基于大概念与科学探究的高中生物学“激素调节的过程”单元教学设计（高二选择性必修1）

基于大概念与科学探究的高中生物学“激素调节的过程”单元教学设计（高二选择性必修1）

一、课标依据与教学指导思想

  本教学设计严格依据中华人民共和国教育部制定的《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中“稳态与调节”模块的内容要求、学业要求和学科核心素养发展目标。教学指导思想秉持“学生中心、素养导向”的育人理念，以建构主义学习理论和概念教学理论为支撑，强调在真实、复杂的情境中，引导学生通过主动探究、科学建模和社会性科学议题的研讨，实现从事实性知识到概念性理解，再到迁移应用的深度学习。教学设计着力于打通“激素调节”与“神经调节”、“免疫调节”的内在联系，构建“生命系统通过调节机制维持稳态”的大概念，并渗透系统论、控制论（如反馈调节）的思想方法，培养学生的科学思维、科学探究能力，并激发其关注健康、关爱生命的社会责任感。

二、教材与学情分析

  （一）教材分析。本节内容选自人教版高中生物学选择性必修一《稳态与调节》第三章“体液调节”的第2节。教材在第一节“激素与内分泌系统”概述了激素的发现、内分泌系统的组成和功能基础上，本节核心任务是深入剖析激素调节的基本模式与典型实例。教材编排以“血糖平衡的调节”和“甲状腺激素分泌的分级调节”两个经典案例为主线，旨在揭示激素调节中的反馈调节和分级调节机制。其逻辑脉络清晰：从具体生命现象（血糖浓度稳定）出发，分析调节过程，抽象出调节模式（反馈调节），再应用该模式分析另一个实例（甲状腺激素），并比较不同激素作用的特点（如胰岛素与胰高血糖素的拮抗作用）。教材设置的“思考·讨论”、“探究·实践”（建立血糖调节模型）等栏目为开展探究性教学提供了重要素材。然而，教材内容相对精炼，对激素调节的动态性、网络性及其与神经调节的整合阐述尚有拓展空间，这为教学设计中的情境深化与跨学科融合提供了契机。

  （二）学情分析。授课对象为高二年级学生，他们已经具备了以下认知基础：通过必修一的学习，掌握了蛋白质、糖类等化合物的功能；通过选择性必修一前两章的学习，初步建立了“内环境稳态”的概念，并理解了神经调节的基本方式与结构基础。在思维层面，高二学生抽象逻辑思维日益发展，具备一定的分析、综合和模型建构能力，但对复杂生理过程进行动态的、系统的、定量的分析仍存在困难。在兴趣动机上，学生对与自身健康密切相关的主题（如糖尿病、甲亢等）有天然的好奇心。潜在的认知障碍可能在于：难以理解激素微量高效的特点及其作用机制的复杂性；对“负反馈”这一抽象控制机制的理解易停留于表面；容易将激素调节过程视为孤立的线性链条，而非交织的网络。因此，教学需通过可视化工具、模拟活动和层层递进的问题链，帮助学生突破难点，构建系统观念。

三、教学目标

  基于核心素养的培育要求，结合教材与学情，制定如下三维教学目标：

  （一）生命观念

  1.通过分析血糖平衡和甲状腺激素分泌的调节过程，阐明激素调节通过反馈与分级机制维持机体稳态，形成“生命系统的调节与平衡”观念。

  2.比较不同激素的作用特点（如拮抗、协同），理解激素间相互联系、共同构成复杂的调节网络，初步建立“生命系统是相互联系的整体”的系统观。

  （二）科学思维

  1.能够运用示意图、概念模型或物理模型，描述和阐释血糖平衡调节和甲状腺激素分级调节的过程。

  2.能够基于实验数据或生活实例，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，分析激素调节异常引发的病症（如糖尿病、甲亢），并尝试提出合理的解释或干预思路。

  3.通过比较神经调节与激素调节的特点，发展比较与分类、批判性思维的能力。

  （三）科学探究

  1.经历“建立血糖调节模型”的探究实践活动，体验模拟、合作、验证的科学探究过程，提高动手实践与团队协作能力。

  2.能够针对激素调节的相关现象提出可探究的科学问题，并设计简要的实验方案进行验证或探究。

  （四）社会责任

  1.关注激素类药物（如胰岛素、生长激素）的合理使用，以及激素滥用（如兴奋剂）的危害，形成安全用药、珍爱生命的意识。

  2.能够向他人宣传健康的生活方式（如合理膳食、规律作息）对维持内分泌平衡、预防相关疾病的重要性。

四、教学重点与难点

  （一）教学重点

  1.血糖平衡的调节过程及胰岛素与胰高血糖素的拮抗作用。

  2.甲状腺激素分泌的分级调节与反馈调节机制。

  （二）教学难点

  1.负反馈调节机制的理解及其在生命系统调节中的普遍意义。

  2.激素调节的网络性特征，以及激素调节与神经调节的整合。

五、教学准备

  （一）教师准备

  1.多媒体课件：包含动态示意图（血糖调节、下丘脑-垂体-甲状腺轴）、微视频（激素作用机制动画）、真实病例资料、课堂互动问题。

  2.模型构建材料：为每组学生准备“血糖调节模型”套件，包括代表“血糖来源/去路”、“胰岛素”、“胰高血糖素”、“肝脏”、“肌肉”、“胰岛细胞”等的卡片或标识物，以及可移动的箭头、加号、减号符号。

