基于“系統(tǒng)與模型”教學(xué)《血液循環(huán)》

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提出了13個(gè)學(xué)科核心概念，還提出了物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化4個(gè)跨學(xué)科概念?？鐚W(xué)科概念超越了學(xué)科核心概念，可以更直接地讓學(xué)生形成科學(xué)的世界觀，了解自然現(xiàn)象背后的道理，學(xué)習(xí)處理問題的方法和模式。系統(tǒng)與模型與其余3個(gè)跨學(xué)科概念聯(lián)系密切，能幫助學(xué)生理解其他跨學(xué)科概念，例如，系統(tǒng)與外界一般存在物質(zhì)與能量交換；系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)構(gòu)與功能之間相互聯(lián)系；系統(tǒng)有相對(duì)穩(wěn)定性，但又時(shí)刻變化著；等等?，F(xiàn)以上海科技教育出版社《自然》教材五年級(jí)《血液循環(huán)》一課為例，闡述基于跨學(xué)科概念“系統(tǒng)與模型”的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)

1.理論分析

系統(tǒng)是根據(jù)研究目的人為界定的，由一些有關(guān)聯(lián)的成分組成的有序整體，包含邊界、成分和相互作用；模型是經(jīng)過處理的簡(jiǎn)化系統(tǒng)，但能體現(xiàn)原系統(tǒng)的本質(zhì)或主要特征，是描述和理解系統(tǒng)的有效工具。真實(shí)世界很復(fù)雜，但可以用簡(jiǎn)化的模型來描述，模型超越了我們可觀察的范圍，把不可見、抽象的現(xiàn)象形象化，有利于理解和研究。有學(xué)者指出，模型包括物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型，其中物理模型又分為實(shí)物、示意圖模型。物理模型相較于數(shù)學(xué)模型和概念模型更為直觀，對(duì)于小學(xué)生更容易理解，也更容易將模型與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行聯(lián)系來認(rèn)識(shí)系統(tǒng)，更適合應(yīng)用在課堂上。

2.教學(xué)分析

五年級(jí)“身體的律動(dòng)”單元共有3課，分別是《呼吸》《血液循環(huán)》和《骨骼和肌肉》。本單元的3節(jié)課屬于并列關(guān)系，分別引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)人體呼吸系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。本單元的3課學(xué)生都很難直接通過觀察實(shí)物對(duì)系統(tǒng)有完整的認(rèn)識(shí)。第1課認(rèn)識(shí)呼吸系統(tǒng)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)使用肺的模型認(rèn)識(shí)呼吸的過程，本課可以通過使用循環(huán)模型、觀察循環(huán)示意圖模型等形式理解血液的循環(huán)過程，第3課可以通過觀察骨骼模型認(rèn)識(shí)骨骼與肌肉在運(yùn)動(dòng)過程中的相互作用，再通過制作骨骼模型認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)方式。本單元3課都適合學(xué)生通過模型認(rèn)識(shí)系統(tǒng)，也有助于他們對(duì)跨學(xué)科概念“系統(tǒng)與模型”有初步感受。

學(xué)生在日常生活中了解過心臟、血液和血管的一些知識(shí)，但對(duì)這些結(jié)構(gòu)在血液循環(huán)中的作用并不清楚，對(duì)從系統(tǒng)的角度認(rèn)識(shí)人體血液循環(huán)系統(tǒng)的組成與功能的經(jīng)驗(yàn)不足。通過第1課《呼吸》的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道肺是氣體交換的器官，但對(duì)肺與血液循環(huán)的關(guān)系并不明確。同時(shí)，學(xué)生雖有利用實(shí)驗(yàn)材料模擬器官功能的經(jīng)歷，但運(yùn)用模型解釋現(xiàn)象的能力還有待加強(qiáng)，基于模型推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的能力還需培養(yǎng)。在本課中，學(xué)生可以通過觀察實(shí)物模型，體驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蚰M實(shí)際的情況；再通過觀察并完善更簡(jiǎn)化的示意圖模型，進(jìn)一步體會(huì)模型是縮小簡(jiǎn)化提煉的實(shí)物；最終在認(rèn)識(shí)血液循環(huán)系統(tǒng)的過程中，感受在科學(xué)探究中物理模型有助于認(rèn)識(shí)系統(tǒng)。

