“发生在肺内的气体交换”教学设计

姚静文

文件编号： 1003 - 7586（2016）06 - 0014 - 03

1 设计思路

在肺内进行的气体交换，包括2个部分：肺与外界的气体交换，肺泡与血液的气体交换。其中第一部分涉及到“气体体积变化”“气压”等物理学知识，学生缺少有关的知识储备，因此这是本节课的教学难点。教学时必须要有计划地逐一攻破难点，笔者教学时，在书本已有实验的基础上，进行相应的优化，适当地增加和减少实验步骤，让实验更好服务于“教”与“学”。

教师有计划地提出“问题”，结合优化的实验，进行演示、引导，使学生认识气压和体积的关系，直观地观察呼吸前后气体的变化，从而理解肺内的气体交换的整个过程和原理。

本设计的亮点是：采用“问题驱动”的教学策略，将不同的知识点设计成问题，由浅入深地引导学生学习；使用“优化”后实验设计，配合问题驱动，逐步击破重难点，让实验更好地服务教师的“教”和学生的“学”。

2 教学分析

2.1 教材分析

教材在上一节“呼吸道对空气的处理”介绍了外界空气经过呼吸道的处理进入肺，本节接着介绍发生在肺内的气体交换包括两个部分：① 肺与外界的气体交换；② 肺泡与血液的气体交换。这两个部分是有内在关联的统一整体，其中肺与外界的气体交换涉及物理知识，是本节课的重难点。

2.2 学情分析

七年级学生对生物学习兴趣浓厚，根据自己的生活经验，对呼吸有初步的感性认识，知道肺的重要性，但对于肺内的气体交换的工作原理并不了解；具有一定的观察与分析能力，但是对事物的理性分析和总结归纳能力不强，本课需要学生较强的理解与想象力，对学生来说仍有较大难度。

3 教学目标

3.1 知识目标

概述肺与外界的气体交换过程；概述肺泡与血液的气体交换过程。

3.2 能力目标

结合实验总结实验原理，提高观察和分析能力。

3.3 情感、态度与价值观目标

体会肺对呼吸的重要性，对吸烟等损害肺的行为有一定的认识。

4 教学重难点

教学难点：肺与外界的气体交换过程。

教学重点：肺泡与血液的气体交换过程。

5 教学过程

5.1 情境导入，体验呼吸，激起兴趣

教师提出问题：① 你1 min呼吸多少次？

同时，教师组织学生活动：数一数 1 min自己的呼吸次数。

教师引导学生体验呼吸的频率，并结合学生的生活经验，简单介绍：人平静时呼吸频率是16次/min，运动或紧张时会有所增加，呼吸停止时代表生命结束。这样可以使学生明白呼吸与生命息息相关。

5.2 进入新课，学习肺与外界的气体交换

教师提出问题：② 运动呼吸与什么有关？

同时，教师组织学生活动：把手放在胸前，深吸气一次，深呼气一次。

一般学生都能回答出与“肺”有关。教师组织此活动时，学生能够感受胸廓随吸气和呼气时发生的变化。学生得出呼吸运动还与“胸廓”的大小变化有关。

教师提出问题：③ 胸廓是靠什么来变大，变小的？

同时，教师展示“胸廓的运动”动画。

有些学生通过阅读书本也能知道此问题跟肋间肌和膈肌有关系，但对肌肉的收缩和舒张的概念，不是太理解。为了更好地解决这个问题，教师通过展示“胸廓的运动”动画，同时还可以介绍，肌肉收缩时需要用力，舒张时不需要用力，吸气需要用力，肌肉则为收缩，呼气不需要用力，则为舒张。这样学生通过观察动画、体会吸气用力，呼气不用力的感觉后，总结出胸廓变化的原因：肋间肌、膈肌收缩→胸廓扩大；肋间肌、膈肌舒张→胸廓缩小。

5.3 通过优化实验，学习肺与外界进行气体交换的原理

教师提出问题：④ 胸廓的变化与呼吸有什么关系？

⑤ 是由于胸廓扩大导致吸气，还是因为吸气后使胸廓扩大？

同时，教师组织学生开展优化实验：

① 在针筒外套一个气球，抽拉活塞感受气压与体积的关系。

② 模拟膈肌的运动改良装置，感受膈肌的收缩和舒张对呼吸的影响。

对问题④学生不难理解，胸廓扩大，吸气，胸廓缩小，呼气。但是问题⑤，涉及“气压”“气体体积变化”等物理知识，学生不一定回答清楚。教材考虑到这点，也安排了一个演示实验，让学生通过直观的模拟活动，理解其中的因果关系。只是教材只是附上的一段文字解释，既抽象又难懂。

