“人体内的气体交换”一节的教学设计

陈 艳

(南京市钟英中学 江苏南京 210002)

1 教材分析

“人体内的气体交换”是苏教版初中教材《生物学·七年级·下册》第四单元第十章第二节的内容。“气体交换”是人体呼吸过程的重要组成部分,是在学生学习完血液循环之后并对动脉血和静脉血有了一定了解的基础上安排的学习内容,可以使学生明确动脉血和静脉血转变的原因,并为学生进一步学习“人体能量的供给”奠定基础。肺泡和组织细胞处的气体交换过程较为抽象,为理解这一内容,学生需要具备一定的物理和化学知识,还需要具备分析、概括、解释、推理、批判性思维、创造性思维、评价、设计和问题解决等能力的支持,因此,肺泡和组织细胞处的气体交换过程是本节教学的重点和难点。

2 教学目标

(1)概述肺泡内和组织内的气体交换过程。

(2)尝试设计方案探究呼吸过程中二氧化碳含量的变化;尝试用学具模拟人体内的气体交换,锻炼语言表达能力。

(3)养成健康的生活方式,关注空气质量;积极参与小组合作,养成团结协作的精神。

3 教学过程

3.1 创设问题情境,设疑激趣

在本节课开始时,教师抛出层层递进的问题串,驱动本节知识的学习:①人体通过呼吸运动实现肺与外界环境的气体交换,那么人体吸入的气体是什么?呼出的气体是什么?②你知道空气中有哪些成分吗?空气中主要的成分是什么?③呼吸过程中,气体的含量会发生变化吗?教师进而引入探究活动:呼吸过程中二氧化碳含量的变化。

设计意图:教师关注学生在本节课概念学习前的已有认知与错误观点,如“人体吸入的气体是氧气,呼出的气体是二氧化碳”“吸入的气体中氧气多,呼出的气体中氧气少,二氧化碳多”“呼吸作用就是指呼气和吸气的过程”等,基于此,教师创设问题情境,巧妙地利用学生的认知冲突,激发学生的批判性思维。

3.2 探究呼吸过程中二氧化碳含量的变化

学生阅读教材“探究指导”部分,教师引导学生发现实验设计的不足之处:缺少对照实验。接着,学生小组合作,依据提供的器材讨论并改进实验方案,尝试画出实验装置示意图。之后,各小组展示实验方案,教师挖掘学生实验设计的闪光点,及时给予鼓励和肯定,并引导学生分析不足之处,帮助学生完善实验设计方案。师生合作搭建实验装置并完成该实验的操作与演示,其他学生从教室放映屏中同步观察实验现象,得出结论:呼出气体中的二氧化碳含量比吸入气体中的二氧化碳含量高。

设计意图:教师创新实验器材,将烧杯更换为试管,方便学生用吸管向容器内吹气,并用一次性注射器代替洗耳球,使实验操作更为简单。通过让学生设计实验,教师激发了学生的创造性思维。通过让学生分析和展示实验设计,教师使学生体会对照实验和单一变量两个原则,帮助学生增强探究技能。

3.3 探究呼吸过程中氧气含量的变化

教师提出问题:呼吸过程中氧气的含量怎么变化呢?并演示实验:将氧气和二氧化碳传感器的探头放入集气瓶(收集了某学生呼出的气体)中。学生观察放映屏上氧气和二氧化碳含量的实时变化数据,教师进一步引导学生定量分析呼吸过程中氧气和二氧化碳含量的变化,使学生明确:与吸入气体相比,呼出气体中氧气的含量减少,二氧化碳的含量增多。

接着,教师呈现科学测定的实验数据,引导学生思考:与吸入气体相比,为什么呼出气体中氧气的含量减少,二氧化碳的含量增加?学生讨论后,认识到这是人体内发生气体交换的结果。

设计意图:教师拓展教材内容,补充利用传感器测量呼吸过程中氧气含量的变化,使定性实验变成定量实验,让学生在量的变化中了解事物的本质,提高学生思维的深刻性。

3.4 问题引领,再析血液循环

教师展示血液循环的路径图,并抛出系列问题:①血液循环分为哪两个途径?你能分别描述肺循环和体循环的途径吗?②肺循环和体循环是同时进行的吗?③经过肺循环血液成分会发生什么变化?经过体循环血液成分又会发生什么变化?

学生分别描述体循环和肺循环的路径,区分体循环和肺循环中血液成分的变化,并辨别静脉血和动脉血。

教师继续设疑:动脉血和静脉血有什么特点?为什么经过肺泡和组织细胞处时血液成分会发生变化呢?从而引出人体内发生了气体交换。

设计意图:教师引导学生复习和回顾血液循环路径及血液成分的变化,有助于学生理解气体交换,使学生为之后建构物理模型和概念模型做好准备,进而帮助学生突破教学难点。

3.5 设计体验活动,感知气体扩散

教师在讲台处喷洒花露水,请闻到的学生举手。前后排学生交流闻到香味的情况。教师进而设问:前排的学生和后排的学生谁先闻到气味?前排的学生闻到的气味浓,后排的学生闻到的气味淡,这是为什么?

