閏白洋

“血糖調(diào)節(jié)”是滬教版《生命科學(xué)》第五章的內(nèi)容，也是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》選擇性必修模塊“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”中大概念“生命個(gè)體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng)，并通過(guò)一定的調(diào)節(jié)機(jī)制保持穩(wěn)態(tài)”的內(nèi)容，在高中生物教學(xué)中有著重要的地位。人體內(nèi)血糖調(diào)節(jié)的過(guò)程十分復(fù)雜，內(nèi)容較為抽象，若單憑教師講述，學(xué)生很難理解。當(dāng)前許多研究都是通過(guò)模型構(gòu)建的方式，落實(shí)“血糖調(diào)節(jié)”的教學(xué)目標(biāo)。模型構(gòu)建的方法確實(shí)能夠發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，加深血糖調(diào)節(jié)知識(shí)的理解，提高學(xué)生的探究能力。但是該方法也存在一定的不足，如模型構(gòu)建的教學(xué)僅圍繞在不同情境下（飽餐或運(yùn)動(dòng)）血糖調(diào)節(jié)的大致流程，中間所涉及的微觀方式并沒(méi)有建構(gòu)，很難運(yùn)用到實(shí)際生活中解釋糖尿病的類型、機(jī)理及危害等?；诖?，筆者嘗試?yán)谩叭乇碚鳌崩碚撨M(jìn)行血糖調(diào)節(jié)的教學(xué)實(shí)踐，為血糖調(diào)節(jié)教學(xué)提供一種新的教學(xué)形態(tài)。

1“三重表征”理論內(nèi)涵

“三重表征”是由蘇格蘭格拉斯哥大學(xué)科學(xué)教育中心的約翰斯頓教授提出的化學(xué)學(xué)習(xí)中宏觀、微觀和符號(hào)三種水平，并認(rèn)為該理論也適用于物理、生物等其他科學(xué)課程的學(xué)習(xí)。生命科學(xué)是一門(mén)研究生命現(xiàn)象、生命組成、生命規(guī)律及原理的學(xué)科，既包括對(duì)可觀察的宏觀現(xiàn)象研究，又包括對(duì)現(xiàn)象理解的微觀水平和符號(hào)水平的研究。生命科學(xué)的內(nèi)容特點(diǎn)決定了學(xué)生在學(xué)習(xí)中必然要從宏觀、微觀和符號(hào)等方面對(duì)生命現(xiàn)象及其變化規(guī)律進(jìn)行多種感知，從而在心理上形成生物學(xué)習(xí)的“三重表征”：宏觀表征、微觀表征和符號(hào)表征，并建立三者之間的有機(jī)結(jié)合和相互轉(zhuǎn)化（圖1）。

在“三重表征”建立和轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，需要學(xué)生能夠在情境中觀察和描述宏觀現(xiàn)象，通過(guò)資料的查閱或者設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，采用推理與演繹、模型與建模、歸納與總結(jié)等適當(dāng)?shù)目茖W(xué)思維方式揭示宏觀現(xiàn)象的微觀機(jī)理，并利用符號(hào)進(jìn)行表達(dá)?；蛘?，在面對(duì)生活中與生物學(xué)相關(guān)的問(wèn)題時(shí)，根據(jù)生物學(xué)原理或過(guò)程的符號(hào)表征，利用多個(gè)相關(guān)的生物學(xué)概念進(jìn)行微觀分析，通過(guò)邏輯推理設(shè)計(jì)方案，解決宏觀世界的問(wèn)題。如果學(xué)生按照“三重表征”理論來(lái)學(xué)習(xí)生命科學(xué)知識(shí)、思考生命科學(xué)問(wèn)題，運(yùn)用恰當(dāng)、靈活的表征方式，并在不同表征形式之間進(jìn)行熟練地轉(zhuǎn)化，促進(jìn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化和策略化，必然能夠更有效地理解和應(yīng)用生物學(xué)知識(shí)，分析和解決實(shí)際生活中的問(wèn)題，促進(jìn)科學(xué)探究和科學(xué)思維能力的提升。

