生物学教学中学生活动的设计策略——以“内环境的稳态”一节为例
时间：2022-11-06 08:20:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
陈卫东
（江苏省南通市天星湖中学 江苏南通 226010）
教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划。教学设计一般包括教学目标、教学重难点、教学方法、教学步骤与时间分配等环节。学生活动从属教学步骤环节。教师设计学生活动，旨在凸显学生主体地位，引导学生参与知识建构，主动获取知识，提升生物学科核心素养。
“内环境的稳态”是人教版《选择性必修1·稳态与调节》第一章第二节。本节课包括“内环境的动态变化”“对稳态调节机制的认识”“内环境稳态的重要意义”。学生通过学习，可以建构起内环境稳态的概念，掌握神经—体液—免疫调节机制，理解内环境稳态是生物生命活动的必要条件。笔者例举本节课中几个学生活动，讨论设计理念、设计策略。
1.1 教学案例（一）
教师提出问题：人体生活在一个多变的环境中，寒来暑往，其内环境是如何保持稳定的呢？
学生开展活动①“探究血浆酸碱平衡”。基于教师提供的清水、缓冲液、牛血清、物质量浓度为0.1 mol/L的盐酸溶液、物质量浓度为0.1 mol/L的NaOH溶液、小烧杯、酸碱指示剂等其他必要的器材，模拟探究外来酸碱性物质进入机体后内环境pH的变化（表1）。
材料物质量浓度0.1 mol/L的盐酸溶液加入不同数量液滴后的pH 0 5 10 15 20 25 30清水缓冲液牛血清物质量浓度0.1 mol/L的NaOH溶液加入不同数量液滴后的pH 0 5 10 15 20 25 30
实验现象：加入少量的碱性或酸性物质，血清和缓冲液的pH基本不变。
学生得出推论：外界环境变化，机体内环境的pH可以保持稳定。
接着，学生开展活动②“验证渗透压变化对红细胞形态的影响”。基于教师提供的等渗溶液（质量分数为0.9%的NaCl溶液）、低渗溶液（质量分数为0.3%的NaCl溶液）、高渗溶液（质量分数为1.5%的NaCl溶液）、抗凝牛血（柠檬酸钠处理）、显微镜等其他必要的器材，观察红细胞在不同溶液中的形态。
学生设计实验，实施实验，得出结论：红细胞在等渗溶液形态保持不变，在低渗溶液中吸水膨胀，在高渗溶液中失水皱缩。因而，血浆渗透压保持相对稳定，红细胞的形态、功能才能正常。学生得到启示：内环境渗透压保持相对稳定，生命活动才能正常进行。
教师引导学生开展活动③“分析人类体温恒定的调节机制”。学生收集家庭成员一昼夜体温测量数据。教师引导学生思考：一个人在一昼夜中，体温处于动态平衡之中。①衣衫单薄，身处寒冷环境，身体有何反应？②酷暑季节，从事室外工作，身体有何反应？③机体如何调节产热散热平衡，关联哪些系统?学生分析，推导体温调节关联神经系统、内分泌系统，明确其调节机制为“神经—体液调节”。
1.2 设计策略分析
教师在将教材内容转化为学生活动时，没有“面面俱到”式地把其所有内容纳入其中。在内容取舍上，教师采取的基本策略是“去枝叶存主干”，围绕内环境的“酸碱度”“渗透压”“温度”三项理化性质来设计学生活动，设计理念暗合课程标准“内容聚焦大概念”的课程理念。活动①是探究实验，通过实验，学生可以体会：血清（血浆）酸碱度在外界酸碱物质的影响下，可以保持恒定；
内环境稳态的调节是有限度的，超过限度，稳态就会失衡。活动②为验证实验，证明机体正常的功能需要内环境的稳态来保障。活动③以学生的生活经验为基础，促进学生分析、推导出体温恒定的“神经—体液”调节机制，将学生活动聚焦主干知识，可以避免知识碎片化，帮助学生建立起系统的、广泛联系的知识体系。
2.1 教学案例（二）
教师提出问题：生物代谢产生一些酸性或碱性物质。这些物质进入机体，会使机体的pH发生明显改变吗？
（1）概念初构阶段。
依据问题，兴趣小组的学生选用肝匀浆、缓冲液、清水三类材料，用物质量浓度为0.1 mol/L的NaOH溶液进行实验。学生得到实验结论：在外界碱性物质的影响下，肝匀浆pH保持相对稳定。得到推论：正常情况下，人体内环境的pH保持相对稳定。教师引导学生评价商家高价售卖碱性水进行评价，评判“酸碱体质理论”。
教师引导学生分析24 h的体温数据、某人分别饮用生理盐水和清水后体内渗透压变化曲线数据、某人餐前餐后血糖变化曲线数据。学生得到结论：正常情况下，人体内环境的温度、渗透压、血糖浓度保持相对稳定。学生通过实验及数据分析，建构起“稳态”的概念：稳态是内环境的理化性质和组成成分保持相对稳定的状态。
师生进一步探讨：如何保持相对稳定的状态呢？
（2）概念再构阶段。
教师介绍贝尔纳的观点，使学生知道神经调节在维持稳态中有重要作用。介绍“工业冷库耐寒实验”，引导学生讨论：在寒冷环境下，体表器官有哪些变化？哪些器官系统参与体温调节？学生得到结论：生物体通过器官和系统的协调活动来维持体温的相对稳定。并再构概念：稳态是各个器官、系统协调活动，使内环境的理化性质和组成成分保持相对稳定的状态。教师追问：器官系统的协调活动，又靠什么来调节呢？
