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1、第1节 激素与内分泌系统第1课时 激素的发现教学设计案例教材分析15学科网（北京）股份有限公司目标素养1. 通过对促胰液素发现实验的分析，培养科学思维，认同科学家在科学研究中不迷信权威、正确的假说、创新的思维、严谨的实验设计等的重要性。2.通过对胰岛素的发现过程、睾丸分泌雄激素的研究的分析，运用模型实验的方法，设计激素研究的实验步骤、预期实验结果和解释实验现象，培养科学探究能力。重点难点重点1. 通过对促胰液素、胰岛素的发现过程，学习研究内分泌腺和激素功能的基本方法。2. 归纳概括研究内分泌腺和激素的方法，并能用该方法分析新情景下的相关问题 难点1. 对促胰液素的发现过程的分析。2. 归纳概括
2、研究内分泌腺和激素的方法。【教学设计】教学准备教师准备1.制作课件。2.查阅整理胰岛素的发现的相关资料。学生准备查阅资料，了解青蛙生长发育的过程，小组合作制订探究甲状腺激素对青蛙变态发育影响的实验方案。导入新课导入一：问题探讨足球运动享有“世界第一运动”的美誉，是全世界最受关注的体育项目。足球明星梅西球技精湛，屡获金球奖，深受广大球迷喜爱。但是很少有人知道，他年幼时差点因为身高问题结束自己的足球生涯。梅西患有侏儒症，在11岁时已经停止生长。治疗侏儒症需要注射生长激素，巴萨俱乐部为梅西支付了这笔治疗费用，使梅西有机会成长为一代足球巨星。讨论：1.如果在梅西成年后才有机会注射生长激素，他的症状能缓
3、解吗？为什么？提示：不能。生长激素促进身高生长主要在儿童期和青少年时期，成年人骨干和骨端之间的软骨组织已经生成骨组织，骨不再长长，此后注射生长激素对长高已无作用。2.有的家长觉得自己孩子长得不够高，和同龄比长的有点慢，想给孩子注射生长激素。你赞同这种想法吗？说出你的理由。提示：不赞同。人的身高生长受多种因素影响，如遗传、营养、运动和激素调节等。若出现以上问题，需通过医生全面检查和分析后才能确定是否需要注射生长激素。导入二：复习引入组织由细胞分化形成，是指一些发育来源相同、结构与形态相似的细胞群和有关的细胞间质按照一定方式相互结合形成且共同执行一定功能的结构系统。动物组织根据其细胞的形态结构、功
4、能和发生情况分为四大类: 上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。根据功能、分布和形态结构，上皮组织可分为被覆上皮、腺上皮和感觉上皮。腺上皮是具有分泌功能的上皮。以腺上皮为主构成的器官称为腺体。分泌是腺上皮组织的基本功能，其分泌表现为外分泌和内分泌两种方式。外分泌是腺泡细胞产生的物质通过导管分泌到体内管腔或体外的分泌形式，如胰腺等消化腺将消化液分泌到消化管腔内发挥作用，汗腺将汗液分泌到体外，这些腺体统称外分泌腺。内分泌是指腺细胞将所产生的物质(即激素)直接分泌到体液中，并以血液等体液为媒介对靶细胞产生调节效应的一种分泌形式，具有这种功能的细胞则称为内分泌细胞。典型的内分泌细胞集中位于垂体、甲状
5、腺、肾上腺、胰岛、性腺(丸或卵巢)等，形成内分泌腺。内分泌腺体的分泌过程不需要类似外分泌腺的导管结构，因此也称无管腺。教学过程环节一：激素的发现1.促胰液素的发现【教师】胰腺能分泌胰液。胰液通过导管注入小肠，其中的酶用来消化食物。胰液的分泌是如何调节的呢？请运用神经调节的知识尝试解释。【教师】展示资料，交代当时的科研背景。资料1 早在 1888 年，已被世界公认为现代消化生理学的奠基人的巴甫洛夫发现迷走神经可以支配胰液分泌。如果把盐酸放进狗的十二指肠，也可以引起胰液分泌明显增加。他认为，这个反射的传入神经和传出神经都是迷走神经。可是，实验中切除迷走神经以后，进入十二指肠的盐酸照样能使胰液分泌增
6、加。这会不会是交感神经在起作用呢？于是接着把交感神经也切断，发现盐酸还是能使胰液分泌增加。面对这一现象，巴甫洛夫坚持认为神经有直接的调节作用。他把小肠切断，把十二指肠游离出来，再把所有神经都剥离干净，没想到一旦灌入盐酸胰液分泌还是增加。可是，巴甫洛夫还继续坚持认为是神经调节的结果，只不过这种神经实在剥离不出来，他为这种生理现象起了一个名称叫“顽固性神经反射”。以后，巴甫洛夫的两个学生也在实验中发现了这一现象。后来还发现，直接把盐酸溶液注入狗的血管中，并不能引起胰液分泌，使用中等剂量的能阻断副交感神经的阿托品药物也不能消除这个反应。【学生】阅读资料，了解巴甫洛夫和他的学生在胰液分泌的调节方面的研
