摘要：
通过教具制作和模拟实验对“生物的呼吸和呼吸作用”第一课时进行设计，化复杂为简单，化抽象为形象，突破教学难点。
正文：
1 教材分析
“生物的呼吸和呼吸作用”是浙教版八年级下册科学教材第3章第5节的内容。本节课的重点是探究人体气体交换的过程以及呼级系统的组成。难点是呼吸时，肋间内、外肌、膈肌的运动情况及气体的扩散方向。此节内容有两大难题： ①内容相对比较抽象，特别是呼吸时的肋间肌和膈肌的运动情况，难以实验；②学生有部分错误的前概念，如认为呼出的气体就只有二氧化碳，没有氧气。笔者尝试通过教具的制作、传感器的利用来突破难题，提高教学的有效性。
2 教学目标
2.1 知识目标 了解人体呼吸系统的结构和气体交换过程及呼吸道和肺的组成和功能，理解呼吸运动的原理，了解人体内气体交换的动力和过程。
2.2 能力目标 通过对吸入和呼出气体的成分比较，培养读图、分析、归纳的能力；通过模型的分析来认识复杂事物的结构和运动规律。
2.3 情感态度与价值观目标 通过对呼气和吸气模型的建立，培养科学探究的兴趣以及建立模型的思想。
3 教学过程
3.1 通过活动 初步建立肺模型 教师出示一个绑着两个气球的三通管，提问： 你有几种方法能让这两个气球鼓起来，并说明原理。通过思考和交流得出两种方案： 往三通管里面吹气或在气球外面制造低压环境。原理都是利用内外气压差。教师追问： 你有什么办法让图1中的气球鼓起来？并分析其原理。通过分组活动，得出拉下面的橡皮膜就能让气球鼓起来，原理为： 一拉使里面的气压小于外界大气压。此时，教师引导学生从自己身上找与这个结构相似的器官，学生思考得出这就是简单的肺呼吸模型。接着让学生查找模型与肺的类比情况，学生思考得出： 气球类比肺，玻璃管类比气管和支气管，外面的瓶壁类比胸腔，下面的橡皮膜类比为膈肌。
图1 肺呼吸模型
设计意图： 通过自制教具和“气球鼓起来”的活动，培养学生设计方案和逆向思维能力，使他们对肺呼吸有深刻的认识，解构“鼻吸气”的错误前概念。体现了科学来源于生活又应用于生活的新课程理念。
3.2 应用模型 突破难点 肺模型建立后，让学生找模型与人体呼吸主要的不同点，通过讨论得出： 模型的瓶壁类比的胸腔不会动，而人体的胸腔会动。教师追问： 胸腔是怎么运动的？这样做的最终结果是什么？学生回答： 肋骨往上往外提，导致胸腔容积增大，气压减小，气体进入肺内；反之，气体排出。教师通过设问： 肋骨运动是由于肋间肌在起作用，肋间肌是怎么运动的呢？教师呈现一个自制教具，通过模拟肋骨和肋间肌的运动，使学生明白，肋骨向上向外移动是因为肋间内肌和外肌的共同作用的结果，再让学生通过观察模型运动，分析得出： 吸气时，膈肌收缩，肋间外肌收缩，肋间内肌舒张，肋骨向上向外移升，此时，胸腔容积增大，气压减小，人就吸气了；反之，人就呼气了。
设计意图： 通过找寻模型跟真实情况的区别及缺点，进一步加深并巩固肺吸气和呼气时内外气压的关系，培养学生的质疑精神和批判性思维。通过模型法突破教学难点，真正做到让学生知其然而知其所以然，同时培养了学生的创新思维。
