基于進(jìn)化思想和科學(xué)思維的“心臟”（第1課時(shí)）教學(xué)設(shè)計(jì)

黃丹青

（北京第一0一中學(xué) 北京 100091）

在《義務(wù)教育初中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中，關(guān)于“血液循環(huán)系統(tǒng)”的知識內(nèi)容隸屬于第5 個(gè)一級主題“生物圈中的人”，需要學(xué)生形成的重要概念為：血液循環(huán)系統(tǒng)包括心臟、動脈、靜脈、毛細(xì)血管和血液，其功能是運(yùn)輸氧氣、二氧化碳、營養(yǎng)物質(zhì)、廢物和激素等物質(zhì)。“人體內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸”是義務(wù)教育人教版7年級下冊生物學(xué)教材第4 單元第4 章的內(nèi)容。該章開篇即明確指出血液循環(huán)系統(tǒng)的功能是運(yùn)輸，其組成包括血液、血管和心臟。本章下的3 個(gè)節(jié)分別闡述了各組成的功能，其中血液是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體，血管和心臟分別提供了明確的運(yùn)輸方向和動力。“輸送血液的泵——心臟”是第3 節(jié)的內(nèi)容，由于心臟結(jié)構(gòu)和血液循環(huán)路徑復(fù)雜，血液在循環(huán)途徑中成分的變化等生理過程較為抽象，對初學(xué)者具有一定難度。本文從心臟結(jié)構(gòu)的演化過程入手，探尋血液循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律，幫助學(xué)生理解和記憶。

1 設(shè)計(jì)思路

在“輸送血液的泵——心臟”一節(jié)的教學(xué)中，沿著演化的路徑研究心臟的結(jié)構(gòu)，學(xué)生可清晰體會瓣膜出現(xiàn)的原因（以蚯蚓“心臟”為例）、心房與心室分開對泵血效率的極大提升（以魚的心臟為例）、從單循環(huán)到雙循環(huán)的結(jié)構(gòu)變遷與不斷完善（對比魚的單循環(huán)、蛙的不完全雙循環(huán)和人的雙循環(huán)）。通過由簡單到復(fù)雜的一系列案例對比，學(xué)生可體會到：是動物體在演化過程中對大型化和復(fù)雜化的更高需求，驅(qū)動著心臟的演化，使其不斷完善結(jié)構(gòu)和功能以提升泵血效率。

本節(jié)課力圖通過對比若干種動物心臟典型特征的分析，幫助學(xué)生理解人體四腔心臟各結(jié)構(gòu)的存在原因及形成過程，同時(shí)借助模型、實(shí)物解剖、資料分析等輔助手段，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建人體心臟與血液循環(huán)模式圖，初步形成結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀等生命科學(xué)的核心思想。

2 學(xué)情分析

在學(xué)習(xí)血液循環(huán)系統(tǒng)之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了人體的生殖系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，對于血液循環(huán)系統(tǒng)存在的意義已有模糊的認(rèn)識。由于有前2節(jié)知識的鋪墊，學(xué)生已知心臟的功能是用于泵血，但不清楚其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)又好奇“心臟是如何形成的？”此問題能引發(fā)興趣，并進(jìn)一步激發(fā)他們對“其他器官是如何形成的”“為什么這些器官的結(jié)構(gòu)會由簡單變復(fù)雜”等問題的思考。

初一學(xué)生具有一定的閱讀能力、信息提取和分析能力，以及演繹推理能力，能在給定資料和教師的引導(dǎo)下自主完成心臟模式圖的構(gòu)建任務(wù)。

3 教學(xué)目標(biāo)

生命觀念：從心臟的結(jié)構(gòu)出發(fā)，理解心臟是如何實(shí)現(xiàn)血液泵的功能的，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能觀；從心臟的演化角度，認(rèn)識到器官的復(fù)雜化是為了更好地適應(yīng)由水生到陸生的環(huán)境變化，體現(xiàn)進(jìn)化與適應(yīng)觀。

科學(xué)思維：邏輯與推理、信息提取、模型構(gòu)建等。

社會責(zé)任：通過對心臟結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的直觀感受和有關(guān)先天性心臟病的教學(xué)案例，意識到健康心臟的重要性，關(guān)注心臟的保健和心臟病的預(yù)防。

