发生在肺内的气体交换教学案例.doc

《发生在肺内的气体交换》教学案例
天津市滨海新区塘沽教育中心 金明明
义务教育生物学课程标准（2011版）教学建议明确指出：关注概念教学。初中生物教学应围绕着重要概念开展教学活动，这样可以提高教学效益，利于学生深入理解和迁移知识概念。《发生在肺内的气体交换》一节通过系列的实验活动优化概念的传递过程，帮助学生建构重要概念。
一、教学分析
本节课是人教版初中生物学七年级下册第四单元第三章第二节《发生在肺内的气体交换》（第1课时P45-46）。第一节主要内容是呼吸系统的组成及呼吸道对空气的处理，第二节主要内容是发生在肺内的气体交换，包括肺与外界的气体交换、肺与血液间的气体交换两部分。本案例主要是围绕肺与外界的气体交换，课标的界定是概述发生在肺部及组织细胞处的气体交换，所涉及的重要概念是呼吸系统包括呼吸道和肺，其功能是从大气中摄取代谢所需要的氧气，排出代谢所产生的二氧化碳。
肺与外界的气体交换主要包括两个问题：气体是怎样运动的？人体是怎样实现气体吸入和排出肺的（呼吸运动）？气体的运动是学生理解呼吸运动的基础。清楚了气体的流动原理，可以更好地理解呼吸运动中，气体“从外到内，再从内到外”的运动过程，从而实现肺与外界气体交换这一重要概念。这个问题涉及到自然界存在大气压，气压是有方向的，容积大小与气压之间的关系。而初一学生没有相关物理知识，基于课标要求、教材内容和学生实际，教师设计了系列简单易行的小实验，引导学生对气体运动生成感性认识。完成气压存在→气压是有方向的→如何实现气压差→气体运动的建构。呼吸运动涉及运动系统的骨骼和肌肉的参与。通过系列小实验和模拟、体验等活动，体会胸廓、呼吸肌的变化和呼吸运动的关系。
1.课标的界定。

2.教学目标
【知识目标】描述呼吸系统主要器官的结构及其功能；举例说出胸廓容积的变化与呼吸之间的关系；通过实验描述肺与外界气体交换的过程。
【能力目标】通过观察演示实验、自身体验和制作膈肌模型，提高实验现象的分析能力和总结能力
【情感态度价值观】通过亲身参与科学实验活动，体验发现的乐趣，形成热爱科学的情感，提高核心素养
3.教学重点
举例说出胸廓容积的变化与肋间肌和膈肌的变化有关；举例说出胸廓容积的变化与呼吸之间的关系。
4.教学难点
通过实验理解物理概念，描述呼吸运动的过程。
二、学情分析
学生在学习了《呼吸道对空气的处理》之后，对呼吸系统的组成这一概念有一定基础，引导学生很自然地就关注到人是如何进行呼吸的。因此学习任务是从解决这个问题而开展的。本节涉及到一些物理知识，但七年级的学生没有相关前概念，因此通过史料和生活常识来引导学生理解相关重要概念（如气压、体积和气体运动方向）等，在学生已有知识经验的基础上进行物理知识的突破。课前通过访谈和调查问卷得知，部分学生知道肺是主要的呼吸器官，知道气压这个词，但具体概念不清晰，有一两名学生能够清楚风的形成是由于气压差引起的。不清楚什么是呼吸肌，对于胸廓的扩大（缩小）、胸廓体积的扩张（缩小）与呼吸运动的关系几乎没有认知。因此，设计的教学活动多从学生身边出发，通过显而易见的生活用品和小实验来引申概念，从而逐渐形成科学的概念。
三、教学环节
温故知新，引入概念----实验导学，建构概念----列表总结，形成概念----巩固反馈，重塑概念。
本节课设计了大量的实验、模拟实验和演示实验以及大量有趣的动画、视频和数字资源来吸引学生的注意，提高学生的学习兴趣。为了能够注重学生对于知识概念的落实与掌握，配备导学案以督促引导学生形成重要概念，并将所学的概念有效地进行迁移和联系形成体系。
四、教学过程
1．利用学案卷复习导入引出新知明确目标。
通过复习上节课的基本概念，引出本节学习目标。再通过多媒体技术的引导和导学案为线索，学生自我学习肺的结构、功能和地位以及呼吸运动的结构基础。

