运用创新模拟循环系统讲授“血压及其调节”

张 丽 （复旦大学附属中学青浦分校 上海 201700）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中明确指出：“本课程高度关注学生学习过程中的实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，让学生积极参与动手和动脑的活动，通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神，进而能用科学的观点、知识、思路和方法，探讨或解决现实生活中的某些问题”[1]。基于这一基本理念，在“血压及其调节”的教学过程中大胆创新，通过自主设计的模拟循环系统，将抽象的血液循环系统及血压的变化具象化，引导学生积极参与血压变化影响因素的实验探究。

1 课例分析

“血压及其调节”是沪版高中《生命科学》第4册第2 章“内环境与自稳态”的第6 节，主要介绍血压的影响因素，血压是怎样通过自身调节活动保持相对稳定的，以及由于调节活动出现障碍引起的高血压病等知识。知识点“血压稳态的维持”的讲解主要涉及“神经系统中信息的传递与调节”中的基础知识，以及“内环境与自稳态”部分的相关知识[2]。“血压的影响因素及其调节”等内容较抽象，学生难以快速理解。若能将抽象的知识具象化、直观化，将有助于学生快速理解掌握这些生物学知识。

2 研究过程

2.1 设计模型，实验演示 结合学校生物学实验室现有的压力传感器，尝试设计一套模拟装置，将抽象的血液循环系统及血压的变化具象化。经前期文献调研和实验尝试，最终确定通过蠕动泵泵出广口瓶内的液体模拟心脏泵血；利用弹性较好的乳胶管模拟具有储器功能的主动脉与大动脉；利用较细的硅胶管模拟外周动脉（图1）。同时，利用三通设备将一个压力传感器接入整个模拟循环系统中，借助Logger Pro3.14.1 测量软件实时记录模拟血压情况，并以坐标图的形式在希沃大屏上呈现给全体学生（图2）。

图1 模拟循环系统基本构造

图2 模拟心率改变前后测量软件实时记录到的血压对比图

该模拟循环系统主要为探究血压的影响因素而设计，将人体的循环系统简化为单循环，通过改变该装置中各部件的参数模拟影响血压的因素。通过改变蠕动泵的单位时间输出次数，模拟心率变化；用内径相等的硬塑料管替换乳胶管，模拟血管管壁弹性的变化；用内径更小的硅胶管替换原硅胶管，模拟血管管径粗细的变化；用50%的甘油替换广口瓶中的清水，模拟血液粘滞度的变化。

利用这套自主创新搭建的模拟循环系统装置，在课堂上向学生模拟展示各种因素对血压的影响。学生对该装置产生浓厚的兴趣，学习的专注度极大提升。大屏上的模拟血压变化曲线，也让学生更加直观地认识了各种因素对收缩压及舒张压分别产生的影响。

2.2 创设情境，联系生活 若仅从模拟循环系统这一物理装置的各种变量角度认识影响血压的因素，学生难以将这些影响因素与实际生活中各种引起血压变化的具体情境相联系，理论与实践脱节。针对此问题，在模拟实验的基础上，引入了运动后血压升高、气温骤降引起血压升高、动脉硬化常伴有高血压等生活情境，解释心率、血管管径、血管管壁弹性等各种因素对血压的影响，帮助学生在生活实际问题与理论知识之间建立联系。最后，请家庭中有高血压患者的学生分享患病家属的生活习惯，并进一步分析高血压的发病原因。学生认为食盐过多、精神紧张、缺乏运动、肥胖等可能是导致家属患病的主要原因。引导学生学以致用，培养其利用生物学知识解决实际问题的能力。

2.3 学生主导，互动探究 为了让学生成为实验探究的主体，更主动地参与探究学习过程，招募并建立实验兴趣小组，利用午休和晚自习时间，先对兴趣小组的成员进行培训，熟悉实验设备的使用方法，并尝试进行实验数据的采集和记录。在课堂上，学生根据“学习单”上的“课堂任务”引导，以小组为单位展开思考和讨论，并在兴趣小组成员的带领下进行实验探究，将教师演示实验改为以学生为主体的探究实验。通过师生互动、生生互动及小组协作，充分调动学生的参与意识。

课堂任务1：分析运用模拟循环系统测得的压力变化曲线，描述收缩压、舒张压、脉压。

课堂任务2：分析下列几个生活实例（表1），推测相关的血压影响因素，并利用模拟循环系统对相应的血压影响因素进行探究，以验证推测的正确性。

表1 生活实例中的相应血压影响因素的分析及实验探究

课堂任务3：根据“课堂任务2”中实验探究的结果，展开小组讨论，解释各种影响因素使收缩压和舒张压产生相应变化的原因。

课堂任务4：根据提供的50%甘油和清水2 瓶液体，思考引起血压变化的因素还可能是什么？推测该因素变化对收缩压和舒张压可能产生的影响，并通过实验加以验证。

3 课例启示

3.1 利用信息技术，提升学生的学习效果 本节课的重、难点是“血压的影响因素及其调节”。学生缺乏直观感受，理解和掌握这部知识存在困难。在本节教学中，创新地设计并运用了模拟循环系统及压力信号采集系统，模拟人体血压的形成并用以探究“血压的影响因素”，使学生能借助电脑软件观察到压力信号采集后自动形成的波形曲线，从而直观地认识收缩压和舒张压及其变化，对抽象的学科知识形成具体的感性认识，可提升学习的效率和效果。

3.2 创设生活情境，启发学生的主动思维 核心素养视角下的课堂教学，要求教师借助具体的教学情境开展教学，帮助学生在解决问题的过程中，从更全局、更宏观、更整体的角度把握学科知识，使学生能真切地感受学习内容与实际生活的联系[3]。本节教学创设了运动后血压升高、气温骤降引起血压升高、动脉硬化常伴有高血压等大量生活情境，激发学生的学习兴趣，引导学生运用生物学知识解决具体的实际问题，从而培养学生主动思维的习惯。

3.3 借助实验探究，保障学生的主体参与 生物学教学不仅是教师讲解和演示的过程，也是师生交流、共同发展的互动过程[1]。本节教学通过兴趣小组学生主导的方式，带领全体学生共同参与实验探究过程，认识血压的影响因素，调动不同层次学生在课堂上积极参与，充分体现了课堂教学中学生的主体作用。