利用問題串建模進行“肺與外界的氣體交換”的探究教學

蔣沅芮

（云南省曲靖一中卓立學校 云南曲靖 655000）

1 教學設計理論基礎

生物學模型是人們按照科學的思維模式，根據原型的特征模擬其結構形態或者運動形態，對生物學現象、規律進行描述、預測、解釋。生物科學的發展離不開模型建構的方法。教師將建構模型的思想應用到初中生物課堂教學，利用模型描述生命現象，幫助學生深化對生物學的認知。模型構建能夠將抽象的生物問題直觀化、簡單化，不僅能夠讓學生更好地掌握知識，還對培養學生思維能力、創新能力與實踐能力具有重要意義。一般來說，課堂教學中常用的模型建構形式主要有概念模型、物理模型、實驗模型等幾大類。

生物學概念的形成是一個主動的建構過程。教師將概念模型的構建貫穿于整個課堂教學設計中，能將一些無法通過觀察或實驗直接建構的概念簡單呈現出來。

2 教材分析

本節課是人教版“生物圈中的人”單元中的第三章第二節。包括肺與外界的氣體交換、肺泡與血液的氣體交換2個課時。本節是這本冊書的教學重點和難點，學好這部分內容有助于循環系統的學習，形成“人體是一個統一的整體”的生物學觀念。

3 學情分析

七年級學生對科學探究有濃厚的興趣，喜歡動手，通過前面的章節的學習，對人體結構與功能相適應有了一定的了解，但尚未形成完整的知識體系。本節課還涉及到學生沒有學習過的物理知識“氣體壓力”，因此學生很難理解“胸廓擴大為什么會導致氣體進入肺”。教師可先利用問題串建立模型，將抽象的知識形象化，給學生提供動手操作的機會，使學生感悟生物結構和生命運動的歷程。再讓學生結合自身體驗去感知歸納是本節課的關鍵。

4 教學目標

①說出肺與外界氣體的交換過程。

②通過分組探究實驗，感知氣體體積變化與壓力的關系；通過觀察演示實驗，嘗試總結肺與外界氣體的交換過程。

③認同呼吸對生命的重要作用，關注簡單有效的急救知識。

5 設計思路

根據全面提高學生的科學素養、以學生發展為本、促進學生轉變學習方式的課程理念，圍繞本節課的教學目標和教學內容，引導學生采用“動手實踐、導學案、自主探究、合作交流”的學習方法進行主動質疑和探究。本節課的教學流程如圖1所示。

在生物建模教學活動過程中，問題是驅動建模活動實施的起點和動力。教師利用問題串，引導學生利用注射器這一常見物品進行小組探究，使學生直觀理解氣體壓力這一抽象物理概念，構建“空氣進出注射器”的模型，為本節課的學習打下基礎。接著，教師播放視頻和演示模擬膈肌運動的自制教具，讓學生感知氣體進出肺是一個動態的過程；再利用問題串，引導學生分析、理解肺與外界氣體交換的過程，將“空氣進出注射器”模型遷移應用出“氣體進出肺”的模型。學生在遷移應用的過程中，培養建構思維和建構能力，形成系統的科學認知觀，強化生物學與其他學科的內在聯系。

學生構建概念模型的思維過程，就是構建思維導圖的必由之路。學生利用概念模型形成思維導圖，幫助理清生物學重要概念之間的互相聯系，構建知識體系，進而更好地學習生物學。

學習知識的最終目標就是將知識運用到實際生活中。本節課以學生演示急救知識結尾，進一步幫助學生加深理解肺內氣壓變化與氣體進出的關系，同時科普急救知識，幫助學生樹立熱愛生命的價值觀。