问题综合体设置：
①呼吸系统是由哪两部分组成的？
②肺在呼吸系统中的结构、功能和地位
③肺是气体交换的场所，则与呼吸运动有关的结构基础
④肺与外界气体交换的具体过程，这个问题很大，将它分解成两个小问题：第一，气体是如何运动的？第二，呼吸肌是如何协同工作，使气体进出我们的呼吸道？
这种层层递进的问题方式，使学生对于肺和呼吸运动结构基础的理解更加深入，使得学生对于呼吸运动的主体有了初步的感性认识。同时明确了本节课学习的终极目标，并将最重要的概念分解细化成为两个小的目标任务。
2.实验1：科学史渗透传统实验内涵（马德堡半球实验）
利用动画视频的方式展示马德堡半球实验资料，多种感官刺激学生参与学习，以情境成情趣，将原本抽象的科学概念，生动形象化，使学生身临其境的感受传统实验中，人们探究自然的过程，从而形成自然界存在气压这个小概念。

3.实验2：学生演示实验（鸡蛋进奶瓶实验）
引言：我们知道了，空气是有压力的。那么这个压力是有方向性的吗？那么方向是怎样的？
活动要求：一个鸡蛋，一个奶瓶，一盒火柴，如何在不人为破坏鸡蛋的情况下，让鸡蛋进入到奶瓶呢？
一些简单的演示实验尽可能地由学生完成，对学生的视觉冲击更大。学生使用一根火柴时发现鸡蛋进奶瓶的现象不是太明显，但换成燃烧的纸条或多用几根火柴的时候，鸡蛋进奶瓶的现象会更显著。学生能够意识到燃烧消耗了奶瓶中的氧气，相对于外界空气，瓶中的气压小了，形成了气压差，所以从气压大的地方到气压小的地方就是气体流动的方向，就是这样，鸡蛋被空气压进奶瓶的。
生活化的实验，贴近学生生活。这使学生对于气压差引起气体运动这一概念有了感性的认识，自然联系到风的形成也是由于气压差引起的。一些学生会自然地提出，那么气压差是如何形成的呢？对于问题的理解更加深入，培养了学生自我分析和提出问题的能力，也使学生对气体运动的认识得到螺旋上升式的发展。
4.实验3：小组实验（注射器）
各小组根据教师巧妙的设疑，层层深入地理解气压与体积之间的关系，在思考实验中逐渐建构概念。
问题综合体设置：
①堵住有针眼的那一侧，你往里推注射器里面的空间发生怎样的变化？
②此时推活塞的手有什么感觉？
③立刻松开推活塞的手，注射器有何变化？
④分析原因，你能总结其中的规律吗？
巧妙地设计问题，可以引导学生更好地理解实验现象，进而建构正确的科学概念。①和②使学生理解空间的缩小，引起气压的变大。③说明气压大到可以推开针管。通过这一系列的问题引导，使学生明确实验的过程，也可以更好地理解缩小了空间，气压就大了，就要向气压小的地方运动，从而出现自动向外弹出的现象。所以，注射器实验的设计，使学生直观感受容器体积和气体压力的反比例关系。
5.实验4：亲身体验（深呼吸）
过渡：了解完气体是怎么运动的，我们再来看这两块呼吸肌（肋间肌和膈肌）是如何协同气体运动的。同学们根据我的提示，说出自己感受。
① 憋气，不吸气，有气体进入肺吗？
② 吸气和呼气相比哪个更费劲呢？费劲说明肌肉收缩。
③ 肋间肌收缩，你的胸廓向外扩张的时，气体运动方向是？
④ 你实现了什么运动？
⑤ 吸满气到累，到不能再承受的时候，你要放松，你的胸廓怎样了？此时气体的运动方向是？
⑥ 你又实现了什么运动？
有目的的引导学生通过问题进行实验感受，使学生树立正确的概念，从而使学生形成肌肉的收缩舒张运动是有节律性的，肋间肌的运动，促使胸廓容积的变化，进而实现吸气和呼气。通过实验导学和问题串的引导，将学生课前的前概念转换为正确的科学概念。
6.模型实验建构概念（膈肌模型实验）
膈肌模型制作材料：大气球一个，小气球
两个，Y形管1个，塑料瓶1个，剪刀1把。
活动要求：
（1）每个小组利用所提供的材料进行组装，
完成膈肌模型的制作，并说明图中标注的部分各代表什么结构
（2）探究并思考：
① 下拉大气球（膈肌收缩），塑料瓶（胸廓）的体积增大还是减小？小气球有什么变化？此时，完成的是吸气还是呼气？
② 松手使大气球回升（膈肌舒张），塑料瓶（胸廓）的体积增大还是减小？小气球有什么变化？此时，完成的是吸气还是呼气？
通过模型制作实验，学生能够直观体验膈肌运动对呼吸发生过程的作用，也很好的理解了呼吸肌肉的收缩和舒张，引起胸廓体积变化，进而实现肺的吸气和呼气。此外问题串的引导也有利于概念的建构和形成。老师由浅入深的问题串引导，逐渐形成了学生自我思考自我分析的过程方便，使学生形成完整的概念，真正地认同了呼吸原理。
7.列表总结。
通过师生列表总结，进行概念的系统梳理，直观地显示出吸气和呼气的过程差异，从而完成吸气和呼气的运动过程，解决本节的教学重难点。采取主板书和附板书相结合的方式，主板书是表格比较，附板书完成概念的渗透和结论的引导。

