利用問(wèn)題串建模進(jìn)行“肺與外界的氣體交換”的探究教學(xué)

蔣沅芮

（云南省曲靖一中卓立學(xué)校 云南曲靖 655000）

1 教學(xué)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)

生物學(xué)模型是人們按照科學(xué)的思維模式，根據(jù)原型的特征模擬其結(jié)構(gòu)形態(tài)或者運(yùn)動(dòng)形態(tài)，對(duì)生物學(xué)現(xiàn)象、規(guī)律進(jìn)行描述、預(yù)測(cè)、解釋。生物科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)模型建構(gòu)的方法。教師將建構(gòu)模型的思想應(yīng)用到初中生物課堂教學(xué)，利用模型描述生命現(xiàn)象，幫助學(xué)生深化對(duì)生物學(xué)的認(rèn)知。模型構(gòu)建能夠?qū)⒊橄蟮纳飭?wèn)題直觀化、簡(jiǎn)單化，不僅能夠讓學(xué)生更好地掌握知識(shí)，還對(duì)培養(yǎng)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力具有重要意義。一般來(lái)說(shuō)，課堂教學(xué)中常用的模型建構(gòu)形式主要有概念模型、物理模型、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷葞状箢悺?/p>

生物學(xué)概念的形成是一個(gè)主動(dòng)的建構(gòu)過(guò)程。教師將概念模型的構(gòu)建貫穿于整個(gè)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，能將一些無(wú)法通過(guò)觀察或?qū)嶒?yàn)直接建構(gòu)的概念簡(jiǎn)單呈現(xiàn)出來(lái)。

2 教材分析

本節(jié)課是人教版“生物圈中的人”單元中的第三章第二節(jié)。包括肺與外界的氣體交換、肺泡與血液的氣體交換2個(gè)課時(shí)。本節(jié)是這本冊(cè)書的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)好這部分內(nèi)容有助于循環(huán)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，形成“人體是一個(gè)統(tǒng)一的整體”的生物學(xué)觀念。

3 學(xué)情分析

七年級(jí)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究有濃厚的興趣，喜歡動(dòng)手，通過(guò)前面的章節(jié)的學(xué)習(xí)，對(duì)人體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)有了一定的了解，但尚未形成完整的知識(shí)體系。本節(jié)課還涉及到學(xué)生沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)的物理知識(shí)“氣體壓力”，因此學(xué)生很難理解“胸廓擴(kuò)大為什么會(huì)導(dǎo)致氣體進(jìn)入肺”。教師可先利用問(wèn)題串建立模型，將抽象的知識(shí)形象化，給學(xué)生提供動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，使學(xué)生感悟生物結(jié)構(gòu)和生命運(yùn)動(dòng)的歷程。再讓學(xué)生結(jié)合自身體驗(yàn)去感知?dú)w納是本節(jié)課的關(guān)鍵。

4 教學(xué)目標(biāo)

①說(shuō)出肺與外界氣體的交換過(guò)程。

②通過(guò)分組探究實(shí)驗(yàn)，感知?dú)怏w體積變化與壓力的關(guān)系；通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)，嘗試總結(jié)肺與外界氣體的交換過(guò)程。

③認(rèn)同呼吸對(duì)生命的重要作用，關(guān)注簡(jiǎn)單有效的急救知識(shí)。

5 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、以學(xué)生發(fā)展為本、促進(jìn)學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式的課程理念，圍繞本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生采用“動(dòng)手實(shí)踐、導(dǎo)學(xué)案、自主探究、合作交流”的學(xué)習(xí)方法進(jìn)行主動(dòng)質(zhì)疑和探究。本節(jié)課的教學(xué)流程如圖1所示。

在生物建模教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中，問(wèn)題是驅(qū)動(dòng)建?；顒?dòng)實(shí)施的起點(diǎn)和動(dòng)力。教師利用問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生利用注射器這一常見(jiàn)物品進(jìn)行小組探究，使學(xué)生直觀理解氣體壓力這一抽象物理概念，構(gòu)建“空氣進(jìn)出注射器”的模型，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。接著，教師播放視頻和演示模擬膈肌運(yùn)動(dòng)的自制教具，讓學(xué)生感知?dú)怏w進(jìn)出肺是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程；再利用問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生分析、理解肺與外界氣體交換的過(guò)程，將“空氣進(jìn)出注射器”模型遷移應(yīng)用出“氣體進(jìn)出肺”的模型。學(xué)生在遷移應(yīng)用的過(guò)程中，培養(yǎng)建構(gòu)思維和建構(gòu)能力，形成系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知觀，強(qiáng)化生物學(xué)與其他學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系。

學(xué)生構(gòu)建概念模型的思維過(guò)程，就是構(gòu)建思維導(dǎo)圖的必由之路。學(xué)生利用概念模型形成思維導(dǎo)圖，幫助理清生物學(xué)重要概念之間的互相聯(lián)系，構(gòu)建知識(shí)體系，進(jìn)而更好地學(xué)習(xí)生物學(xué)。

學(xué)習(xí)知識(shí)的最終目標(biāo)就是將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中。本節(jié)課以學(xué)生演示急救知識(shí)結(jié)尾，進(jìn)一步幫助學(xué)生加深理解肺內(nèi)氣壓變化與氣體進(jìn)出的關(guān)系，同時(shí)科普急救知識(shí)，幫助學(xué)生樹(shù)立熱愛(ài)生命的價(jià)值觀。

