“人體內(nèi)的氣體交換”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

陳 艷

(南京市鐘英中學(xué) 江蘇南京 210002)

1 教材分析

“人體內(nèi)的氣體交換”是蘇教版初中教材《生物學(xué)·七年級(jí)·下冊(cè)》第四單元第十章第二節(jié)的內(nèi)容。“氣體交換”是人體呼吸過程的重要組成部分,是在學(xué)生學(xué)習(xí)完血液循環(huán)之后并對(duì)動(dòng)脈血和靜脈血有了一定了解的基礎(chǔ)上安排的學(xué)習(xí)內(nèi)容,可以使學(xué)生明確動(dòng)脈血和靜脈血轉(zhuǎn)變的原因,并為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)“人體能量的供給”奠定基礎(chǔ)。肺泡和組織細(xì)胞處的氣體交換過程較為抽象,為理解這一內(nèi)容,學(xué)生需要具備一定的物理和化學(xué)知識(shí),還需要具備分析、概括、解釋、推理、批判性思維、創(chuàng)造性思維、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)和問題解決等能力的支持,因此,肺泡和組織細(xì)胞處的氣體交換過程是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2 教學(xué)目標(biāo)

(1)概述肺泡內(nèi)和組織內(nèi)的氣體交換過程。

(2)嘗試設(shè)計(jì)方案探究呼吸過程中二氧化碳含量的變化;嘗試用學(xué)具模擬人體內(nèi)的氣體交換,鍛煉語言表達(dá)能力。

(3)養(yǎng)成健康的生活方式,關(guān)注空氣質(zhì)量;積極參與小組合作,養(yǎng)成團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)問題情境,設(shè)疑激趣

在本節(jié)課開始時(shí),教師拋出層層遞進(jìn)的問題串,驅(qū)動(dòng)本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí):①人體通過呼吸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)肺與外界環(huán)境的氣體交換,那么人體吸入的氣體是什么?呼出的氣體是什么?②你知道空氣中有哪些成分嗎?空氣中主要的成分是什么?③呼吸過程中,氣體的含量會(huì)發(fā)生變化嗎?教師進(jìn)而引入探究活動(dòng):呼吸過程中二氧化碳含量的變化。

設(shè)計(jì)意圖:教師關(guān)注學(xué)生在本節(jié)課概念學(xué)習(xí)前的已有認(rèn)知與錯(cuò)誤觀點(diǎn),如“人體吸入的氣體是氧氣,呼出的氣體是二氧化碳”“吸入的氣體中氧氣多,呼出的氣體中氧氣少,二氧化碳多”“呼吸作用就是指呼氣和吸氣的過程”等,基于此,教師創(chuàng)設(shè)問題情境,巧妙地利用學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生的批判性思維。

3.2 探究呼吸過程中二氧化碳含量的變化

學(xué)生閱讀教材“探究指導(dǎo)”部分,教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足之處:缺少對(duì)照實(shí)驗(yàn)。接著,學(xué)生小組合作,依據(jù)提供的器材討論并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案,嘗試畫出實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。之后,各小組展示實(shí)驗(yàn)方案,教師挖掘?qū)W生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的閃光點(diǎn),及時(shí)給予鼓勵(lì)和肯定,并引導(dǎo)學(xué)生分析不足之處,幫助學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。師生合作搭建實(shí)驗(yàn)裝置并完成該實(shí)驗(yàn)的操作與演示,其他學(xué)生從教室放映屏中同步觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出結(jié)論:呼出氣體中的二氧化碳含量比吸入氣體中的二氧化碳含量高。

設(shè)計(jì)意圖:教師創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材,將燒杯更換為試管,方便學(xué)生用吸管向容器內(nèi)吹氣,并用一次性注射器代替洗耳球,使實(shí)驗(yàn)操作更為簡單。通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),教師激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。通過讓學(xué)生分析和展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),教師使學(xué)生體會(huì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)和單一變量兩個(gè)原則,幫助學(xué)生增強(qiáng)探究技能。

3.3 探究呼吸過程中氧氣含量的變化

教師提出問題:呼吸過程中氧氣的含量怎么變化呢?并演示實(shí)驗(yàn):將氧氣和二氧化碳傳感器的探頭放入集氣瓶(收集了某學(xué)生呼出的氣體)中。學(xué)生觀察放映屏上氧氣和二氧化碳含量的實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù),教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生定量分析呼吸過程中氧氣和二氧化碳含量的變化,使學(xué)生明確:與吸入氣體相比,呼出氣體中氧氣的含量減少,二氧化碳的含量增多。