4 教學(xué)過程

4.1 環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，提出問題 教師展示多種動物（蚯蚓、魚類、鳥類、爬行類）的心臟結(jié)構(gòu)，提出問題：各種動物的心臟功能都是相同的——為血液循環(huán)提供動力，但為何不同動物的心臟結(jié)構(gòu)卻相差很大？學(xué)生觀察后作出假設(shè)：心臟結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其泵血功能越強(qiáng)。

4.2 環(huán)節(jié)2：心臟結(jié)構(gòu)的演化

4.2.1 任務(wù)1 學(xué)生閱讀學(xué)案任務(wù)1：比較蚯蚓血液循環(huán)模式圖和魚類血液循環(huán)模式圖，回答問題。

學(xué)生閱讀資料：蚯蚓沒有真正的心臟結(jié)構(gòu)，但具有若干可搏動的膨大血管（圖1），通過血管外側(cè)肌肉的收縮，將血液擠出血管，推動全身血液循環(huán)。魚的心臟具有2 個(gè)空腔，分別稱為心房和心室（圖2）。心房壁的肌肉較薄，用于接收從全身各處流回的血液，當(dāng)心房充滿血液后就會將血液擠入心室；心室壁肌肉較厚，能將心房送來的血液泵出心臟，推動血液循環(huán)［1］。問題：①魚的心臟與蚯蚓的膨大血管相比，哪個(gè)具有更強(qiáng)的泵血能力，為什么？②蚯蚓的膨大血管應(yīng)具有什么結(jié)構(gòu)，泵血時(shí)才能保證血液單向流動？魚的心臟是否有類似結(jié)構(gòu)？

圖2 魚類血液循環(huán)模式圖

通過討論問題①，學(xué)生分析得出魚的心臟結(jié)構(gòu)與蚯蚓相比更具優(yōu)勢，因?yàn)棰亵~具有真正的心臟，相比蚯蚓的膨大血管，其腔體容量更大，一次可泵出更多的血液；②魚的心臟具有一心房一心室的兩腔結(jié)構(gòu)，而蚯蚓的“心臟”只有1 個(gè)腔。但對于一心房一心室結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，資料中并沒有直接給出，需要進(jìn)行推理，學(xué)生對此有一定的困難。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考兩腔結(jié)構(gòu)可能會有什么優(yōu)點(diǎn)？并提醒學(xué)生注意閱讀資料中提到的心房和心室的不同功能。經(jīng)師生共同分析，最終得到答案：一心房一心室可將心臟的工作——蓄積回流的血液和推動血液泵出心臟2 個(gè)步驟分開，從而減少等待血液蓄滿的時(shí)間，極大地提高效率。

通過問題②，學(xué)生回顧知識，靜脈具有瓣膜，保證了血流的單向性，該結(jié)構(gòu)同樣也可出現(xiàn)在心臟處，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能觀。教師由此引導(dǎo)學(xué)生感受瓣膜結(jié)構(gòu)在血液循環(huán)系統(tǒng)中存在的普遍性。

4.2.2 任務(wù)2 學(xué)生閱讀學(xué)案任務(wù)2：分析蛙類血液循環(huán)模式圖（圖3），回答問題。

圖3 蛙類血液循環(huán)模式圖

學(xué)生閱讀資料：動物由水生到陸生，需要面臨對陸地環(huán)境的多方面適應(yīng)。用肺部代替鰓進(jìn)行呼吸是適應(yīng)陸地生活的一個(gè)重要特征?；仡櫲梭w的肺部結(jié)構(gòu)，肺部包含大量的肺泡和毛細(xì)血管，這樣的結(jié)構(gòu)特征使肺相對脆弱，不能承受很高的血壓。據(jù)測算，人體肺循環(huán)壓力只有體循環(huán)壓力的1／5～1／4［2］。若因疾病等原因造成肺部血壓升高，將導(dǎo)致肺部失去正常功能。學(xué)生觀察蛙類血液循環(huán)模式圖，思考：蛙類的血液循環(huán)模式與魚類相比有何區(qū)別？

由于蛙類血液循環(huán)方式與魚類的單循環(huán)具有很大差別，需要教師引導(dǎo)學(xué)生分析蛙心臟結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其價(jià)值。教師設(shè)問：蛙類的血液循環(huán)系統(tǒng)將肺循環(huán)獨(dú)立出來有哪些優(yōu)點(diǎn)？師生共同分析認(rèn)為：①體循環(huán)和肺循環(huán)的分開，可使血液以較高的壓力送往肌肉和大腦等處，而不用擔(dān)心損傷纖細(xì)的肺部組織；②含氧血在肺循環(huán)產(chǎn)生，在體循環(huán)消耗，2 個(gè)循環(huán)相對獨(dú)立可進(jìn)一步提高效率［1，3］。

