基于实验探究的“肺与外界的气体交换”概念教学探索

叶治平

(广东省广州市黄埔区玉泉学校 广州 510530)

《义务教育生物学课程标准(2011年版)》(以下简称“课程标准”)提出了50个重要概念，并指出“生物学概念是生物学课程内容的基本组成。生物学重要概念处于学科中心位置，包括了对生命基本现象、规律、理论等的理解和解释，对学生学习生物学及相关科学具有重要的支撑作用[1]。”笔者认为，围绕重要概念教学开展的实验探究活动不仅能激发学生的学科探究精神，培养学生的生物学学科核心素养，还能促进学生对重要概念的建构、理解和应用。本文以人教版七年级下册的“肺与外界的气体交换”为例，说明如何开展多种形式的实验探究活动促进重要概念教学。

1 概念分析与设计思路

“肺与外界的气体交换”一节属于课程标准第五大主题“生物圈中的人”，它提出教师应帮助学生形成“呼吸系统包括呼吸道和肺，其功能是从大气中摄取代谢所需要的氧气，排出代谢所产生的二氧化碳”这一重要概念。在具体的教学内容上，要求学生能概述发生在肺部及组织细胞处的气体交换过程，通过活动验证人体呼出的气体中含有较多的二氧化碳[2]。它属教材中难度较大的一个内容，倘若这节课以教师的讲授为主，势必教师讲得口干舌燥，学生听得乏味无趣。如“胸廓变化与呼吸的关系”需要运用气体压力与体积关系的物理学原理，而七年级学生尚未系统学习物理知识，教师若将气压讲得太具体生物课易变成了物理课，花费太多时间；若避开不讲又与科学事实不符合，不利于学生理解。教师该采用何种策略调动学生的学习能动性，积极参与课堂，主动建构重要概念呢？笔者把设计重点放在了利用实验激发学生参与课堂、主动突破重难点上，通过学生的自主探究获得体验、分组模拟突破难点、创设小实验深入理解、观看视频动画等多种手段不断丰富学生的体验，激发学生的最高参与度，逐步加强学生对气体进出肺原理的理解，促进重要概念的形成。具体教学内容及设计思路如表1。

2 概念教学探索过程

2.1 实验激趣，概念引入 简单复习呼吸道的组成及对空气的处理。教师呈现两支各装有5 mL澄清石灰水的试管，请一名学生用吸管吹气，将呼出的气体通入其中一支试管的澄清石灰水中，并观察实验现象。这个演示实验迅速激发了学生的学习兴趣。教师再呈现表2，让学生思考气体经过肺会发生怎样的变化，引出本节学习主题，明确学习目标。

2.2 亲身体验，概念初探 学生自主阅读教材，了解肺在人体的位置和主要功能。教师提问：“为什么气体能进出肺？引发学生的猜想，发散思维。开展第一个探究活动，让学生感受呼气与吸气时胸廓的变化。为了让学生更大胆的参与，教师可请学生都站起来，用语言和肢体动作加以引导。再播放课前录制的学生深吸气与呼气的视频，增强感受，同时活跃课堂气氛。学生通过亲身感受与观看学生示范视频，确定吸气时胸廓是扩张的，呼气时胸廓缩小。教师顺势提问： 胸阔的变化与什么有关？帮助学生初步接触概念，学生阅读教材思考答案。

2.3 手势讲解，概念搭建 肌肉的变化是抽象的，学生不易理解。教师应利用丰富的图片、视频多种手段讲解胸廓的变化与肋骨间肌肉、膈肌的收缩和舒张有关，帮助学生理解，同时呈现表3，将问题逐步分解，降低学习难度。

表1 教学内容及其设计思路

表2 吸入与呼出的气体成分对照

表3 膈肌运动与胸廓变化关系

此时学生似懂非懂，教师引入手势，以“上呼下吸”说明膈肌的运动状态与胸廓变化的关系。首先两手手指并拢，大拇指抵在胸腔最下端的肋骨，掌心相对，两中指指尖相触，此时的手型如同一座小山。它表示膈肌舒张，位置上升(图1)。接着大拇指位置不变，手指交叉，此时手掌与地面平行，掌心朝下。它表示膈肌收缩，位置下降(图2)。

利用动态视频、手势模拟增加学生对肌肉变化的感性认识，既帮助学生搭建理解概念的脚手架，将抽象知识化繁为简，又调动了课堂气氛。此时教师还可提供1～2道练习题，及时反馈所学，调整学习节奏。