接著,教師呈現(xiàn)科學(xué)測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),引導(dǎo)學(xué)生思考:與吸入氣體相比,為什么呼出氣體中氧氣的含量減少,二氧化碳的含量增加?學(xué)生討論后,認(rèn)識(shí)到這是人體內(nèi)發(fā)生氣體交換的結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖:教師拓展教材內(nèi)容,補(bǔ)充利用傳感器測量呼吸過程中氧氣含量的變化,使定性實(shí)驗(yàn)變成定量實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì),提高學(xué)生思維的深刻性。

3.4 問題引領(lǐng),再析血液循環(huán)

教師展示血液循環(huán)的路徑圖,并拋出系列問題:①血液循環(huán)分為哪兩個(gè)途徑?你能分別描述肺循環(huán)和體循環(huán)的途徑嗎?②肺循環(huán)和體循環(huán)是同時(shí)進(jìn)行的嗎?③經(jīng)過肺循環(huán)血液成分會(huì)發(fā)生什么變化?經(jīng)過體循環(huán)血液成分又會(huì)發(fā)生什么變化?

學(xué)生分別描述體循環(huán)和肺循環(huán)的路徑,區(qū)分體循環(huán)和肺循環(huán)中血液成分的變化,并辨別靜脈血和動(dòng)脈血。

教師繼續(xù)設(shè)疑:動(dòng)脈血和靜脈血有什么特點(diǎn)?為什么經(jīng)過肺泡和組織細(xì)胞處時(shí)血液成分會(huì)發(fā)生變化呢?從而引出人體內(nèi)發(fā)生了氣體交換。

設(shè)計(jì)意圖:教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)和回顧血液循環(huán)路徑及血液成分的變化,有助于學(xué)生理解氣體交換,使學(xué)生為之后建構(gòu)物理模型和概念模型做好準(zhǔn)備,進(jìn)而幫助學(xué)生突破教學(xué)難點(diǎn)。

3.5 設(shè)計(jì)體驗(yàn)活動(dòng),感知?dú)怏w擴(kuò)散

教師在講臺(tái)處噴灑花露水,請(qǐng)聞到的學(xué)生舉手。前后排學(xué)生交流聞到香味的情況。教師進(jìn)而設(shè)問:前排的學(xué)生和后排的學(xué)生誰先聞到氣味?前排的學(xué)生聞到的氣味濃,后排的學(xué)生聞到的氣味淡,這是為什么?

學(xué)生各抒己見。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出:香味分子會(huì)從濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)運(yùn)動(dòng),即擴(kuò)散。二氧化碳和氧氣是氣體分子,氣體分子也會(huì)從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散作用正是人體內(nèi)氣體交換的原理。

接著,教師繼續(xù)設(shè)問:你有留心生活中其他的氣體擴(kuò)散現(xiàn)象嗎?并請(qǐng)學(xué)生舉例。學(xué)生們積極地說出生活中觀察到的氣體擴(kuò)散現(xiàn)象,例如,“廚房飄出的菜香味”“秋天的桂花飄香”“進(jìn)入醫(yī)院可以聞到消毒水的氣味”“空氣清新劑的香味可散發(fā)到屋內(nèi)各個(gè)角落”“二手煙會(huì)影響整個(gè)屋內(nèi)的人”。

設(shè)計(jì)意圖:考慮到七年級(jí)的學(xué)生由于缺乏相應(yīng)的物理和化學(xué)知識(shí),導(dǎo)致其對(duì)于氣體交換的原理難以理解,教師設(shè)計(jì)以上體驗(yàn)活動(dòng),為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生活場景,讓學(xué)生在真實(shí)體驗(yàn)中感受氣味分子運(yùn)動(dòng)的過程,引導(dǎo)學(xué)生分析并總結(jié)出氣體擴(kuò)散的原理,以此為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)“氣體交換”打下基礎(chǔ),同時(shí)也利于幫助學(xué)生形成理性思考的習(xí)慣,提升學(xué)生的分析性思維能力。

3.6 建構(gòu)物理模型,模擬氣體交換

教師讓學(xué)生以小組為單位在課前利用硬紙板、白紙、彩筆、磁貼等材料設(shè)計(jì)并制作氣體交換學(xué)具。在課堂上,通過師生討論交流,教師使學(xué)生明確模型中的各結(jié)構(gòu)及材料分別模擬了人體氣體交換中的哪些結(jié)構(gòu),幫助學(xué)生將模型與原型相對(duì)應(yīng)。接著,教師利用模型模擬肺泡內(nèi)氣體交換的部分過程。學(xué)生觀看并習(xí)得相關(guān)知識(shí),為分組模擬活動(dòng)做準(zhǔn)備。在分組模擬時(shí),學(xué)生利用自制學(xué)具和材料從交換部位、交換方向和交換結(jié)果三個(gè)方面分別模擬肺泡內(nèi)和組織內(nèi)的氣體交換過程,小組內(nèi)的各個(gè)組員依次模擬并進(jìn)行互評(píng)。最后,各小組展示模擬成果,教師選取小組代表上臺(tái)分別模擬肺泡內(nèi)和組織內(nèi)的氣體交換過程,并引導(dǎo)學(xué)生觀察各組的模擬成果,進(jìn)行分析與評(píng)價(jià),讓學(xué)生找出各組模型的共同點(diǎn)與差異,教師進(jìn)而提出修改建議,各小組依據(jù)修改建議調(diào)整和修正模型。

