基于實驗探究的“肺與外界的氣體交換”概念教學探索

葉治平

(廣東省廣州市黃埔區玉泉學校 廣州 510530)

《義務教育生物學課程標準(2011年版)》(以下簡稱“課程標準”)提出了50個重要概念，并指出“生物學概念是生物學課程內容的基本組成。生物學重要概念處于學科中心位置，包括了對生命基本現象、規律、理論等的理解和解釋，對學生學習生物學及相關科學具有重要的支撐作用[1]。”筆者認為，圍繞重要概念教學開展的實驗探究活動不僅能激發學生的學科探究精神，培養學生的生物學學科核心素養，還能促進學生對重要概念的建構、理解和應用。本文以人教版七年級下冊的“肺與外界的氣體交換”為例，說明如何開展多種形式的實驗探究活動促進重要概念教學。

1 概念分析與設計思路

“肺與外界的氣體交換”一節屬于課程標準第五大主題“生物圈中的人”，它提出教師應幫助學生形成“呼吸系統包括呼吸道和肺，其功能是從大氣中攝取代謝所需要的氧氣，排出代謝所產生的二氧化碳”這一重要概念。在具體的教學內容上，要求學生能概述發生在肺部及組織細胞處的氣體交換過程，通過活動驗證人體呼出的氣體中含有較多的二氧化碳[2]。它屬教材中難度較大的一個內容，倘若這節課以教師的講授為主，勢必教師講得口干舌燥，學生聽得乏味無趣。如“胸廓變化與呼吸的關系”需要運用氣體壓力與體積關系的物理學原理，而七年級學生尚未系統學習物理知識，教師若將氣壓講得太具體生物課易變成了物理課，花費太多時間；若避開不講又與科學事實不符合，不利于學生理解。教師該采用何種策略調動學生的學習能動性，積極參與課堂，主動建構重要概念呢？筆者把設計重點放在了利用實驗激發學生參與課堂、主動突破重難點上，通過學生的自主探究獲得體驗、分組模擬突破難點、創設小實驗深入理解、觀看視頻動畫等多種手段不斷豐富學生的體驗，激發學生的最高參與度，逐步加強學生對氣體進出肺原理的理解，促進重要概念的形成。具體教學內容及設計思路如表1。

2 概念教學探索過程

2.1 實驗激趣，概念引入 簡單復習呼吸道的組成及對空氣的處理。教師呈現兩支各裝有5 mL澄清石灰水的試管，請一名學生用吸管吹氣，將呼出的氣體通入其中一支試管的澄清石灰水中，并觀察實驗現象。這個演示實驗迅速激發了學生的學習興趣。教師再呈現表2，讓學生思考氣體經過肺會發生怎樣的變化，引出本節學習主題，明確學習目標。

2.2 親身體驗，概念初探 學生自主閱讀教材，了解肺在人體的位置和主要功能。教師提問：“為什么氣體能進出肺？引發學生的猜想，發散思維。開展第一個探究活動，讓學生感受呼氣與吸氣時胸廓的變化。為了讓學生更大膽的參與，教師可請學生都站起來，用語言和肢體動作加以引導。再播放課前錄制的學生深吸氣與呼氣的視頻，增強感受，同時活躍課堂氣氛。學生通過親身感受與觀看學生示范視頻，確定吸氣時胸廓是擴張的，呼氣時胸廓縮小。教師順勢提問： 胸闊的變化與什么有關？幫助學生初步接觸概念，學生閱讀教材思考答案。

2.3 手勢講解，概念搭建 肌肉的變化是抽象的，學生不易理解。教師應利用豐富的圖片、視頻多種手段講解胸廓的變化與肋骨間肌肉、膈肌的收縮和舒張有關，幫助學生理解，同時呈現表3，將問題逐步分解，降低學習難度。

表1 教學內容及其設計思路

表2 吸入與呼出的氣體成分對照

表3 膈肌運動與胸廓變化關系

此時學生似懂非懂，教師引入手勢，以“上呼下吸”說明膈肌的運動狀態與胸廓變化的關系。首先兩手手指并攏，大拇指抵在胸腔最下端的肋骨，掌心相對，兩中指指尖相觸，此時的手型如同一座小山。它表示膈肌舒張，位置上升(圖1)。接著大拇指位置不變，手指交叉，此時手掌與地面平行，掌心朝下。它表示膈肌收縮，位置下降(圖2)。

利用動態視頻、手勢模擬增加學生對肌肉變化的感性認識，既幫助學生搭建理解概念的腳手架，將抽象知識化繁為簡，又調動了課堂氣氛。此時教師還可提供1～2道練習題，及時反饋所學，調整學習節奏。