7、究，写出胰液分泌的神经调节过程。提示：胃酸(盐酸)小肠感受器传入神经神经中枢传出神经胰腺分泌胰液【教师】演示资料2资料2 法国人沃泰默进行了更为关键性的实验：把实验狗的一段游离小肠样的神经全部切除，只保留动脉和静脉与其他部分相连。当把盐酸溶液输入这段小肠样后，仍能引起胰液分泌。但他也仍然坚信这个反应是“局部分泌反射”。这是当时传统的神经论主导思想，也是巴甫洛夫及其学派特别信仰的思想。由于他们都拘泥于巴甫洛夫“神经反射”这个传统概念的框框，最终失去了一次发现真理的机会。【学生】阅读资料，结合教材内容，梳理沃泰默的实验，并对实验过程及结果进行评价，感受权威对预期的影响，预期会限制科学的洞察。【教师
8、】展示沃泰默的实验，提出问题： (1)形成对照实验，自变量、因变量、对照组分别是什么？提示：自变量是稀盐酸的作用部位，因变量是胰腺是否分泌胰液，对照组是组。(2)根据、对照实验的实验结果你能得出什么结论？提示：稀盐酸不通过血液直接作用于胰腺，直接接受稀盐酸刺激的部位是小肠。(3)、形成对照实验，自变量、因变量、对照组分别是什么？提示：自变量为是否切除神经，因变量为胰腺是否分泌胰液，对照组是。(4)对照能够说明什么？提示：小肠上神经的有无，不影响胰液分泌。(5)分析沃泰默的实验，请你提出一种假说。提示：除了神经调节之外，也许还有其他调节机制在起作用。【学生】分析沃泰默的实验，回答问题并提出自己的
9、假说。【教师】展示资料3资料3 斯他林和贝利斯对这个问题怀有极大兴趣。他俩读了沃泰默的论文，却大胆地作出了另一种假设：这不是反射而是化学调节在盐酸的作用下，小肠黏膜细胞可能产生了一种化学物质，这种物质进入血液后，随血流到达胰腺，引起胰液的分泌。1900年，他们以崭新的思想方法设计了实验：把一条狗的十二指肠黏膜刮下来，将黏膜与稀盐酸混合加砂子磨碎，再将液体中和过滤后注射给另一条狗，结果这条狗的胰液分泌量明显增加。无论如何，总不能说两条狗之间也有什么神经联系吧。但对这个实验，也有不少人持不同意见，巴甫洛夫就强烈反对。他们不畏压力，又经过2 年，1902年斯他林和贝利斯一起证实了促胰液素的体液调节作
10、用：当酸性食糜进入十二指肠，肠黏膜细胞就分泌促胰液素，经血液运送到胰腺而促使它分泌更多的胰液。【学生】梳理斯他林和贝利斯的实验过程。提示：【教师】提出问题：(1)促胰液素调节胰液分泌的方式与神经调节的方式有何不同？(2)斯他林和贝利斯的实验比沃泰默实验的巧妙之处在哪里？(3)“机遇只偏爱那种有准备的头脑”。是什么因素使斯他林和贝利斯抓住了成功的机遇呢？【学生】思考并回答问题。提示：(1)前者通过血液循环将促胰液素运到胰腺，引起胰液分泌；后者则要通过反射弧来完成。(2) 斯他林和贝利斯的实验将小肠黏膜在体外与稀盐酸一起研磨，获得提取液，与沃泰默的实验相比，直接排除了神经调节的影响，结果分析更让人
11、信服。(3) 敢于质疑，大胆提出新假设，巧妙设计实验验证假设。2. 激素调节的概念【教师】用PPT演示资料4、5资料4 发现促胰液素是内分泌学史上一个伟大的发现，它不仅使人类发现了一种新的化学物质而且发现了调节机体功能的一个新概念、新领域，它动摇了机体完全由神经调节的思想它证明了除神经系统外，机体还存在着一种通过化学物质的传递来调节远处器官活动的方式，即体液调节。为了寻找一个新名词来称呼这类“化学信使”，斯他林于 1905 年采纳了同事哈代的建议，创用了“hormone”(激素)一词，用来指促胰液素这类无导管腺分泌的特殊物质。hormone 源于希腊文hormoa，是“刺激”、“兴奋”、“奋起
12、发动的意思。从此，便产生了“激素调节”这个新概念。资料5 斯他林并不满足于已有的成就，而是继续对激素深入地开展实验研究。他发现，当把一条狗的十二指肠黏膜刮下来，过滤后注射给另一条狗，这条狗在胰液分泌明显增加的同时，还会出现血压骤然下降。原因是什么呢？不久，他终于把黏膜滤液中的组胺与促胰液素分离开来，发现是组胺使血管扩张，外周阻力降低，所以有降压作用。这样，他终于得到了纯净的促胰液素，使激素的体液调节作用学说更具有说服力。【学生】阅读资料，了解激素调节的概念的提出过程，学习斯他林和贝利斯敢于大胆探索生物学问题的品质。【教师】用PPT展示激素调节的概念：由内分泌器官或细胞分泌的化学物质激素进行调节