  3.实验设计素材：准备关于“验证甲状腺激素促进代谢作用”和“探究胰岛素降血糖功能”的经典实验背景资料或虚拟实验平台。

  4.评价工具：设计课堂观察量表、小组活动评价量表、概念图评价标准。

  （二）学生准备

  1.复习：内分泌腺的种类及其分泌的主要激素；胰岛素和胰高血糖素的生理作用。

  2.预习：阅读教材本节内容，初步了解血糖平衡调节的大致过程。

  3.分组：提前完成4-6人的异质分组。

六、教学过程

  本单元计划用3个课时完成，教学过程设计如下：

  第一课时：情境驱动，初探模式——血糖平衡的调节

  【环节一：创设情境，激疑引思】（时长：约8分钟）

    教师活动：展示两张图片对比——一张是马拉松运动员赛后补充能量饮料，另一张是糖尿病患者自我注射胰岛素。同时，呈现一组动态数据曲线：正常人一天内血糖浓度在3.9-6.1mmol/L范围内波动，而糖尿病患者血糖曲线持续高位。提出问题链：“为什么剧烈运动后，我们的血糖不会降到危险的低水平？”“为什么糖尿病患者需要额外注射胰岛素？”“机体内部究竟存在怎样一个‘精密的调节系统’，能够将血糖浓度维持在一个狭小的范围内？”

    学生活动：观察图片与数据，联系已有生活经验和知识，进行初步思考和小组内简短交流。预期学生能联想到激素（尤其是胰岛素）的作用，但对具体的调节细节感到困惑。

    设计意图：从与学生健康、生活紧密相连的真实情境切入，制造认知冲突，激发强烈的求知欲。明确本课核心问题——机体如何实现“血糖稳态”，将抽象的调节概念置于具体、动态的生命现象之中。

  【环节二：合作建模，探究过程】（时长：约25分钟）

    教师活动：不直接讲解过程，而是引导学生开展教材“探究·实践”活动——建立血糖调节的模型。首先，明确建模任务：用提供的材料，动态展示当血糖升高或降低时，机体如何通过激素调节使其恢复平衡。提供关键“脚手架”：1.回顾血糖的来源与去路；2.明确胰岛素和胰高血糖素的主要靶器官（肝脏、肌肉、脂肪等）及作用效果（促进葡萄糖氧化分解、合成糖原、转化为脂肪；促进肝糖原分解、非糖物质转化）。巡视指导，关注各组对“拮抗作用”的体现，以及是否考虑到了调节的“动态平衡”而非一次性动作。

    学生活动：以小组为单位，利用卡片、箭头等材料进行拼接、演示和讨论。尝试模拟“饭后血糖升高→胰岛素分泌增加→促进血糖去路、抑制来源→血糖下降”以及“饥饿时血糖降低→胰高血糖素分泌增加→促进血糖来源→血糖回升”的动态过程。过程中需要不断协商、修正自己的模型。

    设计意图：通过动手构建物理模型，将内在的、微观的生理过程外显化、具体化。这一活动促进了学生的主动知识建构，在“做中学”中深化对血糖来源去路、激素拮抗作用等关键知识的理解，并初步体验“调节”的动态性。

  【环节三：模型展示，精讲提炼】（时长：约10分钟）

    教师活动：邀请1-2个小组上台展示其模型并解说。教师基于学生的展示，利用高级动态课件进行精讲与提升。课件动态演示：血糖浓度变化如何被胰岛B细胞或A细胞感知，引发相应激素分泌的变化，激素通过体液运输作用于靶细胞，改变其代谢活动，最终使血糖浓度反向变化，回归正常范围。特别强调两点：1.负反馈调节：将调节结果（血糖浓度变化）反馈给调节系统（胰岛），抑制其原有活动，这是维持稳态的核心机制。可用“空调恒温”作类比。2.拮抗作用：胰岛素与胰高血糖素通过相反的作用，共同“拧紧”血糖稳态的“螺丝”。

