基于進化思想和科學思維的“心臟”（第1課時）教學設計

黃丹青

（北京第一0一中學 北京 100091）

在《義務教育初中生物學課程標準（2011年版）》中，關于“血液循環系統”的知識內容隸屬于第5 個一級主題“生物圈中的人”，需要學生形成的重要概念為：血液循環系統包括心臟、動脈、靜脈、毛細血管和血液，其功能是運輸氧氣、二氧化碳、營養物質、廢物和激素等物質。“人體內物質的運輸”是義務教育人教版7年級下冊生物學教材第4 單元第4 章的內容。該章開篇即明確指出血液循環系統的功能是運輸，其組成包括血液、血管和心臟。本章下的3 個節分別闡述了各組成的功能，其中血液是物質運輸的載體，血管和心臟分別提供了明確的運輸方向和動力。“輸送血液的泵——心臟”是第3 節的內容，由于心臟結構和血液循環路徑復雜，血液在循環途徑中成分的變化等生理過程較為抽象，對初學者具有一定難度。本文從心臟結構的演化過程入手，探尋血液循環系統的發展規律，幫助學生理解和記憶。

1 設計思路

在“輸送血液的泵——心臟”一節的教學中，沿著演化的路徑研究心臟的結構，學生可清晰體會瓣膜出現的原因（以蚯蚓“心臟”為例）、心房與心室分開對泵血效率的極大提升（以魚的心臟為例）、從單循環到雙循環的結構變遷與不斷完善（對比魚的單循環、蛙的不完全雙循環和人的雙循環）。通過由簡單到復雜的一系列案例對比，學生可體會到：是動物體在演化過程中對大型化和復雜化的更高需求，驅動著心臟的演化，使其不斷完善結構和功能以提升泵血效率。

本節課力圖通過對比若干種動物心臟典型特征的分析，幫助學生理解人體四腔心臟各結構的存在原因及形成過程，同時借助模型、實物解剖、資料分析等輔助手段，引導學生自主構建人體心臟與血液循環模式圖，初步形成結構與功能觀、進化與適應觀等生命科學的核心思想。

2 學情分析

在學習血液循環系統之前，學生已學習了人體的生殖系統、消化系統和呼吸系統，對于血液循環系統存在的意義已有模糊的認識。由于有前2節知識的鋪墊，學生已知心臟的功能是用于泵血，但不清楚其結構特點，同時又好奇“心臟是如何形成的？”此問題能引發興趣，并進一步激發他們對“其他器官是如何形成的”“為什么這些器官的結構會由簡單變復雜”等問題的思考。

初一學生具有一定的閱讀能力、信息提取和分析能力，以及演繹推理能力，能在給定資料和教師的引導下自主完成心臟模式圖的構建任務。

3 教學目標

生命觀念：從心臟的結構出發，理解心臟是如何實現血液泵的功能的，體現結構與功能觀；從心臟的演化角度，認識到器官的復雜化是為了更好地適應由水生到陸生的環境變化，體現進化與適應觀。

科學思維：邏輯與推理、信息提取、模型構建等。

社會責任：通過對心臟結構復雜性的直觀感受和有關先天性心臟病的教學案例，意識到健康心臟的重要性，關注心臟的保健和心臟病的預防。

4 教學過程

4.1 環節1：創設情境，提出問題 教師展示多種動物（蚯蚓、魚類、鳥類、爬行類）的心臟結構，提出問題：各種動物的心臟功能都是相同的——為血液循環提供動力，但為何不同動物的心臟結構卻相差很大？學生觀察后作出假設：心臟結構越復雜，其泵血功能越強。

4.2 環節2：心臟結構的演化

4.2.1 任務1 學生閱讀學案任務1：比較蚯蚓血液循環模式圖和魚類血液循環模式圖，回答問題。

學生閱讀資料：蚯蚓沒有真正的心臟結構，但具有若干可搏動的膨大血管（圖1），通過血管外側肌肉的收縮，將血液擠出血管，推動全身血液循環。魚的心臟具有2 個空腔，分別稱為心房和心室（圖2）。心房壁的肌肉較薄，用于接收從全身各處流回的血液，當心房充滿血液后就會將血液擠入心室；心室壁肌肉較厚，能將心房送來的血液泵出心臟，推動血液循環［1］。問題：①魚的心臟與蚯蚓的膨大血管相比，哪個具有更強的泵血能力，為什么？②蚯蚓的膨大血管應具有什么結構，泵血時才能保證血液單向流動？魚的心臟是否有類似結構？

圖2 魚類血液循環模式圖

通過討論問題①，學生分析得出魚的心臟結構與蚯蚓相比更具優勢，因為①魚具有真正的心臟，相比蚯蚓的膨大血管，其腔體容量更大，一次可泵出更多的血液；②魚的心臟具有一心房一心室的兩腔結構，而蚯蚓的“心臟”只有1 個腔。但對于一心房一心室結構的優點，資料中并沒有直接給出，需要進行推理，學生對此有一定的困難。教師進一步引導學生思考兩腔結構可能會有什么優點？并提醒學生注意閱讀資料中提到的心房和心室的不同功能。經師生共同分析，最終得到答案：一心房一心室可將心臟的工作——蓄積回流的血液和推動血液泵出心臟2 個步驟分開，從而減少等待血液蓄滿的時間，極大地提高效率。