13、的方式，就是激素调节。【设计意图】教师通过展示资料组织学生进入促胰液素发现的情境，分享一段科学家的故事，感悟科学的特征和科学精神，学生在资料里提取信息，在情境里解读信息，运用信息解决问题；教师根据学生解决问题的情况，进行补充性拓展深化讲解，分析科学研究的一般过程。环节二：激素研究的实例思路一【教师】过渡：自从第一种激素被发现，世界上就出现了一个寻找激素的热潮。但激素的分泌悄无声息，它们直接进入血液周游全身，在生物体内含量极其微少，难以收集和分离。那么，人们是如何寻找激素的呢？又是如何确定它的分泌部位的？如何确定它的调节作用呢？从下面的研究实例中，可以获得一些启示。1. 睾丸分泌雄激素的研究【教
14、师】用PPT演示资料6，引导学生了解激素研究的常用方法之减法原理。资料6 最早确定睾丸内分泌功能的动物实验是由贝特在1849 年报道的。他先把公鸡去势(切除睾丸)，发现其雄性特征会逐渐丧失，鸡冠萎缩并失去打鸣能力和对母鸡的求偶行为。然后，他把从其他公鸡体内摘出的睾丸植入去势公鸡的腹腔，结果上述变化逐渐发生了逆转。睾丸是被植入腹腔的，并没有与神经连接，因此必定是通过血液循环发挥作用的。由此贝特认为，睾丸向血液中释放了某种物质，这种物质能够维持公鸡的雄性行为和第二性征。至此，人们初步确定了睾丸具有内分泌功能。这说明科学工作依赖于观察和推论。摘除和移植某个器官，通过机体的结构、功能和行为的改变，可以
15、初步确定该器官的内分泌功能，但不能确定该器官是通过什么物质来发挥作用的，因此，还需要对相应器官的分泌物进行分析。给动物饲喂、注射某内分泌腺的提取物或已知的激素，根据动物的生理功能变化可以推测该腺体分泌物的作用。经过不断的实验，科学家从动物睾丸中提取出睾酮，经证实，睾酮就是睾丸分泌的雄激素。【学生】阅读资料，了解睾丸分泌雄激素的方法和过程。提示：公鸡雄性性征消失雄性性征恢复【学生】思考：本实验设置了何种方式的对照？实验结果能够说明什么问题？提示：自身前后对照，说明睾丸与公鸡雄性特征的维持有关。本实验中将公鸡的睾丸摘除采用了什么样的研究方法？体现了控制变量的“加法原理”还是“减法原理”？提示：切除
16、（阉割）法；减法原理。本实验中将公鸡的睾丸重新移植回去采用了什么样的研究方法？体现了控制变量的“加法原理”还是“减法原理”？提示：移植法；加法原理。【教师】对学生的回答进行评价，并演示下图。2.胰岛素的发现【教师】用PPT演示资料78。资料7 1869年，德国解剖学家朗格汉斯在用组织学染色方法观察免的胰腺时发现，胰脏内除了有很多的腺泡以外，在显微镜下还可以看到既没有泡腔又没有分泌管的一群群看上去像小岛似的细胞群，他把这些神奇的细胞群叫做“胰岛”，人胰脏中的胰岛可多到一百万个，数目之多可说明胰岛都是较小的细胞群。胰岛含有 3 种分泌细胞，分别称为、 细胞，细胞分泌的激素是胰高血糖素，细胞分泌的激
17、素就是胰岛素，这两种细胞的数目比例约为 1:3。细胞分泌的激素称生长激素抑制素。资料8 糖尿病是人类早有记载的疾病。我国古医籍中的“消渴症”实即糖尿病，因其典型临床表现是多尿、多饮、多食而得名。这些症状的出现都是由于血糖含量过多之故。血糖增多，超过肾脏阈限，结果尿中有葡萄糖，尿量也因不断排葡萄糖而增加，于是患者有渴感，嗜饮，严重时可出现脱水现象。由于葡萄糖损失过多，各种细胞得不到足量葡萄糖，蛋白质和脂肪被利用转化为葡萄糖，但这些葡萄糖大部分又被肾脏排出，如此不断消耗使患者体重下降。并且，脂肪氧化使体内积累了很多未完全氧化的脂肪酸，统称为酮体。酮体是酸性的，可严重干扰体液的 pH，引起酸中毒。糖
18、尿病患者常因酸中毒而死亡。虽然人类对糖尿病早有认识，但直到 17 世纪，才有一名英国人威利斯提出，糖尿病患者尿内含有一种类糖物质。在很长一段时间内，医学界一直认为这种物质是人体以外的异物，只是在疾病状态下才会在体内合成。1857 年，法国生物学家贝尔纳发现，人的肝脏内含有糖原，他还在实验中发现，动物在患某些疾病时血液中的葡萄糖含量增加，并由尿液排出。贝尔纳的发现是糖尿病病因实验研究的起点。此后，人们逐渐弄明白了胰脏与糖尿病的关系。1886年，两位德国生理学家梅灵和明可夫斯基，为了研究胰脏的消化作用，将狗的胰脏用外科手术切除，结果狗的尿量大增，并于 1030d之内死亡。他们同时还发现，切除胰脏后
