基于問題的“血液循環(huán)”一節(jié)情境教學(xué)設(shè)計?

張紫薇 付 鑫 鄭紀元

（北京市十一學(xué)校 北京 100039）

科學(xué)教育不應(yīng)是理論知識的堆砌，而應(yīng)通過引導(dǎo)學(xué)生對學(xué)科大概念的理解和領(lǐng)悟幫助其理解和解決生活當(dāng)中遇到的問題和現(xiàn)象[1]。將教材中的知識與學(xué)生自身的生活經(jīng)驗相結(jié)合，在真實情境中開展教學(xué)和評價，引導(dǎo)學(xué)生成為具有理性決策能力和科技創(chuàng)新能力的新時代人才。基于問題的學(xué)習(xí)（problem-based learning，PBL）教學(xué)法集中體現(xiàn)了上述理念。在進行PBL過程中，學(xué)生使用問題案例或情境定義自己的學(xué)習(xí)目標。在小組討論和精煉所學(xué)知識之前，學(xué)生通過獨立學(xué)習(xí)、自主研究獲得知識[2]。與傳統(tǒng)的講授策略不同，在PBL教學(xué)法中，學(xué)生除了能獲得課堂上所學(xué)的知識外，還能培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題及自主學(xué)習(xí)新知識的能力，培養(yǎng)了團隊合作精神[3]。在這種教學(xué)法中，教師的行為從提供知識轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，通過這種更靈活、自主性更強的教學(xué)模式，促進培養(yǎng)學(xué)生解決問題技能、培養(yǎng)協(xié)作技能和激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機等目標的達成[4]。

1 教學(xué)內(nèi)容分析

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2011版）》指出，人體結(jié)構(gòu)和生理的知識對學(xué)生理解人體結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的關(guān)系，理解人的各種生命活動，自覺養(yǎng)成衛(wèi)生習(xí)慣具有重要作用。人體吸收的營養(yǎng)物質(zhì)要通過循環(huán)系統(tǒng)運送到身體的各種組織與器官，人體產(chǎn)生的廢物也要通過循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)等的協(xié)調(diào)作用排出體外。結(jié)合新型冠狀病毒，從科學(xué)的角度出發(fā)，通過學(xué)習(xí)循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的生物學(xué)知識，引導(dǎo)學(xué)生認識結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一、生物體的平衡與穩(wěn)態(tài)、物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化、生物的進化與適應(yīng)等生命觀念，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括、演繹與推理的科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生關(guān)愛生命、熱愛生活，增強學(xué)生積極抗疫的社會責(zé)任感。

2 教學(xué)目標

1）明確人體血液雙循環(huán)途經(jīng)，通過圖示闡述心臟結(jié)構(gòu)的演化，解釋血液循環(huán)對生物體生存的影響和意義，形成結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一、生物體的平衡與穩(wěn)態(tài)、物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化、生物的進化與適應(yīng)等生命觀念。

2）基于科學(xué)材料，運用歸納與概括、演繹與推理等科學(xué)思維方法，說明體循環(huán)與肺循環(huán)的過程及血液成分的變化，闡述對血液循環(huán)過程本質(zhì)的理解。

3）科學(xué)理解所學(xué)知識在醫(yī)學(xué)治療中的應(yīng)用，主動關(guān)注疫情發(fā)展，關(guān)愛生命，堅持鍛煉，積極抗疫。

3 教學(xué)過程

通過當(dāng)前熱點話題“新型冠狀肺炎疫情”導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提出新冠肺炎患者的氧氣缺乏癥狀，提問“氧氣從哪里來？”探究肺循環(huán)的途徑。通過“利巴韋林的人體全身之旅”活動探究體循環(huán)的途徑。運用醫(yī)生處方中幾種藥物的應(yīng)用對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行評價。最后，通過研究心臟的演化加深理解，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念（圖1）。

