“發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換”教學(xué)設(shè)計

姚靜文

文件編號： 1003 - 7586（2016）06 - 0014 - 03

1 設(shè)計思路

在肺內(nèi)進行的氣體交換，包括2個部分：肺與外界的氣體交換，肺泡與血液的氣體交換。其中第一部分涉及到“氣體體積變化”“氣壓”等物理學(xué)知識，學(xué)生缺少有關(guān)的知識儲備，因此這是本節(jié)課的教學(xué)難點。教學(xué)時必須要有計劃地逐一攻破難點，筆者教學(xué)時，在書本已有實驗的基礎(chǔ)上，進行相應(yīng)的優(yōu)化，適當(dāng)?shù)卦黾雍蜏p少實驗步驟，讓實驗更好服務(wù)于“教”與“學(xué)”。

教師有計劃地提出“問題”，結(jié)合優(yōu)化的實驗，進行演示、引導(dǎo)，使學(xué)生認識氣壓和體積的關(guān)系，直觀地觀察呼吸前后氣體的變化，從而理解肺內(nèi)的氣體交換的整個過程和原理。

本設(shè)計的亮點是：采用“問題驅(qū)動”的教學(xué)策略，將不同的知識點設(shè)計成問題，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；使用“優(yōu)化”后實驗設(shè)計，配合問題驅(qū)動，逐步擊破重難點，讓實驗更好地服務(wù)教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”。

2 教學(xué)分析

2.1 教材分析

教材在上一節(jié)“呼吸道對空氣的處理”介紹了外界空氣經(jīng)過呼吸道的處理進入肺，本節(jié)接著介紹發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換包括兩個部分：① 肺與外界的氣體交換；② 肺泡與血液的氣體交換。這兩個部分是有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一整體，其中肺與外界的氣體交換涉及物理知識，是本節(jié)課的重難點。

2.2 學(xué)情分析

七年級學(xué)生對生物學(xué)習(xí)興趣濃厚，根據(jù)自己的生活經(jīng)驗，對呼吸有初步的感性認識，知道肺的重要性，但對于肺內(nèi)的氣體交換的工作原理并不了解；具有一定的觀察與分析能力，但是對事物的理性分析和總結(jié)歸納能力不強，本課需要學(xué)生較強的理解與想象力，對學(xué)生來說仍有較大難度。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識目標(biāo)

概述肺與外界的氣體交換過程；概述肺泡與血液的氣體交換過程。

3.2 能力目標(biāo)

結(jié)合實驗總結(jié)實驗原理，提高觀察和分析能力。

3.3 情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)

體會肺對呼吸的重要性，對吸煙等損害肺的行為有一定的認識。

4 教學(xué)重難點

教學(xué)難點：肺與外界的氣體交換過程。

教學(xué)重點：肺泡與血液的氣體交換過程。

5 教學(xué)過程

5.1 情境導(dǎo)入，體驗呼吸，激起興趣

教師提出問題：① 你1 min呼吸多少次？

同時，教師組織學(xué)生活動：數(shù)一數(shù) 1 min自己的呼吸次數(shù)。

教師引導(dǎo)學(xué)生體驗呼吸的頻率，并結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗，簡單介紹：人平靜時呼吸頻率是16次/min，運動或緊張時會有所增加，呼吸停止時代表生命結(jié)束。這樣可以使學(xué)生明白呼吸與生命息息相關(guān)。

5.2 進入新課，學(xué)習(xí)肺與外界的氣體交換

教師提出問題：② 運動呼吸與什么有關(guān)？

同時，教師組織學(xué)生活動：把手放在胸前，深吸氣一次，深呼氣一次。

一般學(xué)生都能回答出與“肺”有關(guān)。教師組織此活動時，學(xué)生能夠感受胸廓隨吸氣和呼氣時發(fā)生的變化。學(xué)生得出呼吸運動還與“胸廓”的大小變化有關(guān)。

