在引导学生制作教具中培育学生素养——以“人体内的气体交换”教具的制作为例

广东省中山市东升镇东升初级中学(528414) 王彩娟

人体内的气体交换包括肺泡与血液之间的气体交换和组织细胞与血液之间的气体交换，这些都是客观的、抽象的、有形的动态生理过程，但学生看不见，摸不着，感觉抽象难懂。同时在学习“人体内的气体交换”知识时，学生还会遇到以下几个主要问题：

(1)不理解气体扩散原理。

(2)气体交换的原理基本上依靠理论推理分析，进而找出气体的扩散方向，学生感到枯燥，无法体验学习的乐趣。

(3)从教材插图上看不出气体交换过程中血液颜色的动态变化过程，容易混淆动脉血和静脉血。

(4)从教材插图上难以看出肺泡与血液的气体交换和组织细胞与血液的气体交换的时间关系，是先后进行、交替进行还是同时进行。

这些问题给学生学生带来了困难，为了破解学生学习障碍，给学生的学习搭建脚手架，根据肺泡、组织细胞、血管等结构都是有形状的这一特点，利用动脉血、静脉血因含氧量不同显示颜色不同的原理，带领学生制作了肺泡与血液之间气体交换、组织细胞与血液气体交换、人体内气体交换3个教具，将他们用于教学实践活动中，取得了良好的教学效果。现将教具制作和演示过程介绍如下。

1 师生准备

(1)引导学生观察肺泡、组织细胞及毛细血管结构模型，了解它们的结构特征，为学生制作教具提供科学依据和参照。

(2)引导学生查阅、搜集、整理资料，理解气体交换原理及过程，为制作教具提供理论基础和方向。

(3)学生间相互交流，设计教具原理、造型，充分发挥学生的聪明才智和想象力。

(4)教师协助学生搜集合适的制作材料。

2 制作材料

木板3块、硬纸板5块、图钉1盒、36色马克笔、A3打印纸、双面贴、剪刀、圆规、尺子、调色板、锤子、砂纸、打孔机。

3 制作步骤

(1)制作基座：用木板制作3个长40 cm、宽30 cm的基座，并用砂纸将基座边缘打磨光滑。

(2)涂色纸：取3张A3打印纸，用马克笔分别在每张纸上一半涂上鲜红色(动脉血)，另一半涂上深蓝色(静脉血)，然后用双面胶分别固定到3个基座上。

(3)制作齿轮：取硬纸板，用圆规在其上做好标记，后用剪刀裁剪成圆形纸板，外部成锯齿状，内侧用打孔机打孔。

(4)构图上色：取3张A3纸，一张勾画肺泡和毛细血管(管道镂空处理)、一张勾画组织细胞与毛细血管(管道镂空处理)、最后一张勾画血液循环图(毛细血管管道镂空处理)，然后用马克笔涂色，如图1～3所示。

(5)组装：按照从下至上顺序依次是：基座、涂色纸、齿轮、构图上色的打印纸，磨合好齿轮，后用图钉固定，然后用双面胶粘帖固定，如图4所示。

4 教具演示

4.1 演示肺泡与血液之间气体交换

利用“肺泡与血液之间气体交换”的教具，如图5所示，模拟演示肺泡处的气体交换。教具中，中间膨大的结构模拟的是肺泡，肺泡外的这条血管模拟的是毛细血管，齿轮的转动模拟的是血液流动。

通过呼吸运动，外界氧气进入肺泡，如何到达肺泡外血液中。逆时针转动齿轮，在模拟肺泡处血液流动的过程中，肺泡处毛细血管中的血液由含氧少的暗红色的静脉血变成了含氧多的鲜红色的动脉血。由此推断，当血液流经肺泡周围毛细血管时，肺泡中的氧气透过肺泡壁和毛细血管壁扩散进入血液，而血液中的二氧化碳穿过毛细血管壁和肺泡壁，扩散进入肺泡。经过肺泡与血液之间的气体交换，血液中氧气含量增多，二氧化碳含量减少。这就是肺泡与血液之间的气体交换。

