“人體內(nèi)的氣體交換”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計

陳 艷

(南京市鐘英中學(xué) 江蘇南京 210002)

1 教材分析

“人體內(nèi)的氣體交換”是蘇教版初中教材《生物學(xué)·七年級·下冊》第四單元第十章第二節(jié)的內(nèi)容。“氣體交換”是人體呼吸過程的重要組成部分,是在學(xué)生學(xué)習(xí)完血液循環(huán)之后并對動脈血和靜脈血有了一定了解的基礎(chǔ)上安排的學(xué)習(xí)內(nèi)容,可以使學(xué)生明確動脈血和靜脈血轉(zhuǎn)變的原因,并為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)“人體能量的供給”奠定基礎(chǔ)。肺泡和組織細胞處的氣體交換過程較為抽象,為理解這一內(nèi)容,學(xué)生需要具備一定的物理和化學(xué)知識,還需要具備分析、概括、解釋、推理、批判性思維、創(chuàng)造性思維、評價、設(shè)計和問題解決等能力的支持,因此,肺泡和組織細胞處的氣體交換過程是本節(jié)教學(xué)的重點和難點。

2 教學(xué)目標(biāo)

(1)概述肺泡內(nèi)和組織內(nèi)的氣體交換過程。

(2)嘗試設(shè)計方案探究呼吸過程中二氧化碳含量的變化;嘗試用學(xué)具模擬人體內(nèi)的氣體交換,鍛煉語言表達能力。

(3)養(yǎng)成健康的生活方式,關(guān)注空氣質(zhì)量;積極參與小組合作,養(yǎng)成團結(jié)協(xié)作的精神。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)問題情境,設(shè)疑激趣

在本節(jié)課開始時,教師拋出層層遞進的問題串,驅(qū)動本節(jié)知識的學(xué)習(xí):①人體通過呼吸運動實現(xiàn)肺與外界環(huán)境的氣體交換,那么人體吸入的氣體是什么?呼出的氣體是什么?②你知道空氣中有哪些成分嗎?空氣中主要的成分是什么?③呼吸過程中,氣體的含量會發(fā)生變化嗎?教師進而引入探究活動:呼吸過程中二氧化碳含量的變化。

設(shè)計意圖:教師關(guān)注學(xué)生在本節(jié)課概念學(xué)習(xí)前的已有認(rèn)知與錯誤觀點,如“人體吸入的氣體是氧氣,呼出的氣體是二氧化碳”“吸入的氣體中氧氣多,呼出的氣體中氧氣少,二氧化碳多”“呼吸作用就是指呼氣和吸氣的過程”等,基于此,教師創(chuàng)設(shè)問題情境,巧妙地利用學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生的批判性思維。

3.2 探究呼吸過程中二氧化碳含量的變化

學(xué)生閱讀教材“探究指導(dǎo)”部分,教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實驗設(shè)計的不足之處:缺少對照實驗。接著,學(xué)生小組合作,依據(jù)提供的器材討論并改進實驗方案,嘗試畫出實驗裝置示意圖。之后,各小組展示實驗方案,教師挖掘?qū)W生實驗設(shè)計的閃光點,及時給予鼓勵和肯定,并引導(dǎo)學(xué)生分析不足之處,幫助學(xué)生完善實驗設(shè)計方案。師生合作搭建實驗裝置并完成該實驗的操作與演示,其他學(xué)生從教室放映屏中同步觀察實驗現(xiàn)象,得出結(jié)論:呼出氣體中的二氧化碳含量比吸入氣體中的二氧化碳含量高。

設(shè)計意圖:教師創(chuàng)新實驗器材,將燒杯更換為試管,方便學(xué)生用吸管向容器內(nèi)吹氣,并用一次性注射器代替洗耳球,使實驗操作更為簡單。通過讓學(xué)生設(shè)計實驗,教師激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。通過讓學(xué)生分析和展示實驗設(shè)計,教師使學(xué)生體會對照實驗和單一變量兩個原則,幫助學(xué)生增強探究技能。

3.3 探究呼吸過程中氧氣含量的變化

教師提出問題:呼吸過程中氧氣的含量怎么變化呢?并演示實驗:將氧氣和二氧化碳傳感器的探頭放入集氣瓶(收集了某學(xué)生呼出的氣體)中。學(xué)生觀察放映屏上氧氣和二氧化碳含量的實時變化數(shù)據(jù),教師進一步引導(dǎo)學(xué)生定量分析呼吸過程中氧氣和二氧化碳含量的變化,使學(xué)生明確:與吸入氣體相比,呼出氣體中氧氣的含量減少,二氧化碳的含量增多。

