初中生物学七年级下册《人体细胞获得氧气的过程》教学设计

初中生物学七年级下册《人体细胞获得氧气的过程》教学设计一、教学内容分析  本节课隶属于北师大版初中生物学“生物圈中的人”主题单元，是理解人体新陈代谢与能量供应的核心枢纽。从《义务教育生物学课程标准（2022年版）》审视，其内容精准对应“人体通过呼吸系统与外界环境进行气体交换”这一重要概念，要求学生能够“描述人体呼吸系统的组成和功能”、“阐明发生在肺部及组织细胞处的气体交换过程”，并最终理解“呼吸作用为细胞生命活动提供能量”的本质。知识技能图谱上，它上承消化系统的营养物质吸收，下启循环系统的物质运输，构成了“物质与能量”观的完整逻辑链。过程方法层面，本节课是培养学生建模思维与系统分析能力的绝佳载体，学生将通过构建呼吸运动模型、分析气体扩散路径等活动，体验从宏观现象推理微观机制的科学探究过程。素养价值渗透方面，知识载体背后蕴含着深刻的“结构与功能相适应”、“局部与整体相统一”的生命观念，通过对“肺泡适于气体交换的结构特点”等内容的剖析，引导学生感悟生命精巧之美，并通过讨论呼吸系统卫生保健，自然生发珍爱生命、健康生活的社会责任意识。  学情诊断显示，七年级学生已具备人体外部形态、部分器官的初步认知，并能从生活经验中感知“呼吸”的存在，但普遍存在以下认知节点：一是将“呼吸”等同于“喘气”，难以区分呼吸运动与呼吸作用；二是对“气体交换”的理解停留在表面，不清楚其动力与场所；三是尚未建立“细胞”需要持续消耗氧气的微观生命观。教学需以此为基点搭建脚手架。对策上，将通过“屏息挑战”激活前概念，引发认知冲突；利用动态示意图与物理模型，将抽象的“气压变化”、“扩散作用”可视化、具体化；设计层层递进的问题链，引导学生自主建构“外界空气→呼吸道→肺泡→血液→组织细胞”的氧气旅程图。课堂中，将借助观察、提问、模型展示、随堂练习等形成性评价，动态监测学生对“气体交换原理”及“全过程系统性”的理解程度，并对理解滞后的学生提供“分步动画解析”或“同伴互助讲解”等支持。二、教学目标  知识目标：学生能够系统阐述人体细胞获得氧气的全过程，准确指认呼吸系统各器官并说明其功能；能利用“气压差”原理解释吸气和呼气时胸廓与膈肌的变化；能具体说明肺泡适于气体交换的结构特点，并概述肺泡与血液、血液与组织细胞之间气体交换的原理与结果。  能力目标：学生能够通过小组合作，利用简易材料制作并演示呼吸运动模型，提升动手操作与模型建构能力；能够通过分析“吸入气、呼出气成分表”等资料，进行基于证据的推理，归纳气体交换的规律，发展科学探究与信息处理能力。  情感态度与价值观目标：学生在探究肺泡结构特点的活动中，能由衷赞叹生命结构的精巧与高效，形成“结构与功能相适应”的生物学观点；在讨论吸烟、雾霾对呼吸系统影响的环节中，能理性分析危害，主动认同并承诺践行健康的生活方式。  科学（学科）思维目标：本节课重点发展学生的系统思维与模型思维。学生需将分散的器官（鼻、咽、气管、肺等）整合为协同工作的“呼吸系统”，并进一步将其与循环系统关联，构建“人体是一个统一整体”的认知模型。在解释呼吸运动时，需运用物理学的气压概念进行跨学科推理。  评价与元认知目标：学生能够在模型制作与展示后，依据教师提供的“科学性”、“直观性”等评价量规进行小组自评与互评；能在课堂小结时，回顾学习路径，用流程图或概念图自主梳理“氧气之旅”的关键环节，反思自己是如何从现象深入到本质的。三、教学重点与难点  教学重点：人体细胞获得氧气的全过程，特别是肺泡与血液之间进行气体交换的原理。确立依据在于，该过程是课标规定的核心概念，是理解呼吸作用与能量代谢的逻辑基础，亦是中考中考查“人体的新陈代谢”时的高频与核心考点。