通過問題②，學生回顧知識，靜脈具有瓣膜，保證了血流的單向性，該結構同樣也可出現在心臟處，體現結構與功能觀。教師由此引導學生感受瓣膜結構在血液循環系統中存在的普遍性。

4.2.2 任務2 學生閱讀學案任務2：分析蛙類血液循環模式圖（圖3），回答問題。

圖3 蛙類血液循環模式圖

學生閱讀資料：動物由水生到陸生，需要面臨對陸地環境的多方面適應。用肺部代替鰓進行呼吸是適應陸地生活的一個重要特征。回顧人體的肺部結構，肺部包含大量的肺泡和毛細血管，這樣的結構特征使肺相對脆弱，不能承受很高的血壓。據測算，人體肺循環壓力只有體循環壓力的1／5～1／4［2］。若因疾病等原因造成肺部血壓升高，將導致肺部失去正常功能。學生觀察蛙類血液循環模式圖，思考：蛙類的血液循環模式與魚類相比有何區別？

由于蛙類血液循環方式與魚類的單循環具有很大差別，需要教師引導學生分析蛙心臟結構特點及其價值。教師設問：蛙類的血液循環系統將肺循環獨立出來有哪些優點？師生共同分析認為：①體循環和肺循環的分開，可使血液以較高的壓力送往肌肉和大腦等處，而不用擔心損傷纖細的肺部組織；②含氧血在肺循環產生，在體循環消耗，2 個循環相對獨立可進一步提高效率［1，3］。

教師例舉人體先天性心臟病——單心室病的案例［2］，讓學生感受蛙類血液循環系統存在的缺陷。案例指出，如果人體的心臟像蛙類一樣只有二心房一心室，病人會因多器官缺氧而降低壽命。學生分析認為，二心房一心室的結構，意味著在心室中存在動脈血和靜脈血的混合血，降低了血液運氧效率，可稱之為不完全雙循環。

怎樣才能進一步提高血液循環系統的效率？學生回答，為進一步提高效率，應采用完全雙循環的血液循環模式，即需將心室分隔開分別存放動脈血和靜脈血，形成二心房二心室的四腔結構。由此，學生推導出人體心臟具有二心房和二心室的意義與價值。

4.3 環節3：完成人體血液循環模式圖的繪制教師帶領學生觀察人體心臟等比例模型，學生辨識各部分結構。之后現場演示豬心解剖實驗，讓學生感受心臟各腔肌肉厚度差異。通過上一個環節的學習，學生已了解心房和心室功能的區別，以及左、右心室泵血能力的差別，因而能推理得出各腔肌肉厚度出現差異，是由于各腔室需要承擔的功能不同——心房用于儲存回流血液并將其泵入心室，不需要太厚的肌肉；心室用于將血液分別泵向體循環和肺循環，需要發達的肌肉完成收縮運動，而其中左心室負責血壓更高的體循環，肌肉比負責肺循環的右心室更厚。

學生根據學案的提示，分步完成以下內容：①明確二心房二心室的位置，標出名稱；②用箭頭畫出血液在各腔中的流動方向；③在心臟4 個腔連接的血管處填寫血管名稱；④用紅色筆代表動脈血，藍色或黑色筆代表靜脈血，將各血管連接起來，繪制體循環與肺循環的路徑。

有了前面知識內容的鋪墊，學生通過上述步驟，能以小組形式自主完成模式圖繪制（圖4）。之后教師請學生到黑板上完成小組匯報，并進行講評，總結人體心臟結構與功能相適應的特點。

圖4 人體血液循環模式圖

4.4 環節4：課堂評價 學生對照已完成的人體心臟模式圖，填寫心臟解剖圖上各結構名稱（參考人教版7年級下冊第61 頁心臟解剖圖），完成從抽象概念到真實結構的統一。

5 教學反思

本節課采用了以心臟演化為主線的教學思路，引導學生了解心臟結構由簡單到復雜的變遷過程，認識到通過心臟結構的不斷優化，可提高泵血效率，使動物能更好地適應內、外環境。在學習蚯蚓、魚類等動物的心臟結構時，學生體會到瓣膜、心房、心室、雙循環等結構出現的價值及其功能，深入理解結構與功能觀。同時，由于每個結構的來歷十分清楚，學生不需要死記硬背，基本能達到理解性記憶的效果，并通過自主繪制人體心臟和血液循環模式圖，為第2 課時“血液循環路徑”的學習做好充分的鋪墊。

5 個班的教學實踐顯示，多數學生能在教師引導下獨立完成心臟模式圖的繪制，但對于“雙循環是一個整體”的觀點理解還不夠，需在后續的課程中進一步落實。此外，本節內容對于基礎相對薄弱的初一學生來講有一定難度，因此更適合學習程度較好的班級使用。