基于問題的“血液循環(huán)”一節(jié)情境教學設計?

張紫薇 付 鑫 鄭紀元

（北京市十一學校 北京 100039）

科學教育不應是理論知識的堆砌，而應通過引導學生對學科大概念的理解和領悟幫助其理解和解決生活當中遇到的問題和現(xiàn)象[1]。將教材中的知識與學生自身的生活經驗相結合，在真實情境中開展教學和評價，引導學生成為具有理性決策能力和科技創(chuàng)新能力的新時代人才?；趩栴}的學習（problem-based learning，PBL）教學法集中體現(xiàn)了上述理念。在進行PBL過程中，學生使用問題案例或情境定義自己的學習目標。在小組討論和精煉所學知識之前，學生通過獨立學習、自主研究獲得知識[2]。與傳統(tǒng)的講授策略不同，在PBL教學法中，學生除了能獲得課堂上所學的知識外，還能培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題及自主學習新知識的能力，培養(yǎng)了團隊合作精神[3]。在這種教學法中，教師的行為從提供知識轉變?yōu)榇龠M學生的學習過程，通過這種更靈活、自主性更強的教學模式，促進培養(yǎng)學生解決問題技能、培養(yǎng)協(xié)作技能和激發(fā)內在學習動機等目標的達成[4]。

1 教學內容分析

《義務教育生物學課程標準（2011版）》指出，人體結構和生理的知識對學生理解人體結構和功能相適應的關系，理解人的各種生命活動，自覺養(yǎng)成衛(wèi)生習慣具有重要作用。人體吸收的營養(yǎng)物質要通過循環(huán)系統(tǒng)運送到身體的各種組織與器官，人體產生的廢物也要通過循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)等的協(xié)調作用排出體外。結合新型冠狀病毒，從科學的角度出發(fā)，通過學習循環(huán)系統(tǒng)相關的生物學知識，引導學生認識結構與功能相統(tǒng)一、生物體的平衡與穩(wěn)態(tài)、物質與能量的轉化、生物的進化與適應等生命觀念，培養(yǎng)學生歸納與概括、演繹與推理的科學思維，激發(fā)學生關愛生命、熱愛生活，增強學生積極抗疫的社會責任感。

2 教學目標

1）明確人體血液雙循環(huán)途經，通過圖示闡述心臟結構的演化，解釋血液循環(huán)對生物體生存的影響和意義，形成結構與功能相統(tǒng)一、生物體的平衡與穩(wěn)態(tài)、物質與能量的轉化、生物的進化與適應等生命觀念。

2）基于科學材料，運用歸納與概括、演繹與推理等科學思維方法，說明體循環(huán)與肺循環(huán)的過程及血液成分的變化，闡述對血液循環(huán)過程本質的理解。

3）科學理解所學知識在醫(yī)學治療中的應用，主動關注疫情發(fā)展，關愛生命，堅持鍛煉，積極抗疫。

3 教學過程

通過當前熱點話題“新型冠狀肺炎疫情”導入，激發(fā)學生的學習興趣，提出新冠肺炎患者的氧氣缺乏癥狀，提問“氧氣從哪里來？”探究肺循環(huán)的途徑。通過“利巴韋林的人體全身之旅”活動探究體循環(huán)的途徑。運用醫(yī)生處方中幾種藥物的應用對學生的學習情況進行評價。最后，通過研究心臟的演化加深理解，培養(yǎng)學生的生命觀念（圖1）。

3.1 課堂導入 教師展示一則新聞“特朗普談人生中最可怕一天：我被告知美國缺少大量呼吸機”。通過缺乏呼吸機對特朗普造成的擔憂，使學生將呼吸機與新冠肺炎的治療建立聯(lián)系。引導學生將新冠肺炎的典型癥狀“呼吸困難”與氧氣缺乏相聯(lián)系，并回顧之前學習的呼吸作用知識，將物質與能量相結合，提出2個引入問題：1）新冠肺炎如何影響人類的健康？學生能自然地聯(lián)想到呼吸困難；2）新冠肺炎應如何治療？學生容易想到新聞中的呼吸機，但呼吸機為何如此重要？為探究肺循環(huán)的途徑作鋪墊。

3.2 探究肺循環(huán)的路線

材料1：氧氣從哪里來？

新冠肺炎重癥患者多在發(fā)病1周后出現(xiàn)呼吸困難。嚴重的病患可快速發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征（臨床表現(xiàn)最為明顯的特征是血液中氧含量較低）。全身血液都會流經肺部，從某種意義上說，肺部血液循環(huán)極大地影響著肺的功能。急性呼吸窘迫綜合征會對肺部的血流造成怎樣的影響？