3.1 課堂導(dǎo)入 教師展示一則新聞“特朗普談人生中最可怕一天：我被告知美國缺少大量呼吸機”。通過缺乏呼吸機對特朗普造成的擔(dān)憂，使學(xué)生將呼吸機與新冠肺炎的治療建立聯(lián)系。引導(dǎo)學(xué)生將新冠肺炎的典型癥狀“呼吸困難”與氧氣缺乏相聯(lián)系，并回顧之前學(xué)習(xí)的呼吸作用知識，將物質(zhì)與能量相結(jié)合，提出2個引入問題：1）新冠肺炎如何影響人類的健康？學(xué)生能自然地聯(lián)想到呼吸困難；2）新冠肺炎應(yīng)如何治療？學(xué)生容易想到新聞中的呼吸機，但呼吸機為何如此重要？為探究肺循環(huán)的途徑作鋪墊。

3.2 探究肺循環(huán)的路線

材料1：氧氣從哪里來？

新冠肺炎重癥患者多在發(fā)病1周后出現(xiàn)呼吸困難。嚴重的病患可快速發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征（臨床表現(xiàn)最為明顯的特征是血液中氧含量較低）。全身血液都會流經(jīng)肺部，從某種意義上說，肺部血液循環(huán)極大地影響著肺的功能。急性呼吸窘迫綜合征會對肺部的血流造成怎樣的影響？

1）右心室——肺動脈單元：肺循環(huán)的起點是右心室，右心室的血液經(jīng)肺動脈流入肺部毛細血管。肺部疾病會破壞肺部毛細血管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，形成血栓等。于是肺動脈壓力升高，低氧還會促進肺動脈收縮，進一步給肺動脈增加壓力。

2）肺內(nèi)血流特征：肺動脈的血液會流入肺部毛細血管。肺部毛細血管、肺泡上皮等結(jié)構(gòu)是肺部氣體與血液交換的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。這部分結(jié)構(gòu)被破壞促使急性呼吸窘迫綜合征的發(fā)生，導(dǎo)致嚴重低氧。

3）左心房——肺靜脈單元：肺部毛細血管的血液匯集進入肺靜脈，肺靜脈中的血液最終流入左心房。左心房作為肺血流的終點，對于肺血流的調(diào)控具有重要作用。新型冠狀病毒會攻擊心肌細胞，部分患者的左心房壓力升高。

提出問題：1）請根據(jù)上述材料梳理肺循環(huán)的途徑。2）從血流的角度，你認為可通過怎樣的方式改善新冠肺炎患者的急性呼吸窘迫綜合征？學(xué)生通過閱讀科普小短文“氧氣——你從哪里來？”梳理肺循環(huán)的途徑。首先，教師可請一位學(xué)生利用小卡片在黑板上完成肺循環(huán)過程。教師再帶領(lǐng)全班學(xué)生共同用PPT核對。什么是肺循環(huán)？通過2個問題判斷：①在此過程中，血液的含氧量是否發(fā)生變化？在哪里改變的？②有人說，動脈血管中流的是動脈血，靜脈血管中流的是靜脈血，此說法是否正確？你能否舉出反例？幫助學(xué)生理解肺循環(huán)過程中血液成分的改變，引導(dǎo)學(xué)生明白新冠肺炎患者血液出現(xiàn)氧含量低的原因。教師詢問：如何改善患者的畸形呼吸窘迫綜合征？僅增加血液中的氧含量能否從根本上解決問題？以此引入新冠肺炎的抗病毒治療，引入下一部分內(nèi)容“利巴韋林的人體全身之旅”。

本小節(jié)材料來源于科技論文的總結(jié)[5]，具有較高的科學(xué)性，并針對初二學(xué)生的心理年齡特點作出了一定的改編，以利于學(xué)生理解。通過生動的科普文，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了肺循環(huán)的知識，也了解到現(xiàn)實生活中新冠肺炎如何威脅患者的生命。

