實驗探究顯素養(yǎng)模型建構塑觀念

《普通高中生物學課程標準》（2017年版2020年修訂）明確提出“教學過程重實踐”，強調學生學習的過程是主動參與的過程，通過探究性學習活動或完成工程學任務可以加深學生對生物學概念的理解，提升應用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。模型與建模是學習生物學的重要科學方法。在\"甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)\"教學中，筆者以甲亢患者的化驗單為情境導人，以問題驅動學生思考，通過提出假說、設計實驗、分析真實的實驗結果驗證假說；通過資料分析，歸納提煉得出結論，把一個個小結論有機地建構成“申狀腺激素分泌的分級調節(jié)”模型，再利用模型解讀甲亢患者的化驗單，解決實際問題，最終形成生物學觀念，落實生物學核心素養(yǎng)。一、教材分析及思路設計“甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)”是人民教育出版社普通高中生物學教材（2019年版）選擇性必修1《穩(wěn)態(tài)與調節(jié)》第3章第2節(jié)“激素調節(jié)的過程”中的內容。本節(jié)課是在前一節(jié)課學習“血糖調節(jié)”的基礎上對甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)的深人學習，能幫助學生進一步理解激素調節(jié)的過程、機制和特點，是學習第3節(jié)“神經調節(jié)與體液調節(jié)的關系”的知識基礎。本節(jié)課通過實驗探究分別建構甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)和反饋調節(jié)模型，通過資料分析打通甲狀腺激素作用到靶細胞的模型，再把各個小的模型有機地建構成甲狀腺激素分泌和作用到靶細胞調節(jié)生命活動的大模型，最后，利用建構模型解讀甲亢化驗單，結合資料總結激素調節(jié)的特點，通過模型建構，加深學生對甲狀腺激素分泌調節(jié)概念的理解。二、教學目標筆者基于課程標準的內容要求、學業(yè)要求和學業(yè)質量標準，圍繞培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的要求，結合學情，制定了如下教學目標：（1）通過對實驗結果分析和資料分析建構分級調節(jié)和反饋調節(jié)的模型，最終建構出甲狀腺激素分泌調節(jié)的概念模型，理解甲狀腺激素穩(wěn)態(tài)的機制和意義。（2）通過對甲狀腺激素分泌的學習及資料分析，闡明激素在生命活動調節(jié)中作為信息分子的作用。（3）通過實驗的設計和分析，以及模型的建構，讓學生形成實驗探究和建模的意識和能力。通過分析甲亢出現的原因、治療等，強化健康生活意識，指導健康生活。三、教學設計過程環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設情境，引出主題教師講小故事：前幾天，一個朋友很難過地說，他得甲亢了。我問他，你什么時候檢查的呢？他說沒有檢查，但發(fā)現自己出現了易激動、易焦慮的癥狀，與網上查到的甲亢癥狀一樣。我告訴他說，你必須去抽血化驗。那么為什么要抽血呢？抽血化驗的是什么物質呢？如圖1，展示甲亢患者化驗單，教師設問：①根據圖1中數據判斷患者得甲亢的依據是什么？②根據圖1中甲亢患者血清中激素的變化，推測甲狀腺激素（TH，包括FT3和FT4）與促甲狀腺激素（TSH）有什么關系？設計意圖：教師通過真實的故事，引出甲亢的確診需要抽血化驗，激發(fā)學生的學習興趣，導入本節(jié)課的主題—甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)。教師通過引導學生大膽提出假設，依次引出分級調節(jié)和反饋調節(jié)。環(huán)節(jié)二：分析實驗資料，建構甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)模型任務1：分析實驗，得出結論1“垂體分泌的TSH能促進甲狀腺的生長發(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，可以適當恢復甲狀腺的大小。教師設問：該實驗有對照實驗嗎？自變量是什么？因變量是什么？可以得出什么結論？在教師的引導、追問下，學生能回答出實驗有前后自身對照，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兩個，并最終得出結論垂體分泌的TSH能促進甲狀腺的生長發(fā)育和分泌TH。