“呼吸與呼吸作用”一節的教學設計

王 丹 （北京市豐臺區豐臺二中初中部 北京 100040）

1 教材分析

“呼吸與呼吸作用”是北京市義務教育課程改革實驗教材7年級下學期第6章“生物的呼吸”第4節的內容。本章前3節從人、綠色植物和其他生物的角度，分別介紹了生物的呼吸現象和其特定的氣體交換方式，學生能認識到每種生物都需要呼吸。將前3節內容進行比較分析，學生自然會產生這樣的疑問：“生物為什么需要不斷地進行呼吸？”“生物不斷地從外界攝入氧氣，用來做什么？”“生物不斷排出的二氧化碳又是從哪里來的？”本節按照從現象到本質的探究規律，引導并幫助學生構建呼吸作用的概念，完成對“呼吸與呼吸作用”的整體認識，對前3節內容進行概括與提升。呼吸作用是初中生物學教學的重要概念之一。呼吸作用是生物體的共同特征。學生對呼吸作用概念的構建和生成，對初中及今后的學習起到重要的銜接作用。初中階段呼吸作用的學習主要圍繞有氧呼吸展開。

2 學情分析

初中學生思維活躍，求知欲強，但這一階段的學生感性認識仍然大于理性思維，需要教師給予充足的感性材料和引導才能加深對學習內容的理解。從學生已有的知識角度分析，通過前3節的學習，學生不難概括出“呼吸是生物體與外界進行氣體交換的過程”。呼吸的目的是為細胞的呼吸作用提供充足的氧氣，氧化分解有機物釋放能量，滿足生命活動所需。通過第4章“生物的營養”的學習，學生對“能量”這個詞并不陌生，但仍缺乏直觀感受。本節重、難點需要通過實驗探究的方法，從現象到本質逐步深入進行突破。

基于教材，該教學設計在呼吸作用概念的學習上做出了適當調整。將教材中學習活動“探究種子燃燒釋放的熱量”改為由化學教師演示并講解的“脂肪體外燃燒實驗”；將學習活動“探究種子呼吸時釋放熱量”改為“用智能溫度監測儀實時監測徒手屈肘運動肱二頭肌體表溫度變化趨勢”。引導學生分析“燃燒”和“呼吸作用”過程并進行比較，加深學生對學習內容的理解，進而構建呼吸作用的概念。設計上實現了學科交叉融合的嘗試，還在教材植物實驗（種子燃燒、種子萌發）基礎上擴充了動物、人體（脂肪燃燒、運動產熱）實驗，貼近學生日常生活，易激發學生的學習興趣。

3 教學目標

1）知識目標：描述呼吸作用的具體過程；區別呼吸與呼吸作用；說出呼吸作用的實質。

2）能力目標：在脂肪的體外燃燒實驗中，初步學會實驗數據的記錄和分析方法，進一步培養問題分析能力和語言表達能力；在監測屈肘運動肱二頭肌體表溫度變化情況的學習活動中，智能溫度監測儀APP的引入，發展信息獲取和處理的能力；嘗試比較燃燒和呼吸作用的異同，加深對呼吸作用的理解。

3）情感態度與價值觀目標：通過“燃燒”和“呼吸作用”學習過程的比較，認同實事求是的科學態度和探究精神；通過學習情境創設，認同良好的飲食和運動習慣，確立積極、健康的生活態度；通過實驗可行性分析和討論，發展理性思維，培養嚴謹的科學態度。

4 教學過程

教學流程如圖1。

圖1 教學流程示意圖

4.1 溫故知新，引入主題 教師引導學生回顧前3節課的內容：人的呼吸，綠色植物的呼吸，以及其他生物的呼吸，進而概括得出呼吸的概念。提出問題：生物為什么要不斷地進行呼吸？吸入的氧氣用來做什么？排出的二氧化碳又是從哪里來的？引入本節課主題：呼吸與呼吸作用。

設計意圖：在學生已有知識基礎之上進行概括總結，通過提問引發學生思考，導入新課。

4.2 學科巧融合：化學教師演示并講解體外脂肪燃燒實驗 教師創設學習情境，用PPT出示體重相同、體型不同的成人的圖片，引出脂肪和健康話題，引入減肥廣告詞“燃燒吧，脂肪”，提出問題：“燃燒在這里用的合理嗎？在體內，脂肪能燃燒嗎？”燃燒是一個化學概念，進而引出化學教師演示并講解的“體外脂肪燃燒實驗”。