1）右心室——肺動脈單元：肺循環(huán)的起點是右心室，右心室的血液經肺動脈流入肺部毛細血管。肺部疾病會破壞肺部毛細血管網的結構，形成血栓等。于是肺動脈壓力升高，低氧還會促進肺動脈收縮，進一步給肺動脈增加壓力。

2）肺內血流特征：肺動脈的血液會流入肺部毛細血管。肺部毛細血管、肺泡上皮等結構是肺部氣體與血液交換的結構基礎。這部分結構被破壞促使急性呼吸窘迫綜合征的發(fā)生，導致嚴重低氧。

3）左心房——肺靜脈單元：肺部毛細血管的血液匯集進入肺靜脈，肺靜脈中的血液最終流入左心房。左心房作為肺血流的終點，對于肺血流的調控具有重要作用。新型冠狀病毒會攻擊心肌細胞，部分患者的左心房壓力升高。

提出問題：1）請根據上述材料梳理肺循環(huán)的途徑。2）從血流的角度，你認為可通過怎樣的方式改善新冠肺炎患者的急性呼吸窘迫綜合征？學生通過閱讀科普小短文“氧氣——你從哪里來？”梳理肺循環(huán)的途徑。首先，教師可請一位學生利用小卡片在黑板上完成肺循環(huán)過程。教師再帶領全班學生共同用PPT核對。什么是肺循環(huán)？通過2個問題判斷：①在此過程中，血液的含氧量是否發(fā)生變化？在哪里改變的？②有人說，動脈血管中流的是動脈血，靜脈血管中流的是靜脈血，此說法是否正確？你能否舉出反例？幫助學生理解肺循環(huán)過程中血液成分的改變，引導學生明白新冠肺炎患者血液出現(xiàn)氧含量低的原因。教師詢問：如何改善患者的畸形呼吸窘迫綜合征？僅增加血液中的氧含量能否從根本上解決問題？以此引入新冠肺炎的抗病毒治療，引入下一部分內容“利巴韋林的人體全身之旅”。

本小節(jié)材料來源于科技論文的總結[5]，具有較高的科學性，并針對初二學生的心理年齡特點作出了一定的改編，以利于學生理解。通過生動的科普文，學生不僅學習了肺循環(huán)的知識，也了解到現(xiàn)實生活中新冠肺炎如何威脅患者的生命。

3.3 探究體循環(huán)的路線

材料2：利巴韋林的人體全身之旅。

根據《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第八版）》，新冠肺炎患者的支氣管黏膜上皮、肺泡上皮、淋巴結組織、肝臟、膽囊、鼻咽、胃腸黏膜、睪丸、唾液腺甚至心肌細胞都檢測出了新型冠狀病毒，抗病毒藥物如何作用于所有患處？

利巴韋林是一種核苷類廣譜抗病毒藥物，其磷酸化產物競爭性抑制病毒合成酶，損害病毒遺傳物質和蛋白質合成，抑制病毒的復制與傳播。其使用方法是：成人500 mg/次，靜脈輸注，每日2～3次。利巴韋林在患者的體內經歷了怎樣的旅途？

醫(yī)生對患者進行靜脈輸液，利巴韋林先抵達上腔靜脈，后進入右心房，經歷肺循環(huán)，抵達左心房。利巴韋林接著進入左心室，強壯的左心室將其順著主動脈送到了全身各級動脈，前方的路慢慢變窄，是因為到達全身毛細血管網，在此，利巴韋林與需要它的組織細胞相遇，順著全身各級靜脈再次回到了上、下腔靜脈，這個旅途開始之處。

問題：1）請根據上述材料梳理利巴韋林在人體內的循環(huán)路線，分小組表演“利巴韋林的全身之旅”。2）在此過程中，利巴韋林經過了心臟幾次？都在何時？

學生通過支持材料“利巴韋林的全身之旅”進行角色扮演活動，教師選取一位學生扮演抗病毒藥物利巴韋林，并將血液循環(huán)系統(tǒng)各部位的身份卡片發(fā)給其他學生，班級學生觀看扮演利巴韋林的學生在教室內的行動軌跡，回答“利巴韋林”行走路徑是否正確？學生回答利巴韋林經過了心臟幾次，都在何時？

本小節(jié)材料作為參考依據，輔助學生進行角色扮演活動“利巴韋林的全身之旅”。該活動生動活潑，符合學生的心理發(fā)展特點。學生可自行組織表演，感受體循環(huán)的意義。