3.3 探究體循環(huán)的路線

材料2：利巴韋林的人體全身之旅。

根據(jù)《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第八版）》，新冠肺炎患者的支氣管黏膜上皮、肺泡上皮、淋巴結(jié)組織、肝臟、膽囊、鼻咽、胃腸黏膜、睪丸、唾液腺甚至心肌細胞都檢測出了新型冠狀病毒，抗病毒藥物如何作用于所有患處？

利巴韋林是一種核苷類廣譜抗病毒藥物，其磷酸化產(chǎn)物競爭性抑制病毒合成酶，損害病毒遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)合成，抑制病毒的復(fù)制與傳播。其使用方法是：成人500 mg/次，靜脈輸注，每日2～3次。利巴韋林在患者的體內(nèi)經(jīng)歷了怎樣的旅途？

醫(yī)生對患者進行靜脈輸液，利巴韋林先抵達上腔靜脈，后進入右心房，經(jīng)歷肺循環(huán)，抵達左心房。利巴韋林接著進入左心室，強壯的左心室將其順著主動脈送到了全身各級動脈，前方的路慢慢變窄，是因為到達全身毛細血管網(wǎng)，在此，利巴韋林與需要它的組織細胞相遇，順著全身各級靜脈再次回到了上、下腔靜脈，這個旅途開始之處。

問題：1）請根據(jù)上述材料梳理利巴韋林在人體內(nèi)的循環(huán)路線，分小組表演“利巴韋林的全身之旅”。2）在此過程中，利巴韋林經(jīng)過了心臟幾次？都在何時？

學(xué)生通過支持材料“利巴韋林的全身之旅”進行角色扮演活動，教師選取一位學(xué)生扮演抗病毒藥物利巴韋林，并將血液循環(huán)系統(tǒng)各部位的身份卡片發(fā)給其他學(xué)生，班級學(xué)生觀看扮演利巴韋林的學(xué)生在教室內(nèi)的行動軌跡，回答“利巴韋林”行走路徑是否正確？學(xué)生回答利巴韋林經(jīng)過了心臟幾次，都在何時？

本小節(jié)材料作為參考依據(jù)，輔助學(xué)生進行角色扮演活動“利巴韋林的全身之旅”。該活動生動活潑，符合學(xué)生的心理發(fā)展特點。學(xué)生可自行組織表演，感受體循環(huán)的意義。

3.4 血液循環(huán)知識的實際應(yīng)用

材料3：醫(yī)生的處方。

醫(yī)生不推薦單獨使用利巴韋林。病毒在體內(nèi)的增殖經(jīng)過復(fù)制、裝配及釋放等多個環(huán)節(jié)才能完成。聯(lián)合2種或以上不同作用機制的抗病毒藥物，可作用于病毒復(fù)制周期的不同環(huán)節(jié)，起到協(xié)同抗病毒作用，還可延緩耐藥株的產(chǎn)生及減少藥物用量，減輕藥物的毒副作用。怎樣的治療效果更佳？醫(yī)生的處方如下：

建議：利巴韋林與α-干擾素（霧化吸入，即利用高速氧氣氣流，使藥液形成霧狀，再由呼吸道吸入，達到治療的目的。治療呼吸道感染，消除炎癥和水腫）或洛匹那韋/利托那韋（成人口服，200 mg/50 mg/粒，每次2粒，每日2次）聯(lián)合應(yīng)用，成人500 mg/次，每日2～3次靜脈輸注。

請根據(jù)所學(xué)知識，完成如下任務(wù)：1）α-干擾素若要2次經(jīng)過心臟，要經(jīng)歷怎樣的途徑？2）洛匹那韋到達肺部需要經(jīng)過怎樣的途徑？

學(xué)生根據(jù)α-干擾素、洛匹那韋的不同用藥方式完成上述2個任務(wù)。小組討論并推薦代表發(fā)言，教師在小組討論的過程中要注意巡視，及時幫助學(xué)生答疑解惑。發(fā)言完畢，教師核對答案并提出問題：血液循環(huán)的意義何在？進入下一環(huán)節(jié)——心臟的演化，幫助學(xué)生對血液循環(huán)形成更深刻的體悟。