掌握此系统性过程，方能真正构建“生命系统各层次间的物质与能量交换”这一大概念。  教学难点：一是从物理学的“气压差”角度理解呼吸运动的动力机制；二是理解肺泡与血液间气体交换的原理（扩散作用）及其与结构特点的适配关系。难点成因在于，七年级学生的抽象逻辑思维仍在发展中，将看不见的“气压”与可视的“胸廓变化”相联系存在跨度；同时，“扩散作用”较为抽象，且需要将肺泡的微观结构（面积大、壁薄、毛细血管丰富）与其高效功能建立深刻联系。突破方向在于：利用注射器、气球等自制教具模拟气压变化，化抽象为具体；通过对比实验或高清影像，直观呈现肺泡的微观结构，强化“形态服务于功能”的生物学观念。四、教学准备清单  1.教师准备  1.1媒体与教具：多媒体课件（含呼吸系统解剖图、呼吸运动动态模拟、肺泡微观结构图、气体交换动画）；呼吸运动演示模型（肋骨骨架与膈肌模型）；注射器、小气球（用于气压实验）。  1.2学习资料：分层学习任务单（含基础导学与挑战性问题）；《“人体的气体交换工程师”模型制作评价表》；当堂巩固分层练习题卡。  2.学生准备  2.1预习任务：阅读教材，尝试画出氧气从鼻腔进入，最终到达脚趾细胞的想象路径图。  2.2物品携带：每人准备一个透明塑料袋（用于体验呼出气体成分）。  3.环境布置  3.1座位安排：四人小组围坐，便于合作探究与讨论。  3.2板书记划：预留中央区域用于绘制“氧气之旅”概念图。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与体验：“同学们，请听我口令：深吸一口气，然后屏住呼吸，我们看看谁能坚持得更久一些……好，停！刚才屏息的时候，大家身体有什么感觉？是不是特别渴望下一口空气？”（学生分享头晕、胸闷等感受）。“这小小的体验告诉我们，氧气对我们每分每秒都至关重要。那么，我们吸入的这口氧气，究竟是如何穿越重重‘关卡’，最终送达你身体里每一个‘嗷嗷待哺’的细胞的呢？今天，我们就来当一回侦探，揭秘这场精彩绝伦的‘氧气之旅’。”  1.1问题提出与路径明晰：核心驱动问题：“氧气从外界空气到被人体细胞利用，经历了怎样的旅程？”我们将沿着“旅行路线图”展开探索：首先，认识氧气进入的“通道”——呼吸系统；接着，探究推动气体进出的“动力泵”如何工作；然后，深入核心“交换站”，看看氧气如何“换乘”进入血液；最后，追踪氧气如何通过“运输系统”送达全身细胞并被“消费”。唤醒旧知：“大家已经知道血液能运输物质，那它如何与空气‘交接货物’呢？让我们一探究竟。”第二、新授环节  任务一：绘制“氧气通道图”——认识呼吸系统  教师活动：展示呼吸系统整体结构图，不直接标注名称。“大家对照这幅图，用手指一指，你吸入的空气依次经过了身体的哪些部位？同桌之间可以互相说一说。”倾听学生讨论，捕捉“气管”、“肺”等正确说法，也注意是否有“胃”、“心脏”等错误关联。随后，以“空气的旅行团”为比喻进行精讲：“‘旅行团’从鼻腔或口腔这个‘入口’进入，经过咽（高速公路枢纽）、喉（带声带门禁）、气管（主干道）、支气管（分岔路），最终到达数以亿计的肺泡——这些像葡萄串一样的‘终极客房’。大家有没有注意到，气管壁上有C形的软骨环，它有什么作用呢？（提示：摸一摸自己的鼻子，感受软骨的支撑）”  学生活动：观察图片，结合自身感受，与同伴交流空气经过的路径。尝试说出已知的器官名称。在教师引导下，理解气道中骨与软骨的支撑作用，以及黏膜、纤毛的清洁、加温、湿润空气功能。在任务单的示意图上标出各器官名称及功能关键词。  即时评价标准：1.能否按顺序说出呼吸系统的主要器官。2.能否举例说明呼吸道某一结构（如鼻毛、黏液）对空气的处理作用。3.在小组交流中，能否倾听并补充同伴的发言。  