基于进化思想和科学思维的“心脏”（第1课时）教学设计

黄丹青

（北京第一0一中学 北京 100091）

在《义务教育初中生物学课程标准（2011年版）》中，关于“血液循环系统”的知识内容隶属于第5 个一级主题“生物圈中的人”，需要学生形成的重要概念为：血液循环系统包括心脏、动脉、静脉、毛细血管和血液，其功能是运输氧气、二氧化碳、营养物质、废物和激素等物质。“人体内物质的运输”是义务教育人教版7年级下册生物学教材第4 单元第4 章的内容。该章开篇即明确指出血液循环系统的功能是运输，其组成包括血液、血管和心脏。本章下的3 个节分别阐述了各组成的功能，其中血液是物质运输的载体，血管和心脏分别提供了明确的运输方向和动力。“输送血液的泵——心脏”是第3 节的内容，由于心脏结构和血液循环路径复杂，血液在循环途径中成分的变化等生理过程较为抽象，对初学者具有一定难度。本文从心脏结构的演化过程入手，探寻血液循环系统的发展规律，帮助学生理解和记忆。

1 设计思路

在“输送血液的泵——心脏”一节的教学中，沿着演化的路径研究心脏的结构，学生可清晰体会瓣膜出现的原因（以蚯蚓“心脏”为例）、心房与心室分开对泵血效率的极大提升（以鱼的心脏为例）、从单循环到双循环的结构变迁与不断完善（对比鱼的单循环、蛙的不完全双循环和人的双循环）。通过由简单到复杂的一系列案例对比，学生可体会到：是动物体在演化过程中对大型化和复杂化的更高需求，驱动着心脏的演化，使其不断完善结构和功能以提升泵血效率。

本节课力图通过对比若干种动物心脏典型特征的分析，帮助学生理解人体四腔心脏各结构的存在原因及形成过程，同时借助模型、实物解剖、资料分析等辅助手段，引导学生自主构建人体心脏与血液循环模式图，初步形成结构与功能观、进化与适应观等生命科学的核心思想。

2 学情分析

在学习血液循环系统之前，学生已学习了人体的生殖系统、消化系统和呼吸系统，对于血液循环系统存在的意义已有模糊的认识。由于有前2节知识的铺垫，学生已知心脏的功能是用于泵血，但不清楚其结构特点，同时又好奇“心脏是如何形成的？”此问题能引发兴趣，并进一步激发他们对“其他器官是如何形成的”“为什么这些器官的结构会由简单变复杂”等问题的思考。

初一学生具有一定的阅读能力、信息提取和分析能力，以及演绎推理能力，能在给定资料和教师的引导下自主完成心脏模式图的构建任务。

3 教学目标

生命观念：从心脏的结构出发，理解心脏是如何实现血液泵的功能的，体现结构与功能观；从心脏的演化角度，认识到器官的复杂化是为了更好地适应由水生到陆生的环境变化，体现进化与适应观。

科学思维：逻辑与推理、信息提取、模型构建等。

社会责任：通过对心脏结构复杂性的直观感受和有关先天性心脏病的教学案例，意识到健康心脏的重要性，关注心脏的保健和心脏病的预防。

4 教学过程

4.1 环节1：创设情境，提出问题 教师展示多种动物（蚯蚓、鱼类、鸟类、爬行类）的心脏结构，提出问题：各种动物的心脏功能都是相同的——为血液循环提供动力，但为何不同动物的心脏结构却相差很大？学生观察后作出假设：心脏结构越复杂，其泵血功能越强。

4.2 环节2：心脏结构的演化

4.2.1 任务1 学生阅读学案任务1：比较蚯蚓血液循环模式图和鱼类血液循环模式图，回答问题。

学生阅读资料：蚯蚓没有真正的心脏结构，但具有若干可搏动的膨大血管（图1），通过血管外侧肌肉的收缩，将血液挤出血管，推动全身血液循环。鱼的心脏具有2 个空腔，分别称为心房和心室（图2）。心房壁的肌肉较薄，用于接收从全身各处流回的血液，当心房充满血液后就会将血液挤入心室；心室壁肌肉较厚，能将心房送来的血液泵出心脏，推动血液循环［1］。问题：①鱼的心脏与蚯蚓的膨大血管相比，哪个具有更强的泵血能力，为什么？②蚯蚓的膨大血管应具有什么结构，泵血时才能保证血液单向流动？鱼的心脏是否有类似结构？

图2 鱼类血液循环模式图

通过讨论问题①，学生分析得出鱼的心脏结构与蚯蚓相比更具优势，因为①鱼具有真正的心脏，相比蚯蚓的膨大血管，其腔体容量更大，一次可泵出更多的血液；②鱼的心脏具有一心房一心室的两腔结构，而蚯蚓的“心脏”只有1 个腔。但对于一心房一心室结构的优点，资料中并没有直接给出，需要进行推理，学生对此有一定的困难。教师进一步引导学生思考两腔结构可能会有什么优点？并提醒学生注意阅读资料中提到的心房和心室的不同功能。经师生共同分析，最终得到答案：一心房一心室可将心脏的工作——蓄积回流的血液和推动血液泵出心脏2 个步骤分开，从而减少等待血液蓄满的时间，极大地提高效率。

