让学生跟着科学家去探索

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  “促胰液素的发现”是人教版高中生物教材必修3第二章第一节“通过激素的调节”一节中的“资料分析”板块。大多数教师都将这部分知识作为“科学史教学”一讲而过,不会单设一课时来进行教学。我校生物中心教研组在一次听课评课活动中,对该段内容的处理进行了讨论。讨论的焦点集中在“用一课时来安排这段科学史教学,是否是浪费时间”,最后教师们达成共识——教材安排该段内容不仅仅简单交代“促胰液素的发现”和“激素调节的发现”,这里蕴藏着“过程与方法”“探究与实验设计”等态度与价值观方面的教育资源,需要教师设计一节能激发学生探究欲望的“科学探究体验课”,让学生的思维跟随科学探究体验“乐趣与巧妙”。所以教师用较多的时间来进行这部分内容的教学,不但不是浪费时间,反而有利于提高学生的科学思维品质,有利于提高学生实验探究能力。
  笔者尝试设计“多层次问题探究”来引导学生逐步深入认识科学本质并内化掌握科学方法,将课堂实录呈现如下:
  师:我们观看一段视频《水分子消化道奇遇记》,回顾下消化系统的知识。
  (视频画面展示蓝色卡通形象的水分子随着食物团块及食糜沿着口、咽、食道、胃、小肠、大肠、肛门的旅行,画外音介绍遇唾液、胃液、胰液、肠液等消化液的过程。)
  学生认真观看并与同桌讨论。
  师:请同学们解决问题1:请你小结消化系统的组成。
  学生甲:我给大家展示下我们第一组课后准备的资料,消化系统由消化道和消化腺两部分组成,大家看小黑板(同组学生乙和丙带小黑板上展台与学生甲共同展示)。
  学生丁:食物并没有经过胰腺,为什么胰腺也属于消化腺呢?
  学生甲:胰腺是位于消化道外的腺体。当食物到达胃部时,胃液对食物进行初步消化,形成酸性食糜。胃通过蠕动将食物送往小腸,与此同时位于胃后方的胰腺立即分泌胰液,胰液通过导管注入小肠,胰液中含消化酶,有利于食糜在小肠中进一步消化。
  学生戊:酸性食糜进入小肠后,为什么会引起胰液分泌呢?胰腺是如何知道食物到达小肠的消息呢?
  师:小肠和胰腺之间既有神经联系又有血管相连。请同学们分组讨论,绘出“小肠与胰腺的位置图”,并做出合理的假设。
  学生绘图构建模型,分组讨论。
  第二组学生:实物投影绘出的“小肠与胰腺的位置图(图1)”,提出两种假设。假设一:刺激→通过神经→引起胰腺分泌胰液;假设二:刺激→通过血液→引起胰腺分泌胰液。
  师:刺激是什么呢?
  学生讨论,不同组给出了互补信息,汇总如下:
  学生:应该是酸性物质。因为食糜是酸性的。这种酸性物质可能是盐酸。
  师:如何证明盐酸是刺激物?
  学生己:将稀盐酸直接注入小肠中,如果胰腺分泌了胰液,就证明稀盐酸是刺激物。
  师:好,这就是科学家的思维,沃泰默与你有同样的想法,盐酸作为刺激物,引起胰腺分泌胰液的机理可能有哪些情况,请小组内讨论,给出假设。
  学生的讨论进入较激烈状态。
  学生经过讨论后回答,不同组给出了不同的解释:
  假设一:盐酸被小肠吸收进入血液,通过血液循环作用于胰腺,引起胰腺分泌胰液。
  假设二:盐酸不被吸收,直接刺激小肠部位相关的神经引起兴奋,通过神经作用于胰腺,引起胰腺分泌胰液。
  假设三:盐酸不被吸收,而是刺激小肠分泌某种物质,该物质进入血液后作用于胰腺,引起胰腺分泌胰液。
  师:大家的分析好像都有道理,是否是酸性食糜进入小肠后引起小肠黏膜的神经兴奋。小肠黏膜分泌了某种物质,该物质通过血液运输到胰腺,引起胰腺分泌胰液。这样解释是否科学,需要实验探究。
  师:如何设计实验探究上述三种假设是否成立呢?
  第三组学生:直接将稀盐酸注入狗的血液中,可以探究假设一是否成立。
  师:同学们的思路和科学家一样,科学家也是这样做的,结果胰腺不分泌胰液。所以假设一不成立。大家继续思考如何探究假设二和假设三。
  第四组学生:切断神经联系,再向小肠内注入稀盐酸,如果胰腺不分泌胰液,则假设二成立;如果胰腺仍然分泌胰液,则假设三成立。
  师:等一等,大家思考,有没有可能假设二途径存在,假设三途径也存在?