8.反馈巩固。
五、教学反思
实验导学就是通过实验串的方式引导学生逐步实现概念的建构。在这个过程中，教师要巧妙地将不同实验串联起来，层层深入，前一个实验为下一个实验做铺垫，再以问题串的形式，循序渐进地引导学生建构、理解和应用概念。
对于实验的设计，应当遵循生活化、低成本、取材方便和简单易行好操作的原则，“接地气”的实验更能说明实验所反映的重要概念。因此，结合区域实际及本节课的教学实际，有以下几点想法：
（1）证明气压的存在可以使用日常常见的吸盘、挂钩。
（2）验证容积大小与压强间的关系时，可以使用多种方法进行说明。
①轻轻挤压塑料袋，将充满气的塑料袋，慢慢地挤压，在挤压的过程中，给学生留白，使学生形成容积变小，气压变大的概念，并在思考和体验中进行消化。
②两个对接在一起的注射器——这是将两个注射器通过输液胶管连接在一起，一端充满气，缓缓地向内推针管，挤压瓶中的气体，导致另一端注射器中的针管缓缓向外弹开的过程。这个实验可以使学生直观地感受到气体流动的方向和动态变化的过程，以及容积的缩小引起的气压增大，以至于推动另一端针筒的运动。但实验材料不易获得，尤其是医用输液胶管。
③捏、挤压气球——分小组实验，每组做对照实验，吹成三个相同大小的气球，一个不挤压，一个使用小力挤压，第三个用力挤压，形成对照实验。挤压的过程，使学生感受到自然界有气压的存在，同时也感受到向内挤压减小气球的容积，就会增加气球内部的压强，甚至会使气球涨破。通过这个对照实验可以更好地说明气压的存在，容积与气压的关系，同时避免了在繁琐复杂实验的过程中产生的其他概念，而影响学生对于生物重要概念建构的干扰。

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