基于“系統與模型”教學《血液循環》

科學課程標準提出了13個學科核心概念，還提出了物質與能量、結構與功能、系統與模型、穩定與變化4個跨學科概念。跨學科概念超越了學科核心概念，可以更直接地讓學生形成科學的世界觀，了解自然現象背后的道理，學習處理問題的方法和模式。系統與模型與其余3個跨學科概念聯系密切，能幫助學生理解其他跨學科概念，例如，系統與外界一般存在物質與能量交換；系統內的結構與功能之間相互聯系；系統有相對穩定性，但又時刻變化著；等等。現以上海科技教育出版社《自然》教材五年級《血液循環》一課為例，闡述基于跨學科概念“系統與模型”的教學設計與實施。

一、教學設計

1.理論分析

系統是根據研究目的人為界定的，由一些有關聯的成分組成的有序整體，包含邊界、成分和相互作用；模型是經過處理的簡化系統，但能體現原系統的本質或主要特征，是描述和理解系統的有效工具。真實世界很復雜，但可以用簡化的模型來描述，模型超越了我們可觀察的范圍，把不可見、抽象的現象形象化，有利于理解和研究。有學者指出，模型包括物理模型、數學模型、概念模型，其中物理模型又分為實物、示意圖模型。物理模型相較于數學模型和概念模型更為直觀，對于小學生更容易理解，也更容易將模型與現實進行聯系來認識系統，更適合應用在課堂上。

2.教學分析

五年級“身體的律動”單元共有3課，分別是《呼吸》《血液循環》和《骨骼和肌肉》。本單元的3節課屬于并列關系，分別引導學生認識人體呼吸系統、血液循環系統與運動系統。本單元的3課學生都很難直接通過觀察實物對系統有完整的認識。第1課認識呼吸系統時，學生已經使用肺的模型認識呼吸的過程，本課可以通過使用循環模型、觀察循環示意圖模型等形式理解血液的循環過程，第3課可以通過觀察骨骼模型認識骨骼與肌肉在運動過程中的相互作用，再通過制作骨骼模型認識運動方式。本單元3課都適合學生通過模型認識系統，也有助于他們對跨學科概念“系統與模型”有初步感受。

學生在日常生活中了解過心臟、血液和血管的一些知識，但對這些結構在血液循環中的作用并不清楚，對從系統的角度認識人體血液循環系統的組成與功能的經驗不足。通過第1課《呼吸》的學習，學生知道肺是氣體交換的器官，但對肺與血液循環的關系并不明確。同時，學生雖有利用實驗材料模擬器官功能的經歷，但運用模型解釋現象的能力還有待加強，基于模型推理系統結構的能力還需培養。在本課中，學生可以通過觀察實物模型，體驗模型能夠模擬實際的情況；再通過觀察并完善更簡化的示意圖模型，進一步體會模型是縮小簡化提煉的實物；最終在認識血液循環系統的過程中，感受在科學探究中物理模型有助于認識系統。

3.教學目標

通過測量脈搏和心跳、閱讀資料，說出人體心血管系統主要由心臟、血管和血液等組成；能基于測量數據，推理心跳與脈搏之間的關系；能準確測量心跳與脈搏，從資料中搜集證據支持觀點；具有探究血液循環的興趣。

通過模擬血液循環過程、閱讀血液循環過程的資料、觀看血液循環作用視頻，說出心臟有規律地收縮與舒張，收縮時通過動脈把血液送到全身各處，舒張時血液通過靜脈回到心臟；血液在人體內是循環的，能運送人體生命活動需要的氧和營養物質，排走生命活動產生的廢物；能理解血液循環模型，認識血液循環過程；能實施模擬實驗、搜集證據解釋血液循環的過程及作用；具有細致觀察的科學態度，感悟血液循環系統與其他器官配合進行血液循環，增強保護血液循環系統的意識。

4.教學活動

情境導入：學生通過小組合作，測量并比較一分鐘的心跳次數和脈搏次數，發現每分鐘心跳次數和脈搏次數是一致的，思考心跳與脈搏次數一致的原因。

活動1：認識血液循環系統的組成。學生閱讀心跳與脈搏產生的資料，通過資料檢查、核驗推測，初步認識心跳與脈搏。思考心臟、血管和血液之間的關聯，嘗試解釋三者之間的關聯。教師進一步補充“血液循環系統組成”閱讀資料，使學生知道血液循環系統包括心臟、血管和血液等，并結合示意圖發現心臟連通血管，血液在血管中流動，三者形成血液循環。