3.3 利用实验和传感器 让结论显现 教师提问： 吸进去和呼出的气体各是什么？学生认为吸进去的是氧气或空气，呼出的是二氧化碳。接着让一学生利用排水法收集两瓶呼出的气体(其中一瓶放着待用)。继续收集一瓶空气，把两支长短大小相同的点燃的蜡烛同时放进两瓶气体中，让学生观察燃烧情况。通过观察得出： 两支蜡烛放进去时，都能燃烧，但放在空气中的燃烧时间更长。学生分析得出： 人呼出的气体除了有二氧化碳外还有少量氧气，但明显氧气比空气中的要少很多。教师此时拿出两支传感器(二氧化碳和氧气体积分数传感器)，先把它们放在空气中，测得氧气为21%，二氧化碳为0.03%，并通过同屏技术把这些数据及时投影。接着把这两支传感器放入刚才的另一瓶呼出气体的瓶中，数字发生了改变，具体为： 氧气为16%，二氧化碳为4%，教师引导学生阅读教材“吸入的空气和呼出的气体成分比较图”。
设计意图： 通过高见度实验，即蜡烛在空气中和在呼出气中的燃烧实验，形成强烈的对比，引发学生的认知冲突，纠正了学生的错误前概念，即呼出的气体为二氧化碳。又通过传感器的应用，化定性为定量，使得实验结论更可靠、更有说服力。
3.4 利用传感器 突破扩散难点 通过上面数据，引导学生思考： 数据前后发生变化的主要原因是什么？思考得出： 气体在交换。教师提问： 交换的方向是怎么样的？在学生茫然时，教师拿出插有二氧化碳和氧气体积分数传感器的两个塑料瓶。先让学生读出传感器上的数据： 第一瓶是纯氧，氧气为95%，二氧化碳为0；第二瓶为纯二氧化碳，氧气为0，二氧化碳为94%。接着把这两瓶气体瓶口对瓶口上下叠在一起，此时学生可以很清楚地看到两瓶气体中的氧气和二氧化碳的体积分数的变化情况。通过实验，学生得出： 气体扩散方向是从高浓度向低浓度进行。此时教师通过PPT展示肺泡结构图，让学生看图思考、分析并讨论，如果要高效地进行气体交换，这肺泡应该有什么特点与其功能相适应。学生讨论后通过修正得出： 肺泡壁要薄、肺泡要多且具有弹性，它周围有很多的毛细血管等特点。最后教师在黑板上画一个肺泡和它周围的一根毛细血管，让学生根据所学知识回答： ①氧气和二氧化碳的交换方向；②经过交换后，肺泡中的气体成分的变化及毛细血管中的气体成分变化情况。
设计意图： 借助传感器，通过二氧化碳和氧气体积分数的变化，化抽象为形象，有效突破扩散方向的难点。通过看图、思考分析，培养学生读图能力，并渗透结构与功能相适应的生物学观念。
3.5 自主学习 整合提升 教师提问： 呼吸系统除了肺这个主要器官外，还需要哪些结构，它们的功能又是怎么样的？它们的结构与功能相适应又是怎么体现的？引导学生自主学习，学生通过自主学习得出： 呼吸系统是由呼吸道和肺组成，其中呼吸道又是由鼻、咽、喉、气管和支气管组成。各部分的结构和功能相适应的例子，如： 鼻中有鼻毛，可以阻挡灰尘和细菌等。
设计意图： 通过自学让学生了解呼吸系统各器官的名称以及功能，符合新课程以生为本的课堂理念，在自主学习过程中，又进一步加深了结构与功能相适应的生物学观念。
4 教学反思
在本节课的教学设计中，通过一个低成本实验模型的制作和让气球鼓起来的活动，使学生明白肺吸气的原理是肺内外气压差而不是因为鼻吸气产生的。在自制教具的活动过程中渗透类比思想，即气球类比肺等，并通过让学生找寻模型跟呼吸真实情况的区别及缺点，使学生深入理解肺吸气和呼气与内外气压的关系，同时培养学生的质疑精神和批判性思维。通过肋骨和肋间外肌和内肌运动模型装置，有效突破人体呼吸时肋骨的运动及肋间肌的收缩与舒张的难点。通过蜡烛在空气中和在呼出气中的燃烧实验，纠正学生认为的“呼出的气体为二氧化碳”的错误前概念，又借助传感器来显示“二氧化碳和氧气体积分数的变化”，使学生明白扩散的方向是从高浓度向低浓度进行，有效突破扩散方向的难点。
(基金项目：浙江省教学研究课题“高见度微创实验的开发和教学研究”，No.06329)