形成知识、思维、方法清单：★呼吸系统的组成：依序为鼻腔/口腔→咽→喉→气管→支气管→肺（肺泡）。▲呼吸道功能：不仅是气体通道，还能对吸入的空气进行处理（清洁、湿润、温暖），这是“结构与功能相适应”的体现。★肺泡是肺的结构和功能基本单位，是气体交换的主要场所。  任务二：探究“动力泵”之谜——理解呼吸运动  教师活动：“通道有了，但气体不会自己跑进去。是什么力量推动气体进出呢？请大家双手放在肋骨两侧，深吸一口气，再慢慢呼出，仔细感受胸廓的变化。”引导学生描述“吸气时胸廓扩大、呼气时缩小”。接着抛出核心问题：“胸廓为什么会扩大和缩小？它的变化如何引起气体进出？”演示自制肋骨膈肌模型：拉动膈顶（橡皮膜）向下，模拟膈肌收缩，观察“胸腔”容积增大，“肺”（气球）扩张吸气；反之则呼气。“这个模型为什么能模拟膈肌运动？它和真实情况相比，简化了什么？又突出了什么？”引导学生总结关键：肌缩容增气压降，气体入肺曰吸气；肌舒张容积减，气压升高气体出。  学生活动：进行体验活动，描述胸廓变化。观察教师演示模型，理解膈肌运动与胸腔容积、气压变化的关系。小组合作，尝试利用注射器（代表胸腔）和活塞（代表膈肌）操作，直观感受“容积变化导致气压变化，气压差驱动气体流动”的物理原理。讨论模型的优点与局限。  即时评价标准：1.能否准确描述吸气与呼气时，胸廓、膈肌的状态变化。2.能否用“容积气压气流”的逻辑链条解释呼吸运动的原理。3.在操作模型中，动作是否规范，观察是否细致。  形成知识、思维、方法清单：★呼吸运动的本质：是呼吸肌（肋间肌、膈肌）收缩和舒张引起胸廓有节律地扩大和缩小。★呼吸运动的原理：核心是气压差。肌缩→胸廓容积↑→肺内气压↓（<外界大气压）→外界气体入肺（吸气）；反之则呼气。这是跨学科（物理学）原理在生物学中的应用。▲模型方法：通过简化、类比来揭示复杂系统的核心机制，是重要的科学思维工具。  任务三：洞察“高效交换站”——分析肺泡处的气体交换  教师活动：“氧气终于抵达了肺泡这个‘核心交换站’。它如何进入血液呢？这里发生的是‘强行装卸’还是‘自由扩散’？”展示肺泡与包围它的毛细血管网的高清图像或立体动画。“请大家从这幅图上找找，肺泡的结构有哪些特点让它特别适合进行气体交换？数数看，你能找到几个优点？”引导学生从“面积”、“壁的厚度”、“血流情况”等方面总结。然后，呈现数据：“这是吸入气和呼出气中氧气、二氧化碳含量的对比表。你发现了什么规律？这个规律说明了什么？”引导学生得出气体扩散的方向：从浓度高向浓度低扩散。  学生活动：仔细观察肺泡与毛细血管的微观结构图，小组竞赛式地寻找其结构特点，并尝试解释每个特点如何利于气体交换（如：壁薄→扩散距离短；面积大→交换效率高）。分析数据表格，推导出肺泡内氧气浓度高，向血液扩散；血液中二氧化碳浓度高，向肺泡扩散。  即时评价标准：1.能否至少说出肺泡适于气体交换的两个结构特点。2.能否根据数据，正确判断肺泡与血液之间氧气和二氧化碳的扩散方向。3.能否将结构特点与功能高效建立起逻辑联系。  形成知识、思维、方法清单：★肺泡适于气体交换的结构特点：①数量多、总面积大（约100㎡）；②肺泡壁极薄，仅一层上皮细胞；③外包丰富的毛细血管网，管壁也很薄；④肺泡外有弹性纤维。这四点完美体现了“结构与功能相适应”的生命观念。★肺泡处气体交换的原理：气体扩散作用。氧气从浓度高的肺泡扩散到浓度低的血液；二氧化碳则相反。交换结果：静脉血转变为动脉血。  任务四：追踪“氧气配送”与“细胞消费”——体悟全过程  教师活动：“进入血液的氧气，怎么运走呢？”链接循环系统知识，“对，就像搭上了‘红细胞’这辆专车，由‘心脏泵’驱动，通过血液循环运往全身。”动画展示氧气随血液流动到达组织细胞处的毛细血管。