運用創新模擬循環系統講授“血壓及其調節”

張 麗 （復旦大學附屬中學青浦分校 上海 201700）

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中明確指出：“本課程高度關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學生學習的過程是主動參與的過程，讓學生積極參與動手和動腦的活動，通過探究性學習活動或完成工程學任務，加深對生物學概念的理解，提升應用知識的能力，培養創新精神，進而能用科學的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現實生活中的某些問題”[1]。基于這一基本理念，在“血壓及其調節”的教學過程中大膽創新，通過自主設計的模擬循環系統，將抽象的血液循環系統及血壓的變化具象化，引導學生積極參與血壓變化影響因素的實驗探究。

1 課例分析

“血壓及其調節”是滬版高中《生命科學》第4冊第2 章“內環境與自穩態”的第6 節，主要介紹血壓的影響因素，血壓是怎樣通過自身調節活動保持相對穩定的，以及由于調節活動出現障礙引起的高血壓病等知識。知識點“血壓穩態的維持”的講解主要涉及“神經系統中信息的傳遞與調節”中的基礎知識，以及“內環境與自穩態”部分的相關知識[2]。“血壓的影響因素及其調節”等內容較抽象，學生難以快速理解。若能將抽象的知識具象化、直觀化，將有助于學生快速理解掌握這些生物學知識。

2 研究過程

2.1 設計模型，實驗演示 結合學校生物學實驗室現有的壓力傳感器，嘗試設計一套模擬裝置，將抽象的血液循環系統及血壓的變化具象化。經前期文獻調研和實驗嘗試，最終確定通過蠕動泵泵出廣口瓶內的液體模擬心臟泵血；利用彈性較好的乳膠管模擬具有儲器功能的主動脈與大動脈；利用較細的硅膠管模擬外周動脈（圖1）。同時，利用三通設備將一個壓力傳感器接入整個模擬循環系統中，借助Logger Pro3.14.1 測量軟件實時記錄模擬血壓情況，并以坐標圖的形式在希沃大屏上呈現給全體學生（圖2）。

圖1 模擬循環系統基本構造

圖2 模擬心率改變前后測量軟件實時記錄到的血壓對比圖

該模擬循環系統主要為探究血壓的影響因素而設計，將人體的循環系統簡化為單循環，通過改變該裝置中各部件的參數模擬影響血壓的因素。通過改變蠕動泵的單位時間輸出次數，模擬心率變化；用內徑相等的硬塑料管替換乳膠管，模擬血管管壁彈性的變化；用內徑更小的硅膠管替換原硅膠管，模擬血管管徑粗細的變化；用50%的甘油替換廣口瓶中的清水，模擬血液粘滯度的變化。

利用這套自主創新搭建的模擬循環系統裝置，在課堂上向學生模擬展示各種因素對血壓的影響。學生對該裝置產生濃厚的興趣，學習的專注度極大提升。大屏上的模擬血壓變化曲線，也讓學生更加直觀地認識了各種因素對收縮壓及舒張壓分別產生的影響。

2.2 創設情境，聯系生活 若僅從模擬循環系統這一物理裝置的各種變量角度認識影響血壓的因素，學生難以將這些影響因素與實際生活中各種引起血壓變化的具體情境相聯系，理論與實踐脫節。針對此問題，在模擬實驗的基礎上，引入了運動后血壓升高、氣溫驟降引起血壓升高、動脈硬化常伴有高血壓等生活情境，解釋心率、血管管徑、血管管壁彈性等各種因素對血壓的影響，幫助學生在生活實際問題與理論知識之間建立聯系。最后，請家庭中有高血壓患者的學生分享患病家屬的生活習慣，并進一步分析高血壓的發病原因。學生認為食鹽過多、精神緊張、缺乏運動、肥胖等可能是導致家屬患病的主要原因。引導學生學以致用，培養其利用生物學知識解決實際問題的能力。

2.3 學生主導，互動探究 為了讓學生成為實驗探究的主體，更主動地參與探究學習過程，招募并建立實驗興趣小組，利用午休和晚自習時間，先對興趣小組的成員進行培訓，熟悉實驗設備的使用方法，并嘗試進行實驗數據的采集和記錄。在課堂上，學生根據“學習單”上的“課堂任務”引導，以小組為單位展開思考和討論，并在興趣小組成員的帶領下進行實驗探究，將教師演示實驗改為以學生為主體的探究實驗。通過師生互動、生生互動及小組協作，充分調動學生的參與意識。

課堂任務1：分析運用模擬循環系統測得的壓力變化曲線，描述收縮壓、舒張壓、脈壓。

課堂任務2：分析下列幾個生活實例（表1），推測相關的血壓影響因素，并利用模擬循環系統對相應的血壓影響因素進行探究，以驗證推測的正確性。

表1 生活實例中的相應血壓影響因素的分析及實驗探究

課堂任務3：根據“課堂任務2”中實驗探究的結果，展開小組討論，解釋各種影響因素使收縮壓和舒張壓產生相應變化的原因。

課堂任務4：根據提供的50%甘油和清水2 瓶液體，思考引起血壓變化的因素還可能是什么？推測該因素變化對收縮壓和舒張壓可能產生的影響，并通過實驗加以驗證。

3 課例啟示

3.1 利用信息技術，提升學生的學習效果 本節課的重、難點是“血壓的影響因素及其調節”。學生缺乏直觀感受，理解和掌握這部知識存在困難。在本節教學中，創新地設計并運用了模擬循環系統及壓力信號采集系統，模擬人體血壓的形成并用以探究“血壓的影響因素”，使學生能借助電腦軟件觀察到壓力信號采集后自動形成的波形曲線，從而直觀地認識收縮壓和舒張壓及其變化，對抽象的學科知識形成具體的感性認識，可提升學習的效率和效果。

3.2 創設生活情境，啟發學生的主動思維 核心素養視角下的課堂教學，要求教師借助具體的教學情境開展教學，幫助學生在解決問題的過程中，從更全局、更宏觀、更整體的角度把握學科知識，使學生能真切地感受學習內容與實際生活的聯系[3]。本節教學創設了運動后血壓升高、氣溫驟降引起血壓升高、動脈硬化常伴有高血壓等大量生活情境，激發學生的學習興趣，引導學生運用生物學知識解決具體的實際問題，從而培養學生主動思維的習慣。

3.3 借助實驗探究，保障學生的主體參與 生物學教學不僅是教師講解和演示的過程，也是師生交流、共同發展的互動過程[1]。本節教學通過興趣小組學生主導的方式，帶領全體學生共同參與實驗探究過程，認識血壓的影響因素，調動不同層次學生在課堂上積極參與，充分體現了課堂教學中學生的主體作用。