活動2：探究血液循環的過程和作用。學生觀察血液循環實物模型，模擬血液循環過程，認識血液循環路線；閱讀“血液循環”漫畫，完善血液循環示意圖模型，說出人體血液循環路線；觀看“血液循環”視頻，說出血液循環的作用以及心臟、血管、血液在血液循環中的作用。

活動2是本節課重點。

二、教學片段

片段一：做出推測，認識模型

師：認識了血液循環系統的組成，我們繼續探究血液循環的過程，請大家想一想人體的血液是怎樣流動的？

生：血液從心臟流向全身。

師：心臟和血管在流動過程中分別有什么作用呢？

生：心臟跳動讓血液流動，血管讓血液不會“跑”出去。

生：我認為血液沿著血管流向身體各個地方。

師：同學們依據自己的經驗，做出了一些推測，怎樣驗證我們的推測？

生：我們可以做實驗。

師：我們不能直接看到身體里血液循環的過程。今天我帶來了一個血液循環的模型，進行模擬實驗（如圖1）。請同學們觀察模型各部分，分別模擬什么？

生：我覺得橡膠球可以收縮，用來模擬心臟；透明管模擬血管讓血液通過；紅墨水模擬血液。

師：你很會抓住這些模擬器材的特點，除了這個模型之外，我還為大家準備了一塊底板（如圖2）。人體的血管還會經過肺部和身體的其他器官，接下來我們就要運用這些器材，模擬血液循環的過程。要求：緩慢按壓橡膠球，觀察血液流動的方向，并用箭頭在底板上標注；緩慢松手，再次觀察血液流動的方向，并用箭頭標注；每次只按壓一個橡膠球，組內多次觀察后完整描述血液的過程。

（學生使用模型進行實驗。）

分析：教師通過引導學生先推測再驗證的方式培養其實證意識。學生依據板書與前一活動的閱讀資料，結合部分課外知識，在推測的過程中，進一步認識血液循環系統的組成。學生通過觀察將模型與實物進行聯系，在使用模型的過程中感受到模型與實物有著相似的結構，是實物的簡化。這為后續使用模型進行模擬實驗，更好地感受各部分在血液循環中起到的作用進而完善模型做好鋪墊。

片段二：運用模型，認識系統

師：現在哪一組來說一說，在剛才的模擬實驗中，觀察到什么現象？說明什么？

生：我們按壓心臟，發現血液從動脈血管流出，流向身體其他器官。松開心臟，血液從靜脈血管流回心臟。

生：我們還觀察到按壓心臟，血液從動脈流向肺，松開后從靜脈流回心臟。

師：你們觀察得都很仔細，我們通過血液循環模型，模擬了整個系統的工作過程，在血液循環中，心臟的作用是什么？

生：心臟可以把血液壓出去。

師：我們再閱讀一份資料，說一說完整的血液循環過程。

（學生閱讀資料。）

師：結合剛才的模擬實驗和資料，心臟和血管在血液循環中起到了什么作用？

生：心臟收縮，血液通過動脈送往全身各處，心臟舒張，血液通過靜脈流回心臟。

師：我們再來觀察一下各組在記錄單上畫出的血液流動的箭頭，有什么發現？

生：我發現血液是循環流動的，在一個血管里流動方向是不變的。

師：是的，血液循環是單向流動的。

分析：學生通過使用血液循環模型，模擬血液循環過程。他們通過按壓與松開橡膠球，形象地模擬心臟的收縮與舒張，觀察紅墨水在橡膠管中的流動。模型能清晰反映系統的特征，通過使用并觀察模型，關注系統內部的相互作用，直觀感受模型，有利于學生理解“系統與模型”這一跨學科概念。

片段三：閱讀資料，完善模型

師：我們再來觀察一下記錄單上的血液循環過程，在循環過程中血液有沒有發生變化？理由是什么？

生：我認為血液發生了變化，我觀察到有的血管是藍色的，有的血管是紅色的。

生：發生了變化，通過肺部和身體各部分后，血管的顏色不一樣了。

師：血液可能發生了什么變化？

師：上一節課我們知道了人在呼吸的過程中吸入含氧氣較多的空氣，這些氧氣在人體中是怎樣運輸的呀？

生：通過血液運輸。

師：我這里有一些攜帶更多氧氣的血液和攜帶更多二氧化碳的血液的貼紙，大家小組討論，這些血液可能在哪些血管中流動，將貼紙貼在對應的位置上。

（學生貼上貼紙，完善模型，如圖3。）

師：比較各組的記錄單，血液循環過程中哪里的血液含氧更多？為什么？

生：動脈血液中含氧更多，因為心臟流出的血液中氧氣更多，給身體其他器官使用后，血液中二氧化碳變多，流回心臟。

生：我有不同意見，我覺得肺靜脈中的血液氧氣更多，我們學過肺通過呼吸得到了氧氣。

師：大家都交流了自己的推測，我們再來閱讀漫畫“血液循環”。循環過程中血液是否發生了變化？哪一組對照著你們組的任務單來說一說，含氧較多的血液從心臟出發，經過了人體哪些部位？發生了怎樣的變化？