設(shè)計(jì)意圖:教師利用模型建構(gòu)活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生用自制的學(xué)具、磁鐵和卡片來分別模擬肺泡內(nèi)和組織內(nèi)的氣體交換過程,并讓學(xué)生進(jìn)行展示交流,以此來突破教學(xué)難點(diǎn)。通過模型建構(gòu)活動(dòng),教師激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒和學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)中鍛煉了分析、類比、推理、解釋和邏輯思維能力,并幫助學(xué)生最終形成生物學(xué)概念,整體提升了學(xué)生的高階思維能力。

3.7 繪制概念圖,建構(gòu)概念模型

教師提出問題:人體肺泡內(nèi)的氣體交換和組織內(nèi)的氣體交換是同時(shí)進(jìn)行的嗎?并播放氣體交換動(dòng)畫,讓學(xué)生觀看和積極思考。接著,教師繼續(xù)追問:人體吸入的氧氣如何到達(dá)組織細(xì)胞?呼出的二氧化碳來自哪里?學(xué)生思考并嘗試描述氧氣到達(dá)組織細(xì)胞的路徑和二氧化碳的來源及排出路徑,通過梳理呼吸全過程,學(xué)生完善了概念建構(gòu)。

學(xué)生利用文字、箭頭和圖形繪制氣體交換概念圖,建構(gòu)“氣體交換”概念模型,如圖1所示。在繪制概念圖、建構(gòu)“氣體交換”概念模型的過程中,學(xué)生會(huì)主動(dòng)回憶和構(gòu)思,從而在概念圖中呈現(xiàn)要表達(dá)的知識(shí),增進(jìn)對(duì)概念的理解,延長記憶的時(shí)間,將新知有效內(nèi)化。

圖1 “氣體交換”概念模型

設(shè)計(jì)意圖:教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生整體把握“呼吸”“呼吸作用”“氣體交換”幾個(gè)概念之間的區(qū)別和聯(lián)系,讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上總結(jié)歸納并自主繪制概念圖和建構(gòu)氣體交換概念模型,從而增進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)概念的理解,幫助學(xué)生進(jìn)一步明確氣體交換過程。

3.8 角色扮演,幫O2“上崗”

教師創(chuàng)設(shè)角色扮演情境:我是空氣中的O2,請(qǐng)幫我送到人體最基本的單位——細(xì)胞。教師同時(shí)展示四張圖片,讓學(xué)生說說空氣中的氧氣是如何進(jìn)入人體細(xì)胞中的。

設(shè)計(jì)意圖:通過設(shè)計(jì)角色扮演活動(dòng),教師讓學(xué)生有一個(gè)直觀的和整體化的概念,這也是一個(gè)使學(xué)生思維可視化的過程。通過圖片對(duì)照、語言組織和過程描述,教師使學(xué)生在不知不覺中完成了重要概念的建構(gòu)。

4 教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì),教師利用圖表分析、探究實(shí)驗(yàn)、活動(dòng)體驗(yàn)、模型建構(gòu)和觀看視頻等活動(dòng)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高課堂活動(dòng)的有效性,幫助學(xué)生加深對(duì)重要概念的理解。本節(jié)課中關(guān)于氣體交換的知識(shí)既是重點(diǎn)也是難點(diǎn),教師通過建構(gòu)物理模型、繪制概念圖和角色扮演幾個(gè)環(huán)節(jié)來突破教學(xué)重難點(diǎn)。學(xué)生在經(jīng)歷分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造、判斷、概述、評(píng)論、檢驗(yàn)、構(gòu)建和設(shè)計(jì)等高階思維活動(dòng)后,不僅了解了氣體交換的過程,而且理解了氣體交換的意義。教師幫助學(xué)生將零散的知識(shí)進(jìn)行整體建構(gòu),不僅使學(xué)生形成生物學(xué)概念,同時(shí)也發(fā)展了學(xué)生的高階思維能力,科學(xué)思維和生命觀念的培養(yǎng)也在教學(xué)中得到了落實(shí)。