呼吸運動與膈運動關系實驗模型的創新設計

任海芬

摘要：呼吸運動與膈運動是人教版七年級下冊第三章第二節《發生在肺內的氣體交換》一節中的一個重要知識點，呼吸運動與呼吸肌—肋間肌和膈肌的運動是直接相關的。由于發生在人體內部，看不到摸不著，所以學生理解起來非常困難。于是，教材中設計了一個演示實驗，由于該演示模型存在著一些不足的地方，筆者利用身邊簡易的材料制作演示模型，不僅實現了環保還能使演示實驗更加完善。

關鍵詞：呼吸運動；膈運動；肋間肌；膈肌；環保

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）25-0085

一、在教材中的地位和作用

呼吸運動與膈運動的關系模型是新人教版七年級生物下冊第三章第二節發生在肺內的氣體交換中的一個演示實驗模型。該模型很直觀地展示了肺呼吸與膈肌運動的關系，使抽象的知識更加形象和直觀，更好地幫助學生理解膈肌的運動是如何引起呼吸的。

二、實驗原裝置

三、實驗原理

與呼吸有關的肌肉叫呼吸肌，包括肋間肌和膈肌。吸氣時，肋間肌收縮，胸廓跟著向外向上移動，導致胸腔的前后徑、左右徑增大；同時組成胸腔底部膈的肌肉也收縮，使膈頂下降，導致胸腔的上下徑增大。通過肋間肌和膈肌的收縮，使胸廓擴張，胸腔容積增大，肺跟著擴張，由于肺里的氣體總量沒變，但容積增大，因此肺內的氣體壓力相應降低，外界的氣體就被壓進肺里，這就實現了吸氣。

吸氣與呼氣正好相反。肋間肌和膈肌舒張，使胸廓的前后徑、左右徑、上下徑增大，導致胸腔的容積變小，肺跟著收縮，肺內的氣體壓力相應增大，氣體就被擠壓出肺，這就是呼氣。

四、原實驗不足之處及改進的重難點

1.攜帶不便：由于該裝置是用大玻璃瓶做的，大且重，因此上課過程中多有不便。

2.存在著安全隱患：七年級學生剛從小學升入初中，好奇心強，教師演示完后他們往往都想親自嘗試。在演示的過程中，該裝置有被摔的可能性，而破碎的玻璃片可能會引發安全事故。

3.演示不全面：該裝置的底部用有彈性的橡皮膜模擬了膈肌的運動，展示了呼吸與膈運動的關系。用玻璃瓶模擬胸廓，由于不能伸縮，因此不能模擬肋間肌的運動與呼吸的關系。

4.模擬膈肌的膜存在的缺陷：原裝置中模擬膈肌的橡膠膜中央有一個按鈕，里面用螺絲固定，學生好奇心強，曾把按鈕擰掉了，甚至把橡膠膜中間撕裂，由于整個模型是密封的，所以很難修好，影響了以后的使用。

5.本實驗改進的重點是：

（1）模擬膈肌的同時還要演示肋間肌對呼吸的影響；

（2）橡膠膜的改進：用塑料袋代替橡膠膜模擬膈肌的運動。

五、實驗創新及改進之處

1.安全性：由于原裝置是用玻璃做的，存在著安全隱患，因此筆者用廢棄的油壺和飲料瓶做實驗裝置，可以避免安全事故的出現。

2.攜帶方便：由于改進后的裝置基本上都是質地輕的塑料設備，因此上課時來回攜帶非常輕便。

3.演示比較全面：本次實驗儀器的改進，筆者做了兩個模型，一個是比較大的油壺，一個是比較小的飲料瓶，而飲料瓶可以很好地演示膈肌、肋間肌兩者的運動與呼吸的關系，演示得更全面。