（學生依據任務單，完整描述血液循環過程中血液的變化，如圖4。）

師：在什么器官，含二氧化碳較多的血液重新變成含氧氣較多的血液？

生：肺，通過呼吸系統，含二氧化碳較多的血液重新變成含氧氣較多的血液。

分析：在本環節中，教師引導學生帶著“血液是否發生變化”這一問題，觀察之前畫出血液流動方向的任務單，發現血管繪制的顏色不同。這一特點與實際情形并不相同，引發學生思考不同顏色的血管是否有不同的含義，感受模型能稍做改變來突出系統中的特點。學生依據推測在任務單中貼上攜帶更多氧氣的卡通血液圖片和攜帶更多二氧化碳的卡通血液圖片，從使用模型走向了建構模型。在完善血液循環示意圖模型的過程中，學生對示意圖模型的建構有了初步感受。

三、教學反思

1.突破教學難點

本課在初步認識血液循環系統組成的基礎上，引導學生說出各實驗材料分別模擬的部分，通過在有循環圖示的底板上建構模型，模擬血液循環過程，用箭頭標出循環路線，讓學生直觀感受血液循環的過程，進一步認識心臟在循環中的作用與循環過程。學生帶著問題閱讀漫畫、觀察肺循環圖片及視頻，進一步認識血液循環與氣體交換、運輸營養物質的關系，從而認識血液循環系統。

2.結合學情，優化學具

在原本的教材中，本課沒有模擬實驗的過程，主要通過讓學生觀察圖片與閱讀資料達成學習目標。對于小學生來說，動手實驗比單純的資料閱讀更有吸引力，也更方便理解。考慮到在前一課《呼吸》學生已經嘗試通過肺的模型觀察呼吸的過程，認識了呼吸系統，本課嘗試引導學生建構模型，能使他們更好地理解所學知識。

在模型的選擇使用上，網絡上能買到的血液循環模型，一方面在實驗過程中出現意外的情況較多；另一方面用針筒模擬心臟，學生對于收縮與舒張的理解不夠直觀。作為茶藝特色校，本校五年級學生對茶球（橡膠球）有使用經驗，同時按壓茶球模擬心臟的收縮與舒張更為形象，便于學生理解。本節課基于此設計了血液循環模型的學具。

3.步步深入，提升模型理解

本課在認識血液循環系統組成的基礎上，建構循環系統實物模型，幫助學生直觀感受心臟收縮與舒張在血液循環中的作用。他們通過觀察實物模型，用箭頭標出循環過程、在血管上貼上“攜帶更多氧氣的血液”或“攜帶更多二氧化碳的血液”的貼紙，在逐步完善示意圖模型的過程中，認識血液循環系統的過程與作用。此外，閱讀資料中也包含了大量的示意圖模型。如“血液循環”漫畫，幫助學生認識血液有輸送氧氣與二氧化碳的作用時，以簡化的圖示展現呼吸系統中氣體交換與血液循環系統的關系，便于他們理解血液循環的過程與作用。

4.利用任務單，完善示意圖模型

一張任務單，是觀察血液循環過程實物模型的底板，幫助學生理解、運用實物模型，也是學生后續建構完善示意圖模型的基礎。學生先運用示意圖，解釋模型中每個部分的功能，再記錄實物模型模擬系統工作過程中的現象，之后通過推測、閱讀資料核檢推測，進一步完善示意圖模型。從系統這一宏觀的角度去思考，學生發現示意圖模型還能幫助認識系統與系統之間的關聯。由此，學生將一個復雜的系統抽象、歸納，用簡易的方式展現出來，也對建構示意圖模型的過程有初步的經歷。

5.評價助力模型分析

本課以認識血液循環為載體，培養學生運用模型認識系統能力。評價要求在活動前提出，活動要求與評價單的評價內容相互對應，以評價內容幫助學生明確活動中的重難點或注意點，也能幫助他們規避在使用模型進行模擬實驗的過程中可能產生的意外情況。量化的評價單能提升活動效率，幫助學生明確活動要達成的核心素養，也便于統計他們對于系統的認識情況。

（作者單位：上海市黃浦區回民小學）

參考文獻：

[1]胡衛平，劉守印.義務教育科學課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]高云峰.跨學科概念與跨學科實踐[M].北京：高等教育出版社，2023.