實驗材料：臘肉的脂肪部分、托盤天平，2瓶氧氣（帶玻璃蓋）、酒精燈、鑷子、紅外測溫儀、火柴，澄清的石灰水，黑紙等。

實驗步驟：1）取一小塊脂肪，用托盤天平稱量，將讀數記錄到表格中。2）實驗前先用紅外測溫儀測出集氣瓶外表溫度，并記錄到表格中。3）在空氣中點燃脂肪，再放入氧氣瓶中燃燒，提醒學生對比脂肪在空氣和氧氣中燃燒的狀態，繼續燃燒直至集氣瓶中氧氣耗盡，迅速蓋嚴集氣瓶蓋。4）用紅外測溫儀再次測出集氣瓶表面溫度并記錄。5）引導學生觀察集氣瓶壁，觀察其上有什么現象出現？6）用澄清石灰水檢測集氣瓶中的氣體，觀察澄清的石灰水是否變渾濁。7）用天平稱量燃燒后剩余物質的質量，并記錄。

表1 體外脂肪燃燒實驗記錄表

學生觀察演示實驗，并思考以下問題：

1）反應前、后樣品質量發生了什么變化？

2）反應前、后集氣瓶表面溫度發生了什么變化，為什么？

3）釋放出的熱量是從哪里來的？

通過實驗記錄表的分析、討論和填寫，學生能明確燃燒的原料、產物和條件等，并總結得出燃燒的反應式。教師進行總結、補充。

圖2 燃燒的反應式

設計意圖：創設教學情境，引導學生辯證看待脂肪，認同健康的飲食和運動習慣。化學教師的演示和講解，有效整合了小學科學課和化學相關知識，喚醒學生已有學習經驗。實驗記錄表的填寫和實驗的分析、討論，使學生初步學會數據記錄和實驗分析的方法，進一步培養問題分析和語言表達能力，為后續學習呼吸作用的概念打下基礎。

4.3 利用智能溫度監測儀，形象、直觀反映呼吸作用的過程 人體中的脂肪能像體外一樣燃燒嗎？人體中的情況究竟是什么樣的？通過問題進行過渡。結合上個環節的學習，教師提問：

1）人體正常生命活動的維持需要能量嗎？

2）哪些生命活動需要能量？

3）所需的能量從哪里來？

4）是否也是通過類似于體外脂肪燃燒這樣的反應獲得？

引導學生層層遞進，進行討論分析。在此將呼吸作用的探究分為3步。

步驟1：學習活動。連續進行徒手屈肘運動，監測肱二頭肌體表溫度變化情況。

材料和用具：智能溫度監測儀APP和感溫片、iPad、seewo 電腦，HDMI轉接線、保鮮膜，志愿者2名等。

實驗步驟：1）將智能溫度監測儀的感溫片貼于一名志愿者肱二頭肌外側皮膚上，其外包裹保鮮膜，徒手屈肘90度，約1 s一次，持續運動2 min。2）感溫片連續測溫，通過藍牙連接監測儀 APP（iPad上）和感溫片，實時生成時間—溫度曲線圖，并投影到seewo大屏上，讓學生能直觀觀察到運動過程中肌肉體表溫度隨時間的變化情況。

同時，將全班學生分為2組，一組做擴胸運動，一組做徒手屈肘運動，全員參與體驗運動過程，觀察時間－溫度曲線走勢，讓學生直觀感受到運動過程肌肉體表溫度會升高。

步驟2：實驗可行性分析。

教師提問：1）溫度曲線逐漸升高，這種情況會不會是偶然的？2）實驗中，為什么要包裹保鮮膜？3）通過以上分析，能否直接得出“運動能使肌肉體表溫度升高的結論”？為什么？

首先，出示運動前、后不同肌群的紅外熱像檢測圖，引導學生得出“不同部位，不同強度的持續運動，肌肉外側皮膚溫度都會有不同程度的升高”這樣的結論并非偶然。

接著，出示來自同一被試者不同情況下（包裹保鮮膜運動、包裹保鮮膜不運動、不包裹保鮮膜運動）時間－溫度曲線圖，引導學生自行分析，學生能得出：“包裹保鮮膜運動時，溫度升高的較為顯著”的結論，進而認識到“設置對照”對于實驗法的重要性。