3.教學(xué)目標(biāo)

通過測(cè)量脈搏和心跳、閱讀資料，說出人體心血管系統(tǒng)主要由心臟、血管和血液等組成；能基于測(cè)量數(shù)據(jù)，推理心跳與脈搏之間的關(guān)系；能準(zhǔn)確測(cè)量心跳與脈搏，從資料中搜集證據(jù)支持觀點(diǎn)；具有探究血液循環(huán)的興趣。

通過模擬血液循環(huán)過程、閱讀血液循環(huán)過程的資料、觀看血液循環(huán)作用視頻，說出心臟有規(guī)律地收縮與舒張，收縮時(shí)通過動(dòng)脈把血液送到全身各處，舒張時(shí)血液通過靜脈回到心臟；血液在人體內(nèi)是循環(huán)的，能運(yùn)送人體生命活動(dòng)需要的氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，排走生命活動(dòng)產(chǎn)生的廢物；能理解血液循環(huán)模型，認(rèn)識(shí)血液循環(huán)過程；能實(shí)施模擬實(shí)驗(yàn)、搜集證據(jù)解釋血液循環(huán)的過程及作用；具有細(xì)致觀察的科學(xué)態(tài)度，感悟血液循環(huán)系統(tǒng)與其他器官配合進(jìn)行血液循環(huán)，增強(qiáng)保護(hù)血液循環(huán)系統(tǒng)的意識(shí)。

4.教學(xué)活動(dòng)

情境導(dǎo)入：學(xué)生通過小組合作，測(cè)量并比較一分鐘的心跳次數(shù)和脈搏次數(shù)，發(fā)現(xiàn)每分鐘心跳次數(shù)和脈搏次數(shù)是一致的，思考心跳與脈搏次數(shù)一致的原因。

活動(dòng)1：認(rèn)識(shí)血液循環(huán)系統(tǒng)的組成。學(xué)生閱讀心跳與脈搏產(chǎn)生的資料，通過資料檢查、核驗(yàn)推測(cè)，初步認(rèn)識(shí)心跳與脈搏。思考心臟、血管和血液之間的關(guān)聯(lián)，嘗試解釋三者之間的關(guān)聯(lián)。教師進(jìn)一步補(bǔ)充“血液循環(huán)系統(tǒng)組成”閱讀資料，使學(xué)生知道血液循環(huán)系統(tǒng)包括心臟、血管和血液等，并結(jié)合示意圖發(fā)現(xiàn)心臟連通血管，血液在血管中流動(dòng)，三者形成血液循環(huán)。

活動(dòng)2：探究血液循環(huán)的過程和作用。學(xué)生觀察血液循環(huán)實(shí)物模型，模擬血液循環(huán)過程，認(rèn)識(shí)血液循環(huán)路線；閱讀“血液循環(huán)”漫畫，完善血液循環(huán)示意圖模型，說出人體血液循環(huán)路線；觀看“血液循環(huán)”視頻，說出血液循環(huán)的作用以及心臟、血管、血液在血液循環(huán)中的作用。

活動(dòng)2是本節(jié)課重點(diǎn)。

二、教學(xué)片段

片段一：做出推測(cè)，認(rèn)識(shí)模型

師：認(rèn)識(shí)了血液循環(huán)系統(tǒng)的組成，我們繼續(xù)探究血液循環(huán)的過程，請(qǐng)大家想一想人體的血液是怎樣流動(dòng)的？

生：血液從心臟流向全身。

師：心臟和血管在流動(dòng)過程中分別有什么作用呢？

生：心臟跳動(dòng)讓血液流動(dòng)，血管讓血液不會(huì)“跑”出去。

生：我認(rèn)為血液沿著血管流向身體各個(gè)地方。

師：同學(xué)們依據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，做出了一些推測(cè)，怎樣驗(yàn)證我們的推測(cè)？

