“呼吸與呼吸作用”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

王 丹 （北京市豐臺(tái)區(qū)豐臺(tái)二中初中部 北京 100040）

1 教材分析

“呼吸與呼吸作用”是北京市義務(wù)教育課程改革實(shí)驗(yàn)教材7年級(jí)下學(xué)期第6章“生物的呼吸”第4節(jié)的內(nèi)容。本章前3節(jié)從人、綠色植物和其他生物的角度，分別介紹了生物的呼吸現(xiàn)象和其特定的氣體交換方式，學(xué)生能認(rèn)識(shí)到每種生物都需要呼吸。將前3節(jié)內(nèi)容進(jìn)行比較分析，學(xué)生自然會(huì)產(chǎn)生這樣的疑問：“生物為什么需要不斷地進(jìn)行呼吸？”“生物不斷地從外界攝入氧氣，用來做什么？”“生物不斷排出的二氧化碳又是從哪里來的？”本節(jié)按照從現(xiàn)象到本質(zhì)的探究規(guī)律，引導(dǎo)并幫助學(xué)生構(gòu)建呼吸作用的概念，完成對(duì)“呼吸與呼吸作用”的整體認(rèn)識(shí)，對(duì)前3節(jié)內(nèi)容進(jìn)行概括與提升。呼吸作用是初中生物學(xué)教學(xué)的重要概念之一。呼吸作用是生物體的共同特征。學(xué)生對(duì)呼吸作用概念的構(gòu)建和生成，對(duì)初中及今后的學(xué)習(xí)起到重要的銜接作用。初中階段呼吸作用的學(xué)習(xí)主要圍繞有氧呼吸展開。

2 學(xué)情分析

初中學(xué)生思維活躍，求知欲強(qiáng)，但這一階段的學(xué)生感性認(rèn)識(shí)仍然大于理性思維，需要教師給予充足的感性材料和引導(dǎo)才能加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。從學(xué)生已有的知識(shí)角度分析，通過前3節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不難概括出“呼吸是生物體與外界進(jìn)行氣體交換的過程”。呼吸的目的是為細(xì)胞的呼吸作用提供充足的氧氣，氧化分解有機(jī)物釋放能量，滿足生命活動(dòng)所需。通過第4章“生物的營(yíng)養(yǎng)”的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)“能量”這個(gè)詞并不陌生，但仍缺乏直觀感受。本節(jié)重、難點(diǎn)需要通過實(shí)驗(yàn)探究的方法，從現(xiàn)象到本質(zhì)逐步深入進(jìn)行突破。

基于教材，該教學(xué)設(shè)計(jì)在呼吸作用概念的學(xué)習(xí)上做出了適當(dāng)調(diào)整。將教材中學(xué)習(xí)活動(dòng)“探究種子燃燒釋放的熱量”改為由化學(xué)教師演示并講解的“脂肪體外燃燒實(shí)驗(yàn)”；將學(xué)習(xí)活動(dòng)“探究種子呼吸時(shí)釋放熱量”改為“用智能溫度監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)徒手屈肘運(yùn)動(dòng)肱二頭肌體表溫度變化趨勢(shì)”。引導(dǎo)學(xué)生分析“燃燒”和“呼吸作用”過程并進(jìn)行比較，加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，進(jìn)而構(gòu)建呼吸作用的概念。設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了學(xué)科交叉融合的嘗試，還在教材植物實(shí)驗(yàn)（種子燃燒、種子萌發(fā)）基礎(chǔ)上擴(kuò)充了動(dòng)物、人體（脂肪燃燒、運(yùn)動(dòng)產(chǎn)熱）實(shí)驗(yàn)，貼近學(xué)生日常生活，易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）知識(shí)目標(biāo)：描述呼吸作用的具體過程；區(qū)別呼吸與呼吸作用；說出呼吸作用的實(shí)質(zhì)。

2）能力目標(biāo)：在脂肪的體外燃燒實(shí)驗(yàn)中，初步學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析方法，進(jìn)一步培養(yǎng)問題分析能力和語言表達(dá)能力；在監(jiān)測(cè)屈肘運(yùn)動(dòng)肱二頭肌體表溫度變化情況的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，智能溫度監(jiān)測(cè)儀APP的引入，發(fā)展信息獲取和處理的能力；嘗試比較燃燒和呼吸作用的異同，加深對(duì)呼吸作用的理解。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：通過“燃燒”和“呼吸作用”學(xué)習(xí)過程的比較，認(rèn)同實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和探究精神；通過學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)，認(rèn)同良好的飲食和運(yùn)動(dòng)習(xí)慣，確立積極、健康的生活態(tài)度；通過實(shí)驗(yàn)可行性分析和討論，發(fā)展理性思維，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