19、，狗排出的尿招引了许多蚂蚁，而正常狗的尿并不招引蚂蚁。分析狗尿，发现切除胰脏的狗尿中含葡萄糖很多。由于手术后狗出现的症状和人的糖尿病症状很相似，他们推想，人糖尿病的病因可能是胰脏出现了问题。由于他们这一偶然的发现，人们的注意力就被引向胰脏与糖尿病的关系上了。那么，到底是胰脏的哪一部分与糖尿病有关呢?1893年，法国生理学家将一条狗的胰脏切除，再从该狗的胰脏上剪下一小块组织，埋植于它的皮下，这条狗就不再患糖尿病了。当时已经知道胰脏能分泌含有多种酶的消化液，胰液通过胰液导管释放入肠道，促进食物消化。胰脏组织埋植实验表明，与糖尿病有关的并非胰腺的外分泌物质胰液，因为埋植的胰脏组织块已不具有外分泌功能
20、，所以发生作用的可能是不经胰腺管进入肠道而直接进入周围血液循环的内分泌物质。此后的胰液管结扎实验进一步证实，是胰脏中的胰岛与糖尿病有关。胰脏有一个特点，即结扎胰液管后，胰脏的有管腺部分就逐渐萎缩而失去功能，但胰岛不萎缩。据此人们做了结扎胰液管的实验，结果表明，结扎胰液管的狗不发生糖尿病。由此可知，胰脏的有管腺部分与糖尿病无关，因而糖尿病可能是由于胰岛发生病变引起的。1916年，英国组织学家沙比谢菲尔首先将这种由胰岛产生的，可能与糖尿病有关的物质命名为“胰岛素”。1922年，加拿大多伦多大学的班廷和贝斯特将狗的胰液管结扎，待胰腺萎缩，只剩胰岛保持正常时，将胰脏切下，用等渗盐水制成滤液，将滤液注射
21、给切除胰脏的狗，结果狗不出现糖尿病症状，而未接受注射的狗则发生了糖尿病。用胚胎时期的胰脏 (已有胰岛，但有管腺部分尚未长成) 制成提取液注射，可得到相同的效果。由此可见，胰岛中含有防止糖尿病的物质，胰脏的有管腺部分不含防止糖尿病的物质。总之，从1886年到 1921 年，科学家们进行了 400 多次实验，试图证明胰脏内分泌物的存在。大多数实验都集中于制备胰脏提取物，然后注射给由于去胰脏而患糖尿病的狗或者注射给糖尿病患者。许多研究者的报告很有趣，但收效甚微。成功最后属于加拿大年轻的生理学家班廷。【学生】思考：在班廷之前，科学家试图通过实验证明胰腺中分泌物的存在，为什么都收效甚微呢？提示：胰岛素属
22、蛋白质类激素，在班廷之前大多数实验用胰腺提取物注射给实验性糖尿病的狗或糖尿病患者，因胰岛素被胰腺分泌的胰蛋白酶分解，故难以获得预期结果。【教师】展示资料9资料9 班廷 1891年11月14 日生于加拿大安大略的阿利斯顿，1941年2月21日在纽芬兰东海岸不幸因飞机失事殉难，年仅 50 岁。孩提时代，班廷就极富向情心。母亲因为在生他时留下病根，从此卧病床榻。班廷眼看着母亲的病痛，幼小的心灵深受震动。他经常伏在母亲的床前做功课，有时陪她聊天，他从小立下志向:“长大了一定要当一个很好的医生，把妈妈的病治好。”18 岁那年，班廷就进入多伦多大学医学院，班廷本来打算成为一名出色的外科医生。可就在他毕业时
23、，第一次世界大战进入紧张阶段，战地急需大量医务人员，班廷应征入伍。第一次世界大战后，班廷本想留在伦敦找一份合适的工作，可当时解甲归来的医务人员很多，一时难以找到工作。于是，他重返美洲，在加拿大的安大略郊区开了一个诊所。诊所的事情并不多，所以班廷还在大学兼一些课程的教学，同时从事医学研究。1920年10月底，班廷备课时遇到了糖代谢问题，这是一个和胰腺有关的题目。当时人们已知道胰岛中存在着胰岛素这种物质，但胰岛素的提取非常困难。年轻的班廷是一个非常认真的人。他一口气翻阅了好几本教科书，但里面有关这方面的内容都不多，有许多问题班廷根本解释不了。第二天就要讲课了，班廷想到图书馆去碰碰运气，有一本新到的
24、杂志引起了班廷的注意，其中一篇“胰岛与糖尿病的关系”记载着这样的事实：以实验方法结扎胰液导管或因胆结石阻碍胰液导管，都会使胰腺组织萎缩，而胰岛却保持完好无损。这种胰脏完全排除了胰液外分泌，却不发生糖尿病。看到这里，班廷兴奋极了。这不正是获取胰岛素的好方法吗？为免于遗忘，他立即在笔记本上记下了实验设想：结扎狗的胰腺导管，等待68 周，使胰腺萎缩，再用萎缩的胰脏提取液来治疗糖尿病。思想的火花常常像闪电一样稍纵即逝，但记录下来的思想火花经过实践，就会变成巨大的力量。班廷决定尝试一下。第二天，班廷匆匆赶到多伦多大学医学院，去向著名的生理学家麦克劳德请教。麦克劳德是当时北美一流的胰脏生理和病理方面的专家
