一種血液循環模型的構建與使用

張泓鑫

魯東大學萊山實驗中學(264000)

“物質運輸的途徑”一節是魯科版義務教育教科書《生物學》7年級上冊第4單元第4章第3節的內容。人體內物質的運輸主要依靠體循環和肺循環進行,教材還特別強調了因為氧氣含量變化而導致血液在動脈血和靜脈血之間的轉變。教材對循環的過程這一難點采取“觀察模式圖進行設想”的方式來突破。實際上學生對心臟跳動、血液流動以及兩個循環之間的聯系并不能直接掌握,需要通過一些視頻或者模型來輔助理解。

現有的專業血液循環模型大致分兩類:一種是注射器和管道建立的循環模型,可從形態上顯示血液循環系統的結構,但心臟跳動模擬較差,也無法演示血液成分變化;另一種是圖片與發光管結合的平面結構模型,可演示血液循環方向,但缺少能夠展示血液流動和心臟跳動之間的聯系的功能。兩類模型均無法完全契合從實踐獲得理論知識的認知規律。

為了讓學生更好地理解心臟跳動、血液流動和血液中氧氣變化的內在聯系,筆者設計制作了人體血液循環模型。

1 血液循環模型制作

1.1 原理

本模型在構建時要解決兩個問題:①加強心臟跳動引起血液單向流動的視覺體驗感;②血液在經過身體各處毛細血管和肺部毛細血管時能體現出靜脈血與動脈血的轉變。

在解決問題1時,可利用虹吸球的擠壓與舒張模擬心跳、用單向止逆閥控制血液流向、用透明塑料軟管觀察血液流動;在解決問題2時,由于兩種不同顏色的液體不能接在同一管道中,所以采取了“各自循環、視覺交錯”的方法進行模擬,即“動脈血”和“靜脈血”各自有一套循環通道。利用好展示板的觀測面和非觀測面,將兩套循環不需要的部分隱藏在非觀測面,只在觀測面展示需要的“動脈血”的分布和“靜脈血”的分布部分。

構建的模式圖如圖1所示。其中，斑點分布為“動脈血”通道，黑色陰影為“靜脈血”通道。兩組通道外框為粗實線的是觀測面部分，外框為虛線的是非觀測面部分；圖2為分支血管的構建方法。

圖1 血液循環模型的示意圖

圖2 血液循環展示用模型的A部分放大示意圖

1.2 材料

兩端開口、外徑6 mm的虹吸球2個;內徑6 mm的透明塑料軟管若干;外徑6 mm的單向止逆閥4個;PVE塑料板40 cm×60 cm;顏色濃度適中的紅墨水和藍墨水;裁紙刀;肺部毛細血管網貼紙和身體各處毛細血管網貼紙;注射器等。

1.3 制作方法

1.3.1 基礎雙循環組裝

如圖1所示,展示板上開有第一通孔和第二通孔,左心臟模型頂部連通有透明結構的第一血管,第一血管穿出第一通孔從展示板背面穿入第二通孔與左心臟模型底部連通;右心臟模型底部連通有透明結構的第二血管,第二血管穿出第二通孔從展示板背面穿入第一通孔與右心臟模型頂部連通,第一血管和第二血管用于模擬人體的血管血液流通管路,第一血管和第二血管上均設有用于模擬心臟瓣膜的單向止逆閥。組裝后,可依據心臟各個血管的位置,彎折血管,在對應位置貼上毛細血管網貼紙,使學生更加容易識別。

1.3.2 血管分支的模擬

如圖2所示,展示板還設有位于第二通孔下方的第三通孔,位于展示板正面的第一血管上連通有第一分支血管,第一分支血管穿出第三通孔與展示板背面的第一血管連通;位于展示板正面的第二血管連通有第二分支血管,第二分支血管穿出第三通孔與展示板背面的第二血管連通,第一血管與第一分支血管、第二血管與第二分支血管的連接處均通過三通閥連接。

1.3.3 模擬血液的填充

左心臟模型、第一血管和第一分支血管填充有藍色溶液,模擬靜脈血;右心臟模型、第二血管和第二分支血管填充有紅色溶液,模擬動脈血。

2 血液循環模型使用方法

2.1 識別主要血管名稱

教學時,可先讓學生對照課本中展示的圖例,將模型中各部分結構的名稱對應起來,并貼上標簽,讓學生初步記憶心臟結構和連接血管名稱,為接下來的動態過程作鋪墊。

2.2 說出血液依次經過的結構

通過擠壓2個虹吸球，模型中的液體會隨著單向止逆閥控制的方向流動，在觀測面讓學生依據標記的結構依次說出從一處出發的血液，依次經過哪些結構，并帶領學生區分好體循環和肺循環的范圍。在此過程中，學生能更加直觀地觀察到心臟跳動引起的血液流動、兩個循環同時進行的現象。

2.3 描述血液中氧氣的變化

通過觀察模型和課本圖例,說出動脈血和靜脈血發生變化的位置,并分析原因,說明體循環和肺循環在生命活動中的意義。

3 分析與反思

新課程標準提倡模型和建模的教學思想,而教具本身就是一種物理模型。在教學實踐中恰當地運用教具輔助教學,不僅能夠活躍課堂氛圍,激發學生的學習興趣,還能幫助學生領會、理解問題,突破重難點,發展思維能力[1]。通過血液循環模型的構建,學生能通過切身體驗,對血液循環形成更深層次的印象。