    学生活动：观看其他小组模型和教师课件，对比、反思和完善自己小组的模型。聆听教师讲解，重点理解“负反馈”这一核心机制，并在笔记本上尝试绘制规范的血糖调节示意图。

    设计意图：将学生的实践活动成果转化为全班共享的学习资源。教师的精讲旨在将学生的感性认识上升到理性认识，提炼出核心概念（负反馈、拮抗作用），并用规范的生物学语言和图示进行固化，实现知识的结构化。

  【环节四：首尾呼应，迁移诊断】（时长：约7分钟）

    教师活动：回归课初的情境与问题。“现在，谁能解释马拉松运动员血糖稳定的原因？”“糖尿病患者的病因可能是什么？（提示：从激素分泌量、靶细胞受体敏感性等多角度思考）”出示简单的临床检测报告（胰岛素水平、血糖水平），让学生尝试初步分析。

    学生活动：运用刚学的知识，尝试解释情境中的现象。对糖尿病病因进行多角度的开放性思考。

    设计意图：实现教学闭环，让学生体验运用新知解决实际问题的成就感。同时，将学习引向深入，为下节课探讨激素调节异常及网络化做铺垫。布置作业：绘制血糖调节概念图；搜集甲状腺功能异常（甲亢、甲减）的症状资料。

  第二课时：模式迁移，深化理解——分级调节与网络构建

  【环节一：温故知新，导入新例】（时长：约5分钟）

    教师活动：通过快速问答复习上节课核心：血糖调节的主要激素、拮抗作用、负反馈。然后展示新情境：生活在缺碘地区的人易患“大脖子病”（地方性甲状腺肿）。提出问题：“碘是合成甲状腺激素的原料。原料缺乏，为什么会导致腺体增生肿大？这背后是怎样的调节机制？”

    学生活动：回顾旧知。对新情境产生好奇，意识到这可能是一个与血糖调节不同的调节模式。

    设计意图：巩固旧知，并通过新情境引发新的认知冲突，自然过渡到甲状腺激素分泌的调节，同时暗示其机制的特殊性。

  【环节二：分析资料，推理模式】（时长：约20分钟）

    教师活动：不直接给出分级调节图，而是提供三段资料引导学生自主推理：资料1：实验表明，切除垂体后，甲状腺萎缩，甲状腺激素分泌显著减少；给该动物注射促甲状腺激素（TSH），甲状腺可恢复。资料2：进一步实验发现，切除下丘脑，TSH和甲状腺激素分泌均减少；注射下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素（TRH），可促进TSH分泌。资料3：血液中甲状腺激素浓度升高时，会抑制下丘脑和垂体分泌相关激素。提出问题链：1.甲状腺激素的分泌受哪些器官调控？2.这些器官之间是否存在层级关系？3.甲状腺激素如何影响上位器官的活动？这属于哪种调节方式？

    学生活动：阅读分析实验资料，小组讨论，尝试推理出下丘脑、垂体、甲状腺三者之间的调节关系。绘制出初步的调节流程图。

    设计意图：采用基于证据的科学推理教学策略，让学生像科学家一样分析实验数据，自主建构“下丘脑-垂体-甲状腺轴”（HPT轴）的分级调节模型。这一过程极大地训练了学生的科学思维和资料分析能力。

  【环节三：整合讲解，构建概念】（时长：约10分钟）

    教师活动：在学生推理基础上，展示规范的HPT轴分级调节与反馈调节示意图。精讲关键点：1.分级调节：强调下丘脑作为“司令部”、垂体作为“联络站”、甲状腺作为“生产车间”的层级控制关系，放大激素的调节效应。2.负反馈：重点分析甲状腺激素对下丘脑和垂体的抑制作用，这是比血糖调节（激素直接作用于分泌细胞）更复杂的“长反馈”。引导学生比较两个实例中负反馈的异同。3.解释“大脖子病”成因：缺碘→甲状腺激素合成不足→对下丘脑、垂体负反馈减弱→TRH、TSH持续高分泌→刺激甲状腺过度增生。

    学生活动：对照自己的推理图，修正和完善。理解分级调节与反馈调节在HPT轴中的具体体现。尝试用该理论完整解释“大脖子病”。

    设计意图：在自主探究后，进行规范的概念界定和原理阐述，确保知识的科学性。通过比较两个实例，深化对“负反馈”这一普遍机制在不同情境下具体表现形式的理解。

  【环节四：纵横勾连，构建网络】（时长：约10分钟）

    教师活动：提出更高阶问题：“激素调节是‘各自为政’吗？请举例说明。”引导学生回顾肾上腺素在血糖调节中的作用（协同胰高血糖素升高血糖），以及性激素分泌也存在下丘脑-垂体-性腺轴。展示更复杂的调节网络图，例如，应激状态下，神经系统如何通过影响下丘脑，同时调节血糖（肾上腺素）和甲状腺激素等代谢水平。简要介绍“神经-体液调节”的概念。