4 教學(xué)過程

教學(xué)流程如圖1。

圖1 教學(xué)流程示意圖

4.1 溫故知新，引入主題 教師引導(dǎo)學(xué)生回顧前3節(jié)課的內(nèi)容：人的呼吸，綠色植物的呼吸，以及其他生物的呼吸，進(jìn)而概括得出呼吸的概念。提出問題：生物為什么要不斷地進(jìn)行呼吸？吸入的氧氣用來做什么？排出的二氧化碳又是從哪里來的？引入本節(jié)課主題：呼吸與呼吸作用。

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生已有知識(shí)基礎(chǔ)之上進(jìn)行概括總結(jié)，通過提問引發(fā)學(xué)生思考，導(dǎo)入新課。

4.2 學(xué)科巧融合：化學(xué)教師演示并講解體外脂肪燃燒實(shí)驗(yàn) 教師創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，用PPT出示體重相同、體型不同的成人的圖片，引出脂肪和健康話題，引入減肥廣告詞“燃燒吧，脂肪”，提出問題：“燃燒在這里用的合理嗎？在體內(nèi)，脂肪能燃燒嗎？”燃燒是一個(gè)化學(xué)概念，進(jìn)而引出化學(xué)教師演示并講解的“體外脂肪燃燒實(shí)驗(yàn)”。

實(shí)驗(yàn)材料：臘肉的脂肪部分、托盤天平，2瓶氧氣（帶玻璃蓋）、酒精燈、鑷子、紅外測(cè)溫儀、火柴，澄清的石灰水，黑紙等。

實(shí)驗(yàn)步驟：1）取一小塊脂肪，用托盤天平稱量，將讀數(shù)記錄到表格中。2）實(shí)驗(yàn)前先用紅外測(cè)溫儀測(cè)出集氣瓶外表溫度，并記錄到表格中。3）在空氣中點(diǎn)燃脂肪，再放入氧氣瓶中燃燒，提醒學(xué)生對(duì)比脂肪在空氣和氧氣中燃燒的狀態(tài)，繼續(xù)燃燒直至集氣瓶中氧氣耗盡，迅速蓋嚴(yán)集氣瓶蓋。4）用紅外測(cè)溫儀再次測(cè)出集氣瓶表面溫度并記錄。5）引導(dǎo)學(xué)生觀察集氣瓶壁，觀察其上有什么現(xiàn)象出現(xiàn)？6）用澄清石灰水檢測(cè)集氣瓶中的氣體，觀察澄清的石灰水是否變渾濁。7）用天平稱量燃燒后剩余物質(zhì)的質(zhì)量，并記錄。

表1 體外脂肪燃燒實(shí)驗(yàn)記錄表

學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn)，并思考以下問題：

1）反應(yīng)前、后樣品質(zhì)量發(fā)生了什么變化？

2）反應(yīng)前、后集氣瓶表面溫度發(fā)生了什么變化，為什么？

3）釋放出的熱量是從哪里來的？

通過實(shí)驗(yàn)記錄表的分析、討論和填寫，學(xué)生能明確燃燒的原料、產(chǎn)物和條件等，并總結(jié)得出燃燒的反應(yīng)式。教師進(jìn)行總結(jié)、補(bǔ)充。

圖2 燃燒的反應(yīng)式

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生辯證看待脂肪，認(rèn)同健康的飲食和運(yùn)動(dòng)習(xí)慣?；瘜W(xué)教師的演示和講解，有效整合了小學(xué)科學(xué)課和化學(xué)相關(guān)知識(shí)，喚醒學(xué)生已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)記錄表的填寫和實(shí)驗(yàn)的分析、討論，使學(xué)生初步學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)記錄和實(shí)驗(yàn)分析的方法，進(jìn)一步培養(yǎng)問題分析和語言表達(dá)能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)呼吸作用的概念打下基礎(chǔ)。

4.3 利用智能溫度監(jiān)測(cè)儀，形象、直觀反映呼吸作用的過程 人體中的脂肪能像體外一樣燃燒嗎？人體中的情況究竟是什么樣的？通過問題進(jìn)行過渡。結(jié)合上個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，教師提問：