設計意圖：教師通過簡單的實驗分析，引導學生回顧自變量、因變量的設置原則和如何全面、準確地描述自變量、因變量，以及如何準確得出結論，為后面設計實驗打基礎。任務2：分析實驗，得出結論2“下丘腦分泌的TRH可以促進垂體分泌TSH”展示資料2：如果向動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。進一步實驗發(fā)現，將實驗動物下丘腦中分泌TRH的區(qū)域毀壞，血液中的TSH會明顯降低。教師設問：該實驗可以得出什么結論？在教師的引導、追問下，學生能回答出下丘腦分泌的TRH可以促進垂體分泌TSH。設計意圖：通過簡單的資料分析，教師培養(yǎng)學生獲取有效信息和實驗探究的能力，為建構分級調節(jié)提供支架，也為后面的設計實驗打基礎。任務3：歸納總結，建構分級調節(jié)模型根據結論1和結論2得出，TH分泌的調節(jié)是通過下丘腦-垂體-甲狀腺軸來進行的，人們將下丘腦、垂體和靶腺體之間存在的這種分層調控稱為分級調節(jié)。教師設問：研究發(fā)現，血液中TRH含量遠遠小于TSH，TSH含量遠遠小于TH。結合神經系統(tǒng)的分級調節(jié)，說明TH的分級調節(jié)有什么意義？在教師的引導下，學生能回答出分級調節(jié)的意義：可以放大激素的調節(jié)效應，形成多級反饋調節(jié)，有利于精細調控，從而維持機體的穩(wěn)態(tài)。舉例分級調節(jié)：下丘腦-垂體-甲狀腺軸、下丘腦-垂體-性腺軸、下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸。請學生說出分級調節(jié)軸對應的激素，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，強調腎上腺皮質激素和腎上腺素的區(qū)別。設計意圖：根據所學，教師引導學生逐漸建構起分級調節(jié)的概念模型。環(huán)節(jié)三：分析實驗結果，建構甲狀腺激素分泌的反饋調節(jié)模型任務4：設計、分析實驗結果，得出結論3“高濃度的甲狀腺激素能抑制垂體分泌促甲狀腺激素”分小組設計實驗并展示：提供大鼠若干，不同濃度的甲狀腺激素、生理鹽水等實驗所需的各種材料和用具，根據已學的研究激素的摘除法、注射法等，設計實驗驗證高濃度甲狀腺激素可以抑制垂體分泌促甲狀腺激素，要求學生寫出實驗思路并預期實驗的結果。通過小組展示，教師和同學的評價讓學生搞清楚自變量，明確高濃度是和正常的濃度作比較，并設計出生理鹽水組（對照組）和加TH組（低濃度TH組、中濃度TH組、高濃度TH組），分析比較設計2組實驗和4組實驗在結論上的差別。教師展示研究人員的實驗結果垂體TSH分泌量：對照組gt;gt;低濃度TH組gt;中濃度TH組gt;高濃度TH組。學生得出結論3：高濃度的甲狀腺激素能抑制垂體分泌促甲狀腺激素。設計意圖：通過設計實驗、分析實驗結果，教師培養(yǎng)學生的實驗探究能力，獲得結論3并為建構反饋調節(jié)提供支架。任務5：設計、分析實驗結果，得出結論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)現同時測定上述實驗中下丘腦分泌的促甲狀腺激素釋放激素（TRH），結果發(fā)現TRH含量：生理鹽水組gt;gt;實驗組。學生得出結論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。設計意圖：教師引導學生分析實驗結果，培養(yǎng)學生實驗探究能力，獲得結論4并為建構反饋調節(jié)提供支架。任務6：歸納總結，建構反饋調節(jié)模型根據結論3和結論4得出，像甲狀腺激素分泌的結果又會影響下丘腦和垂體的分泌活動，從而影響甲狀腺激素分泌的這種現象稱之為反饋調節(jié)。反饋調節(jié)是指在一個系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身工作的效果反過來又作為信息調節(jié)該系統(tǒng)的工作。請學生列舉反饋調節(jié)的例子并對這些例子進行分類，從而得出反饋調節(jié)的類型：反饋方式有正反饋和負反饋。教師設問：反饋調節(jié)對于生物體有什么意義？通過引導，學生可以得出反饋調節(jié)是生命系統(tǒng)中非常普遍的調節(jié)機制，對于機體維持穩(wěn)態(tài)有重要意義。設計意圖：根據所學內容，教師引導學生逐漸建構反饋調節(jié)的概念模型。解決問題的能力。