基于實(shí)驗(yàn)探究的“肺與外界的氣體交換”概念教學(xué)探索

葉治平

(廣東省廣州市黃埔區(qū)玉泉學(xué)校 廣州 510530)

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》(以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”)提出了50個(gè)重要概念，并指出“生物學(xué)概念是生物學(xué)課程內(nèi)容的基本組成。生物學(xué)重要概念處于學(xué)科中心位置，包括了對(duì)生命基本現(xiàn)象、規(guī)律、理論等的理解和解釋，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)及相關(guān)科學(xué)具有重要的支撐作用[1]?！惫P者認(rèn)為，圍繞重要概念教學(xué)開展的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)科探究精神，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，還能促進(jìn)學(xué)生對(duì)重要概念的建構(gòu)、理解和應(yīng)用。本文以人教版七年級(jí)下冊(cè)的“肺與外界的氣體交換”為例，說明如何開展多種形式的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)促進(jìn)重要概念教學(xué)。

1 概念分析與設(shè)計(jì)思路

“肺與外界的氣體交換”一節(jié)屬于課程標(biāo)準(zhǔn)第五大主題“生物圈中的人”，它提出教師應(yīng)幫助學(xué)生形成“呼吸系統(tǒng)包括呼吸道和肺，其功能是從大氣中攝取代謝所需要的氧氣，排出代謝所產(chǎn)生的二氧化碳”這一重要概念。在具體的教學(xué)內(nèi)容上，要求學(xué)生能概述發(fā)生在肺部及組織細(xì)胞處的氣體交換過程，通過活動(dòng)驗(yàn)證人體呼出的氣體中含有較多的二氧化碳[2]。它屬教材中難度較大的一個(gè)內(nèi)容，倘若這節(jié)課以教師的講授為主，勢必教師講得口干舌燥，學(xué)生聽得乏味無趣。如“胸廓變化與呼吸的關(guān)系”需要運(yùn)用氣體壓力與體積關(guān)系的物理學(xué)原理，而七年級(jí)學(xué)生尚未系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理知識(shí)，教師若將氣壓講得太具體生物課易變成了物理課，花費(fèi)太多時(shí)間；若避開不講又與科學(xué)事實(shí)不符合，不利于學(xué)生理解。教師該采用何種策略調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，積極參與課堂，主動(dòng)建構(gòu)重要概念呢？筆者把設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在了利用實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生參與課堂、主動(dòng)突破重難點(diǎn)上，通過學(xué)生的自主探究獲得體驗(yàn)、分組模擬突破難點(diǎn)、創(chuàng)設(shè)小實(shí)驗(yàn)深入理解、觀看視頻動(dòng)畫等多種手段不斷豐富學(xué)生的體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的最高參與度，逐步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)氣體進(jìn)出肺原理的理解，促進(jìn)重要概念的形成。具體教學(xué)內(nèi)容及設(shè)計(jì)思路如表1。

2 概念教學(xué)探索過程

2.1 實(shí)驗(yàn)激趣，概念引入 簡單復(fù)習(xí)呼吸道的組成及對(duì)空氣的處理。教師呈現(xiàn)兩支各裝有5 mL澄清石灰水的試管，請(qǐng)一名學(xué)生用吸管吹氣，將呼出的氣體通入其中一支試管的澄清石灰水中，并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)迅速激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師再呈現(xiàn)表2，讓學(xué)生思考?xì)怏w經(jīng)過肺會(huì)發(fā)生怎樣的變化，引出本節(jié)學(xué)習(xí)主題，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.2 親身體驗(yàn)，概念初探 學(xué)生自主閱讀教材，了解肺在人體的位置和主要功能。教師提問：“為什么氣體能進(jìn)出肺？引發(fā)學(xué)生的猜想，發(fā)散思維。開展第一個(gè)探究活動(dòng)，讓學(xué)生感受呼氣與吸氣時(shí)胸廓的變化。為了讓學(xué)生更大膽的參與，教師可請(qǐng)學(xué)生都站起來，用語言和肢體動(dòng)作加以引導(dǎo)。再播放課前錄制的學(xué)生深吸氣與呼氣的視頻，增強(qiáng)感受，同時(shí)活躍課堂氣氛。學(xué)生通過親身感受與觀看學(xué)生示范視頻，確定吸氣時(shí)胸廓是擴(kuò)張的，呼氣時(shí)胸廓縮小。教師順勢提問： 胸闊的變化與什么有關(guān)？幫助學(xué)生初步接觸概念，學(xué)生閱讀教材思考答案。

