“發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換”教學(xué)設(shè)計(jì)

姚靜文

文件編號： 1003 - 7586（2016）06 - 0014 - 03

1 設(shè)計(jì)思路

在肺內(nèi)進(jìn)行的氣體交換，包括2個(gè)部分：肺與外界的氣體交換，肺泡與血液的氣體交換。其中第一部分涉及到“氣體體積變化”“氣壓”等物理學(xué)知識，學(xué)生缺少有關(guān)的知識儲(chǔ)備，因此這是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)。教學(xué)時(shí)必須要有計(jì)劃地逐一攻破難點(diǎn)，筆者教學(xué)時(shí)，在書本已有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，適當(dāng)?shù)卦黾雍蜏p少實(shí)驗(yàn)步驟，讓實(shí)驗(yàn)更好服務(wù)于“教”與“學(xué)”。

教師有計(jì)劃地提出“問題”，結(jié)合優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行演示、引導(dǎo)，使學(xué)生認(rèn)識氣壓和體積的關(guān)系，直觀地觀察呼吸前后氣體的變化，從而理解肺內(nèi)的氣體交換的整個(gè)過程和原理。

本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是：采用“問題驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)策略，將不同的知識點(diǎn)設(shè)計(jì)成問題，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；使用“優(yōu)化”后實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，配合問題驅(qū)動(dòng)，逐步擊破重難點(diǎn)，讓實(shí)驗(yàn)更好地服務(wù)教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”。

2 教學(xué)分析

2.1 教材分析

教材在上一節(jié)“呼吸道對空氣的處理”介紹了外界空氣經(jīng)過呼吸道的處理進(jìn)入肺，本節(jié)接著介紹發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換包括兩個(gè)部分：① 肺與外界的氣體交換；② 肺泡與血液的氣體交換。這兩個(gè)部分是有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一整體，其中肺與外界的氣體交換涉及物理知識，是本節(jié)課的重難點(diǎn)。

2.2 學(xué)情分析

七年級學(xué)生對生物學(xué)習(xí)興趣濃厚，根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)，對呼吸有初步的感性認(rèn)識，知道肺的重要性，但對于肺內(nèi)的氣體交換的工作原理并不了解；具有一定的觀察與分析能力，但是對事物的理性分析和總結(jié)歸納能力不強(qiáng)，本課需要學(xué)生較強(qiáng)的理解與想象力，對學(xué)生來說仍有較大難度。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識目標(biāo)

概述肺與外界的氣體交換過程；概述肺泡與血液的氣體交換過程。

3.2 能力目標(biāo)

結(jié)合實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)原理，提高觀察和分析能力。

3.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

體會(huì)肺對呼吸的重要性，對吸煙等損害肺的行為有一定的認(rèn)識。

4 教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)難點(diǎn)：肺與外界的氣體交換過程。

教學(xué)重點(diǎn)：肺泡與血液的氣體交換過程。

5 教學(xué)過程

5.1 情境導(dǎo)入，體驗(yàn)呼吸，激起興趣

教師提出問題：① 你1 min呼吸多少次？

同時(shí)，教師組織學(xué)生活動(dòng)：數(shù)一數(shù) 1 min自己的呼吸次數(shù)。

教師引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)呼吸的頻率，并結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，簡單介紹：人平靜時(shí)呼吸頻率是16次/min，運(yùn)動(dòng)或緊張時(shí)會(huì)有所增加，呼吸停止時(shí)代表生命結(jié)束。這樣可以使學(xué)生明白呼吸與生命息息相關(guān)。

5.2 進(jìn)入新課，學(xué)習(xí)肺與外界的氣體交換

教師提出問題：② 運(yùn)動(dòng)呼吸與什么有關(guān)？

同時(shí)，教師組織學(xué)生活動(dòng)：把手放在胸前，深吸氣一次，深呼氣一次。

一般學(xué)生都能回答出與“肺”有關(guān)。教師組織此活動(dòng)時(shí)，學(xué)生能夠感受胸廓隨吸氣和呼氣時(shí)發(fā)生的變化。學(xué)生得出呼吸運(yùn)動(dòng)還與“胸廓”的大小變化有關(guān)。