接著,教師呈現(xiàn)科學(xué)測定的實驗數(shù)據(jù),引導(dǎo)學(xué)生思考:與吸入氣體相比,為什么呼出氣體中氧氣的含量減少,二氧化碳的含量增加?學(xué)生討論后,認(rèn)識到這是人體內(nèi)發(fā)生氣體交換的結(jié)果。

設(shè)計意圖:教師拓展教材內(nèi)容,補充利用傳感器測量呼吸過程中氧氣含量的變化,使定性實驗變成定量實驗,讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì),提高學(xué)生思維的深刻性。

3.4 問題引領(lǐng),再析血液循環(huán)

教師展示血液循環(huán)的路徑圖,并拋出系列問題:①血液循環(huán)分為哪兩個途徑?你能分別描述肺循環(huán)和體循環(huán)的途徑嗎?②肺循環(huán)和體循環(huán)是同時進行的嗎?③經(jīng)過肺循環(huán)血液成分會發(fā)生什么變化?經(jīng)過體循環(huán)血液成分又會發(fā)生什么變化?

學(xué)生分別描述體循環(huán)和肺循環(huán)的路徑,區(qū)分體循環(huán)和肺循環(huán)中血液成分的變化,并辨別靜脈血和動脈血。

教師繼續(xù)設(shè)疑:動脈血和靜脈血有什么特點?為什么經(jīng)過肺泡和組織細胞處時血液成分會發(fā)生變化呢?從而引出人體內(nèi)發(fā)生了氣體交換。

設(shè)計意圖:教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)和回顧血液循環(huán)路徑及血液成分的變化,有助于學(xué)生理解氣體交換,使學(xué)生為之后建構(gòu)物理模型和概念模型做好準(zhǔn)備,進而幫助學(xué)生突破教學(xué)難點。

3.5 設(shè)計體驗活動,感知氣體擴散

教師在講臺處噴灑花露水,請聞到的學(xué)生舉手。前后排學(xué)生交流聞到香味的情況。教師進而設(shè)問:前排的學(xué)生和后排的學(xué)生誰先聞到氣味?前排的學(xué)生聞到的氣味濃,后排的學(xué)生聞到的氣味淡,這是為什么?

學(xué)生各抒己見。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出:香味分子會從濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)運動,即擴散。二氧化碳和氧氣是氣體分子,氣體分子也會從濃度高的地方向濃度低的地方運動。擴散作用正是人體內(nèi)氣體交換的原理。

接著,教師繼續(xù)設(shè)問:你有留心生活中其他的氣體擴散現(xiàn)象嗎?并請學(xué)生舉例。學(xué)生們積極地說出生活中觀察到的氣體擴散現(xiàn)象,例如,“廚房飄出的菜香味”“秋天的桂花飄香”“進入醫(yī)院可以聞到消毒水的氣味”“空氣清新劑的香味可散發(fā)到屋內(nèi)各個角落”“二手煙會影響整個屋內(nèi)的人”。

設(shè)計意圖:考慮到七年級的學(xué)生由于缺乏相應(yīng)的物理和化學(xué)知識,導(dǎo)致其對于氣體交換的原理難以理解,教師設(shè)計以上體驗活動,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實的生活場景,讓學(xué)生在真實體驗中感受氣味分子運動的過程,引導(dǎo)學(xué)生分析并總結(jié)出氣體擴散的原理,以此為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)“氣體交換”打下基礎(chǔ),同時也利于幫助學(xué)生形成理性思考的習(xí)慣,提升學(xué)生的分析性思維能力。