4.2 演示组织细胞与血液气体交换

利用“组织细胞与血液气体交换”的教具，如图6所示，模拟演示组织细胞与毛细血管之间的气体交换，教具中一个一个圆形的结构模拟的是组织细胞，组织细胞外的这条血管模拟的是毛细血管，齿轮的转动模拟血液流动。

经过肺泡处气体交换，肺泡中的氧气扩散到血液，然后随着血液进行流动，到达组织细胞处的毛细血管，又是如何到达组织细胞。逆时针转动齿轮，在模拟组织细胞处血液流动过程中，组织细胞处毛细血管中的血液由含氧多的鲜红色的动脉血变成了含氧少的暗红色的静脉血。这是因为当血液流经组织细胞周围的毛细血管时，血液中的氧气扩散进入到了组织细胞，组织细胞中的二氧化碳扩散进入到了血液，所以交换后组织细胞周围的血液中氧气含量减少，二氧化碳增多。这就是组织细胞与血液之间的气体交换过程。

4.3 演示人体内气体交换

利用“人体内气体交换”的教具，如图7所示，模拟演示肺泡与血液的气体交换和组织细胞与血液的气体交换的时间关系，逆时针转动上面的齿轮发现：肺泡处毛细血管中的血液由含氧少的暗红色的静脉血变成了含氧多的鲜红色的动脉血，在肺泡处毛细血管中血液颜色变化的同时组织细胞处毛细血管中的血液由含氧多的鲜红色的动脉血变成了含氧少的暗红色的静脉血。通过“人体内的气体交换”教具的模拟演示，学生直观理解了在肺泡与血液气体交换的同时，组织细胞也在与血液进行气体交换，由此得出人体内的气体交换是同时、时时刻刻在进行的结论。

5 教学效果

5.1 化解难点

这3个教具操作方便、效果逼真，弥补了学生形象思维的欠缺，便于学生直观地感知肺泡结构、毛细血管结构、组织细胞结构以及人体内气体交换过程中毛细血管中血液颜色的变化，使得肺泡与血液的气体交换和组织细胞与血液的气体交换过程变得形象、具体、有趣、生动。为学生学习抽象的知识搭建了脚手架，降低了学生的学习难度，能够较好帮助学生跨越学习障碍，有利于学生全面系统地理解人体内的气体交换过程以及交换原理，较好地提高了教学效率。

5.2 提升素养

教具的演示可以让学生掌握知识。知识是培育学生素养的基础。只有透彻理解知识，学生才能习得方法，领悟思想，综合素养才能得到提升。且在制作教具的过程中，鼓励学生积极主动地学习、思考，广泛查阅相关资料，全面系统地理解掌握人体内气体交换原理及过程，既巩固了学生所学课本知识，又从中学会了科学探究的基本方法，极大地提高了学生的自主学习、自主探究能力。

5.3 激发兴趣

对于初中的孩子而言有强烈的学习兴趣非常重要。整个教具制作过程中完全由学生思考、分析、讨论、设计、绘图、制作，这要求学生必须独立思考，勇敢进行科学探索，极大地激发了学生的好奇心和浓厚兴趣，充分体现了学生的主体作用，培养了学生的创新意识和形象思维能力。而且利用学生熟悉的材料制作教具，利用学生自己制作的教具来演示实验，学生会觉得亲切，会觉得生物课堂与自己的生活息息相关，拉近了学生和生物科学之间的距离，学生更愿意学习生物。

5.4 培育品格

在教具制作和演示过程中，当学生遇到困难时，如何和同伴协商解决方案，如何在一次次失败后找到新的办法。学生的这些经历，不仅独立解决问题的能力得到了增强，而且将坚毅的品格、团结协作的精神深植心中，这种由体验中获得的成长过程将影响学生的未来发展。