2“三重表征”理論的教學(xué)實(shí)踐

“血糖調(diào)節(jié)”是時(shí)刻發(fā)生在學(xué)生身體中的反應(yīng)，但是學(xué)生很少能夠感知到身體血糖濃度的變化及調(diào)節(jié)的過(guò)程。目前，學(xué)生關(guān)于血糖已有一些知識(shí)儲(chǔ)備和生活經(jīng)驗(yàn)，如血糖是血液中的葡萄糖、葡萄糖的氧化分解是細(xì)胞能量的主要來(lái)源、血糖脂肪蛋白質(zhì)可以相互轉(zhuǎn)化，接觸過(guò)低血糖癥或糖尿病等，知道有些糖尿病患者可以注射胰島素進(jìn)行治療等，但對(duì)這些現(xiàn)象的機(jī)理及相關(guān)疾病預(yù)防可能不清楚。因此，在教學(xué)中，教師可以首先通過(guò)正常人不同時(shí)間的血糖濃度變化作為宏觀表征，利用血糖的運(yùn)輸、胰島素/J咦高血糖素作用等微觀內(nèi)容解釋宏觀現(xiàn)象，再用符號(hào)或圖形表征血糖調(diào)節(jié)的機(jī)理。因此，在“血糖調(diào)節(jié)”教學(xué)中，筆者采取“宏觀切入一微觀解釋一符號(hào)表征”和“符號(hào)表征一微觀分析一宏觀決策”的“宏觀一微觀一符號(hào)”三重表征及相互轉(zhuǎn)化的方式，進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

2.1宏觀切入一微觀解釋一符號(hào)表征

教學(xué)前，教師先給學(xué)生布置研究性學(xué)習(xí)任務(wù)：在進(jìn)餐后每隔30min測(cè)量自己的血糖濃度，連續(xù)測(cè)試5h，做好記錄，繪制成曲線圖（圖2），并展示和交流測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行宏觀表征。在此過(guò)程中，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到生物學(xué)規(guī)律或概念是經(jīng)過(guò)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究形成的。

接著，教師提出問(wèn)題：進(jìn)餐后，血糖濃度為什么會(huì)上升？一段時(shí)間后，血糖濃度為什么會(huì)下降？通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生將宏觀表征向微觀表征進(jìn)行轉(zhuǎn)化。學(xué)生在解答問(wèn)題中建構(gòu)微觀表征：食物中的淀粉在消化道中水解成葡萄糖，經(jīng)小腸上皮細(xì)胞進(jìn)入血漿，從而引起血糖濃度的升高。在此過(guò)程中，血糖在組織液中與胰島B細(xì)胞膜上受體結(jié)合，刺激胰島B細(xì)胞中胰島素基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯，并通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體加工運(yùn)輸至細(xì)胞膜，以胞吐方式運(yùn)輸至組織液，再進(jìn)入血漿，通過(guò)血液循環(huán)，胰島素被運(yùn)至肝細(xì)胞等組織細(xì)胞周圍的組織液中，胰島素與組織細(xì)胞膜受體結(jié)合，增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體數(shù)目，促進(jìn)血漿中的葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行細(xì)胞呼吸供能，或轉(zhuǎn)化為糖原、脂肪和氨基酸等，從而降低了血糖濃度（圖3）。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)食，血糖濃度低于正常值時(shí)，胰島A細(xì)胞膜上受體接收血糖偏低的信號(hào)，轉(zhuǎn)錄翻譯分泌胰高血糖素，并通過(guò)內(nèi)環(huán)境與肝細(xì)胞等組織細(xì)胞膜受體結(jié)合，促進(jìn)靶細(xì)胞內(nèi)肝糖原水解成葡萄糖，氨基酸、脂肪轉(zhuǎn)化成葡萄糖，葡萄糖出細(xì)胞后進(jìn)入組織液，再進(jìn)入血漿，成為血糖，使血糖濃度升高。

最后，在理解微觀表征基礎(chǔ)上，學(xué)生利用文字箭頭提取微觀表征的關(guān)鍵過(guò)程進(jìn)行符號(hào)表征（圖4）。微觀表征轉(zhuǎn)化為符號(hào)表征是將具體的微觀生理過(guò)程抽象成簡(jiǎn)單的符號(hào)，對(duì)提升學(xué)生歸納與概括、演繹與推理等科學(xué)思維能力有著重要作用。