2.4 模拟实验，概念理解 教师提问： 肌肉的收缩与舒张引起了胸廓变化，而胸廓的变化与呼吸有什么关系？是胸廓先扩大气体再进入肺，还是气体先进入肺才导致胸廓的扩大？此时学生开始大胆猜想。开展第二个探究活动，将教材的演示实验改为分组探究。学生四人一组观察用大号汽水瓶、Y型玻璃管和气球制作的模拟肺吸气与呼气的模型，积极动手摸索气球怎样胀大与缩小，并思考： ①模型各部分模拟的对应结构是什么？②气球什么情况下胀大或回缩？③气球破损漏气或罩口密封不严，结果会怎样？此时的学生不再是旁观者，而是通过分组实验，更主动地参与课堂和概念建构，在教师不断深入的提问中，将模型呈现的特点迁移到人体的呼吸系统中，自主归纳气体进出肺与膈肌、胸廓变化的关系(图3)，理解重要概念。

图1 手势表示膈肌舒张

图2 手势表示膈肌收缩

2.5 实验补充，概念完善 如果教师把气压与呼吸一并讲了，学生难以在短时间内接受这么多的知识点。因此教师在写板书时故意留白。让学生先大致明白吸气与呼气的大致过程。再开展第三个探究活动： 学生四人一组，每组发一个355 mL带盖子的空矿泉水瓶。首先拧紧瓶盖，请学生用力挤压，看能否将瓶子压扁，并感受手受到的力度大小。此时突然拧开瓶盖，聆听声音，同时再次感受手受到的力度大小。利用学生在该活动中的前后感受，教师可简要分析气体压力的存在，从而推测在一定温度下，气体体积减小，气压增大。再结合胸廓体积变化帮助学生梳理肺内气压的变化，深入理解气体进出肺的本质原因是由肺内气压的变化引起的。通过引导学生补充板书中的留白(图4)，突破本节难点，完善概念建构。

2.6 加深理解，概念应用 学生观看视频动画，利用反复播放的动画形象地表达呼吸时肌肉、胸廓及气压的变化。学生边看边归纳肺与外界气体交换的过程，增加课堂的趣味性。同时，教师引导学生运用所学的概念解释生活中的现象，如： 人游泳的时候水浸没胸口，会感到呼吸有些吃力；穿塑身衣、紧身衣保持苗条身材，会觉得呼吸困难，体质下降；沙堆里玩“沙子埋人”游戏可导致呼吸困难甚至窒息等。通过师生的共同分析，帮助学生理解应用概念，同时渗透健康生活的理念，激发学生社会责任感。

3 总结与思考

3.1 以丰富多样的实验形式，提高概念教学的有效性 在本节课中教师牢牢把握了教学主导地位，始终以学生为主体、以精心设计的实验开展概念教学。最初的澄清石灰水变浑浊的真实实验，激发学习兴趣；课中的大号汽水瓶模拟胸廓运动实验，再现呼吸过程；课末利用矿泉水瓶的拓展实验，击破理解概念的难点。这三个实验充分发挥了不同类型实验的作用，环环相扣，不断提升，让学生在有趣的实验现象中发现问题、思考问题，经历从现象到本质的过程，逐步建构重要概念，真正实现了让学生在探究中成长，在实验中培养理性思维，形成生命观念，提高了概念教学的有效性。

3.2 以小组合作学习降低学习难度，提高概念教学的高效性 在一节新授课里开展3次实验活动，学生还要阅读教材、展开思考、回答问题等，40分钟的课堂时间稍纵即逝。只有充分调动学生的参与积极性，活跃思维，才能跟上教师的授课节奏。为此，笔者组织学生多以4人小组的形式来开展学习活动，以亲身感受、实验探究、观看视频等多重手段激发学生的好奇心、动手能力和探索精神。组内合作，让学生在互相讨论中发表见解，降低本节课的学习难度；组间竞争，让学生大胆质疑、集思广益；生生互动，课堂充满了科学探究气息，提高了概念教学的高效性。

3.3 以知识迁移加深概念理解，提高概念教学的实效性 教师开展实验探究，引导学生将获得的生物学知识逐步建构重要概念，符合课程标准倡导的“在教学中实现主动探究学习与凸显重要概念传递的对接”。但本节内容是教师教学的“老大难”，也是学生学习的“糊涂点”。要帮助学生进一步理解、运用概念，教师还得将知识迁移到生活中去。

通过学生解释生活中的实例，帮助学生深刻理解概念，培养学生科学思维；通过感受快跑时深呼吸过程中腹部的变化，形成体育锻炼能增强呼吸肌力量的观点，培养热爱锻炼、健康生活的理念，提高概念教学的实效性。