3.6 建構(gòu)物理模型,模擬氣體交換

教師讓學(xué)生以小組為單位在課前利用硬紙板、白紙、彩筆、磁貼等材料設(shè)計并制作氣體交換學(xué)具。在課堂上,通過師生討論交流,教師使學(xué)生明確模型中的各結(jié)構(gòu)及材料分別模擬了人體氣體交換中的哪些結(jié)構(gòu),幫助學(xué)生將模型與原型相對應(yīng)。接著,教師利用模型模擬肺泡內(nèi)氣體交換的部分過程。學(xué)生觀看并習(xí)得相關(guān)知識,為分組模擬活動做準(zhǔn)備。在分組模擬時,學(xué)生利用自制學(xué)具和材料從交換部位、交換方向和交換結(jié)果三個方面分別模擬肺泡內(nèi)和組織內(nèi)的氣體交換過程,小組內(nèi)的各個組員依次模擬并進行互評。最后,各小組展示模擬成果,教師選取小組代表上臺分別模擬肺泡內(nèi)和組織內(nèi)的氣體交換過程,并引導(dǎo)學(xué)生觀察各組的模擬成果,進行分析與評價,讓學(xué)生找出各組模型的共同點與差異,教師進而提出修改建議,各小組依據(jù)修改建議調(diào)整和修正模型。

設(shè)計意圖:教師利用模型建構(gòu)活動,引導(dǎo)學(xué)生用自制的學(xué)具、磁鐵和卡片來分別模擬肺泡內(nèi)和組織內(nèi)的氣體交換過程,并讓學(xué)生進行展示交流,以此來突破教學(xué)難點。通過模型建構(gòu)活動,教師激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒和學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在有意義的學(xué)習(xí)活動中鍛煉了分析、類比、推理、解釋和邏輯思維能力,并幫助學(xué)生最終形成生物學(xué)概念,整體提升了學(xué)生的高階思維能力。

3.7 繪制概念圖,建構(gòu)概念模型

教師提出問題:人體肺泡內(nèi)的氣體交換和組織內(nèi)的氣體交換是同時進行的嗎?并播放氣體交換動畫,讓學(xué)生觀看和積極思考。接著,教師繼續(xù)追問:人體吸入的氧氣如何到達組織細胞?呼出的二氧化碳來自哪里?學(xué)生思考并嘗試描述氧氣到達組織細胞的路徑和二氧化碳的來源及排出路徑,通過梳理呼吸全過程,學(xué)生完善了概念建構(gòu)。

學(xué)生利用文字、箭頭和圖形繪制氣體交換概念圖,建構(gòu)“氣體交換”概念模型,如圖1所示。在繪制概念圖、建構(gòu)“氣體交換”概念模型的過程中,學(xué)生會主動回憶和構(gòu)思,從而在概念圖中呈現(xiàn)要表達的知識,增進對概念的理解,延長記憶的時間,將新知有效內(nèi)化。

圖1 “氣體交換”概念模型

設(shè)計意圖:教師進一步引導(dǎo)學(xué)生整體把握“呼吸”“呼吸作用”“氣體交換”幾個概念之間的區(qū)別和聯(lián)系,讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上總結(jié)歸納并自主繪制概念圖和建構(gòu)氣體交換概念模型,從而增進學(xué)生對相關(guān)概念的理解,幫助學(xué)生進一步明確氣體交換過程。

3.8 角色扮演,幫O2“上崗”

教師創(chuàng)設(shè)角色扮演情境:我是空氣中的O2,請幫我送到人體最基本的單位——細胞。教師同時展示四張圖片,讓學(xué)生說說空氣中的氧氣是如何進入人體細胞中的。

設(shè)計意圖:通過設(shè)計角色扮演活動,教師讓學(xué)生有一個直觀的和整體化的概念,這也是一個使學(xué)生思維可視化的過程。通過圖片對照、語言組織和過程描述,教師使學(xué)生在不知不覺中完成了重要概念的建構(gòu)。

4 教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則進行設(shè)計,教師利用圖表分析、探究實驗、活動體驗、模型建構(gòu)和觀看視頻等活動激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高課堂活動的有效性,幫助學(xué)生加深對重要概念的理解。本節(jié)課中關(guān)于氣體交換的知識既是重點也是難點,教師通過建構(gòu)物理模型、繪制概念圖和角色扮演幾個環(huán)節(jié)來突破教學(xué)重難點。學(xué)生在經(jīng)歷分析、評價、創(chuàng)造、判斷、概述、評論、檢驗、構(gòu)建和設(shè)計等高階思維活動后,不僅了解了氣體交換的過程,而且理解了氣體交換的意義。教師幫助學(xué)生將零散的知識進行整體建構(gòu),不僅使學(xué)生形成生物學(xué)概念,同時也發(fā)展了學(xué)生的高階思維能力,科學(xué)思維和生命觀念的培養(yǎng)也在教學(xué)中得到了落實。