念模型。解決問(wèn)題的能力。環(huán)節(jié)四：分析資料，完善甲狀腺激素分泌調(diào)節(jié)模型四、教學(xué)反思任務(wù)7：分析資料，得出結(jié)論5“甲狀腺激素能與靶細(xì)胞的受體結(jié)合而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能展示資料4：甲狀腺激素（TH）是一種親脂性激素，可以自由進(jìn)入細(xì)胞，它的受體位于細(xì)胞核內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄而發(fā)揮作用，這就是“基因組作用”。在核糖體、線(xiàn)粒體和細(xì)胞膜上也發(fā)現(xiàn)了甲狀腺激素的結(jié)合位點(diǎn)，可能對(duì)轉(zhuǎn)錄后加工、線(xiàn)粒體的生物氧化作用和膜的轉(zhuǎn)運(yùn)功能均有影響，發(fā)揮快速的“非基因組作用”。教師設(shè)問(wèn)：①TH要與目標(biāo)細(xì)胞（靶細(xì)胞）的什么結(jié)構(gòu)結(jié)合才能起作用？②TH的受體位于細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)？TH與目標(biāo)細(xì)胞（靶細(xì)胞）結(jié)合后怎么來(lái)調(diào)節(jié)其生命活動(dòng)？請(qǐng)舉例說(shuō)明。學(xué)生分析得出，TH要與目標(biāo)細(xì)胞（靶細(xì)胞）的受體結(jié)合才能起作用，TH的受體位于細(xì)胞核內(nèi)，核糖體、線(xiàn)粒體和細(xì)胞膜上也有。學(xué)生得出結(jié)論5：甲狀腺激素能與靶細(xì)胞的受體結(jié)合，通過(guò)發(fā)揮“非基因組作用”和調(diào)節(jié)基因的表達(dá)發(fā)揮“基因組作用”而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)資料分析，教師引導(dǎo)學(xué)生理解激素是一種信號(hào)分子，要與靶細(xì)胞的受體結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)靶細(xì)胞的生命活動(dòng)。任務(wù)8：結(jié)合5個(gè)結(jié)論，完善甲狀腺激素的分泌調(diào)節(jié)模型分小組建構(gòu)：利用前面5個(gè)結(jié)論，用文字和箭頭在教師的模型上建構(gòu)補(bǔ)充完整機(jī)體分泌甲狀腺激素使產(chǎn)熱增加的過(guò)程。設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生逐漸建構(gòu)甲狀腺激素分泌調(diào)節(jié)和具體起作用整個(gè)過(guò)程，在課本“甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)”的基礎(chǔ)上，完善了對(duì)靶細(xì)胞起作用，靶細(xì)胞通過(guò)調(diào)節(jié)增加產(chǎn)熱的過(guò)程。環(huán)節(jié)五：應(yīng)用遷移，學(xué)以致用通過(guò)前面所學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生再次解讀甲亢患者的報(bào)告單。設(shè)問(wèn)：為什么該甲亢患者的TH（包括FT3和FT4）偏高，而TSH反而明顯偏低呢？學(xué)生已經(jīng)能夠通過(guò)反饋調(diào)節(jié)來(lái)回答。教師又問(wèn)：請(qǐng)說(shuō)出導(dǎo)致甲亢可能的病因。學(xué)生會(huì)提出甲狀腺腫大等病因。教師呈現(xiàn)數(shù)據(jù)：據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的甲亢發(fā)病率約為3.7%此外還有約1000萬(wàn)甲減患者。這些數(shù)據(jù)表明，甲狀腺疾病的患者群體相當(dāng)龐大。討論：該如何治療甲亢和甲減？該如何保護(hù)好我們的甲狀腺呢？設(shè)計(jì)意圖：呼應(yīng)引入，學(xué)以致用。教師在指導(dǎo)學(xué)生健康生活的同時(shí)，檢查學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性1.確定了以生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)緊密?chē)@生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任四個(gè)維度進(jìn)行設(shè)計(jì)。期望學(xué)生通過(guò)建構(gòu)甲狀腺激素分泌調(diào)節(jié)的概念模型，理解甲狀腺激素穩(wěn)態(tài)的機(jī)制和意義，形成穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念；在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析、模型建構(gòu)的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力；通過(guò)分析甲亢相關(guān)內(nèi)容，強(qiáng)化健康生活的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生在建構(gòu)模型時(shí)，對(duì)甲狀腺激素分級(jí)調(diào)節(jié)和反饋調(diào)節(jié)的關(guān)系理解較好，初步形成了穩(wěn)態(tài)的生命觀念。但在運(yùn)用科學(xué)思維解決復(fù)雜問(wèn)題，如分析多種因素對(duì)甲狀腺激素分泌的綜合影響時(shí)，部分學(xué)生仍存在困難。在后續(xù)的教學(xué)中，教師可以增加拓展性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，強(qiáng)化科學(xué)思維訓(xùn)練，提升學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。2.選擇了以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為目的的教學(xué)情境整節(jié)課通過(guò)學(xué)生較為熟悉的情境導(dǎo)人并一“境”到底，把發(fā)現(xiàn)甲亢、解讀甲亢、理解甲亢和治療甲亢這個(gè)過(guò)程串成一節(jié)課，讓學(xué)生在真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)。這一情境成功激發(fā)了學(xué)生的好奇心和探究欲，使其迅速融人課堂，積極思考教師提出的問(wèn)題，主動(dòng)參與到對(duì)甲狀腺激素相關(guān)知識(shí)的探究中。在應(yīng)用遷移環(huán)節(jié)，再次解讀甲亢患者化驗(yàn)單，并討論如何治療甲亢或甲減，做到了在真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)，結(jié)合甲亢患者的治療和生活注意事項(xiàng)，讓學(xué)生更深刻地理解激素調(diào)節(jié)與人體健康的緊密聯(lián)系。3.設(shè)計(jì)了以利于學(xué)生學(xué)習(xí)效果為宗旨的教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程中，教師采用實(shí)驗(yàn)探究和模型建構(gòu)的方法，引導(dǎo)學(xué)生逐步深人學(xué)習(xí)。把較難的甲狀腺激素的分級(jí)調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)，以及對(duì)靶細(xì)胞起調(diào)節(jié)作用分解成5個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、閱讀資料，讓學(xué)生自主得出5個(gè)小的結(jié)論，再分別構(gòu)建分級(jí)調(diào)節(jié)模型和反饋調(diào)節(jié)模型，最后與甲狀腺激素的調(diào)節(jié)過(guò)程整合在一起，從而獲