25、。班廷只要说服他，就可以为自己进行实验创造必不可少的条件。班廷终于以自己的诚心打动了麦克劳德。1921年5月，在麦克劳德的支持下，班廷终于走进了多伦多大学医学院大楼，他有了10条供实验用的狗和一名实验助手，这位年轻的助手是不满 21 岁的医学院学生贝斯特。班廷利用暑假的空闲，借用麦克劳德的实验室，决定攻克医学上这个坚固的堡垒。幸运的是，麦克劳德派来的助手贝斯特对生化十分熟悉，对狗的体液和血液中含糖量的测定等技术极其熟练。而班廷对这方面的实验操作可以说一无所知，但班廷是一位极其出色的外科医生，他进行的手术可以说是无可挑剔。两位年轻人初生牛犊不怕虎，开始对糖尿病发起了冲击。班廷计划的两个月很快就过
26、去了，他们的实验接二连三的失败，贝斯特的报酬也没人支付，可是两位年轻人从失败中看到了成功的希望。他俩乘麦克劳德去欧洲讲学的机会又干了起来。他们从狗的胰脏中提取胰岛细胞物质，注射到已经被切除胰脏的狗的体内，这一步骤十分复杂，两个人在黑暗中摸索着前进。直到最后，他们终于从一条编号为92、结扎胰液导管成功的狗体内取出胰腺，发现胰腺几乎萎缩到原来的 1/3，在显微镜下检查组织切片，也证实除了胰岛外已经没有正常的腺泡细跑了。他们把胰腺切成小片，在冰冻条件下碾磨成泥，加入约 100mL 的盐溶液。抽取这种溶液 5mL，注射到除去胰腺而患糖尿病的狗体内，然后每隔半小时抽取狗的血液，分析其血糖含结果发现，在2
27、h 内，血糖含量就从0.20%降到 0.11%。每天继续这样治疗，这条狗不仅没有因酸中毒而死，反而变得强壮起来了，血糖恢复正常，尿糖消失了。经过反复实验，班廷和贝斯特终于发现胰岛提取物确实具有降低血糖，维持患糖尿病的狗生命的作用。【学生】思考：班廷是如何证实胰岛素是由胰腺中的胰岛分泌的？提示：(1)关键是通过结扎胰管，让胰腺萎缩，残留胰岛；(2)将萎缩的胰腺提取物注射给实验性糖尿病狗内；(3)定性观察糖尿病症状与定量测定血糖尿糖含量。2.分析班廷研究胰岛素的过程中“加法原理”或“减法原理”的运用。提示：【教师】演示资料10资料10 提取胰岛素的研究初战告捷，但采用的方法步骤太烦琐，提取获得的胰
28、岛素量又少离临床应用还有很大一段距离。这时，班廷又通过查阅文献得到了新的启示。原来未满5个月的牛胎的胰脏不具有外分泌功能，用它提取胰岛素，可以使步骤简化，并使成本大大降低。但牛胎的胰脏只有在屠宰场才能得到，胰脏容易受到杂菌污染，而且胰岛素的产量少得可怜。通过新的实验，班廷又发现胰岛素不但溶解于水，还能溶解于酒精，故可以用酒精来提取纯净而无菌的胰岛素。更为可喜的是，胰酶遇到酒精即被破坏。故用酒精提取胰岛素时不必用牛胎胰脏，而可用普通牛胰脏，这样就使提取胰岛素的工作又大大推进了一步。最后一道难关是：从牛的胰脏提取的胰岛素都含有大量异种蛋白质，将这种胰岛素注射给糖尿病人几乎都会出现比较强烈的“异种蛋
29、白质反应”。班廷无法解决这一同题，只得再次请教麦克劳德。麦克劳德应班廷的要求增派了一位助手生物化学家科利普，并扩大了实验规模。班廷接受了麦克劳德的指导，运用酒精提取牛胰脏，并设法将混杂在胰岛素内的异种蛋白质除掉。至此，将胰岛素应用于临床的条件已经成熟。1922年1月，班廷等人将自己制备的胰岛素试用于第一位糖尿病患者。这是一位14岁小男孩，他患糖尿病多年，曾以控制饮食治疗，不但无效，反而变得更加虚弱，血糖含量很高，尿中也含有糖，呼出的气体带有烂苹果般的气味。这些都是糖尿病的典型症状。班廷给这个病孩注射了胰岛素，每天两次，为期一个月，结果病情大为好转。不过,皮下注射胰岛素虽然取得了降低血糖和尿糖的
30、疗效，但局部会出现严重的脓肿，从而妨碍了进一步临床应用。班廷及其助手又按照麦克劳德提出的方案，使用空气挥发法将提取物中的酒精挥发掉，从而浓缩了其中的有效成分。此后，班廷又接连用类似的方法治疗了 6个成年患者，都获得满意的结果。1922年3月，班廷发表了自己的研究成果。班廷的出色工作和卓越贡献使千百年来人类治疗糖尿病的梦想终于变成了现实。1923年，诺贝尔奖委员会授予班廷和麦克劳德诺贝尔生理学或医学奖。【学生】阅读资料，了解班廷提取胰岛提取液和提纯胰岛素的方法。【教师】科技造福人类，人类已经可以通过重组DNA技术利用大肠杆菌来大量生产人的胰岛素。【设计意图】本环节通过阅读、分析资料，理解睾丸分泌