生：我們可以做實(shí)驗(yàn)。

師：我們不能直接看到身體里血液循環(huán)的過程。今天我?guī)砹艘粋€(gè)血液循環(huán)的模型，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)（如圖1）。請(qǐng)同學(xué)們觀察模型各部分，分別模擬什么？

生：我覺得橡膠球可以收縮，用來模擬心臟；透明管模擬血管讓血液通過；紅墨水模擬血液。

師：你很會(huì)抓住這些模擬器材的特點(diǎn)，除了這個(gè)模型之外，我還為大家準(zhǔn)備了一塊底板（如圖2）。人體的血管還會(huì)經(jīng)過肺部和身體的其他器官，接下來我們就要運(yùn)用這些器材，模擬血液循環(huán)的過程。要求：緩慢按壓橡膠球，觀察血液流動(dòng)的方向，并用箭頭在底板上標(biāo)注；緩慢松手，再次觀察血液流動(dòng)的方向，并用箭頭標(biāo)注；每次只按壓一個(gè)橡膠球，組內(nèi)多次觀察后完整描述血液的過程。

（學(xué)生使用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。）

分析：教師通過引導(dǎo)學(xué)生先推測(cè)再驗(yàn)證的方式培養(yǎng)其實(shí)證意識(shí)。學(xué)生依據(jù)板書與前一活動(dòng)的閱讀資料，結(jié)合部分課外知識(shí)，在推測(cè)的過程中，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)血液循環(huán)系統(tǒng)的組成。學(xué)生通過觀察將模型與實(shí)物進(jìn)行聯(lián)系，在使用模型的過程中感受到模型與實(shí)物有著相似的結(jié)構(gòu)，是實(shí)物的簡(jiǎn)化。這為后續(xù)使用模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，更好地感受各部分在血液循環(huán)中起到的作用進(jìn)而完善模型做好鋪墊。

片段二：運(yùn)用模型，認(rèn)識(shí)系統(tǒng)

師：現(xiàn)在哪一組來說一說，在剛才的模擬實(shí)驗(yàn)中，觀察到什么現(xiàn)象？說明什么？

生：我們按壓心臟，發(fā)現(xiàn)血液從動(dòng)脈血管流出，流向身體其他器官。松開心臟，血液從靜脈血管流回心臟。

生：我們還觀察到按壓心臟，血液從動(dòng)脈流向肺，松開后從靜脈流回心臟。

師：你們觀察得都很仔細(xì)，我們通過血液循環(huán)模型，模擬了整個(gè)系統(tǒng)的工作過程，在血液循環(huán)中，心臟的作用是什么？

生：心臟可以把血液壓出去。

師：我們?cè)匍喿x一份資料，說一說完整的血液循環(huán)過程。

（學(xué)生閱讀資料。）

師：結(jié)合剛才的模擬實(shí)驗(yàn)和資料，心臟和血管在血液循環(huán)中起到了什么作用？

生：心臟收縮，血液通過動(dòng)脈送往全身各處，心臟舒張，血液通過靜脈流回心臟。

師：我們?cè)賮碛^察一下各組在記錄單上畫出的血液流動(dòng)的箭頭，有什么發(fā)現(xiàn)？

生：我發(fā)現(xiàn)血液是循環(huán)流動(dòng)的，在一個(gè)血管里流動(dòng)方向是不變的。

師：是的，血液循環(huán)是單向流動(dòng)的。

分析：學(xué)生通過使用血液循環(huán)模型，模擬血液循環(huán)過程。他們通過按壓與松開橡膠球，形象地模擬心臟的收縮與舒張，觀察紅墨水在橡膠管中的流動(dòng)。模型能清晰反映系統(tǒng)的特征，通過使用并觀察模型，關(guān)注系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用，直觀感受模型，有利于學(xué)生理解“系統(tǒng)與模型”這一跨學(xué)科概念。