教師例舉人體先天性心臟病——單心室病的案例［2］，讓學(xué)生感受蛙類血液循環(huán)系統(tǒng)存在的缺陷。案例指出，如果人體的心臟像蛙類一樣只有二心房一心室，病人會因多器官缺氧而降低壽命。學(xué)生分析認(rèn)為，二心房一心室的結(jié)構(gòu)，意味著在心室中存在動脈血和靜脈血的混合血，降低了血液運(yùn)氧效率，可稱之為不完全雙循環(huán)。

怎樣才能進(jìn)一步提高血液循環(huán)系統(tǒng)的效率？學(xué)生回答，為進(jìn)一步提高效率，應(yīng)采用完全雙循環(huán)的血液循環(huán)模式，即需將心室分隔開分別存放動脈血和靜脈血，形成二心房二心室的四腔結(jié)構(gòu)。由此，學(xué)生推導(dǎo)出人體心臟具有二心房和二心室的意義與價(jià)值。

4.3 環(huán)節(jié)3：完成人體血液循環(huán)模式圖的繪制教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察人體心臟等比例模型，學(xué)生辨識各部分結(jié)構(gòu)。之后現(xiàn)場演示豬心解剖實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受心臟各腔肌肉厚度差異。通過上一個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已了解心房和心室功能的區(qū)別，以及左、右心室泵血能力的差別，因而能推理得出各腔肌肉厚度出現(xiàn)差異，是由于各腔室需要承擔(dān)的功能不同——心房用于儲存回流血液并將其泵入心室，不需要太厚的肌肉；心室用于將血液分別泵向體循環(huán)和肺循環(huán)，需要發(fā)達(dá)的肌肉完成收縮運(yùn)動，而其中左心室負(fù)責(zé)血壓更高的體循環(huán)，肌肉比負(fù)責(zé)肺循環(huán)的右心室更厚。

學(xué)生根據(jù)學(xué)案的提示，分步完成以下內(nèi)容：①明確二心房二心室的位置，標(biāo)出名稱；②用箭頭畫出血液在各腔中的流動方向；③在心臟4 個(gè)腔連接的血管處填寫血管名稱；④用紅色筆代表動脈血，藍(lán)色或黑色筆代表靜脈血，將各血管連接起來，繪制體循環(huán)與肺循環(huán)的路徑。

有了前面知識內(nèi)容的鋪墊，學(xué)生通過上述步驟，能以小組形式自主完成模式圖繪制（圖4）。之后教師請學(xué)生到黑板上完成小組匯報(bào)，并進(jìn)行講評，總結(jié)人體心臟結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)。

圖4 人體血液循環(huán)模式圖

4.4 環(huán)節(jié)4：課堂評價(jià) 學(xué)生對照已完成的人體心臟模式圖，填寫心臟解剖圖上各結(jié)構(gòu)名稱（參考人教版7年級下冊第61 頁心臟解剖圖），完成從抽象概念到真實(shí)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課采用了以心臟演化為主線的教學(xué)思路，引導(dǎo)學(xué)生了解心臟結(jié)構(gòu)由簡單到復(fù)雜的變遷過程，認(rèn)識到通過心臟結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，可提高泵血效率，使動物能更好地適應(yīng)內(nèi)、外環(huán)境。在學(xué)習(xí)蚯蚓、魚類等動物的心臟結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生體會到瓣膜、心房、心室、雙循環(huán)等結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的價(jià)值及其功能，深入理解結(jié)構(gòu)與功能觀。同時(shí)，由于每個(gè)結(jié)構(gòu)的來歷十分清楚，學(xué)生不需要死記硬背，基本能達(dá)到理解性記憶的效果，并通過自主繪制人體心臟和血液循環(huán)模式圖，為第2 課時(shí)“血液循環(huán)路徑”的學(xué)習(xí)做好充分的鋪墊。

5 個(gè)班的教學(xué)實(shí)踐顯示，多數(shù)學(xué)生能在教師引導(dǎo)下獨(dú)立完成心臟模式圖的繪制，但對于“雙循環(huán)是一個(gè)整體”的觀點(diǎn)理解還不夠，需在后續(xù)的課程中進(jìn)一步落實(shí)。此外，本節(jié)內(nèi)容對于基礎(chǔ)相對薄弱的初一學(xué)生來講有一定難度，因此更適合學(xué)習(xí)程度較好的班級使用。