教師提出問題：③ 胸廓是靠什么來變大，變小的？

同時(shí)，教師展示“胸廓的運(yùn)動(dòng)”動(dòng)畫。

有些學(xué)生通過閱讀書本也能知道此問題跟肋間肌和膈肌有關(guān)系，但對肌肉的收縮和舒張的概念，不是太理解。為了更好地解決這個(gè)問題，教師通過展示“胸廓的運(yùn)動(dòng)”動(dòng)畫，同時(shí)還可以介紹，肌肉收縮時(shí)需要用力，舒張時(shí)不需要用力，吸氣需要用力，肌肉則為收縮，呼氣不需要用力，則為舒張。這樣學(xué)生通過觀察動(dòng)畫、體會(huì)吸氣用力，呼氣不用力的感覺后，總結(jié)出胸廓變化的原因：肋間肌、膈肌收縮→胸廓擴(kuò)大；肋間肌、膈肌舒張→胸廓縮小。

5.3 通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)肺與外界進(jìn)行氣體交換的原理

教師提出問題：④ 胸廓的變化與呼吸有什么關(guān)系？

⑤ 是由于胸廓擴(kuò)大導(dǎo)致吸氣，還是因?yàn)槲鼩夂笫剐乩獢U(kuò)大？

同時(shí)，教師組織學(xué)生開展優(yōu)化實(shí)驗(yàn)：

① 在針筒外套一個(gè)氣球，抽拉活塞感受氣壓與體積的關(guān)系。

② 模擬膈肌的運(yùn)動(dòng)改良裝置，感受膈肌的收縮和舒張對呼吸的影響。

對問題④學(xué)生不難理解，胸廓擴(kuò)大，吸氣，胸廓縮小，呼氣。但是問題⑤，涉及“氣壓”“氣體體積變化”等物理知識，學(xué)生不一定回答清楚。教材考慮到這點(diǎn)，也安排了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過直觀的模擬活動(dòng)，理解其中的因果關(guān)系。只是教材只是附上的一段文字解釋，既抽象又難懂。

學(xué)生要解答第二個(gè)小問題，需要理解以下3個(gè)知識：

① 氣體具有壓力；

② 理解氣壓與容積大小的關(guān)系：在溫度不變的情況下，氣體總量不變時(shí)，氣壓=氣體總量/容積；

③ 氣體會(huì)從氣壓高的地方向氣壓低的方向流動(dòng)。

教師可以使用以下優(yōu)化實(shí)驗(yàn)來解釋以上3個(gè)知識點(diǎn)：

（1） 取一針筒，用手指堵住出口，抽拉活塞，感受手指被氣體擠壓和吸收的感覺，明白知識點(diǎn)①：氣體具有壓力。

（2） 在針筒外套一個(gè)氣球，并用橡皮筋代替繩子，氣密性更好，這樣就可以創(chuàng)造出一個(gè)氣體總量不變的環(huán)境，學(xué)生可以使用公式：氣體總量不變時(shí)，氣壓=氣體總量/容積。

實(shí)驗(yàn)過程：推活塞時(shí)，氣球變大，氣體從針筒流向氣球；抽活塞時(shí)，氣球縮小，氣體從氣球流向針筒。教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)公式解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出：知識點(diǎn)②氣體總量不變時(shí)，氣壓與容積成反比；知識點(diǎn)③氣體會(huì)從氣壓高流向氣壓低的地方。

（3） 使用模擬膈肌運(yùn)動(dòng)的改良裝置，薄膜用大氣球改良，彈性更好，代表膈肌，里面兩個(gè)氣球代表兩個(gè)肺，外面一個(gè)氣球代表外界氣體。

實(shí)驗(yàn)過程：“推”薄膜（膈肌舒張，膈肌上升），內(nèi)部兩個(gè)氣球縮小，外部一個(gè)氣球膨脹，肺內(nèi)容積下降，氣壓上升，肺內(nèi)氣壓>外界氣壓，氣體從肺內(nèi)（氣壓高）流向外界（氣壓低），表現(xiàn)為“呼氣”（圖1）。

“拉”薄膜（膈肌收縮，膈肌下降），內(nèi)部兩個(gè)氣球膨脹，外部一個(gè)氣球縮小，肺內(nèi)容積上升，氣壓下降，外界氣壓>肺內(nèi)氣壓，氣體從外界（氣壓高）流向肺內(nèi)（氣壓低），表現(xiàn)為“吸氣”（圖2）。