2.4 模擬實驗，概念理解 教師提問： 肌肉的收縮與舒張引起了胸廓變化，而胸廓的變化與呼吸有什么關系？是胸廓先擴大氣體再進入肺，還是氣體先進入肺才導致胸廓的擴大？此時學生開始大膽猜想。開展第二個探究活動，將教材的演示實驗改為分組探究。學生四人一組觀察用大號汽水瓶、Y型玻璃管和氣球制作的模擬肺吸氣與呼氣的模型，積極動手摸索氣球怎樣脹大與縮小，并思考： ①模型各部分模擬的對應結構是什么？②氣球什么情況下脹大或回縮？③氣球破損漏氣或罩口密封不嚴，結果會怎樣？此時的學生不再是旁觀者，而是通過分組實驗，更主動地參與課堂和概念建構，在教師不斷深入的提問中，將模型呈現的特點遷移到人體的呼吸系統中，自主歸納氣體進出肺與膈肌、胸廓變化的關系(圖3)，理解重要概念。

圖1 手勢表示膈肌舒張

圖2 手勢表示膈肌收縮

2.5 實驗補充，概念完善 如果教師把氣壓與呼吸一并講了，學生難以在短時間內接受這么多的知識點。因此教師在寫板書時故意留白。讓學生先大致明白吸氣與呼氣的大致過程。再開展第三個探究活動： 學生四人一組，每組發一個355 mL帶蓋子的空礦泉水瓶。首先擰緊瓶蓋，請學生用力擠壓，看能否將瓶子壓扁，并感受手受到的力度大小。此時突然擰開瓶蓋，聆聽聲音，同時再次感受手受到的力度大小。利用學生在該活動中的前后感受，教師可簡要分析氣體壓力的存在，從而推測在一定溫度下，氣體體積減小，氣壓增大。再結合胸廓體積變化幫助學生梳理肺內氣壓的變化，深入理解氣體進出肺的本質原因是由肺內氣壓的變化引起的。通過引導學生補充板書中的留白(圖4)，突破本節難點，完善概念建構。

2.6 加深理解，概念應用 學生觀看視頻動畫，利用反復播放的動畫形象地表達呼吸時肌肉、胸廓及氣壓的變化。學生邊看邊歸納肺與外界氣體交換的過程，增加課堂的趣味性。同時，教師引導學生運用所學的概念解釋生活中的現象，如： 人游泳的時候水浸沒胸口，會感到呼吸有些吃力；穿塑身衣、緊身衣保持苗條身材，會覺得呼吸困難，體質下降；沙堆里玩“沙子埋人”游戲可導致呼吸困難甚至窒息等。通過師生的共同分析，幫助學生理解應用概念，同時滲透健康生活的理念，激發學生社會責任感。

3 總結與思考

3.1 以豐富多樣的實驗形式，提高概念教學的有效性 在本節課中教師牢牢把握了教學主導地位，始終以學生為主體、以精心設計的實驗開展概念教學。最初的澄清石灰水變渾濁的真實實驗，激發學習興趣；課中的大號汽水瓶模擬胸廓運動實驗，再現呼吸過程；課末利用礦泉水瓶的拓展實驗，擊破理解概念的難點。這三個實驗充分發揮了不同類型實驗的作用，環環相扣，不斷提升，讓學生在有趣的實驗現象中發現問題、思考問題，經歷從現象到本質的過程，逐步建構重要概念，真正實現了讓學生在探究中成長，在實驗中培養理性思維，形成生命觀念，提高了概念教學的有效性。

3.2 以小組合作學習降低學習難度，提高概念教學的高效性 在一節新授課里開展3次實驗活動，學生還要閱讀教材、展開思考、回答問題等，40分鐘的課堂時間稍縱即逝。只有充分調動學生的參與積極性，活躍思維，才能跟上教師的授課節奏。為此，筆者組織學生多以4人小組的形式來開展學習活動，以親身感受、實驗探究、觀看視頻等多重手段激發學生的好奇心、動手能力和探索精神。組內合作，讓學生在互相討論中發表見解，降低本節課的學習難度；組間競爭，讓學生大膽質疑、集思廣益；生生互動，課堂充滿了科學探究氣息，提高了概念教學的高效性。

3.3 以知識遷移加深概念理解，提高概念教學的實效性 教師開展實驗探究，引導學生將獲得的生物學知識逐步建構重要概念，符合課程標準倡導的“在教學中實現主動探究學習與凸顯重要概念傳遞的對接”。但本節內容是教師教學的“老大難”，也是學生學習的“糊涂點”。要幫助學生進一步理解、運用概念，教師還得將知識遷移到生活中去。

通過學生解釋生活中的實例，幫助學生深刻理解概念，培養學生科學思維；通過感受快跑時深呼吸過程中腹部的變化，形成體育鍛煉能增強呼吸肌力量的觀點，培養熱愛鍛煉、健康生活的理念，提高概念教學的實效性。