環(huán)節(jié)四：分析資料，完善甲狀腺激素分泌調節(jié)模型四、教學反思任務7：分析資料，得出結論5“甲狀腺激素能與靶細胞的受體結合而實現調節(jié)功能展示資料4：甲狀腺激素（TH）是一種親脂性激素，可以自由進入細胞，它的受體位于細胞核內，通過調節(jié)靶基因的轉錄而發(fā)揮作用，這就是“基因組作用”。在核糖體、線粒體和細胞膜上也發(fā)現了甲狀腺激素的結合位點，可能對轉錄后加工、線粒體的生物氧化作用和膜的轉運功能均有影響，發(fā)揮快速的“非基因組作用”。教師設問：①TH要與目標細胞（靶細胞）的什么結構結合才能起作用？②TH的受體位于細胞的什么結構？TH與目標細胞（靶細胞）結合后怎么來調節(jié)其生命活動？請舉例說明。學生分析得出，TH要與目標細胞（靶細胞）的受體結合才能起作用，TH的受體位于細胞核內，核糖體、線粒體和細胞膜上也有。學生得出結論5：甲狀腺激素能與靶細胞的受體結合，通過發(fā)揮“非基因組作用”和調節(jié)基因的表達發(fā)揮“基因組作用”而實現調節(jié)功能。設計意圖：通過資料分析，教師引導學生理解激素是一種信號分子，要與靶細胞的受體結合從而實現調節(jié)靶細胞的生命活動。任務8：結合5個結論，完善甲狀腺激素的分泌調節(jié)模型分小組建構：利用前面5個結論，用文字和箭頭在教師的模型上建構補充完整機體分泌甲狀腺激素使產熱增加的過程。設計意圖：根據所學內容，教師引導學生逐漸建構甲狀腺激素分泌調節(jié)和具體起作用整個過程，在課本“甲狀腺激素分泌的分級調節(jié)”的基礎上，完善了對靶細胞起作用，靶細胞通過調節(jié)增加產熱的過程。環(huán)節(jié)五：應用遷移，學以致用通過前面所學，教師引導學生再次解讀甲亢患者的報告單。設問：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？學生已經能夠通過反饋調節(jié)來回答。教師又問：請說出導致甲亢可能的病因。學生會提出甲狀腺腫大等病因。教師呈現數據：據統(tǒng)計，中國的甲亢發(fā)病率約為3.7%此外還有約1000萬甲減患者。這些數據表明，甲狀腺疾病的患者群體相當龐大。討論：該如何治療甲亢和甲減？該如何保護好我們的甲狀腺呢？設計意圖：呼應引入，學以致用。教師在指導學生健康生活的同時，檢查學生課堂學習效果，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性1.確定了以生物學學科素養(yǎng)為導向的教學目標教學目標緊密圍繞生物學學科核心素養(yǎng)，從生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度進行設計。期望學生通過建構甲狀腺激素分泌調節(jié)的概念模型，理解甲狀腺激素穩(wěn)態(tài)的機制和意義，形成穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念；在實驗設計與分析、模型建構的過程中，培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力；通過分析甲亢相關內容，強化健康生活的社會責任意識。教學實踐中，學生在建構模型時，對甲狀腺激素分級調節(jié)和反饋調節(jié)的關系理解較好，初步形成了穩(wěn)態(tài)的生命觀念。但在運用科學思維解決復雜問題，如分析多種因素對甲狀腺激素分泌的綜合影響時，部分學生仍存在困難。在后續(xù)的教學中，教師可以增加拓展性問題，引導學生深入思考，強化科學思維訓練，提升學生運用知識解決復雜問題的能力。2.選擇了以激發(fā)學生學習興趣為目的的教學情境整節(jié)課通過學生較為熟悉的情境導人并一“境”到底，把發(fā)現甲亢、解讀甲亢、理解甲亢和治療甲亢這個過程串成一節(jié)課，讓學生在真實的情境中學習。這一情境成功激發(fā)了學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題，主動參與到對甲狀腺激素相關知識的探究中。在應用遷移環(huán)節(jié)，再次解讀甲亢患者化驗單，并討論如何治療甲亢或甲減，做到了在真實的情境中學習，結合甲亢患者的治療和生活注意事項，讓學生更深刻地理解激素調節(jié)與人體健康的緊密聯系。3.設計了以利于學生學習效果為宗旨的教學過程教學過程中，教師采用實驗探究和模型建構的方法，引導學生逐步深人學習。把較難的甲狀腺激素的分級調節(jié)、反饋調節(jié)，以及對靶細胞起調節(jié)作用分解成5個小的知識點，通過設計實驗、分析實驗結果、閱讀資料，讓學生自主得出5個小的結論，再分別構建分級調節(jié)模型和反饋調節(jié)模型，最后與甲狀腺激素的調節(jié)過程整合在一起，從而獲