“肺与外界的气体交换” 模型教学设计

“肺与外界的气体交换” 模型教学设计

一、教材内容

人教版《生物学》七年级下册第三章第二节《发生在肺内的气体交换》二、教学目标

（一）知识目标

1.形成正确概念“胸廓扩大导致吸气”。

2.概述肺与外界气体交换的原理。

（二）能力目标

制作膈肌运动模型培养实验探究能力。

（三）情感态度与价值观目标

树立保护肺的意识，增强体育锻炼，强化生命观念。

三、教学重难点

（一）重点

肺与外界气体交换的原理。

（二）难点

肺与外界气体交换的过程。

四、模型制作背景

学生进行深呼吸活动：手放在胸腔两侧的肋骨上，深深地吸气，会明显感觉到肋骨在向上向外运动，胸廓向外扩张；继续深深地呼气，又会明显感觉到肋骨在向下向内运动，胸廓向内收缩。从而让学生直观感受到呼吸时胸廓的变化。学生做“测量胸围差”的分组实验，也能体会到吸气时胸廓扩大，呼气时胸廓缩小。但由于初中学生空间思维能力有限，很难理解为什么肋骨向上运动，胸廓就变大，肋骨向下运动，胸廓就变小呢？此过程涉及到气压、容积等物理学问题，七年级学生尚未接触，他们不能很好地理解这一变化过程，因此学习过程中对知识的理解较困难。本节课主要采取设计模型和实验的方法，帮助学生变抽象为具体，先获得感性的认识再进行知识的梳理。并适时联系前后知识，形成肺与外界气体交换的连续过程。

五、模型构建教学过程

1.体验肺扩张和收缩时气体的流动

首先认识肺的主要结构和功能，以及肺和胸廓、膈的位置关系。

用洗耳球模拟肺，学生挤压和松开洗耳球，感受到在挤压时气体流出，松开时气体流入。

结论：肺收缩时呼气，肺扩张时吸气。

过渡：为什么肺的扩张和收缩会使气体进出肺呢？

2.探究肺扩张和收缩时肺内压力的变化

设计意图：利用去掉针头的注射器进行实物模拟肺内气压的变化，让学生体验气体压力与体积的关系。

教师提问环节：手拿一只注射器，缓缓的向外拔出活塞直到刻度线的一半多些，此时活塞不会发生运动的现象，这是什么原因？有学生作答是由于活塞两边气体压力一样大，所以活塞不会运动。教师用大拇指堵住注射器孔，学生用力向内推活塞，感受到越往里面推所需要的力量越大，然后松手可以观察到活塞会往外移动。

学生根据现象都能作出判断：注射器里面的空气受到活塞的挤压体积变小，压力会变大，压缩的越厉害其压力就会变得更大。松开手时由于内部气体压力比外界气体压力大，气体会由压力高的地方流向压力低的地方，所以推动活塞向外移动。

教师再次提出问题：注射器里的活塞在向外运动时仅仅回到了原来的初始位置，并没有多向外移动，这又是为什么？

学生回答：活塞往外移动使得注射器内的体积增大，体积增大气体压力变小，在活塞回到初始的位置时，此时活塞两侧的气体压力相当，活塞不再进行任何运动。

结论：气体一般会从压力高的地方流向压力低的地方。气体进出肺的运动也是由肺内压力的变化引起的。肺扩张时肺内压力降低，此时吸气；肺收缩时肺内压力变大，此时呼气。

过渡：肺位于胸廓和膈围成的胸腔里，肺扩张和收缩时胸廓有无变化吗？

3.探究呼吸时胸廓横向的变化

设计意图：本实验不要求精确计算胸围差，意在通过胸围变化认识呼吸时胸廓变化。

步骤：指导学生用软尺水平测量胸围，被测者吸气和呼气，观察胸围如何变化？

现象：吸气时，胸围变大；呼气时，胸围变小；

结论：吸气时胸廓变大，呼气时胸廓变小。

过渡：胸廓的大小变化是怎样产生的呢？这主要和肋骨间肌肉的运动有关。

4.探究肋骨间的肌肉收缩和舒张与胸廓变化的关系

步骤：小组讨论设计一个模拟肋间肌运动的胸廓模型，用橡皮筋的长短变化模拟肌肉的收缩和舒张。

模拟前学生认为肌肉的收缩只有缩短收缩，而没有拉长收缩。明确的告知学生肌肉的运动产生呼吸运动，橡皮筋在放松的阶段即是肌肉的舒张过程，橡皮筋的拉伸过程则是肌肉的收缩阶段。

现场提问环节：肌肉在进行收缩和舒张的过程中是怎样拉动肋骨运动而让胸廓扩大和缩小呢？指导学生利用橡皮筋进行模拟演示。

结论：肋间肌收缩时，肋骨向上向外运动，胸廓横向扩大；

肋间肌舒张时，肋骨向下向内运动，胸廓横向缩小；

总结实验3和实验4可知：肋间肌收缩，胸廓扩大，表现为吸气；

肋间肌舒张，胸廓缩小，表现为呼气。

过渡：这是胸廓横向的变化，呼吸时胸廓容积纵向也有变化，这主要和膈的运动有关。

5.探究膈肌收缩和舒张与胸廓变化的关系

师生通过模型构建来模拟膈肌运动和胸廓容积的变化，以及由此引起肺的扩张和收缩。

膈肌运动模型制作过程：在课前准备需要用到的模型材料按照老师的要求开始模型的制作：首先把准备好的塑料瓶用剪刀剪掉底部，在瓶盖上开孔，孔径与吸管管径相当，把一端套有气球的吸管从塑料瓶底部穿过瓶盖小孔，气球在瓶身中，管口朝上并用热熔胶粘好瓶盖，严禁漏气；然后选择一个大号的气球，将其剪成片状用于封堵塑料瓶底，并用胶带缠好，保障结实不漏气。

这样一个简易的模型完成后，让学生按照操作的说明进行模拟和展示（图2-6）。首先介绍模型的构成要素以及其代表的具体器官或组织，其中的橡皮膜代

表的是膈肌，塑料瓶代表的是胸腔，塑料瓶里的小气球代表肺，吸管代表人体的气管。让学生把模型的代表器官表述出来的过程正是复习胸腔内部结构的过程。其次进行模型的操作：用手向下紧拉橡皮膜，注意此时瓶身内小气球的变化，此时气球会充气膨胀，相当于人体进行吸气操作；把橡皮膜恢复到初始状态气球也跟着恢复，此时代表着呼气操作。此时老师可以试着让学生去口述模型在模拟人体肺部功能的操作过程中的整体流程以相关变化，加深其对模型的印象。

图2-6膈肌运动模型展示

采用小组互评的方式，对各小组的模型进行评价和肯定，进一步提高学生的学习热情。

图2-7膈肌运动模型评价

最后，通过膈肌运动装置认识：是由于胸廓的扩大导致了吸气。

综合以上探究活动，学生能够描述并理解肺与外界的气体交换过程为：

肋间肌和膈肌收缩→胸廓扩大→肺容积增大→肺内压力降低→吸气

肋间肌和膈肌舒张→胸廓缩小→肺容积减小→肺内压力增高→呼气

6.构建模型改进及完善

小组成员发现制作的模型只能展示膈肌的运动，而胸廓无法变化，在演示时