（3）概念完善阶段。
教师介绍美国生理学家坎农的观点，使学生明确神经调节和体液调节在维持内环境稳态中有重要作用。引导学生分析官兵冬季露营前后激素水平对比数据、人寒冷应激时淋巴细胞和淋巴因子数量和活性变化资料。学生得到实验结论：免疫系统对内环境稳态也起着重要调节作用。并完善概念：稳态是正常机体通过神经—体液—免疫调节网络的调节作用，使各个器官、系统协调活动，共同维持内环境的理化性质和组成成分保持相对稳定的状态。
（4）概念拓展阶段。
教师帮助学生拓展概念：随着生理学及其他学科的发展，稳态概念的内涵也在不断充实。在分子水平上，存在基因的稳态、激素分泌的稳态、酶活性的稳态等；
在细胞水平上，存在细胞的分裂分化的稳态等；
在器官水平上，存在心脏活动的稳态等；
在群体水平上，存在种群数量变化的稳态、生态系统结构和功能的稳态。在生命系统的各个层次上，都普遍存在着稳态。稳态已经成为生命科学的一大基本概念。
2.2 设计策略分析
教师将学生活动安排在概念建构的过程中。“内环境稳态”概念的建构分为4个递进阶段，即概念初构、概念再构、概念完善、概念拓展。在概念初构阶段，教师设计了学生的科学探究活动，安排学生实施实验，意在培养学生动手操作技能。教师呈现图像信息资料，引导学生提取分析、推导结论，意在基于生物学事实，运用归纳和概括方法，得出结论。通过学生参与，师生初构的概念是“稳态是内环境的理化性质和组成成分保持相对稳定的状态”。针对相对稳定状态的保持，学生基于生物学证据，进行演绎推理，将概念进行再构。再构的概念说明了“各个器官、系统的协调活动”，才使生物体保持稳态；
“通过神经—体液—免疫调节网络的调节作用”能够协调生命活动。这样，概念的内涵得到了进一步的扩充。在此基础之上，教师进行概念拓展，开阔学生视野，告知学生：除了个体水平的稳态外，生命系统还存在分子水平、细胞水平、器官水平、群体水平的稳态。总之，学生参与概念建构，经历科学研究的一般步骤，有利于培育他们科学探究、科学思维学科核心素养。
3.1 教学案例（三）
教师播放一段“微碱活力杯”广告视频。提出问题：碱性水真能改变人的体质吗？学生在课前以学校教师、同学为调查对象，以“有没有听说过酸碱体质理论？你属于哪一种体质？哪种体质更有利于健康？”为调查议题，开展关于“酸碱体质理论”的微社会调查。教师在课上播放调查小视频，引入学生活动。
学生开展活动①评判“酸碱体质理论”的科学性，设计“外来酸碱物质对生物组织pH的影响”实验，并实施。学生得出实验结论：少量酸碱物质进入机体，内环境pH保持稳定。并初步判断“酸碱体质理论”不科学。
教师追问：内环境的pH可以保持稳态，其他理化性质是否也可以保持稳态呢？
学生开展活②“探究不同状况下人体体温的波动规律”。教师组织各学习小组收集数据，分析研究。师生到附近游乐场，测量某学生在游乐场室外环境下的体温、在冷库逗留20 min后的体温；
测量某学生在体育课运动前、运动中、运动后的体温；
收集某学生一家人在一昼夜时间内每隔2 h的体温数据。
学生分析数据，发现：在不同环境温度下，体温波动不超过0.5℃；
在不同生理状态下，体温波动不超过1℃；
在不同时段中，一个人一昼夜波动不超过1℃；
在不同年龄段，年幼者略高于年长者；
在不同性别中，女性略高于男性。不同状况下，人体内环境温度保持稳态。
教师提出问题：非健康状态下，内环境的成分又会怎样变化呢？
学生开展活动③“观察病理状态下人体血糖浓度的变化”。教师组织兴趣小组的学生联系到医院随诊的患者，征得医患双方同意，在保护个人隐私的前提下，录制小视频，收集素材。课上，教师引导学生讨论分析，使学生了解内环境稳态失衡对人体生命活动造成的不利影响。学生根据课前收集的素材，观察医生对患者症状的问诊，了解糖尿病的病发症状；
观察患者的血液化验单据，了解血糖浓度等血液成分的参考标准及患者测定数据的异常变化；
观察医生的医嘱，了解糖尿病患者日常生活的注意点，防治对策。
3.2 设计策略分析
在基于真实情境的活动中，学生参与度高，信服度高。活动①的微调查立足于师生对“酸碱体质理论”的知晓度和认可度，学生同时借助于课堂实验，基于事实依据，可以判断这个理论与内环境稳态理论相悖，是不科学的。该活动可以训练学生的逻辑思维，培育学生的批判性思维。在活动②的收集数据、整理数据的过程中，学生学会调查的基本方法，逐步培养搜集并处理信息的处理能力。活动③中，学生随患者就诊，知悉血糖浓度升高造成的病发症状，体会机体稳态是生命活动正常进行的必要条件，在分析糖尿病对健康的不利影响中，唤起珍爱生命的意识，增强社会责任担当。
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