最后，一個被試者的情況可能存在偶然性，出示多名被試者的數據，引導學生進行分析。通過分析得出“多次重復”對于實驗法的重要意義。

步驟3：呼吸作用反應過程具體分析。

教師提問：1）運動過程中，肌肉外側皮膚溫度為什么會升高？2）變化發生的具體部位在哪里？是如何變化的？

通過問題引發學生思考，教師帶著學生通過寫、畫板書的方式，分析并講解細胞中發生呼吸作用反應的具體過程。一邊板書，一邊分析反應的原料、產物、條件等，并與呼吸概念相結合，分析反應式中有機物、氧氣的來源，二氧化碳的去向等問題，將呼吸作用過程形象、立體呈現。

圖4 呼吸作用具體過程分析（該圖為課堂板書）

設計意圖：呼吸作用的概念較為抽象，學生對其感性認識相對薄弱，本節課的重、難點通過實驗探究，從感性到理性逐步深入進行突破。步驟1的學習活動為后2步提供直接經驗。智能溫度監測儀的引入，注重實證思想，發展學生信息獲取和處理的能力，讓學生形象、直觀的體會到呼吸作用的反應過程和特點，加深了學生對呼吸作用的理解，幫助學生有效區分呼吸與呼吸作用的概念。實驗可行性的討論和分析，發展學生的理性思維，引導學生關注細節，培養科學嚴謹的實驗態度。

4.4 比較歸納：得出呼吸作用的實質 根據學習任務單，結合板書，引導學生討論比較“燃燒”和“呼吸作用”的異同，進而得出呼吸作用的實質：細胞中有機物氧化分解，并釋放能量，為生命活動提供動力。

表2 比較燃燒和呼吸作用的異同

設計意圖：教師通過問題和表格引導學生思考，并進行小組討論，通過比較，學生自行構建呼吸作用的概念，進而歸納呼吸作用的實質。

4.5 拓展提高，留下疑問 本節內容主要以人為例，分析了人體的呼吸和呼吸作用。教師提問：綠色植物和其他生物也要呼吸，攝入的氧氣用于做什么？排出的二氧化碳又是從哪里來的？它們體內是否也發生著類似于人體細胞中呼吸作用的反應？通過問題引發學生思考，進而歸納得出“呼吸作用是生物體的共同特征”的結論。

本節課結束時留下疑問：“如果屈肘運動一直持續，肌肉會無限制地升溫嗎？”激發學生的求知欲。

設計意圖：對本節課內容進行拓展和提高，讓學生進一步明確生物的生命活動都離不開呼吸作用，呼吸作用是生物體的共同特征。最后留下疑問，引發學生思考，為“生物的排泄”和“生命活動的調節”部分的學習做好鋪墊。

5 教學反思

5.1 基于學科融合，構建生物學重要概念 為豐富學生的感性認識，突出重點，突破難點，本節課基于生物學與化學學科的融合，由化學教師演示并講解“脂肪體外燃燒實驗”，有效聯系學生小學科學課學習過的燃燒知識，重視學生已有經驗在新知獲取中的作用，為后續構建“呼吸作用”概念做好鋪墊。學科交叉教學活動，符合當前新課程改革的要求，是應對新中考趨勢的大膽嘗試。

5.2 注重實證思想，應用新技術于課堂教學 學習活動的設計注重實證思想，巧妙利用先進的體溫監測設備——智能溫度監測儀（APP和感溫片），實時生成時間－溫度曲線圖，讓學生直觀體會“屈肘運動”發生在肌肉細胞中呼吸作用的反應過程及特點。將原本抽象的概念形象、立體呈現，學生對呼吸作用形成更加深刻的認識。

5.3 重視科學探究，發展學生理性思維 本節課在實驗和活動的設計上重視科學探究，基于教材內容，重構2個學習活動，不僅增加了課堂的趣味性，也更符合學生的認知特點。在學習活動中，引導學生進行實驗可行性分析和討論，使學生進一步明確“設置對照”和“多次重復”在實驗法中的重要性，進一步發展學生的判斷、推理、歸納、對比等理性思維的能力。