    学生活动：思考并举例，理解激素之间存在协同或拮抗，共同构成网络。初步领会神经与体液两大调节系统如何紧密配合，共同维持稳态。

    设计意图：打破学生对激素调节孤立、线性的片面认识，引导其从系统视角看待调节机制，初步构建“神经-体液-免疫调节网络”的大概念图景，为后续章节学习埋下伏笔。布置作业：以“机体如何在寒冷环境中维持体温恒定”为题，撰写一篇小短文，要求涉及神经和激素（如甲状腺激素、肾上腺素）的协同调节。

  第三课时：实践应用，素养升华——科学探究与社会责任

  【环节一：聚焦探究，设计实验】（时长：约20分钟）

    教师活动：提出两个经典探究课题供小组选择：课题A：设计实验验证甲状腺激素具有促进新陈代谢（如提高耗氧量）的作用。课题B：设计实验探究胰岛素具有降低血糖的功能。提供实验动物（小鼠）、基础试剂（甲状腺激素制剂、胰岛素、葡萄糖溶液、生理盐水等）及测量工具（耗氧量测定装置、血糖仪）作为设计背景。引导学生回顾实验设计的基本原则（对照、单一变量、重复等），并特别关注激素实验的特殊性（如给药方式、起效时间、剂量控制）。

    学生活动：小组选择课题，进行实验方案设计。需明确实验目的、步骤（分组、处理、观测指标、时间）、预期结果及结论。组间可以进行质询和辩论。

    设计意图：将知识应用于科学探究实践，是培养科学探究素养的关键环节。通过完整的实验设计活动，锻炼学生提出假设、控制变量、预期结果的高阶思维能力，并深化对激素作用特点的理解。

  【环节二：探究研讨，优化方案】（时长：约15分钟）

    教师活动：组织各小组展示实验设计方案。引导全班从科学性和可行性角度进行评价、质疑和补充。例如，对于验证甲状腺激素的实验，需讨论如何设置对照组（摘除甲状腺/饲喂抑制剂vs补充激素），如何定量观测耗氧量或体温变化。对于胰岛素实验，需强调如何防止实验动物因低血糖死亡（及时补充葡萄糖）。最后，播放或讲述这些经典实验的历史视频或故事（如班廷发现胰岛素），让学生感受科学探索的历程。

    学生活动：展示、倾听、质疑、辩护、修改。从交流中汲取灵感，完善本组方案。感受科学史的厚重与科学家的精神。

    设计意图：通过社会性建构（讨论、争辩），优化科学方案，培养学生的批判性思维和学术交流能力。引入科学史，进行科学本质和科学精神教育。

  【环节三：议题讨论，内化责任】（时长：约10分钟）

    教师活动：呈现三个社会性科学议题，组织辩论或讨论：议题1：运动员使用合成代谢类固醇（雄性激素类似物）提升成绩是否合理？请从生理危害、体育精神、社会公平等多角度论述。议题2：如何看待生活中“滥用生长激素助长高”、“滥用甲状腺素片减肥”的现象？议题3：除遗传因素外，哪些不健康的生活方式（如长期熬夜、高糖饮食、持续高压）可能扰乱内分泌平衡？我们该如何应对？

    学生活动：选择感兴趣的话题，结合所学知识，从生物学原理出发，延伸到伦理、社会、个人行为层面发表看法，进行理性辩论。

    设计意图：将生物学知识与真实的社会、伦理问题相结合，引导学生进行价值判断和理性决策，这是培养社会责任感的有效途径。促使学生将知识内化为指导健康生活的信念和能力。

  【单元总结与作业布置】（时长：约5分钟）

    教师活动：引导学生回顾本单元核心知识框架：从两个经典实例（血糖、甲状腺激素）中抽象出两种重要模式（反馈调节、分级调节），并认识到激素调节的网络性与整合性。布置单元综合任务：1.完善本单元的概念图（需包含核心概念、实例、模式及其联系）。2.（选做）撰写一篇科普短文，向公众介绍一种内分泌失调疾病及其预防保健知识。

    学生活动：跟随教师梳理单元逻辑，明确课后任务。

    设计意图：进行单元整体复盘，促进知识的结构化、系统化。开放性的综合任务兼顾巩固与拓展，满足不同层次学生需求。

七、板书设计（主板书规划）

  板书采用概念图与流程框图结合的形式，随教学进程动态生成。

第三章激素调节的过程

  一、核心机制：反馈调节（以负反馈为主）

    定义：调节结果反过来影响调节过程，使系统趋于稳定。

    实例：血糖调节（短反馈）、甲状腺激素调节（长反馈）。

  二、典型模式分析

    1.血糖平衡的调节

      刺激：血糖浓度变化→感受器：胰岛A/B细胞→调节激素：胰岛素（降糖）/胰高血糖素（升糖）→效应器：肝、肌等靶细胞→反应：调节来源与去路→结果：血糖稳定。