6 教學(xué)過(guò)程

6.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，促進(jìn)學(xué)生思考

教師創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，組織學(xué)生開(kāi)展活動(dòng)——“你能憋氣多久”，教師引導(dǎo)學(xué)生感受人體需要呼吸，引出學(xué)習(xí)內(nèi)容：肺與外界的氣體交換。

在學(xué)生了解肺的位置與主要功能后，教師展示游泳、跑步等不同場(chǎng)景呼吸圖，聯(lián)系學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生思考：肺在不知不覺(jué)中，每分鐘大概有節(jié)奏的呼氣和吸氣16次。為什么氣體能進(jìn)入肺呢？

6.2 學(xué)生分組探究，構(gòu)建模型

教師展示沒(méi)有蓋子的空塑料瓶，提出問(wèn)題：空氣也能進(jìn)出瓶子嗎？為什么空氣能進(jìn)出肺呢？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，提出疑惑，分組探究“空氣如何進(jìn)入注射器”。教師指導(dǎo)學(xué)生利用注射器（去掉針頭），提出問(wèn)題，引導(dǎo)小組探究。

①氣體壓力與體積有什么關(guān)系？

②氣體壓力與氣體流動(dòng)方向有什么關(guān)系？

學(xué)生分組探究，討論交流后，總結(jié)規(guī)律：壓縮氣體體積，氣體壓力變大。增大氣體體積，氣體壓力減小。外界氣壓大于注射器內(nèi)氣壓，氣體進(jìn)入注射器。外界氣壓小于注射器內(nèi)氣壓，氣體排出注射器。接著，構(gòu)建“氣體進(jìn)出注射器”的概念模型（圖2）。

圖2 “氣體進(jìn)出注射器”模型

6.3 學(xué)生深入感知，演示歸納

教師提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生思考：空氣進(jìn)出注射器的現(xiàn)象能否推演到氣體如何進(jìn)出肺嗎？學(xué)生深呼吸，體驗(yàn)胸廓的運(yùn)動(dòng)，感知胸廓變化與呼吸的關(guān)系。然后，教師追問(wèn)：胸廓容積的變化與氣體進(jìn)出有什么關(guān)系？學(xué)生討論后，得出：①吸氣→肋骨向上向外運(yùn)動(dòng)→胸廓擴(kuò)大；②呼氣→肋骨向下向內(nèi)運(yùn)動(dòng)→胸廓縮小。接著，教師播放“呼吸運(yùn)動(dòng)”的動(dòng)畫，提出問(wèn)題：胸廓變化與什么結(jié)構(gòu)有關(guān)？學(xué)生根據(jù)動(dòng)畫，感知肋間肌與膈肌的變化與胸廓變化的關(guān)系。教師進(jìn)一步講解：肋間肌的收縮和舒張使胸廓擴(kuò)張和收縮；膈肌的活動(dòng)使胸廓上下徑變化。在學(xué)生直觀感受呼吸時(shí)胸廓變化的基礎(chǔ)上，教師再進(jìn)一步講解肋間肌與膈肌的變化，促使學(xué)生自主構(gòu)建生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀念。

教師利用自制教具演示模擬膈肌的運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考。

6.4 學(xué)生遷移模型，構(gòu)建思維導(dǎo)圖

教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合模型歸納總結(jié)肺與外界氣體交換的原理，使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的鞏固及理解。學(xué)生開(kāi)展模型遷移，構(gòu)建“氣體如何進(jìn)出肺”的概念模型，也即思維導(dǎo)圖（圖3）。

圖3 “氣體進(jìn)出肺”模型

學(xué)生在模型遷移、形成思維導(dǎo)圖的過(guò)程中，將知識(shí)內(nèi)化知識(shí)，完善知識(shí)體系。

6.5 學(xué)以致用，升華思維

教師播放“男童被花生卡住，急救錯(cuò)誤窒息死亡”新聞視頻，指導(dǎo)學(xué)生演示海姆立克式急救法，并說(shuō)出急救法的原理。學(xué)生通過(guò)感性認(rèn)識(shí)，加深理解肺內(nèi)氣壓變化與氣體進(jìn)出的關(guān)系，認(rèn)同呼吸對(duì)人體的重要性，樹(shù)立關(guān)愛(ài)身體的生命觀。

7 教學(xué)反思

①教師利用建模遷移，突破難點(diǎn)。本節(jié)課將多種教學(xué)方法進(jìn)行整合，創(chuàng)設(shè)出富有趣味性和創(chuàng)造性的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)質(zhì)疑和探究，體現(xiàn)出教師的主導(dǎo)性和學(xué)生主體性的教學(xué)理念。教師利用注射器讓學(xué)生直觀地理解物理現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生嘗試自主歸納物理規(guī)律并構(gòu)建模型；接著，引導(dǎo)學(xué)生由注射器遷移到肺部，并運(yùn)用自制教具演示，幫助學(xué)生直觀感知呼吸運(yùn)動(dòng)并總結(jié)規(guī)律，自主構(gòu)建氣體進(jìn)出肺的模型。整個(gè)教學(xué)過(guò)程層層遞進(jìn)。

②學(xué)生感知體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。整節(jié)課將知識(shí)與學(xué)生自身感知緊密聯(lián)系，從不同層次讓學(xué)生感知呼吸的過(guò)程，使學(xué)生將呼吸時(shí)胸廓的外在變化與內(nèi)在的氣體進(jìn)出肺聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中思。最后，教師聯(lián)系學(xué)生的實(shí)際生活，拓展海姆立克式急救法。在教學(xué)中，教師注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，將生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿在教學(xué)中，注重培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。