31、雄激素的研究方法，了解胰腺的结构、胰岛素的产生部位及糖尿病与胰岛素的关系，进一步理解“加法原理”和“减法原理”在激素研究中的使用，学会一种研究激素的方法。思路二实例1 胰岛素的发现【教师】过渡：我们对激素的认识慢慢加深，其中一个新发现改变了数百万人的命运，这就是胰岛素的发现。糖尿病是一种古老的慢性代谢性疾病，在 3500 多年前就有文字记载。后来，世界各地逐渐出现治疗糖尿病的多种方法。但是，除了主张严格限制饮食，医生对该病束手无策，不少患者甚至死于限食所带来的严重营养不良。直到20世纪初期，人类对糖尿病的了解和治疗才有了实质性的进展。【教师】胰腺为一长条状腺体位于人体腹后壁左上部，与胃邻近被十
32、二指肠所环抱，并有导管与十二指肠相连。因此，人们推测胰腺与食物消化有关。1888年，生理学家巴甫洛夫为了研究胰脏的消化作用将狗的胰脏用外科手术切除，结果狗的尿量大增，并且这种尿招来许多蚂蚁，他意识到这只狗表现出了糖尿病症状。通过尿液化验，发现狗的尿液中确实含有较高的糖分。这是人类历史上第一次建立了胰腺和糖尿病之间的关系。19世纪后期至20世纪初，许多学者推测糖尿病与胰腺中胰岛分泌的激素有关。但是，许多人做了大量实验却搞不清胰岛分泌的激素究竟是什么，以及如何才能提取出这种神秘的激素。【教师】提出问题：曾有科学家试图向实验性糖尿病狗注射胰脏提取物来证明胰岛素的存在，但收效甚微。这是为什么呢？【学生
33、】根据自己的理解尝试解释这一现象。【教师】演示胰腺结构示意图 胰岛素属蛋白质类激素，在班廷之前大多数实验用胰腺提取物注射给实验性糖尿病的狗或糖尿病患者，因胰岛素被胰腺分泌的胰蛋白酶分解，故难以获得预期结果。【教师】提出小组学习任务：请你根据内分泌腺和外分泌腺的特点，证明胰岛素是由胰岛分泌的。提示：通过结扎胰腺导管，使胰腺萎缩丧失分泌胰蛋白酶的功能，但胰岛仍正常，由此证明胰岛素是由胰岛分泌的。【教师】基于上述讨论，我们了解了一种提取胰岛素的方法结扎胰腺导管。班廷就是这样设想的：结扎狗的胰腺导管，等胰腺萎缩到只剩下其中的胰岛后，再分离和纯化细胞中的激素。经过多次实验，1921年，班廷与其助手贝斯特
34、终于从狗萎缩的胰腺中提取出这种激素，并命名为胰岛素。他们给实验性糖尿病的狗注射胰岛素，证明其有降低血糖、治疗糖尿病的作用。次年胰岛素又成功地应用于人类糖尿病患者。胰岛素的神奇疗效震惊了整个医学界。提出问题：回顾班廷的研究过程，分析他是否用到了“加法原理”和“减法原理”。【学生】分析班廷研究胰岛素的过程和方法。【教师】用PPT演示生物学实验中常用的“加法原理”和“减法原理”加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”减法原理：与常态比较，人为减少某种影响因素的称为“减法原理”班廷和助手们通过摘除健康狗的胰腺造成实验性糖尿病，运用了“减法原理”，给予注射从萎缩胰腺中提取的提取物，运
35、用了“加法原理”。实例2 睾丸分泌雄激素的研究【学生】展示探究甲状腺激素对青蛙变态发育影响的实验方案，进行小组间交流。【教师】对各小组的方案进行评价。【教师】过渡：2000年诺贝尔生理学或医学奖获得者卡尔森说过：“要证明一种自然成分的功能，在生理学传统方法中就是去除该种成分并证明其功能也随之丧失；然后再引入该成分，并证明其功能又可以恢复”。【教师】布置小组合作学习任务：在吸取探究甲状腺激素对青蛙变态发育影响的实验方案的经验的基础上，设计新的实验方案，说出睾丸分泌雄激素的研究方案。【学生】进行小组合作，设计实验方案。如：【教师】进行评价：在睾丸分泌雄性激素的研究中，摘除睾丸和移植睾丸实验，也同样
36、分别运用了“减法原理”和“加法原理”。【教师】从以上实例，你能归纳出研究一种内分泌腺及其分泌激素功能的方法吗？提示：摘除法和移植法：摘除所研究的内分泌腺，观察实验动物出现的特异性症状，将已摘除的腺体重新移植回去或注射摘除腺体的提取物，观察相关症状是否恢复，由此判断该内分泌腺的功能。【设计意图】通过胰岛素的发现实例，引导学生运用科学方法研究胰岛素的获取及功能，以“加法原理”和“加法原理”的角度分析胰岛素的发现和睾丸分泌雄性激素的研究，让学生体会并学习内分泌腺及激素功能的研究方法。环节三：动物激素生理功能的实验【教师】对内分泌腺功能和激素作用的研究成果主要来自大量的临床观察和动物实验。请根据促胰液