學(xué)生經(jīng)過這樣的學(xué)習(xí)之后，就能夠回答問題⑤：是由于胸廓的擴(kuò)大，導(dǎo)致肺部被動(dòng)擴(kuò)張完成吸氣的，胸廓的擴(kuò)大和縮小是屬于人的主動(dòng)行為。

從理解針筒的實(shí)驗(yàn)到理解模擬膈肌運(yùn)動(dòng)的創(chuàng)新裝置，符合學(xué)生從簡單到復(fù)雜、由淺入深的認(rèn)知規(guī)律。突破重難點(diǎn)：呼吸的原理實(shí)際上是胸廓變化引起肺內(nèi)外氣壓改變，造成氣體流動(dòng)，胸廓擴(kuò)大導(dǎo)致吸氣。

5.4 學(xué)習(xí)肺泡與血液的氣體交換

教師提出問題：⑥ 呼出的氣體和吸入的空氣有何不同？

同時(shí)，教師組織學(xué)生開展優(yōu)化實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證人體呼出的氣體中含有較多的二氧化碳裝置的改良。

教科書中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠直觀地讓學(xué)生觀察到呼出氣體比吸入氣體有更多的二氧化碳，但是兩個(gè)錐形瓶內(nèi)導(dǎo)管的設(shè)計(jì)安排原理的解釋比較復(fù)雜，使用的呼吸口部位不適合多次實(shí)驗(yàn)，容易受污染。實(shí)驗(yàn)過程中需要吹氣和控制兩個(gè)夾子，比較麻煩（圖3）。

實(shí)驗(yàn)過程：用小氣球收集人呼出的氣體，然后氣球可以一次性使用，不需要重復(fù)使用導(dǎo)管，以免不衛(wèi)生。另外，還可以通過控制氣球的出氣速度，控制實(shí)驗(yàn)的過程，使用試管代替錐形瓶，節(jié)約用量且效果明顯，操作方便適合多個(gè)班級使用（圖4）。

一個(gè)是洗耳球代表空氣，一個(gè)是氣球代表人呼出氣體，對照明顯，有利于教師講解實(shí)驗(yàn)原理和現(xiàn)象，學(xué)生一目了然，清楚實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理和實(shí)驗(yàn)說明的問題。

教師提出問題：⑦ 肺泡有哪些適合進(jìn)行氣體交換的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？

學(xué)生通過觀察書本圖片不難總結(jié)出肺泡與血液進(jìn)行氣體交換的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：肺泡多；毛細(xì)血管豐富；肺泡壁和毛細(xì)血管壁都很薄，只有一層上皮細(xì)胞。

教師提出問題：⑧ 氧氣最后是在細(xì)胞中的什么部位被利用？并組織學(xué)生觀看呼吸過程中氧氣的流動(dòng)過程。

通過觀看視頻，跟蹤氧氣的流動(dòng)過程，學(xué)生能夠知道氧氣最后到達(dá)細(xì)胞的線粒體。此問題作為一個(gè)拓展性的問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生大膽思考。

5.5 總結(jié)和練習(xí)

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行本節(jié)課內(nèi)容的總結(jié)，最后形成發(fā)生在肺內(nèi)氣體交換的兩個(gè)過程，用圖5，讓學(xué)生更加清晰這節(jié)課的內(nèi)容。

然后學(xué)生做一些相應(yīng)的練習(xí)進(jìn)行鞏固，達(dá)到學(xué)以致用的效果。

6 教學(xué)反思

現(xiàn)行義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，并且將探究活動(dòng)設(shè)定為生物新課程標(biāo)準(zhǔn)十大主題之一。各個(gè)版本的新教材均通過編入大量的各種形式的探究活動(dòng)來促進(jìn)探究性學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。開展探究性學(xué)習(xí)成為新一輪課程改革的主旋律。因此通過實(shí)驗(yàn)來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)探究的方法是最普遍的。但是根據(jù)不同的校情、學(xué)情，教師需要將部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，讓實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃畲笮б娴匕l(fā)揮它的作用，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)只是手段，真正的目的還是回歸課堂，讓這些通過優(yōu)化之后的實(shí)驗(yàn)，更有利于教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”。

有條件的學(xué)校還可以把優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的任務(wù)從教師身上轉(zhuǎn)移到學(xué)生身上，學(xué)生在熟悉原實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的問題與不足，再進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。教師在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的過程中，可以更好地向?qū)W生滲透了探究性學(xué)習(xí)的概念。