4.膈肌膜改進后更完善：雖然塑料膜容易壞，但取材方便，如果學生弄壞了，就讓他們親自動手修好，讓他們愛護實驗儀器，更重要的是教育他們要有責任感。

六、實驗器材

吸管、廢棄的油壺、大可樂瓶、氣球、小刀、膠帶、塑料袋、圓規、橡皮筋

七、實驗主要步驟

1.油壺模擬

（1）實驗準備

①取一個質地較硬的5L的油壺，用刀割去底部。

②剪一段大約12cm的吸管用來模擬氣管，另剪長短一致，大約4cm的兩小段吸管模擬支氣管。

③將兩小段的一頭傾斜靠在一起形成大約100度的夾角，然后附在模擬氣管的吸管的一頭，用膠帶粘好，這樣氣管相連的支氣管就做好了。

④根據吸管的直徑，先用圓規在油壺的瓶塞上扎一個小孔，再用小刀尖端旋轉把小孔弄大，直到正好穿過吸管。

⑤用橡皮筋把氣球纏繞在模擬支氣管的吸管上，用來模擬肺。

⑥把做好的模擬氣管吸管的一端插進瓶塞中央的洞里，直到穿透為止，調整好氣管在外的距離。

⑦把塑料帶底部帶角的一邊按照油壺底部的大小剪好，包在油壺底部，邊緣用膠帶粘好。

（2）進行實驗

左手拿起模型，右手拇指和食指捏緊底部塑料帶的一角往下拉，我們會發現氣球充滿氣體，這是模擬吸氣；然后往上推塑料袋，會發現氣球收縮，模擬了呼氣的過程。

該模型比較大，演示起來直觀明顯，但不太合適模擬肋間肌對呼吸的影響。

2.可樂瓶模擬

實驗準備同上，不同之處有兩點。

一是吸管模擬支氣管方面：用帶螺紋的吸管，在螺紋中間挖一個洞，正好可以插進吸管，用膠帶粘好連接處，把吸管螺紋處往兩側下方輕輕彎一下，就形成了支氣管。二是實驗時多了一個操作，那就是模擬膈運動的同時，用左手捏可樂瓶子，模擬肋間肌的運動。具體操作：右手捏緊底部的塑料袋往下拉，模擬膈肌收縮演示吸氣過程；然后再往上推塑料袋，同時用手捏緊瓶身，模擬肋間肌舒張，演示呼氣過程。

由于該裝置輕便，因此一個人便可模擬肋間肌和膈肌對呼吸的影響。

八、實驗裝置圖

九、實驗效果以及實驗反思

1.實驗效果

改良后的實驗模型具有以下優點：取材簡單，人人都可以制作，攜帶方便，可以避免模型破碎引發的安全問題，該模型創新的重點是，全面演示了肋間肌和膈肌運動與呼吸的關系，使學生更直觀地認識到呼吸是由肋間肌和膈肌共同作用的結果。

2.實驗反思

在該實驗模型的改進過程中，最難的地方有兩個，一個是支氣管，一個是模擬膈肌的膈。

最初筆者用帶三通的輸液管來代替支氣管，但它比較軟且細，后來用吸管改裝后效果很好。模擬膈肌的膈，最初筆者用氣球來做，但沒有找到合適的。后來筆者就用塑料袋帶角的底部，正好可以用手來拉伸，以更好地模擬膈的運動。

經過數次嘗試，結果頗豐，在此實驗嘗試和改進過程中，有值得借鑒的地方也有反思的地方，現做如下總結。

亮點：

（1）取材容易，操作簡單，安全；

（2）攜帶方便，演示效果明顯；

（3）全面直觀地演示了肋間肌和膈肌協調運動引起呼吸；

（4）實驗生動有趣，讓學生有了只要動動手就能制作實驗儀器的沖動，極大地調動了學習生物的興趣。

參考文獻：

[1]張翠香.模型改進一例[J].中學生物學教學，1998（3）：37-37.

[2]張賢陰.對呼吸運動與膈的運動的關系演示實驗操作及其模型的改進[J].生物學通報，2002，37（4）.

[3]課程教材研究所生物課程教材研究開發中心.發生在肺內的氣體交換，義務教育教科書[M]，教育部審定2012

（作者單位：河北省邢臺市信都區路羅中學054001）