教師提出問題：③ 胸廓是靠什么來變大，變小的？

同時，教師展示“胸廓的運動”動畫。

有些學(xué)生通過閱讀書本也能知道此問題跟肋間肌和膈肌有關(guān)系，但對肌肉的收縮和舒張的概念，不是太理解。為了更好地解決這個問題，教師通過展示“胸廓的運動”動畫，同時還可以介紹，肌肉收縮時需要用力，舒張時不需要用力，吸氣需要用力，肌肉則為收縮，呼氣不需要用力，則為舒張。這樣學(xué)生通過觀察動畫、體會吸氣用力，呼氣不用力的感覺后，總結(jié)出胸廓變化的原因：肋間肌、膈肌收縮→胸廓擴大；肋間肌、膈肌舒張→胸廓縮小。

5.3 通過優(yōu)化實驗，學(xué)習(xí)肺與外界進行氣體交換的原理

教師提出問題：④ 胸廓的變化與呼吸有什么關(guān)系？

⑤ 是由于胸廓擴大導(dǎo)致吸氣，還是因為吸氣后使胸廓擴大？

同時，教師組織學(xué)生開展優(yōu)化實驗：

① 在針筒外套一個氣球，抽拉活塞感受氣壓與體積的關(guān)系。

② 模擬膈肌的運動改良裝置，感受膈肌的收縮和舒張對呼吸的影響。

對問題④學(xué)生不難理解，胸廓擴大，吸氣，胸廓縮小，呼氣。但是問題⑤，涉及“氣壓”“氣體體積變化”等物理知識，學(xué)生不一定回答清楚。教材考慮到這點，也安排了一個演示實驗，讓學(xué)生通過直觀的模擬活動，理解其中的因果關(guān)系。只是教材只是附上的一段文字解釋，既抽象又難懂。

學(xué)生要解答第二個小問題，需要理解以下3個知識：

① 氣體具有壓力；

② 理解氣壓與容積大小的關(guān)系：在溫度不變的情況下，氣體總量不變時，氣壓=氣體總量/容積；

③ 氣體會從氣壓高的地方向氣壓低的方向流動。

教師可以使用以下優(yōu)化實驗來解釋以上3個知識點：

（1） 取一針筒，用手指堵住出口，抽拉活塞，感受手指被氣體擠壓和吸收的感覺，明白知識點①：氣體具有壓力。

（2） 在針筒外套一個氣球，并用橡皮筋代替繩子，氣密性更好，這樣就可以創(chuàng)造出一個氣體總量不變的環(huán)境，學(xué)生可以使用公式：氣體總量不變時，氣壓=氣體總量/容積。

實驗過程：推活塞時，氣球變大，氣體從針筒流向氣球；抽活塞時，氣球縮小，氣體從氣球流向針筒。教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)公式解釋實驗現(xiàn)象，得出：知識點②氣體總量不變時，氣壓與容積成反比；知識點③氣體會從氣壓高流向氣壓低的地方。

（3） 使用模擬膈肌運動的改良裝置，薄膜用大氣球改良，彈性更好，代表膈肌，里面兩個氣球代表兩個肺，外面一個氣球代表外界氣體。

實驗過程：“推”薄膜（膈肌舒張，膈肌上升），內(nèi)部兩個氣球縮小，外部一個氣球膨脹，肺內(nèi)容積下降，氣壓上升，肺內(nèi)氣壓>外界氣壓，氣體從肺內(nèi)（氣壓高）流向外界（氣壓低），表現(xiàn)為“呼氣”（圖1）。

“拉”薄膜（膈肌收縮，膈肌下降），內(nèi)部兩個氣球膨脹，外部一個氣球縮小，肺內(nèi)容積上升，氣壓下降，外界氣壓>肺內(nèi)氣壓，氣體從外界（氣壓高）流向肺內(nèi)（氣壓低），表現(xiàn)為“吸氣”（圖2）。

學(xué)生經(jīng)過這樣的學(xué)習(xí)之后，就能夠回答問題⑤：是由于胸廓的擴大，導(dǎo)致肺部被動擴張完成吸氣的，胸廓的擴大和縮小是屬于人的主動行為。