  学生进入较激烈状态的讨论。
  第四组学生更正:切断神经联系,再向小肠内注入稀盐酸,如果胰腺不分泌胰液,则假设二成立,假设三不成立;如果胰腺仍然分泌胰液,则证明假设三成立,但不能否定假设二。
  师:同学们的实验设计和法国学者沃泰默的一致。多媒体屏幕展示沃泰默的三组实验:(1) 稀盐酸→注入狗的上段小肠肠腔→胰腺分泌胰液。
  (2) 稀盐酸→注入狗的血液→胰腺不分泌胰液。
  (3) 稀盐酸→注入狗的上段小肠肠腔(切除神经)→胰腺分泌胰液。
  师生总结:1和2组实验对照,证明稀盐酸不是直接引起胰液分泌的因素,胰液分泌显然与小肠有关。1和3组实验对照,可以暂时排除神经的作用,说明与小肠黏膜分泌的化学物质的调节有关。
  师:当时学术界认为胰液分泌是一个神经调节的过程,沃泰默囿于当时学术界的观点,他认为“这是由于小肠上微小的神经难以剔除干净,所以是一个顽固的神经反射”。同学们想一想,如何进一步设计实验,排除“神经难以剔除干净”的思维干扰,让沃泰默改变他的观点,支持我们的观点呢?
  学生庚:可以让小肠离体,将小肠剪下。
  师:这位同学的思路很好。下一步怎么办呢?我们在必修一中证明胃的化学性消化,把胃中提取液直接作用于肉块,看肉块是否有变化来证实。
  学生辛:(恍然大悟,快速作答)可以制备提取液。
  师:同学们太棒了!总是能和科学家的脚步一致!英国科学家斯他林和贝里斯就是这样做的。他们把狗的一段小肠剪下,刮下黏膜,将黏膜与稀盐酸混合加砂子磨碎,制成提取液。然后将提取液注入狗的血液中,结果胰腺分泌胰液,从而直接证明了胰液分泌受小肠黏膜产生的物质调节。
  师:科学家关于胰液分泌的探索并没有停止。实际上胰液的分泌受神经和激素双重控制。
  这样科学家发现了胰液分泌的化学调节过程,即:酸性食糜刺激了小肠黏膜,引起小肠黏膜分泌某物质(促胰液素),该物质进入血液,到达胰腺并引起胰腺相关细胞分泌胰液,释放到小肠中帮助消化。同学们进一步思考,如何给科学家斯他林和贝里斯的实验设计一组对照实验?
  第五组学生:稀盐酸 煮熟的小肠刮下黏膜 砂子→制备提取液→注入狗的静脉,看是否能促进分泌胰液。
  师:好,同学们预测一下,该组实验的结果,狗会不会分泌胰液。
  学生:狗不会分泌胰液。
  师:该组实验与斯他林和贝里斯的实验对照,说明了什么结论?
  学生壬:的确是小肠黏膜分泌的化学物质能促进胰液的分泌,不是稀盐酸本身刺激胰腺分泌胰液的。
  师:好,总结得非常好。斯他林和贝里斯能取得成功的关键在于:敢于质疑权威,在前人研究的基础上有创新,又有严谨的实验设计,希望同学们也学到他们身上的探索精神。
  大家看大屏幕,总结以下问题:
  (1) 促胰液素是哪里产生的?(是否有专门的分泌器官?)
  (2) 促胰液素是如何到达胰腺的?(激素的运输途径是什么?)
  (3) 促胰液素只能运输到胰腺吗?(激素的运输是否具有定向性?)
  (4) 促胰液素能作用于所有的细胞或器官吗?(激素是否能作用于全身?)
  师生共同总结(教师同时板书小结内容):
  (1) 动物和人体激素具有专门的内分泌器官或内分泌细胞,促胰液素是由小肠黏膜细胞分泌的。
  (2) 促胰液素通过血液运输到达胰腺,动物和人体激素通过血液运输。
  (3) 促胰液素可随着血液循环到达全身各处,激素的运输不具有定向性。
  (4) 促胰液素不能作用于所有的细胞或器官,只作用于胰腺相关细胞,激素不能作用于全身,只作用于专门的靶器官或靶细胞。
  教学反思:这节课通过教师与学生的互动,不断地把教学内容推向争论的高潮。教师通过提问、引导提示、质疑等手段带领学生深入探究,能促进学生的课堂思维,有利于培养学生的综合能力,并促进学生生物学科科学素养的提高。
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