1）人體正常生命活動(dòng)的維持需要能量嗎？

2）哪些生命活動(dòng)需要能量？

3）所需的能量從哪里來？

4）是否也是通過類似于體外脂肪燃燒這樣的反應(yīng)獲得？

引導(dǎo)學(xué)生層層遞進(jìn)，進(jìn)行討論分析。在此將呼吸作用的探究分為3步。

步驟1：學(xué)習(xí)活動(dòng)。連續(xù)進(jìn)行徒手屈肘運(yùn)動(dòng)，監(jiān)測(cè)肱二頭肌體表溫度變化情況。

材料和用具：智能溫度監(jiān)測(cè)儀APP和感溫片、iPad、seewo 電腦，HDMI轉(zhuǎn)接線、保鮮膜，志愿者2名等。

實(shí)驗(yàn)步驟：1）將智能溫度監(jiān)測(cè)儀的感溫片貼于一名志愿者肱二頭肌外側(cè)皮膚上，其外包裹保鮮膜，徒手屈肘90度，約1 s一次，持續(xù)運(yùn)動(dòng)2 min。2）感溫片連續(xù)測(cè)溫，通過藍(lán)牙連接監(jiān)測(cè)儀 APP（iPad上）和感溫片，實(shí)時(shí)生成時(shí)間—溫度曲線圖，并投影到seewo大屏上，讓學(xué)生能直觀觀察到運(yùn)動(dòng)過程中肌肉體表溫度隨時(shí)間的變化情況。

同時(shí)，將全班學(xué)生分為2組，一組做擴(kuò)胸運(yùn)動(dòng)，一組做徒手屈肘運(yùn)動(dòng)，全員參與體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)過程，觀察時(shí)間－溫度曲線走勢(shì)，讓學(xué)生直觀感受到運(yùn)動(dòng)過程肌肉體表溫度會(huì)升高。

步驟2：實(shí)驗(yàn)可行性分析。

教師提問：1）溫度曲線逐漸升高，這種情況會(huì)不會(huì)是偶然的？2）實(shí)驗(yàn)中，為什么要包裹保鮮膜？3）通過以上分析，能否直接得出“運(yùn)動(dòng)能使肌肉體表溫度升高的結(jié)論”？為什么？

首先，出示運(yùn)動(dòng)前、后不同肌群的紅外熱像檢測(cè)圖，引導(dǎo)學(xué)生得出“不同部位，不同強(qiáng)度的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，肌肉外側(cè)皮膚溫度都會(huì)有不同程度的升高”這樣的結(jié)論并非偶然。

接著，出示來自同一被試者不同情況下（包裹保鮮膜運(yùn)動(dòng)、包裹保鮮膜不運(yùn)動(dòng)、不包裹保鮮膜運(yùn)動(dòng)）時(shí)間－溫度曲線圖，引導(dǎo)學(xué)生自行分析，學(xué)生能得出：“包裹保鮮膜運(yùn)動(dòng)時(shí)，溫度升高的較為顯著”的結(jié)論，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到“設(shè)置對(duì)照”對(duì)于實(shí)驗(yàn)法的重要性。

最后，一個(gè)被試者的情況可能存在偶然性，出示多名被試者的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析。通過分析得出“多次重復(fù)”對(duì)于實(shí)驗(yàn)法的重要意義。

步驟3：呼吸作用反應(yīng)過程具體分析。

教師提問：1）運(yùn)動(dòng)過程中，肌肉外側(cè)皮膚溫度為什么會(huì)升高？2）變化發(fā)生的具體部位在哪里？是如何變化的？

通過問題引發(fā)學(xué)生思考，教師帶著學(xué)生通過寫、畫板書的方式，分析并講解細(xì)胞中發(fā)生呼吸作用反應(yīng)的具體過程。一邊板書，一邊分析反應(yīng)的原料、產(chǎn)物、條件等，并與呼吸概念相結(jié)合，分析反應(yīng)式中有機(jī)物、氧氣的來源，二氧化碳的去向等問題，將呼吸作用過程形象、立體呈現(xiàn)。

