基于Micro：bit模型开发的“血糖调节”教学尝试
王颖裘成张志祥
（宁波市惠贞书院浙江宁波315016）
“血糖调节”是高中生物学《选择性必修2·稳态与调节》中的重点知识，其内容微观抽象，调节机制复杂，理解难度较大。为将血糖调节过程直观化，不少教师采用卡片来模拟血糖变化，但手动增添或减少卡片难以展现血糖动态变化过程，也无法体现激素作用和血糖变化在时间上的同步性。Micro：bit是一款基于ARM（AdvancedRiscMachine）的嵌入式硬件，可通过编写代码来运行程序，并外接杜邦线、LED灯等电子元件实现灯光变化、信息展示等功能。因此，笔者利用Micro：bit开发“血糖调节”物理模型并应用于教学，通过创设可视化的血糖变化情境，让学生通过交互的方式深入理解胰岛细胞对血糖调节的逻辑，丰富课堂教学。
该模型基于Micro：bit开源硬件开发，使用Micro-Python将血糖调节中的多重运行逻辑转换为代码并写入Micro：bit，设计电路并将线路内置于人体模型的泡沫装置中，将LED灯外显于相关组织细胞泡沫板外。
模型（图1）左下角是接通电源的杜邦线。顶部的Micro：bit面板中央显示的LED灯数代表人体血糖含量，可根据进食、运动或相关激素调节程序的运行发生相应变化，两侧依次是“进食”按钮和“运动”按钮。人体泡沫板中由胰岛细胞处引出的黄色或绿色杜邦线可与其他组织细胞上的杜邦线接头相连，若连接情况与激素作用完全相符，则程序正常运行，泡沫板上的LED灯会同时亮起以说明激素正在特定部位发挥作用。Micro：bit面板上的LED灯数也会相应增减来表示激素调节下的血糖含量变化。
图1血糖调节模型初始状态及相关零部件简图
①认识进食或运动后的血糖来源与去路和相关激素变化，建立稳态与平衡观。
②分析科研资料和数学模型，明晰胰岛素作用途径，发展分析与推理、归纳与概括等科学思维。
③合作搭建血糖调节物理模型，科学描述血糖调节过程，借助物理模型深度分析激素作用机理，提出模型优化建议，学会交流与表达、质疑与创新。
④感知进食或运动的生活情境，理解激素调节的限度，认同合理饮食和运动的积极意义。
2.2.1创设生活情境，厘清来源与去路
接上电源，Micro：bit面板上亮满14盏LED灯（图2），每个灯设定8个亮度级别，代表空腹状态的血糖含量为112mg/100dL，处于80～120mg/100dL的正常范围内。教师演示人体进食后的血糖含量变化（按动“进食”按钮），LED灯每0.015s增加1/8的亮度，直至亮满19盏，即血糖含量逐渐上升至152mg/100dL。复位后再演示运动后的血糖含量变化（按动“运动”按钮），亮起的LED灯减少5盏，血糖逐渐下降至72mg/100dL。教师提出问题：“进食”或“运动”后，血糖变化的原因是什么？“进食”或“运动”后的血糖含量会一直处于“较高”或“较低”的水平吗？人体如何维持血糖含量的稳定？能否联系日常生活，归纳血糖的来源和去路？
图2空腹状态Micro：bit面板上的血糖含量
学生通过观察LED灯的变化，结合有机物水解和细胞呼吸相关知识，说出：进食后血糖升高是由消化吸收食物中的糖类引起的，以及运动后血糖下降是由葡萄糖大量氧化分解以维持机体供能造成的。同时，学生依据生活经验，讨论得出“肝糖原分解”和“非糖物质转化”两条来源及“合成肝糖原、肌糖原”和“转化为非糖物质”两条去路，并运用文字和箭头绘制“血糖来源与去路”概念模型。
设计意图：教师利用Micro：bit面板上的LED灯来模拟不同生活情境下的血糖含量变化，营造了直观生动的教学氛围，调动学生的感官，激发学生的探究兴趣。
2.2.2分析科研资料，探讨激素作用
教师提供科研资料：①对人体灌注葡萄糖和胰岛素，8h灌注期间腿部肌肉中肌糖原浓度不断增加。②胰岛素影响脂肪组织代谢的实验数据（表1）。③胰岛素影响肝细胞糖原合成的实验数据（图3）。
表1胰岛素处理对脂肪组织代谢的影响
图3肝细胞糖原合成曲线图
教师提出问题：以上资料分别说明了胰岛素的什么作用？胰岛素对血糖来源或去路起到促进还是抑制作用？
学生在已知“胰岛素具有降血糖作用”的知识背景下对三则科研资料展开逻辑推理，通过分析资料①、③得出胰岛素可促进肌糖原、肝糖原的合成，分析资料②得出胰岛素既可促进脂肪酸合成，又能抑制甘油三酯水解。联系知识点“组成甘油三酯的基本单元是脂肪酸和甘油”和“葡萄糖是合成脂肪酸的前体物质”，学生可推导得出胰岛素可通过促进葡萄糖转化为油脂，从而达到降血糖的目的。再从特殊到一般总结出胰岛素对血糖的来源起抑制作用，对血糖的去路起促进作用。
设计意图：教师利用真实的科研数据，引导学生对表格、曲线图等不同形式的数学模型进行分析，有利于学生数据分析和逻