2.3 手勢講解，概念搭建 肌肉的變化是抽象的，學(xué)生不易理解。教師應(yīng)利用豐富的圖片、視頻多種手段講解胸廓的變化與肋骨間肌肉、膈肌的收縮和舒張有關(guān)，幫助學(xué)生理解，同時(shí)呈現(xiàn)表3，將問題逐步分解，降低學(xué)習(xí)難度。

表1 教學(xué)內(nèi)容及其設(shè)計(jì)思路

表2 吸入與呼出的氣體成分對(duì)照

表3 膈肌運(yùn)動(dòng)與胸廓變化關(guān)系

此時(shí)學(xué)生似懂非懂，教師引入手勢，以“上呼下吸”說明膈肌的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與胸廓變化的關(guān)系。首先兩手手指并攏，大拇指抵在胸腔最下端的肋骨，掌心相對(duì)，兩中指指尖相觸，此時(shí)的手型如同一座小山。它表示膈肌舒張，位置上升(圖1)。接著大拇指位置不變，手指交叉，此時(shí)手掌與地面平行，掌心朝下。它表示膈肌收縮，位置下降(圖2)。

利用動(dòng)態(tài)視頻、手勢模擬增加學(xué)生對(duì)肌肉變化的感性認(rèn)識(shí)，既幫助學(xué)生搭建理解概念的腳手架，將抽象知識(shí)化繁為簡，又調(diào)動(dòng)了課堂氣氛。此時(shí)教師還可提供1～2道練習(xí)題，及時(shí)反饋所學(xué)，調(diào)整學(xué)習(xí)節(jié)奏。

2.4 模擬實(shí)驗(yàn)，概念理解 教師提問： 肌肉的收縮與舒張引起了胸廓變化，而胸廓的變化與呼吸有什么關(guān)系？是胸廓先擴(kuò)大氣體再進(jìn)入肺，還是氣體先進(jìn)入肺才導(dǎo)致胸廓的擴(kuò)大？此時(shí)學(xué)生開始大膽猜想。開展第二個(gè)探究活動(dòng)，將教材的演示實(shí)驗(yàn)改為分組探究。學(xué)生四人一組觀察用大號(hào)汽水瓶、Y型玻璃管和氣球制作的模擬肺吸氣與呼氣的模型，積極動(dòng)手摸索氣球怎樣脹大與縮小，并思考： ①模型各部分模擬的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)是什么？②氣球什么情況下脹大或回縮？③氣球破損漏氣或罩口密封不嚴(yán)，結(jié)果會(huì)怎樣？此時(shí)的學(xué)生不再是旁觀者，而是通過分組實(shí)驗(yàn)，更主動(dòng)地參與課堂和概念建構(gòu)，在教師不斷深入的提問中，將模型呈現(xiàn)的特點(diǎn)遷移到人體的呼吸系統(tǒng)中，自主歸納氣體進(jìn)出肺與膈肌、胸廓變化的關(guān)系(圖3)，理解重要概念。

圖1 手勢表示膈肌舒張

圖2 手勢表示膈肌收縮

2.5 實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充，概念完善 如果教師把氣壓與呼吸一并講了，學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)接受這么多的知識(shí)點(diǎn)。因此教師在寫板書時(shí)故意留白。讓學(xué)生先大致明白吸氣與呼氣的大致過程。再開展第三個(gè)探究活動(dòng)： 學(xué)生四人一組，每組發(fā)一個(gè)355 mL帶蓋子的空礦泉水瓶。首先擰緊瓶蓋，請(qǐng)學(xué)生用力擠壓，看能否將瓶子壓扁，并感受手受到的力度大小。此時(shí)突然擰開瓶蓋，聆聽聲音，同時(shí)再次感受手受到的力度大小。利用學(xué)生在該活動(dòng)中的前后感受，教師可簡要分析氣體壓力的存在，從而推測在一定溫度下，氣體體積減小，氣壓增大。再結(jié)合胸廓體積變化幫助學(xué)生梳理肺內(nèi)氣壓的變化，深入理解氣體進(jìn)出肺的本質(zhì)原因是由肺內(nèi)氣壓的變化引起的。通過引導(dǎo)學(xué)生補(bǔ)充板書中的留白(圖4)，突破本節(jié)難點(diǎn)，完善概念建構(gòu)。