学生要解答第二个小问题，需要理解以下3个知识：

① 气体具有压力；

② 理解气压与容积大小的关系：在温度不变的情况下，气体总量不变时，气压=气体总量/容积；

③ 气体会从气压高的地方向气压低的方向流动。

教师可以使用以下优化实验来解释以上3个知识点：

（1） 取一针筒，用手指堵住出口，抽拉活塞，感受手指被气体挤压和吸收的感觉，明白知识点①：气体具有压力。

（2） 在针筒外套一个气球，并用橡皮筋代替绳子，气密性更好，这样就可以创造出一个气体总量不变的环境，学生可以使用公式：气体总量不变时，气压=气体总量/容积。

实验过程：推活塞时，气球变大，气体从针筒流向气球；抽活塞时，气球缩小，气体从气球流向针筒。教师指导学生根据公式解释实验现象，得出：知识点②气体总量不变时，气压与容积成反比；知识点③气体会从气压高流向气压低的地方。

（3） 使用模拟膈肌运动的改良装置，薄膜用大气球改良，弹性更好，代表膈肌，里面两个气球代表两个肺，外面一个气球代表外界气体。

实验过程：“推”薄膜（膈肌舒张，膈肌上升），内部两个气球缩小，外部一个气球膨胀，肺内容积下降，气压上升，肺内气压>外界气压，气体从肺内（气压高）流向外界（气压低），表现为“呼气”（图1）。

“拉”薄膜（膈肌收缩，膈肌下降），内部两个气球膨胀，外部一个气球缩小，肺内容积上升，气压下降，外界气压>肺内气压，气体从外界（气压高）流向肺内（气压低），表现为“吸气”（图2）。

学生经过这样的学习之后，就能够回答问题⑤：是由于胸廓的扩大，导致肺部被动扩张完成吸气的，胸廓的扩大和缩小是属于人的主动行为。

从理解针筒的实验到理解模拟膈肌运动的创新装置，符合学生从简单到复杂、由浅入深的认知规律。突破重难点：呼吸的原理实际上是胸廓变化引起肺内外气压改变，造成气体流动，胸廓扩大导致吸气。

5.4 学习肺泡与血液的气体交换

教师提出问题：⑥ 呼出的气体和吸入的空气有何不同？

同时，教师组织学生开展优化实验：验证人体呼出的气体中含有较多的二氧化碳装置的改良。

教科书中的实验设计能够直观地让学生观察到呼出气体比吸入气体有更多的二氧化碳，但是两个锥形瓶内导管的设计安排原理的解释比较复杂，使用的呼吸口部位不适合多次实验，容易受污染。实验过程中需要吹气和控制两个夹子，比较麻烦（图3）。

实验过程：用小气球收集人呼出的气体，然后气球可以一次性使用，不需要重复使用导管，以免不卫生。另外，还可以通过控制气球的出气速度，控制实验的过程，使用试管代替锥形瓶，节约用量且效果明显，操作方便适合多个班级使用（图4）。

一个是洗耳球代表空气，一个是气球代表人呼出气体，对照明显，有利于教师讲解实验原理和现象，学生一目了然，清楚实验设计的原理和实验说明的问题。

教师提出问题：⑦ 肺泡有哪些适合进行气体交换的结构特点？

学生通过观察书本图片不难总结出肺泡与血液进行气体交换的结构特点有：肺泡多；毛细血管丰富；肺泡壁和毛细血管壁都很薄，只有一层上皮细胞。

教师提出问题：⑧ 氧气最后是在细胞中的什么部位被利用？并组织学生观看呼吸过程中氧气的流动过程。

通过观看视频，跟踪氧气的流动过程，学生能够知道氧气最后到达细胞的线粒体。此问题作为一个拓展性的问题，教师可以引导学生大胆思考。

5.5 总结和练习

教师引导学生进行本节课内容的总结，最后形成发生在肺内气体交换的两个过程，用图5，让学生更加清晰这节课的内容。

然后学生做一些相应的练习进行巩固，达到学以致用的效果。

6 教学反思

现行义务教育生物学课程标准倡导探究性学习，并且将探究活动设定为生物新课程标准十大主题之一。各个版本的新教材均通过编入大量的各种形式的探究活动来促进探究性学习，进而提高学生的生物科学素养。开展探究性学习成为新一轮课程改革的主旋律。因此通过实验来引导学生学习探究的方法是最普遍的。但是根据不同的校情、学情，教师需要将部分实验进行优化，让实验能够最大效益地发挥它的作用，优化实验只是手段，真正的目的还是回归课堂，让这些通过优化之后的实验，更有利于教师的“教”与学生的“学”。

有条件的学校还可以把优化实验的任务从教师身上转移到学生身上，学生在熟悉原实验的基础上，发现实验的问题与不足，再进一步进行优化。教师在创新实验优化的过程中，可以更好地向学生渗透了探究性学习的概念。