甲襞微循环仪用于教学的设计和实践

赵林芃 韩 烁 刘佳瑀 孙天予

（1北京汇文中学 北京 100061 2北京汇文中学朝阳学校 北京 100122）

“血流的管道——血管”这一节位于人教版《生物》7年级下册第4 单元第4 章第2 节。在本节课教材中安排了小鱼尾鳍的学生实验。这一实验可帮助学生直观地观察到血管的真实形态，锻炼学生使用显微镜的技能。但在教学实践中，开展这一实验存在以下几方面的问题[1]：1）大量购买实验材料（金鱼Carassius auratus）时，很难保证其体型大小适合在显微镜下观察。即使根据教材要求选取了色素含量少的鱼类，也无法避免仍有个别存在色素干扰的个体出现。2）学生观察时，小鱼十分活泼。初一学生容易产生恐惧或担心小鱼死亡的心理，影响实验操作。3）虽然按照教材要求覆盖了湿棉絮或纱布，但仍无法避免小鱼在观察过程中挣扎，导致需要重新对焦。4）操作时间过长，小鱼容易死亡，导致无法观察到血液流动现象。5）想要清晰地观察到小鱼尾鳍中的毛细血管一般需要将视野调节得较明亮且需要使用高倍镜。对于学生而言，操作难度较大。基于以上几点原因，学生进行该实验的成功率不高。观察到小鱼尾鳍内毛细血管的学生很少，课堂效果不理想。

针对以上问题，笔者查阅了已报道的教学文献。一线教师在教学实践中，解决问题的方法大致可分为2 类。1）更换实验材料：例如，使用斑马鱼（Danio rerio）改进实验[1]；使用麻醉后的“金蟾”［非洲爪蟾（Xenopus laevis）的白化品系］改进实验[2]；或使用麻醉后的泥鳅（Misgurnus anguillicau‐datu）进行实验[3]。2）通过改进实验装置，固定小鱼尾鳍：例如，可使用自制装置和大头针固定小鱼尾鳍[4]或使用石蜡改进培养皿[5]；以上方法确实可解决学生在观察小鱼尾鳍的教学实践中遇到的问题，但仍然存在准备实验材料或准备实验装置过程中的其他问题。此外，金鱼、金蟾、斑马鱼或泥鳅这类生物与人的亲缘关系较远，与人体内的情况可能差异较大，学生更渴望观察到人体内血管的真实图像。因此，笔者认为在进行此部分的教学时，可选择性增加观察人体甲襞微循环的实验，以期达到更好的教学效果。

1 甲襞微循环观察

甲襞内的毛细血管，结构较简单。甲襞微循环观察是临床常用的观察活体微循环动态的窗口。甲襞是覆盖在指甲根部的皮肤皱褶，内有皮肤真皮突起形成乳头，各个乳头区对应一支呈袢状的毛细血管，形成毛细血管袢，鳞状上皮覆盖形成表面。甲襞在位于皮下约200 μm 处，平行于皮肤表面生长，因所处位置较浅，且周围组织的吸收、散射性较低，是观察微循环的良好部位。甲襞微循环是沿小动脉→细动脉→毛细血管输入枝→毛细血管输出枝→细静脉→小静脉方向流动的。甲襞毛细血管输入枝和输出枝形如发夹，统称毛细血管袢（简称“管袢”）。借助甲襞微循环观察仪（图1）能观察到甲襞所显示的微循环的清晰度、流速、流态及其微血管周围状态等，可在一定程度上反映大循环的状态。

多项研究表明，根据甲襞处毛细血管的管袢清晰度、管袢数、管袢长度、管径、血液流态、管袢周围状态等多项指标获得的统计数据与高血压、肝病、系统性硬化症均存在某些相关性。相关研究[6-7]常采用根据微循环各项指标改变的程度进行加权积分从而判断异常等级，不同的管袢状态获得不同的积分。例如，正常管袢为发夹形，异常管袢为交叉、角状或畸形；正常为线流（血流快，呈光滑索条状，无颗粒感），异常为粒流（血流较慢，似泥沙流，红细胞聚集在血流中）（部分形态在图1中展示）[7]。