3.4 血液循環(huán)知識的實際應用

材料3：醫(yī)生的處方。

醫(yī)生不推薦單獨使用利巴韋林。病毒在體內的增殖經過復制、裝配及釋放等多個環(huán)節(jié)才能完成。聯(lián)合2種或以上不同作用機制的抗病毒藥物，可作用于病毒復制周期的不同環(huán)節(jié)，起到協(xié)同抗病毒作用，還可延緩耐藥株的產生及減少藥物用量，減輕藥物的毒副作用。怎樣的治療效果更佳？醫(yī)生的處方如下：

建議：利巴韋林與α-干擾素（霧化吸入，即利用高速氧氣氣流，使藥液形成霧狀，再由呼吸道吸入，達到治療的目的。治療呼吸道感染，消除炎癥和水腫）或洛匹那韋/利托那韋（成人口服，200 mg/50 mg/粒，每次2粒，每日2次）聯(lián)合應用，成人500 mg/次，每日2～3次靜脈輸注。

請根據所學知識，完成如下任務：1）α-干擾素若要2次經過心臟，要經歷怎樣的途徑？2）洛匹那韋到達肺部需要經過怎樣的途徑？

學生根據α-干擾素、洛匹那韋的不同用藥方式完成上述2個任務。小組討論并推薦代表發(fā)言，教師在小組討論的過程中要注意巡視，及時幫助學生答疑解惑。發(fā)言完畢，教師核對答案并提出問題：血液循環(huán)的意義何在？進入下一環(huán)節(jié)——心臟的演化，幫助學生對血液循環(huán)形成更深刻的體悟。

本小節(jié)材料出自《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第八版）》《新冠肺炎診療方案治療藥物信息匯編（第一版）》[6]。學生分小組討論醫(yī)生的處方，對真實的醫(yī)生處方、真實的藥物如何通過血液循環(huán)到達患處形成認識，學以致用。

3.5 探究血液循環(huán)的意義

材料4：心臟的演化。

魚類是世界上最古老的脊椎動物。魚類的心臟只有2個腔、1個心房和1個心室，起到擠壓促進血液循環(huán)的作用。從水生向陸生過渡的過程中,由于生活環(huán)境的變化，出現(xiàn)了新的呼吸器官肺，兩棲類的循環(huán)系統(tǒng)也因此發(fā)生了較大的變化,循環(huán)路線由于增加了肺循環(huán)而由單一循環(huán)轉向雙循環(huán),心房出現(xiàn)房間隔，由1心房變?yōu)?心房。到了爬行類，心室出現(xiàn)了不完全間隔（類似于現(xiàn)在臨床上的一些室間隔缺損病癥，是一種先天性的心臟病，因為主動脈輸血到全身各處，室間隔缺損會導致組織器官供血不足，出現(xiàn)一些缺血癥狀），鱷類則出現(xiàn)了完全的室間隔。到鳥類和哺乳類，心房和心室都分為2個部分且發(fā)育完全（圖2）。

請根據所學知識，完成如下任務：1）從魚類到鳥類和哺乳類，心臟的結構變化有怎樣的趨勢？2）心臟結構的變化在演化上具有怎樣的意義？這種改變如何使得生物能更好地生存？

學生通過閱讀科普小短文“心臟的演化”由淺入深地回答問題，從魚類到鳥類和哺乳類，心臟的結構有著怎樣的變化趨勢？這個問題相對容易解答，但心臟結構的變化在演化上具有怎樣的意義？這種改變如何使得生物能更好地生存？這就需要學生結合本節(jié)課學習的內容進行更深入地思考。最后，教師對本節(jié)課學習的知識進行歸納和總結。

本小節(jié)圖文并茂地向學生展示了心臟由魚類到鳥類和哺乳類的結構變化。用到了前期學習的動物主要類群的知識，既有益于培養(yǎng)學生進化與適應的生命觀念，又使學生更深刻地理解血液循環(huán)的意義，提高學生的思維層次。

4 教學反思

本節(jié)課立足于新型冠狀病毒肺炎流行的大背景，結合《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第八版）》《新型冠狀病毒肺炎急性呼吸窘迫綜合征的血流動力學治療》《新冠肺炎診療方案治療藥物信息匯編（第一版）》、心臟結構解剖圖（魚類、兩棲動物、爬行動物、鳥類）等材料整理制作了符合真實情境的血液循環(huán)任務書。

本節(jié)課圍繞真實問題和有意義的挑戰(zhàn)構建學習任務，提供了明確的學習目標和表現(xiàn)期望，通過5個教學活動培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)。在教學過程中，學生積極參與，部分學生表達了對醫(yī)學的濃厚興趣，教師在整個過程中的角色是輔導員或教練，為學習者提供支持，充分體現(xiàn)了學生是學習的主體。學生通過豐富的學習活動探索基本問題，并應用所學知識與技能于實際之中，教師在其中負責揭示核心觀點和重要過程，使得學生能在真實情境中理解知識，學以致用。