37、素的发现、胰岛素的发现及睾丸分泌雄性激素的研究，归纳对某一内分泌腺及其分泌激素的认识的研究方法。【学生】回顾促胰液素的发现、胰岛素的发现及睾丸分泌雄性激素的研究，进行小组讨论，说出激素功能的研究方法。【教师】进行汇总和补充：激素功能的研究方法(1)摘除法和移植法可以初步确定内分泌腺的功能。动物实验中将怀疑有内分泌功能的器官或组织切除，观察动物出现的症状；对上述切除器官或组织的动物再次植入该器官或组织，或注射该组织的提取物，观察症状是否消失，如果症状消失，就证明该器官或组织具有内分泌功能。(2)制备组织提取物研究腺体分泌物的有效成分和作用可对正常动物注射该组织的提取物，观察注射后动物机能亢进的反
38、应；提纯激素和人工合成该激素，阐明激素的化学本质和作用机制。(3)利用细胞与分子生物学技术可阐明激素的作用机制运用同位素示踪法观察激素分泌的规律和在体内的代谢情况。通过对膜蛋白分布和功能的研究，能确定激素受体；通过对激素信号转导过程的研究，可以推断激素的作用机制；通过对激素受体以及激素代谢酶系基因的研究，可以了解激素作用的基因调控机制等。【设计意图】通过归纳动物激素生理功能的实验思路、验证方法，让学生掌握此类实验的设计思路、方法及注意事项等，培养科学探究能力。核心总结1.促胰液素的发现实验者沃泰默斯他林、贝利斯时间19世纪1902年实验假设胃酸刺激小肠的神经，神经将兴奋传给胰腺，使胰腺分泌胰液
39、胰液分泌不是反射而是化学调节一在盐酸的作用下，小肠黏膜细胞可能产生了一种化学物质，这种物质进人血液后，随血流到达胰腺，引起胰液的分泌实验过程稀盐酸狗的上段小肠肠腔内胰腺分泌胰液；稀盐酸血液胰腺不分泌胰液；稀盐酸狗的小肠肠腔(去除相应的神经，只留血管)胰腺分泌胰液实验分析实验中用稀盐酸代替胃酸，刺激小肠，与、与对照说明刺激小肠时才能促进胰腺分泌胰液，与对照说明小肠内神经的有无不影响胰液分泌该实验的对照组是沃泰默实验中的组，说明小肠产生了一种化学物质，该物质随血液流到胰腺，引起胰液分泌实验结论胰腺分泌胰液不受神经调节。沃泰默本可以发现其他调节方式，但他周于定论，而得出：胰液的分泌是一个十分顽固的反
40、射在盐酸的作用下，小肠黏膜细胞产生一种化学物质(促胰液素)，这种物质进入血液后，随血流到达胰腺，引起胰腺分泌胰液2.睾丸分泌雄激素的研究公鸡雄性性征消失雄性性征恢复3.胰岛素的发现时间方法(操作)贡献1869年显微镜下观察胰腺组织，发现一些聚集成岛状的细胞堆命名为胰岛1889年切除胰腺的狗会患上与人的糖尿病类似的疾病提出胰腺能分泌某种抗糖尿病的物质的假说1916年试图精确地证实胰岛素的存在将胰岛产生的、可能与糖尿病有关的物质命名为胰岛素1920年班廷在查阅资料时了解到，以实验方法结扎胰管或因胆结石阻塞胰管都会引起胰腺萎缩结扎狗的胰管，使胰腺萎缩，再用萎缩的胰腺提取液来治疗糖尿病1921年结扎狗
41、的胰管，并将萎缩得只剩胰岛的胰腺做成提取液，注入因摘除胰腺而患糖尿病的狗身上患糖尿病狗的血糖迅速下降班廷他们与生化学家合作，抑制胰蛋白酶的活性直接提取正常胰腺中的胰岛素板书设计教学研讨本节课从教师讲授、学生记忆的模式，回归到教师指导、引导、督导下的学生展开的学习，是一节更接近于课堂原生态的、常态进行的、能突出学生学习主体地位、凸显教师组织教学定位、指向于信息加工能力培养的新授课。教师通过提供大量的科学史信息，按照一定的顺序、环节进行展示，引导学生“提取信息解读信息整合信息表达信息”，不仅引导学生了解促胰液素的发现、激素的研究方法，还培养学生信息加工的能力。通过对睾丸分泌雄激素研究方法分析，进一
42、步理解“加法原理”和“减法原理”在激素研究中的应用，学生学以致用利用学会的方法分析胰岛素的发现，摸索出人类内分泌系统的研究方法，最终归纳、完善动物和人类内分泌及其分泌激素研究的整体思路、方法。目标测评1. 下面是与促胰液素发现过程有关的四个实验，下列有关分析错误的是()稀盐酸小肠肠腔胰腺分泌胰液稀盐酸静脉血液胰腺不分泌胰液稀盐酸小肠肠腔(去除神经)胰腺分泌胰液小肠黏膜稀盐酸砂子制成提取液注入静脉血液胰腺分泌胰液A与组成的实验自变量是稀盐酸刺激的部位B与对比说明胰液分泌不受神经的调节C对比说明胰液分泌受小肠黏膜产生的物质(由血液运输)调节D要证明胰液分泌是否受神经的调节应该再设计实验继续探究2.