通过问题②，学生回顾知识，静脉具有瓣膜，保证了血流的单向性，该结构同样也可出现在心脏处，体现结构与功能观。教师由此引导学生感受瓣膜结构在血液循环系统中存在的普遍性。

4.2.2 任务2 学生阅读学案任务2：分析蛙类血液循环模式图（图3），回答问题。

图3 蛙类血液循环模式图

学生阅读资料：动物由水生到陆生，需要面临对陆地环境的多方面适应。用肺部代替鳃进行呼吸是适应陆地生活的一个重要特征。回顾人体的肺部结构，肺部包含大量的肺泡和毛细血管，这样的结构特征使肺相对脆弱，不能承受很高的血压。据测算，人体肺循环压力只有体循环压力的1／5～1／4［2］。若因疾病等原因造成肺部血压升高，将导致肺部失去正常功能。学生观察蛙类血液循环模式图，思考：蛙类的血液循环模式与鱼类相比有何区别？

由于蛙类血液循环方式与鱼类的单循环具有很大差别，需要教师引导学生分析蛙心脏结构特点及其价值。教师设问：蛙类的血液循环系统将肺循环独立出来有哪些优点？师生共同分析认为：①体循环和肺循环的分开，可使血液以较高的压力送往肌肉和大脑等处，而不用担心损伤纤细的肺部组织；②含氧血在肺循环产生，在体循环消耗，2 个循环相对独立可进一步提高效率［1，3］。

教师例举人体先天性心脏病——单心室病的案例［2］，让学生感受蛙类血液循环系统存在的缺陷。案例指出，如果人体的心脏像蛙类一样只有二心房一心室，病人会因多器官缺氧而降低寿命。学生分析认为，二心房一心室的结构，意味着在心室中存在动脉血和静脉血的混合血，降低了血液运氧效率，可称之为不完全双循环。

怎样才能进一步提高血液循环系统的效率？学生回答，为进一步提高效率，应采用完全双循环的血液循环模式，即需将心室分隔开分别存放动脉血和静脉血，形成二心房二心室的四腔结构。由此，学生推导出人体心脏具有二心房和二心室的意义与价值。

4.3 环节3：完成人体血液循环模式图的绘制教师带领学生观察人体心脏等比例模型，学生辨识各部分结构。之后现场演示猪心解剖实验，让学生感受心脏各腔肌肉厚度差异。通过上一个环节的学习，学生已了解心房和心室功能的区别，以及左、右心室泵血能力的差别，因而能推理得出各腔肌肉厚度出现差异，是由于各腔室需要承担的功能不同——心房用于储存回流血液并将其泵入心室，不需要太厚的肌肉；心室用于将血液分别泵向体循环和肺循环，需要发达的肌肉完成收缩运动，而其中左心室负责血压更高的体循环，肌肉比负责肺循环的右心室更厚。

学生根据学案的提示，分步完成以下内容：①明确二心房二心室的位置，标出名称；②用箭头画出血液在各腔中的流动方向；③在心脏4 个腔连接的血管处填写血管名称；④用红色笔代表动脉血，蓝色或黑色笔代表静脉血，将各血管连接起来，绘制体循环与肺循环的路径。

有了前面知识内容的铺垫，学生通过上述步骤，能以小组形式自主完成模式图绘制（图4）。之后教师请学生到黑板上完成小组汇报，并进行讲评，总结人体心脏结构与功能相适应的特点。

图4 人体血液循环模式图

4.4 环节4：课堂评价 学生对照已完成的人体心脏模式图，填写心脏解剖图上各结构名称（参考人教版7年级下册第61 页心脏解剖图），完成从抽象概念到真实结构的统一。

5 教学反思

本节课采用了以心脏演化为主线的教学思路，引导学生了解心脏结构由简单到复杂的变迁过程，认识到通过心脏结构的不断优化，可提高泵血效率，使动物能更好地适应内、外环境。在学习蚯蚓、鱼类等动物的心脏结构时，学生体会到瓣膜、心房、心室、双循环等结构出现的价值及其功能，深入理解结构与功能观。同时，由于每个结构的来历十分清楚，学生不需要死记硬背，基本能达到理解性记忆的效果，并通过自主绘制人体心脏和血液循环模式图，为第2 课时“血液循环路径”的学习做好充分的铺垫。

5 个班的教学实践显示，多数学生能在教师引导下独立完成心脏模式图的绘制，但对于“双循环是一个整体”的观点理解还不够，需在后续的课程中进一步落实。此外，本节内容对于基础相对薄弱的初一学生来讲有一定难度，因此更适合学习程度较好的班级使用。