片段三：閱讀資料，完善模型

師：我們?cè)賮碛^察一下記錄單上的血液循環(huán)過程，在循環(huán)過程中血液有沒有發(fā)生變化？理由是什么？

生：我認(rèn)為血液發(fā)生了變化，我觀察到有的血管是藍(lán)色的，有的血管是紅色的。

生：發(fā)生了變化，通過肺部和身體各部分后，血管的顏色不一樣了。

師：血液可能發(fā)生了什么變化？

師：上一節(jié)課我們知道了人在呼吸的過程中吸入含氧氣較多的空氣，這些氧氣在人體中是怎樣運(yùn)輸?shù)难剑?/p>

生：通過血液運(yùn)輸。

師：我這里有一些攜帶更多氧氣的血液和攜帶更多二氧化碳的血液的貼紙，大家小組討論，這些血液可能在哪些血管中流動(dòng)，將貼紙貼在對(duì)應(yīng)的位置上。

（學(xué)生貼上貼紙，完善模型，如圖3。）

師：比較各組的記錄單，血液循環(huán)過程中哪里的血液含氧更多？為什么？

生：動(dòng)脈血液中含氧更多，因?yàn)樾呐K流出的血液中氧氣更多，給身體其他器官使用后，血液中二氧化碳變多，流回心臟。

生：我有不同意見，我覺得肺靜脈中的血液氧氣更多，我們學(xué)過肺通過呼吸得到了氧氣。

師：大家都交流了自己的推測(cè)，我們?cè)賮黹喿x漫畫“血液循環(huán)”。循環(huán)過程中血液是否發(fā)生了變化？哪一組對(duì)照著你們組的任務(wù)單來說一說，含氧較多的血液從心臟出發(fā)，經(jīng)過了人體哪些部位？發(fā)生了怎樣的變化？

（學(xué)生依據(jù)任務(wù)單，完整描述血液循環(huán)過程中血液的變化，如圖4。）

師：在什么器官，含二氧化碳較多的血液重新變成含氧氣較多的血液？

生：肺，通過呼吸系統(tǒng)，含二氧化碳較多的血液重新變成含氧氣較多的血液。

分析：在本環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生帶著“血液是否發(fā)生變化”這一問題，觀察之前畫出血液流動(dòng)方向的任務(wù)單，發(fā)現(xiàn)血管繪制的顏色不同。這一特點(diǎn)與實(shí)際情形并不相同，引發(fā)學(xué)生思考不同顏色的血管是否有不同的含義，感受模型能稍做改變來突出系統(tǒng)中的特點(diǎn)。學(xué)生依據(jù)推測(cè)在任務(wù)單中貼上攜帶更多氧氣的卡通血液圖片和攜帶更多二氧化碳的卡通血液圖片，從使用模型走向了建構(gòu)模型。在完善血液循環(huán)示意圖模型的過程中，學(xué)生對(duì)示意圖模型的建構(gòu)有了初步感受。

三、教學(xué)反思

1.突破教學(xué)難點(diǎn)

本課在初步認(rèn)識(shí)血液循環(huán)系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生說出各實(shí)驗(yàn)材料分別模擬的部分，通過在有循環(huán)圖示的底板上建構(gòu)模型，模擬血液循環(huán)過程，用箭頭標(biāo)出循環(huán)路線，讓學(xué)生直觀感受血液循環(huán)的過程，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)心臟在循環(huán)中的作用與循環(huán)過程。學(xué)生帶著問題閱讀漫畫、觀察肺循環(huán)圖片及視頻，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)血液循環(huán)與氣體交換、運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)系，從而認(rèn)識(shí)血液循環(huán)系統(tǒng)。

