一种血液循环模型的构建与使用

2023-05-24张泓鑫

中小学实验与装备 2023年1期

张泓鑫

鲁东大学莱山实验中学(264000)

“物质运输的途径”一节是鲁科版义务教育教科书《生物学》7年级上册第4单元第4章第3节的内容。人体内物质的运输主要依靠体循环和肺循环进行,教材还特别强调了因为氧气含量变化而导致血液在动脉血和静脉血之间的转变。教材对循环的过程这一难点采取“观察模式图进行设想”的方式来突破。实际上学生对心脏跳动、血液流动以及两个循环之间的联系并不能直接掌握,需要通过一些视频或者模型来辅助理解。

现有的专业血液循环模型大致分两类:一种是注射器和管道建立的循环模型,可从形态上显示血液循环系统的结构,但心脏跳动模拟较差,也无法演示血液成分变化;另一种是图片与发光管结合的平面结构模型,可演示血液循环方向,但缺少能够展示血液流动和心脏跳动之间的联系的功能。两类模型均无法完全契合从实践获得理论知识的认知规律。

为了让学生更好地理解心脏跳动、血液流动和血液中氧气变化的内在联系,笔者设计制作了人体血液循环模型。

1 血液循环模型制作

1.1 原理

本模型在构建时要解决两个问题:①加强心脏跳动引起血液单向流动的视觉体验感;②血液在经过身体各处毛细血管和肺部毛细血管时能体现出静脉血与动脉血的转变。

在解决问题1时,可利用虹吸球的挤压与舒张模拟心跳、用单向止逆阀控制血液流向、用透明塑料软管观察血液流动;在解决问题2时,由于两种不同颜色的液体不能接在同一管道中,所以采取了“各自循环、视觉交错”的方法进行模拟,即“动脉血”和“静脉血”各自有一套循环通道。利用好展示板的观测面和非观测面,将两套循环不需要的部分隐藏在非观测面,只在观测面展示需要的“动脉血”的分布和“静脉血”的分布部分。

构建的模式图如图1所示。其中，斑点分布为“动脉血”通道，黑色阴影为“静脉血”通道。两组通道外框为粗实线的是观测面部分，外框为虚线的是非观测面部分；图2为分支血管的构建方法。

图1 血液循环模型的示意图

图2 血液循环展示用模型的A部分放大示意图

1.2 材料

两端开口、外径6 mm的虹吸球2个;内径6 mm的透明塑料软管若干;外径6 mm的单向止逆阀4个;PVE塑料板40 cm×60 cm;颜色浓度适中的红墨水和蓝墨水;裁纸刀;肺部毛细血管网贴纸和身体各处毛细血管网贴纸;注射器等。

1.3 制作方法

1.3.1 基础双循环组装

如图1所示,展示板上开有第一通孔和第二通孔,左心脏模型顶部连通有透明结构的第一血管,第一血管穿出第一通孔从展示板背面穿入第二通孔与左心脏模型底部连通;右心脏模型底部连通有透明结构的第二血管,第二血管穿出第二通孔从展示板背面穿入第一通孔与右心脏模型顶部连通,第一血管和第二血管用于模拟人体的血管血液流通管路,第一血管和第二血管上均设有用于模拟心脏瓣膜的单向止逆阀。组装后,可依据心脏各个血管的位置,弯折血管,在对应位置贴上毛细血管网贴纸,使学生更加容易识别。

1.3.2 血管分支的模拟

如图2所示,展示板还设有位于第二通孔下方的第三通孔,位于展示板正面的第一血管上连通有第一分支血管,第一分支血管穿出第三通孔与展示板背面的第一血管连通;位于展示板正面的第二血管连通有第二分支血管,第二分支血管穿出第三通孔与展示板背面的第二血管连通,第一血管与第一分支血管、第二血管与第二分支血管的连接处均通过三通阀连接。

1.3.3 模拟血液的填充

左心脏模型、第一血管和第一分支血管填充有蓝色溶液,模拟静脉血;右心脏模型、第二血管和第二分支血管填充有红色溶液,模拟动脉血。