從理解針筒的實驗到理解模擬膈肌運動的創(chuàng)新裝置，符合學(xué)生從簡單到復(fù)雜、由淺入深的認知規(guī)律。突破重難點：呼吸的原理實際上是胸廓變化引起肺內(nèi)外氣壓改變，造成氣體流動，胸廓擴大導(dǎo)致吸氣。

5.4 學(xué)習(xí)肺泡與血液的氣體交換

教師提出問題：⑥ 呼出的氣體和吸入的空氣有何不同？

同時，教師組織學(xué)生開展優(yōu)化實驗：驗證人體呼出的氣體中含有較多的二氧化碳裝置的改良。

教科書中的實驗設(shè)計能夠直觀地讓學(xué)生觀察到呼出氣體比吸入氣體有更多的二氧化碳，但是兩個錐形瓶內(nèi)導(dǎo)管的設(shè)計安排原理的解釋比較復(fù)雜，使用的呼吸口部位不適合多次實驗，容易受污染。實驗過程中需要吹氣和控制兩個夾子，比較麻煩（圖3）。

實驗過程：用小氣球收集人呼出的氣體，然后氣球可以一次性使用，不需要重復(fù)使用導(dǎo)管，以免不衛(wèi)生。另外，還可以通過控制氣球的出氣速度，控制實驗的過程，使用試管代替錐形瓶，節(jié)約用量且效果明顯，操作方便適合多個班級使用（圖4）。

一個是洗耳球代表空氣，一個是氣球代表人呼出氣體，對照明顯，有利于教師講解實驗原理和現(xiàn)象，學(xué)生一目了然，清楚實驗設(shè)計的原理和實驗說明的問題。

教師提出問題：⑦ 肺泡有哪些適合進行氣體交換的結(jié)構(gòu)特點？

學(xué)生通過觀察書本圖片不難總結(jié)出肺泡與血液進行氣體交換的結(jié)構(gòu)特點有：肺泡多；毛細血管豐富；肺泡壁和毛細血管壁都很薄，只有一層上皮細胞。

教師提出問題：⑧ 氧氣最后是在細胞中的什么部位被利用？并組織學(xué)生觀看呼吸過程中氧氣的流動過程。

通過觀看視頻，跟蹤氧氣的流動過程，學(xué)生能夠知道氧氣最后到達細胞的線粒體。此問題作為一個拓展性的問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生大膽思考。

5.5 總結(jié)和練習(xí)

教師引導(dǎo)學(xué)生進行本節(jié)課內(nèi)容的總結(jié)，最后形成發(fā)生在肺內(nèi)氣體交換的兩個過程，用圖5，讓學(xué)生更加清晰這節(jié)課的內(nèi)容。

然后學(xué)生做一些相應(yīng)的練習(xí)進行鞏固，達到學(xué)以致用的效果。

6 教學(xué)反思

現(xiàn)行義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，并且將探究活動設(shè)定為生物新課程標(biāo)準十大主題之一。各個版本的新教材均通過編入大量的各種形式的探究活動來促進探究性學(xué)習(xí)，進而提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。開展探究性學(xué)習(xí)成為新一輪課程改革的主旋律。因此通過實驗來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)探究的方法是最普遍的。但是根據(jù)不同的校情、學(xué)情，教師需要將部分實驗進行優(yōu)化，讓實驗?zāi)軌蜃畲笮б娴匕l(fā)揮它的作用，優(yōu)化實驗只是手段，真正的目的還是回歸課堂，讓這些通過優(yōu)化之后的實驗，更有利于教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”。

有條件的學(xué)校還可以把優(yōu)化實驗的任務(wù)從教師身上轉(zhuǎn)移到學(xué)生身上，學(xué)生在熟悉原實驗的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)實驗的問題與不足，再進一步進行優(yōu)化。教師在創(chuàng)新實驗優(yōu)化的過程中，可以更好地向?qū)W生滲透了探究性學(xué)習(xí)的概念。