圖4 呼吸作用具體過程分析（該圖為課堂板書）

設(shè)計(jì)意圖：呼吸作用的概念較為抽象，學(xué)生對(duì)其感性認(rèn)識(shí)相對(duì)薄弱，本節(jié)課的重、難點(diǎn)通過實(shí)驗(yàn)探究，從感性到理性逐步深入進(jìn)行突破。步驟1的學(xué)習(xí)活動(dòng)為后2步提供直接經(jīng)驗(yàn)。智能溫度監(jiān)測(cè)儀的引入，注重實(shí)證思想，發(fā)展學(xué)生信息獲取和處理的能力，讓學(xué)生形象、直觀的體會(huì)到呼吸作用的反應(yīng)過程和特點(diǎn)，加深了學(xué)生對(duì)呼吸作用的理解，幫助學(xué)生有效區(qū)分呼吸與呼吸作用的概念。實(shí)驗(yàn)可行性的討論和分析，發(fā)展學(xué)生的理性思維，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注細(xì)節(jié)，培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。

4.4 比較歸納：得出呼吸作用的實(shí)質(zhì) 根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單，結(jié)合板書，引導(dǎo)學(xué)生討論比較“燃燒”和“呼吸作用”的異同，進(jìn)而得出呼吸作用的實(shí)質(zhì)：細(xì)胞中有機(jī)物氧化分解，并釋放能量，為生命活動(dòng)提供動(dòng)力。

表2 比較燃燒和呼吸作用的異同

設(shè)計(jì)意圖：教師通過問題和表格引導(dǎo)學(xué)生思考，并進(jìn)行小組討論，通過比較，學(xué)生自行構(gòu)建呼吸作用的概念，進(jìn)而歸納呼吸作用的實(shí)質(zhì)。

4.5 拓展提高，留下疑問 本節(jié)內(nèi)容主要以人為例，分析了人體的呼吸和呼吸作用。教師提問：綠色植物和其他生物也要呼吸，攝入的氧氣用于做什么？排出的二氧化碳又是從哪里來的？它們體內(nèi)是否也發(fā)生著類似于人體細(xì)胞中呼吸作用的反應(yīng)？通過問題引發(fā)學(xué)生思考，進(jìn)而歸納得出“呼吸作用是生物體的共同特征”的結(jié)論。

本節(jié)課結(jié)束時(shí)留下疑問：“如果屈肘運(yùn)動(dòng)一直持續(xù)，肌肉會(huì)無限制地升溫嗎？”激發(fā)學(xué)生的求知欲。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行拓展和提高，讓學(xué)生進(jìn)一步明確生物的生命活動(dòng)都離不開呼吸作用，呼吸作用是生物體的共同特征。最后留下疑問，引發(fā)學(xué)生思考，為“生物的排泄”和“生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)”部分的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

5 教學(xué)反思

5.1 基于學(xué)科融合，構(gòu)建生物學(xué)重要概念 為豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，本節(jié)課基于生物學(xué)與化學(xué)學(xué)科的融合，由化學(xué)教師演示并講解“脂肪體外燃燒實(shí)驗(yàn)”，有效聯(lián)系學(xué)生小學(xué)科學(xué)課學(xué)習(xí)過的燃燒知識(shí)，重視學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)在新知獲取中的作用，為后續(xù)構(gòu)建“呼吸作用”概念做好鋪墊。學(xué)科交叉教學(xué)活動(dòng)，符合當(dāng)前新課程改革的要求，是應(yīng)對(duì)新中考趨勢(shì)的大膽嘗試。

5.2 注重實(shí)證思想，應(yīng)用新技術(shù)于課堂教學(xué) 學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)注重實(shí)證思想，巧妙利用先進(jìn)的體溫監(jiān)測(cè)設(shè)備——智能溫度監(jiān)測(cè)儀（APP和感溫片），實(shí)時(shí)生成時(shí)間－溫度曲線圖，讓學(xué)生直觀體會(huì)“屈肘運(yùn)動(dòng)”發(fā)生在肌肉細(xì)胞中呼吸作用的反應(yīng)過程及特點(diǎn)。將原本抽象的概念形象、立體呈現(xiàn)，學(xué)生對(duì)呼吸作用形成更加深刻的認(rèn)識(shí)。

5.3 重視科學(xué)探究，發(fā)展學(xué)生理性思維 本節(jié)課在實(shí)驗(yàn)和活動(dòng)的設(shè)計(jì)上重視科學(xué)探究，基于教材內(nèi)容，重構(gòu)2個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)，不僅增加了課堂的趣味性，也更符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可行性分析和討論，使學(xué)生進(jìn)一步明確“設(shè)置對(duì)照”和“多次重復(fù)”在實(shí)驗(yàn)法中的重要性，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的判斷、推理、歸納、對(duì)比等理性思維的能力。