本小節(jié)材料出自《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第八版）》《新冠肺炎診療方案治療藥物信息匯編（第一版）》[6]。學(xué)生分小組討論醫(yī)生的處方，對真實的醫(yī)生處方、真實的藥物如何通過血液循環(huán)到達患處形成認識，學(xué)以致用。

3.5 探究血液循環(huán)的意義

材料4：心臟的演化。

魚類是世界上最古老的脊椎動物。魚類的心臟只有2個腔、1個心房和1個心室，起到擠壓促進血液循環(huán)的作用。從水生向陸生過渡的過程中,由于生活環(huán)境的變化，出現(xiàn)了新的呼吸器官肺，兩棲類的循環(huán)系統(tǒng)也因此發(fā)生了較大的變化,循環(huán)路線由于增加了肺循環(huán)而由單一循環(huán)轉(zhuǎn)向雙循環(huán),心房出現(xiàn)房間隔，由1心房變?yōu)?心房。到了爬行類，心室出現(xiàn)了不完全間隔（類似于現(xiàn)在臨床上的一些室間隔缺損病癥，是一種先天性的心臟病，因為主動脈輸血到全身各處，室間隔缺損會導(dǎo)致組織器官供血不足，出現(xiàn)一些缺血癥狀），鱷類則出現(xiàn)了完全的室間隔。到鳥類和哺乳類，心房和心室都分為2個部分且發(fā)育完全（圖2）。

請根據(jù)所學(xué)知識，完成如下任務(wù)：1）從魚類到鳥類和哺乳類，心臟的結(jié)構(gòu)變化有怎樣的趨勢？2）心臟結(jié)構(gòu)的變化在演化上具有怎樣的意義？這種改變?nèi)绾问沟蒙锬芨玫厣妫?/p>

學(xué)生通過閱讀科普小短文“心臟的演化”由淺入深地回答問題，從魚類到鳥類和哺乳類，心臟的結(jié)構(gòu)有著怎樣的變化趨勢？這個問題相對容易解答，但心臟結(jié)構(gòu)的變化在演化上具有怎樣的意義？這種改變?nèi)绾问沟蒙锬芨玫厣妫窟@就需要學(xué)生結(jié)合本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容進行更深入地思考。最后，教師對本節(jié)課學(xué)習(xí)的知識進行歸納和總結(jié)。

本小節(jié)圖文并茂地向?qū)W生展示了心臟由魚類到鳥類和哺乳類的結(jié)構(gòu)變化。用到了前期學(xué)習(xí)的動物主要類群的知識，既有益于培養(yǎng)學(xué)生進化與適應(yīng)的生命觀念，又使學(xué)生更深刻地理解血液循環(huán)的意義，提高學(xué)生的思維層次。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課立足于新型冠狀病毒肺炎流行的大背景，結(jié)合《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第八版）》《新型冠狀病毒肺炎急性呼吸窘迫綜合征的血流動力學(xué)治療》《新冠肺炎診療方案治療藥物信息匯編（第一版）》、心臟結(jié)構(gòu)解剖圖（魚類、兩棲動物、爬行動物、鳥類）等材料整理制作了符合真實情境的血液循環(huán)任務(wù)書。

本節(jié)課圍繞真實問題和有意義的挑戰(zhàn)構(gòu)建學(xué)習(xí)任務(wù)，提供了明確的學(xué)習(xí)目標和表現(xiàn)期望，通過5個教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。在教學(xué)過程中，學(xué)生積極參與，部分學(xué)生表達了對醫(yī)學(xué)的濃厚興趣，教師在整個過程中的角色是輔導(dǎo)員或教練，為學(xué)習(xí)者提供支持，充分體現(xiàn)了學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。學(xué)生通過豐富的學(xué)習(xí)活動探索基本問題，并應(yīng)用所學(xué)知識與技能于實際之中，教師在其中負責(zé)揭示核心觀點和重要過程，使得學(xué)生能在真實情境中理解知識，學(xué)以致用。