2.結(jié)合學(xué)情，優(yōu)化學(xué)具

在原本的教材中，本課沒有模擬實(shí)驗(yàn)的過程，主要通過讓學(xué)生觀察圖片與閱讀資料達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。對(duì)于小學(xué)生來說，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)比單純的資料閱讀更有吸引力，也更方便理解?？紤]到在前一課《呼吸》學(xué)生已經(jīng)嘗試通過肺的模型觀察呼吸的過程，認(rèn)識(shí)了呼吸系統(tǒng)，本課嘗試引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型，能使他們更好地理解所學(xué)知識(shí)。

在模型的選擇使用上，網(wǎng)絡(luò)上能買到的血液循環(huán)模型，一方面在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)意外的情況較多；另一方面用針筒模擬心臟，學(xué)生對(duì)于收縮與舒張的理解不夠直觀。作為茶藝特色校，本校五年級(jí)學(xué)生對(duì)茶球（橡膠球）有使用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)按壓茶球模擬心臟的收縮與舒張更為形象，便于學(xué)生理解。本節(jié)課基于此設(shè)計(jì)了血液循環(huán)模型的學(xué)具。

3.步步深入，提升模型理解

本課在認(rèn)識(shí)血液循環(huán)系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，建構(gòu)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)物模型，幫助學(xué)生直觀感受心臟收縮與舒張?jiān)谘貉h(huán)中的作用。他們通過觀察實(shí)物模型，用箭頭標(biāo)出循環(huán)過程、在血管上貼上“攜帶更多氧氣的血液”或“攜帶更多二氧化碳的血液”的貼紙，在逐步完善示意圖模型的過程中，認(rèn)識(shí)血液循環(huán)系統(tǒng)的過程與作用。此外，閱讀資料中也包含了大量的示意圖模型。如“血液循環(huán)”漫畫，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)血液有輸送氧氣與二氧化碳的作用時(shí)，以簡(jiǎn)化的圖示展現(xiàn)呼吸系統(tǒng)中氣體交換與血液循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)系，便于他們理解血液循環(huán)的過程與作用。

4.利用任務(wù)單，完善示意圖模型

一張任務(wù)單，是觀察血液循環(huán)過程實(shí)物模型的底板，幫助學(xué)生理解、運(yùn)用實(shí)物模型，也是學(xué)生后續(xù)建構(gòu)完善示意圖模型的基礎(chǔ)。學(xué)生先運(yùn)用示意圖，解釋模型中每個(gè)部分的功能，再記錄實(shí)物模型模擬系統(tǒng)工作過程中的現(xiàn)象，之后通過推測(cè)、閱讀資料核檢推測(cè)，進(jìn)一步完善示意圖模型。從系統(tǒng)這一宏觀的角度去思考，學(xué)生發(fā)現(xiàn)示意圖模型還能幫助認(rèn)識(shí)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)。由此，學(xué)生將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)抽象、歸納，用簡(jiǎn)易的方式展現(xiàn)出來，也對(duì)建構(gòu)示意圖模型的過程有初步的經(jīng)歷。

5.評(píng)價(jià)助力模型分析

本課以認(rèn)識(shí)血液循環(huán)為載體，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用模型認(rèn)識(shí)系統(tǒng)能力。評(píng)價(jià)要求在活動(dòng)前提出，活動(dòng)要求與評(píng)價(jià)單的評(píng)價(jià)內(nèi)容相互對(duì)應(yīng)，以評(píng)價(jià)內(nèi)容幫助學(xué)生明確活動(dòng)中的重難點(diǎn)或注意點(diǎn)，也能幫助他們規(guī)避在使用模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的過程中可能產(chǎn)生的意外情況。量化的評(píng)價(jià)單能提升活動(dòng)效率，幫助學(xué)生明確活動(dòng)要達(dá)成的核心素養(yǎng)，也便于統(tǒng)計(jì)他們對(duì)于系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)情況。

（作者單位：上海市黃浦區(qū)回民小學(xué)）

參考文獻(xiàn)：

[1]胡衛(wèi)平，劉守印.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]高云峰.跨學(xué)科概念與跨學(xué)科實(shí)踐[M].北京：高等教育出版社，2023.