学生各抒己见。教师引导学生总结得出:香味分子会从浓度高的一侧向浓度低的一侧运动,即扩散。二氧化碳和氧气是气体分子,气体分子也会从浓度高的地方向浓度低的地方运动。扩散作用正是人体内气体交换的原理。

接着,教师继续设问:你有留心生活中其他的气体扩散现象吗?并请学生举例。学生们积极地说出生活中观察到的气体扩散现象,例如,“厨房飘出的菜香味”“秋天的桂花飘香”“进入医院可以闻到消毒水的气味”“空气清新剂的香味可散发到屋内各个角落”“二手烟会影响整个屋内的人”。

设计意图:考虑到七年级的学生由于缺乏相应的物理和化学知识,导致其对于气体交换的原理难以理解,教师设计以上体验活动,为学生创设真实的生活场景,让学生在真实体验中感受气味分子运动的过程,引导学生分析并总结出气体扩散的原理,以此为学生后续学习“气体交换”打下基础,同时也利于帮助学生形成理性思考的习惯,提升学生的分析性思维能力。

3.6 建构物理模型,模拟气体交换

教师让学生以小组为单位在课前利用硬纸板、白纸、彩笔、磁贴等材料设计并制作气体交换学具。在课堂上,通过师生讨论交流,教师使学生明确模型中的各结构及材料分别模拟了人体气体交换中的哪些结构,帮助学生将模型与原型相对应。接着,教师利用模型模拟肺泡内气体交换的部分过程。学生观看并习得相关知识,为分组模拟活动做准备。在分组模拟时,学生利用自制学具和材料从交换部位、交换方向和交换结果三个方面分别模拟肺泡内和组织内的气体交换过程,小组内的各个组员依次模拟并进行互评。最后,各小组展示模拟成果,教师选取小组代表上台分别模拟肺泡内和组织内的气体交换过程,并引导学生观察各组的模拟成果,进行分析与评价,让学生找出各组模型的共同点与差异,教师进而提出修改建议,各小组依据修改建议调整和修正模型。

设计意图:教师利用模型建构活动,引导学生用自制的学具、磁铁和卡片来分别模拟肺泡内和组织内的气体交换过程,并让学生进行展示交流,以此来突破教学难点。通过模型建构活动,教师激发了学生的学习情绪和学习兴趣,使学生在有意义的学习活动中锻炼了分析、类比、推理、解释和逻辑思维能力,并帮助学生最终形成生物学概念,整体提升了学生的高阶思维能力。

3.7 绘制概念图,建构概念模型

教师提出问题:人体肺泡内的气体交换和组织内的气体交换是同时进行的吗?并播放气体交换动画,让学生观看和积极思考。接着,教师继续追问:人体吸入的氧气如何到达组织细胞?呼出的二氧化碳来自哪里?学生思考并尝试描述氧气到达组织细胞的路径和二氧化碳的来源及排出路径,通过梳理呼吸全过程,学生完善了概念建构。

学生利用文字、箭头和图形绘制气体交换概念图,建构“气体交换”概念模型,如图1所示。在绘制概念图、建构“气体交换”概念模型的过程中,学生会主动回忆和构思,从而在概念图中呈现要表达的知识,增进对概念的理解,延长记忆的时间,将新知有效内化。

图1 “气体交换”概念模型

设计意图:教师进一步引导学生整体把握“呼吸”“呼吸作用”“气体交换”几个概念之间的区别和联系,让学生在此基础上总结归纳并自主绘制概念图和建构气体交换概念模型,从而增进学生对相关概念的理解,帮助学生进一步明确气体交换过程。

3.8 角色扮演,帮O2“上岗”

教师创设角色扮演情境:我是空气中的O2,请帮我送到人体最基本的单位——细胞。教师同时展示四张图片,让学生说说空气中的氧气是如何进入人体细胞中的。

设计意图:通过设计角色扮演活动,教师让学生有一个直观的和整体化的概念,这也是一个使学生思维可视化的过程。通过图片对照、语言组织和过程描述,教师使学生在不知不觉中完成了重要概念的建构。

4 教学反思

本节教学是以学生为主体、教师为主导的原则进行设计,教师利用图表分析、探究实验、活动体验、模型建构和观看视频等活动激发学生的学习兴趣,提高课堂活动的有效性,帮助学生加深对重要概念的理解。本节课中关于气体交换的知识既是重点也是难点,教师通过建构物理模型、绘制概念图和角色扮演几个环节来突破教学重难点。学生在经历分析、评价、创造、判断、概述、评论、检验、构建和设计等高阶思维活动后,不仅了解了气体交换的过程,而且理解了气体交换的意义。教师帮助学生将零散的知识进行整体建构,不仅使学生形成生物学概念,同时也发展了学生的高阶思维能力,科学思维和生命观念的培养也在教学中得到了落实。