图1 利用甲襞微循环观察仪观察到的笔者及学生的甲襞末端毛细血管图像

近年来，我国临床微循环研究已积累了丰富的资料和经验，有助于辅助临床诊断或进行疗效检验[6]。目前，甲襞微循环检查异常已被加入了新的风湿病诊断标准中，可借助在显微镜下观察患者甲襞毛细血管结构的正常与否帮助区分患者是原发性雷诺病还是继发性雷诺病[7]。研究显示，微循环的改变对微血管病变的发生有重要影响，糖尿病患者、烧伤患者及嗜铬细胞瘤患者经相应药物治疗后，甲襞微循环指标的总积分均和对照组有显著差异，说明甲襞微循环可辅助用于药物的疗效检验[6]。

笔者结合实际生活经验，认为可将甲襞微循环观察仪用于中学教学设计和教学实践。使用甲襞微循环观察仪可帮助学生亲眼观察到自身末端的毛细血管，该实验可在讲解血管时或在观察小鱼尾鳍实验时加以补充。该实验有效弥补了学生难以观察到真实毛细血管的遗憾，也为解决学生在进行小鱼尾鳍实验时遇到的问题，拓宽了思路。

甲襞微循环观察仪（图2）实则是一台显微镜，其放大倍数约600 倍。与普通光学显微镜不同的是其光源在观察对象的上方。使用时需要在甲襞上涂抹一层薄薄的松柏油以增加对光的透性。其实，直接利用普通光学显微镜也可观察到甲襞，但不够清晰[8]。笔者期望未来尝试将普通光学显微镜加以改造，例如，使用中心波长为415 nm 的LED 贴片灯珠[9]作为光源，以实现类似的功能。

图2 市售甲襞微循环观察仪及配套松柏油（示上光源）

2 教学流程（图3）

图3 教学设计流程图

2.1 引入 教师展示我国居民主要死因的饼图，说明心血管疾病是“第一杀手”，对心血管疾病的研究至关重要，进而引发学生的探究欲望和学习兴趣。

2.2 漫步科学史话，启迪科学思维 教师出示一系列科学史资料。教师希望学生在学习科学史的过程中，既能获得基础的生物学知识，又能领悟生物学家在研究过程中所持有的观点及解决问题的思路和方法。期待学生主动参与学习过程、养成理性思维习惯、形成积极的科学态度[10]。

1）公元前3世纪，古希腊解剖学派创始人赫罗菲拉斯（Herophilus）发现人体内有2 种血管：一种是会搏动的，一种是不会搏动的。他将会搏动的称为“动脉”，不会搏动的称为“静脉”。教师引导学生触摸并感受自己的动脉和静脉。

2）在哈维（William Harvey）的《心血运动论》中，他用蛇和鱼进行动脉或静脉断流实验。实验发现：结扎动脉时，血管连通心脏的一端很快会充盈血液，而远离心脏的一端血液很快就会排空；而结扎静脉时，靠近心脏的一端血管血液很快就会排空，而远离心脏的另一端发生鼓胀[11]。教师提问：此实验说明会跳动的血管（动脉）或不会跳动的血管（静脉）里的血流方向是怎样的？学生根据实验现象得出结论：动脉将血液从心脏送至身体各部分去，静脉将血液从身体各部分送回心脏。

3）只在动物身上做实验是不全面的，哈维进而在一些较瘦弱的人身上重复了这一实验，现象和结果与2）中相同。

4）哈维还对血液进行计算并得出：若一个人每分钟心跳72 次，则在1 h 内，从左心室流出255 L血液。若一个成年人体重约为60 kg，这相当于一个人体重的4 倍[12]。如此多血液为何不会将人体胀破？多出人体体重的这部分血液又流向何处？哈维提出血液循环理论。但当时仅通过解剖学观察的哈维缺少实验证据。