2.6 加深理解，概念應(yīng)用 學(xué)生觀看視頻動(dòng)畫，利用反復(fù)播放的動(dòng)畫形象地表達(dá)呼吸時(shí)肌肉、胸廓及氣壓的變化。學(xué)生邊看邊歸納肺與外界氣體交換的過程，增加課堂的趣味性。同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的概念解釋生活中的現(xiàn)象，如： 人游泳的時(shí)候水浸沒胸口，會(huì)感到呼吸有些吃力；穿塑身衣、緊身衣保持苗條身材，會(huì)覺得呼吸困難，體質(zhì)下降；沙堆里玩“沙子埋人”游戲可導(dǎo)致呼吸困難甚至窒息等。通過師生的共同分析，幫助學(xué)生理解應(yīng)用概念，同時(shí)滲透健康生活的理念，激發(fā)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感。

3 總結(jié)與思考

3.1 以豐富多樣的實(shí)驗(yàn)形式，提高概念教學(xué)的有效性 在本節(jié)課中教師牢牢把握了教學(xué)主導(dǎo)地位，始終以學(xué)生為主體、以精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)開展概念教學(xué)。最初的澄清石灰水變渾濁的真實(shí)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；課中的大號(hào)汽水瓶模擬胸廓運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，再現(xiàn)呼吸過程；課末利用礦泉水瓶的拓展實(shí)驗(yàn)，擊破理解概念的難點(diǎn)。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)充分發(fā)揮了不同類型實(shí)驗(yàn)的作用，環(huán)環(huán)相扣，不斷提升，讓學(xué)生在有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，經(jīng)歷從現(xiàn)象到本質(zhì)的過程，逐步建構(gòu)重要概念，真正實(shí)現(xiàn)了讓學(xué)生在探究中成長，在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)理性思維，形成生命觀念，提高了概念教學(xué)的有效性。

3.2 以小組合作學(xué)習(xí)降低學(xué)習(xí)難度，提高概念教學(xué)的高效性 在一節(jié)新授課里開展3次實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生還要閱讀教材、展開思考、回答問題等，40分鐘的課堂時(shí)間稍縱即逝。只有充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與積極性，活躍思維，才能跟上教師的授課節(jié)奏。為此，筆者組織學(xué)生多以4人小組的形式來開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，以親身感受、實(shí)驗(yàn)探究、觀看視頻等多重手段激發(fā)學(xué)生的好奇心、動(dòng)手能力和探索精神。組內(nèi)合作，讓學(xué)生在互相討論中發(fā)表見解，降低本節(jié)課的學(xué)習(xí)難度；組間競爭，讓學(xué)生大膽質(zhì)疑、集思廣益；生生互動(dòng)，課堂充滿了科學(xué)探究氣息，提高了概念教學(xué)的高效性。

3.3 以知識(shí)遷移加深概念理解，提高概念教學(xué)的實(shí)效性 教師開展實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生將獲得的生物學(xué)知識(shí)逐步建構(gòu)重要概念，符合課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的“在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)主動(dòng)探究學(xué)習(xí)與凸顯重要概念傳遞的對(duì)接”。但本節(jié)內(nèi)容是教師教學(xué)的“老大難”，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的“糊涂點(diǎn)”。要幫助學(xué)生進(jìn)一步理解、運(yùn)用概念，教師還得將知識(shí)遷移到生活中去。

通過學(xué)生解釋生活中的實(shí)例，幫助學(xué)生深刻理解概念，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維；通過感受快跑時(shí)深呼吸過程中腹部的變化，形成體育鍛煉能增強(qiáng)呼吸肌力量的觀點(diǎn)，培養(yǎng)熱愛鍛煉、健康生活的理念，提高概念教學(xué)的實(shí)效性。