43、 沃泰默切断狗小肠与胰腺之间的神经联系，只留下血管，然后向小肠注入稀盐酸，引起了胰液的分泌；而将稀盐酸直接注入血液中，没有引起胰液的分泌。对这一结果的科学解释是()A稀盐酸引起胰液的分泌是神经调节的过程B稀盐酸直接刺激了胰腺分泌胰液C稀盐酸刺激小肠黏膜产生了促胰液素，进而调节胰腺分泌胰液D稀盐酸被小肠吸收，经血液循环刺激了胰腺分泌胰液3. 科学家为了研究性激素在胚胎生殖系统发育中所起的作用，设计了如下实验：在家兔生殖系统分化之前，通过手术摘除即将发育为卵巢或睾丸的组织。当幼兔生下来之后，观察它们的性染色体组成及外生殖器的表现。性染色体组成外生殖器表现未做手术手术后XY雄性雌性XX雌性雌性下列说
44、法错误的是（）A雄性器官的发育，需要睾丸提供激素信号，缺失此信号，发育出雌性器官B雌性器官的发育，需要卵巢提供激素信号，缺失此信号，发育出雄性器官C摘除即将发育为睾丸的组织后，给予一定量的睾酮刺激，可能发育成雄性D外生殖器的表现与性染色体的组成有关，也与激素水平有关4进食可刺激胃腺细胞分泌胃液，胃液中含有胃酸及胃蛋白酶，有利于消化。（1）胃酸可以杀灭进入胃内的细菌，这属于机体的第_道防线。（2）哺乳动物进食时，食物尚未进入胃内就可引起胃液分泌，称为头期胃液分泌。该过程受神经调节和神经体液调节的共同调控，如图所示。胃泌素通过_运输到达胃腺细胞，促进胃液分泌。促进胃腺细胞分泌胃液的信号物质，除胃泌
45、素外还有_。（3）为探究两种调节机制对头期胃液分泌的影响，有人用同一只狗连续进行了以下实 验：步骤实验操作4 小时胃液分泌量1假饲2切除胃窦，再假饲3假饲，并注射一定量的胃泌素(控制胃泌素的注射适量，使胃液分泌量和步骤 1 相当)4只注射与步骤 3 相同刼量的胃泌素，但不假饲注：假饲是让狗吃肉，但吞下的肉从食道上的人工瘘口掉出，不进入胃；“”数量表示胃液分泌量多少。步骤 2 中胃液的分泌是_调节的结果。步骤 3 的目的是_。步骤 4 是为了确定在神经体液调节作用下的胃液分泌量。重复上述实验均得到相同结果，表明在头期胃液分泌的两种调节机制中，_的作用效应更大；二者共同作用效应_ (大于/小于/等
46、于)各自单独作用效应之和。答案与解析1.B【解析】与对比，实验自变量为是否有通向小肠的神经，因变量是胰腺是否分泌胰液，其结果说明胰腺分泌胰液可以不通过神经调节产生，但也可能通过神经调节，要证明胰液分泌是否受神经的调节应该再设计实验继续探究，B错误。2.C【解析】分泌胰液的原因是稀盐酸刺激小肠黏膜产生了某种物质，该物质经过血液循环刺激了胰腺分泌胰液，后来被人们证实是促胰液素促进了胰液的分泌，C正确。3.B【解析】根据表格信息，通过手术摘除性染色体组成为XY的胚胎即将发育为睾丸的组织，幼兔生下来之后，外生殖器表现为雌性，说明雄性器官的发育，需要睾丸提供激素信号，缺失此信号，发育出雌性器官，A正确；
47、通过手术摘除性染色体组成为XX的胚胎即将发育为卵巢的组织，幼兔生下来之后，外生殖器表现仍为雌性，B错误；根据A项分析，摘除即将发育为睾丸的组织后，给予一定量的睾酮刺激，可能促进雄性生殖器官的发育，导致发育成雄性，C正确；综上所述，外生殖器的表现与性染色体的组成有关，也与激素水平有关，D正确。4. (1)一 (2)体液 神经递质 (3)神经 确定在假饲条件下胃泌素的分泌量 神经体液调节或者神经调节和体液调节共同作用 大于【解析】（1）胃腺细胞分泌胃液，属于皮肤及其黏膜的分泌物，胃酸可以杀灭进入胃内细菌，是保护人体健康的第一道防线，属于非特异性免疫过程。（2）据图分析，胃泌素通过体液调节运输到胃腺细胞，促进胃液分泌。