5）马尔皮基（Marcello Malpighi）通过解剖活的青蛙，观察到肺泡壁上的毛细血管网络，证实了毛细血管的存在，并证明了哈维的血液循环理论。

2.3 巧用甲襞实验，观察人体血管 马尔皮基使用青蛙做的实验，人体内是不是这样的？教师介绍甲襞位置，介绍松柏油的用途，请学生志愿者进行观察自己手指甲襞处毛细血管的实验。学生通过实验能清晰地观察到人体末端的毛细血管，并有一定概率观察到红细胞单行通过某些毛细血管的现象。在学生观察甲襞微循环的动态图像时，教师提问：屏幕上从下向上流动的血管是毛细血管的哪一端？从上向下流动的血管是毛细血管的哪一端？教师进而利用课上的实景演示和课前提前录制好的视频进行讲解。通过实证，学生观察到人体末端存在着极细的毛细血管，以及毛细血管中的血液流回的现象。学生得出结论：血液在人体内确实是循环的，毛细血管是连通最小动脉和最小静脉之间的血管。

2.4 观察实物模型，展示真实数据，总结得出结论 为了使学生更加直观地感受不同血管的结构特点，笔者设计制作了一组实物模型。用相同外径但不同内径的硅胶管模拟同级别的动脉和静脉，用弹性很小的空心玻璃丝模拟毛细血管，分别编号为1～3 放置在密封袋中，课前发至学生。课堂中学生通过对这套血管模型的观察、触摸、拉伸等多种方式的实际感受，能快速比较并总结出不同血管的结构特点。

通过模型可帮助学生快速直观地获取信息，但模型并不能代表真实数据。教师提供科学文献中实际测得的人体3 种血管，即动脉、静脉、毛细血管的平均内径、管壁厚度、管壁内含组织的种类及数量等数据。学生得以验证通过血管实物模型获得的结论。

2.5 拓展延伸应用，回归健康生活 学生学习完血管的结构和功能后，教师带领学生分析血管如果出现问题会怎样，进而介绍常见的心血管疾病。通过对心血管疾病的分析，联系生活实际，进一步帮助学生体会结构与功能相适应的观点。课后作业：希望感兴趣的学生课下查阅相关心血管疾病在临床上的治疗手段和方法，探究应如何预防这些疾病的发生。

3 教学反思

课程设计在多层级，多维度上体现了生物学学科核心素养。本节课的教学以史为鉴，通过问题链帮助学生探索与构建知识。学生在此过程中可体会科学家解决问题的思路和方法，感受科学与技术相互促进的关系，进而帮助学生初步形成科学思维，体会科学探究的过程。

基于教学实践中发现的实际问题，笔者结合日常生活经验，引入了新的实验仪器。通过甲襞微循环实验，串联科学史，从动物实验进一步过渡至人的实验，基于实证验证了哈维的血液循环理论。通过这一实验，学生可清晰地观察到自己或教师甲襞末端毛细血管的形态、其中正在流动的血液，以及红细胞正在单行通过某些毛细血管的现象。这将极大地激发学生的学习兴趣和探索真实生命现象的热情。但在实际教学中，由于时间和仪器数量所限，甲襞微循环的实验仅由个别学生志愿者参与实验。后续笔者将对现有显微镜加以改进，学生可几人一组，亲自清晰地观察到身体末端的毛细血管，提高学习效果。

学生通过对实物模型的亲身观察、触摸等方式，直观获取信息。以此引导学生归纳总结不同血管和静脉瓣的结构与功能上的特点，从而使学生形成结构与功能相适应的生命观念，有效突破了教学重、难点。

关注生命健康是每位合格的社会公民应具备的基本素养。教学设计引入心血管疾病的真实情境，在学习过血管的结构和功能后，再引导学生将理论知识应用于解决此情境的实际问题，以此结尾，前后呼应。学生通过分析问题，解决问题，提高了生物学学科核心素养和自身的健康素养。