6 教學過程

6.1 創設問題情境，促進學生思考

教師創設情境，激發學生的學習興趣，組織學生開展活動——“你能憋氣多久”，教師引導學生感受人體需要呼吸，引出學習內容：肺與外界的氣體交換。

在學生了解肺的位置與主要功能后，教師展示游泳、跑步等不同場景呼吸圖，聯系學生的生活經驗，引導學生思考：肺在不知不覺中，每分鐘大概有節奏的呼氣和吸氣16次。為什么氣體能進入肺呢？

6.2 學生分組探究，構建模型

教師展示沒有蓋子的空塑料瓶，提出問題：空氣也能進出瓶子嗎？為什么空氣能進出肺呢？學生根據生活經驗，提出疑惑，分組探究“空氣如何進入注射器”。教師指導學生利用注射器（去掉針頭），提出問題，引導小組探究。

①氣體壓力與體積有什么關系？

②氣體壓力與氣體流動方向有什么關系？

學生分組探究，討論交流后，總結規律：壓縮氣體體積，氣體壓力變大。增大氣體體積，氣體壓力減小。外界氣壓大于注射器內氣壓，氣體進入注射器。外界氣壓小于注射器內氣壓，氣體排出注射器。接著，構建“氣體進出注射器”的概念模型（圖2）。

圖2 “氣體進出注射器”模型

6.3 學生深入感知，演示歸納

教師提出問題，激發學生思考：空氣進出注射器的現象能否推演到氣體如何進出肺嗎？學生深呼吸，體驗胸廓的運動，感知胸廓變化與呼吸的關系。然后，教師追問：胸廓容積的變化與氣體進出有什么關系？學生討論后，得出：①吸氣→肋骨向上向外運動→胸廓擴大；②呼氣→肋骨向下向內運動→胸廓縮小。接著，教師播放“呼吸運動”的動畫，提出問題：胸廓變化與什么結構有關？學生根據動畫，感知肋間肌與膈肌的變化與胸廓變化的關系。教師進一步講解：肋間肌的收縮和舒張使胸廓擴張和收縮；膈肌的活動使胸廓上下徑變化。在學生直觀感受呼吸時胸廓變化的基礎上，教師再進一步講解肋間肌與膈肌的變化，促使學生自主構建生物體結構與功能相適應的生物學觀念。

教師利用自制教具演示模擬膈肌的運動，引導學生觀察思考。

6.4 學生遷移模型，構建思維導圖

教師引導學生結合模型歸納總結肺與外界氣體交換的原理，使學生加深對知識的鞏固及理解。學生開展模型遷移，構建“氣體如何進出肺”的概念模型，也即思維導圖（圖3）。

圖3 “氣體進出肺”模型

學生在模型遷移、形成思維導圖的過程中，將知識內化知識，完善知識體系。

6.5 學以致用，升華思維

教師播放“男童被花生卡住，急救錯誤窒息死亡”新聞視頻，指導學生演示海姆立克式急救法，并說出急救法的原理。學生通過感性認識，加深理解肺內氣壓變化與氣體進出的關系，認同呼吸對人體的重要性，樹立關愛身體的生命觀。

7 教學反思

①教師利用建模遷移，突破難點。本節課將多種教學方法進行整合，創設出富有趣味性和創造性的教學情境，引導學生主動質疑和探究，體現出教師的主導性和學生主體性的教學理念。教師利用注射器讓學生直觀地理解物理現象，促進學生嘗試自主歸納物理規律并構建模型；接著，引導學生由注射器遷移到肺部，并運用自制教具演示，幫助學生直觀感知呼吸運動并總結規律，自主構建氣體進出肺的模型。整個教學過程層層遞進。

②學生感知體驗，培養學科核心素養。整節課將知識與學生自身感知緊密聯系，從不同層次讓學生感知呼吸的過程，使學生將呼吸時胸廓的外在變化與內在的氣體進出肺聯系起來，使學生在做中學、在學中思。最后，教師聯系學生的實際生活，拓展海姆立克式急救法。在教學中，教師注重培養學生自主學習的意識，將生物學學科核心素養的培養貫穿在教學中，注重培養學生的社會責任素養。