2.2符號(hào)表征一微觀分析一宏觀應(yīng)用

在構(gòu)建“血糖調(diào)節(jié)”符號(hào)表征的基礎(chǔ)上，學(xué)生通過(guò)新情境中的符號(hào)表征（圖5），理解糖尿病分為I型糖尿病和Ⅱ型糖尿病，部分糖尿病是由于患者體內(nèi)的抗體1和抗體2水平異常引起。教師提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生將符號(hào)表征轉(zhuǎn)化為微觀分析，分析抗體1和抗體2的作用機(jī)理：“有人認(rèn)為糖尿病都可以通過(guò)注射胰島素來(lái)治療，你是否同意這個(gè)觀點(diǎn)？據(jù)圖分析為什么？”學(xué)生思考：抗體1與胰島B細(xì)胞受體結(jié)合，導(dǎo)致胰島B細(xì)胞對(duì)葡萄糖濃度升高不敏感，產(chǎn)生胰島素?cái)?shù)量減少，可以通過(guò)注射胰島素進(jìn)行治療。而抗體2破壞了靶細(xì)胞的胰島素受體，使胰島素?zé)o法發(fā)揮作用，注射胰島素沒(méi)有作用，因此不同意問(wèn)題中的觀點(diǎn)。通過(guò)符號(hào)表征向微觀分析轉(zhuǎn)化，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生在面對(duì)生活中與生物學(xué)相關(guān)的問(wèn)題時(shí)，能利用生物學(xué)原理提出自己觀點(diǎn)的科學(xué)思維能力，還能培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)的基本觀點(diǎn)，辨別并揭穿偽科學(xué)的社會(huì)責(zé)任。

教師繼續(xù)提出問(wèn)題：“某同學(xué)在早晨進(jìn)餐后進(jìn)行體檢，測(cè)定其血糖濃度過(guò)高（超過(guò)正常范圍上限），該同學(xué)是否患了糖尿??？你如何據(jù)圖向他解釋進(jìn)餐后他體內(nèi)血糖調(diào)節(jié)的過(guò)程？”以此引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)符號(hào)表征向微觀表征和宏觀表征轉(zhuǎn)化，解釋血糖濃度過(guò)高的原因。學(xué)生根據(jù)圖示，可以構(gòu)建微觀表征：早晨進(jìn)餐后，血糖的消化吸收通過(guò)小腸上皮細(xì)胞進(jìn)入血漿，導(dǎo)致血糖濃度升高，進(jìn)而導(dǎo)致腎小管中葡萄糖濃度升高，超過(guò)腎小管吸收葡萄糖的閾值，使部分葡萄糖隨尿液排出，屬于正?，F(xiàn)象，該同學(xué)不一定患了糖尿病。在血糖調(diào)節(jié)過(guò)程中，血糖升高通過(guò)與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合直接刺激胰島B細(xì)胞或通過(guò)下丘腦刺激胰島B細(xì)胞，促進(jìn)胰島B細(xì)胞分泌胰島素增加，胰島素與組織細(xì)胞膜受體結(jié)合，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白增加，促進(jìn)血糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)、糖原和脂肪，從而形成宏觀表征。

教師通過(guò)“三重表征”之間轉(zhuǎn)化實(shí)踐“血糖調(diào)節(jié)”在日常生活中的應(yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際生活問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成健康的生活方式。

3“三重表征”理論教學(xué)實(shí)踐反思

在“宏觀一微觀一符號(hào)”三重表征及相互轉(zhuǎn)化的“血糖調(diào)節(jié)”教學(xué)中，學(xué)生能夠在新的問(wèn)題情境中，基于事實(shí)和證據(jù)，采用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)思維方法揭示生物學(xué)規(guī)律或機(jī)制，并選用恰當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)、闡明其內(nèi)涵，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀，并能指導(dǎo)人的健康生活方式，切實(shí)促進(jìn)了核心素養(yǎng)的發(fā)展。

除了血糖調(diào)節(jié)之外，生物學(xué)科很多內(nèi)容均涉及到宏觀、微觀和符號(hào)的表征，比如植物向光性和頂端優(yōu)勢(shì)、洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原、基因的遺傳定律、伴性遺傳定律等。因此，“三重表征”理論在生物學(xué)教學(xué)中有著廣泛應(yīng)用前景，教師可以嘗試進(jìn)行實(shí)踐。