“到了‘目的地’，氧气如何‘下车’进入细胞？细胞要氧气做什么用呢？”引导学生对比组织细胞处氧气和二氧化碳的浓度，推理出交换方向与肺泡处相反。进而点明本质：“细胞内的‘线粒体工厂’通过呼吸作用，消耗氧气，分解有机物，释放能量，同时产生二氧化碳和水。所以，呼吸作用的实质是为细胞生命活动提供能量。”  学生活动：跟随动画，描述氧气的运输路径。类比肺泡处的交换，推理组织细胞处气体交换的方向与结果（氧气由血液进入细胞，二氧化碳由细胞进入血液；动脉血变为静脉血）。在教师引导下，将呼吸全过程（外呼吸、气体运输、内呼吸）与呼吸作用（细胞代谢）的概念进行区分与关联。  即时评价标准：1.能否清晰说出氧气在血液中的运输载体和动力。2.能否比较肺泡与组织细胞两处气体交换的异同。3.能否区分“呼吸运动”、“呼吸”、“呼吸作用”三个易混淆概念。  形成知识、思维、方法清单：★气体在血液中的运输：氧气主要与红细胞中的血红蛋白结合运输；二氧化碳主要以血浆中碳酸氢盐形式运输。★组织细胞处的气体交换：原理同样是扩散。氧气从浓度高的血液进入浓度低的组织细胞；二氧化碳从浓度高的组织细胞进入血液。交换结果：动脉血变为静脉血。★呼吸全过程的实质：是细胞进行呼吸作用（在线粒体中，有机物+氧气→二氧化碳+水+能量）的前提和保障。这揭示了“细胞是生命活动基本单位”这一核心观念。  任务五：整合与建模——描绘“氧气之旅”全图  教师活动：“现在，我们已经侦破了‘氧气之旅’的所有关键环节。请大家以小组为单位，担任‘人体气体交换工程师’，合作绘制一幅完整的氧气从外界到达细胞，二氧化碳反向排出的路线图或示意图。可以创意设计，但必须包含我们探究过的所有核心环节和原理关键词。”巡回指导，提示关注各环节的连贯性与动力来源。  学生活动：小组合作，整合本节课所学，通过绘图、制作简易流程图或思维导图等方式，构建“人体细胞获得氧气的过程”概念模型。准备派代表进行1分钟展示解说。  即时评价标准：1.模型是否包含了呼吸系统、呼吸运动、肺泡交换、气体运输、组织交换、细胞利用等核心环节。2.模型是否体现了气体扩散的方向和血液性质的变化。3.小组分工是否明确，合作是否高效。  形成知识、思维、方法清单：★人体细胞获得氧气的全过程（系统整合）：外界空气→呼吸道→肺泡（气体交换：O2入血，CO2出）→肺静脉→左心→动脉→全身毛细血管→组织细胞（气体交换：O2入细胞，CO2入血）→细胞利用O2进行呼吸作用。二氧化碳排出途径相反。▲系统思维：将分散的器官、过程整合为协同工作的统一整体，是理解复杂生命系统的关键。第三、当堂巩固训练  1.基础层（全体必做）：请将下列“氧气之旅”的环节按正确顺序排列：A.氧气在肺泡处进入血液B.氧气被组织细胞利用C.氧气通过呼吸道进入肺泡D.氧气随血液循环运输至全身组织。并简述呼吸运动吸气的原理。  2.综合层（多数学生挑战）：分析情境：一位登山运动员在高原训练，空气中氧气含量较低。在此环境下，其肺泡与血液之间、血液与组织细胞之间的氧气扩散速率会发生什么变化？为什么？这对他的呼吸系统和循环系统可能提出什么适应性要求？  3.挑战层（学有余力选做）：设计一个简易实验方案（写出主要思路即可），证明人体呼出的气体中含有较多的二氧化碳（提示：可利用澄清石灰水）。  反馈机制：基础层答案通过全班齐答或互对方式快速核对。综合层选取23个有代表性的答案进行投影展示，由学生互评，教师聚焦“扩散速率与浓度差的关系”这一核心点进行精讲。挑战层思路请自愿者分享，教师点评其科学性与可行性。第四、课堂小结  “同学们，今天的侦探之旅即将结束。谁来用一句话概括，氧气送达细胞最关键的一步是什么？（气体交换）它依赖的两个核心原理又是什么？（气压差与扩散作用）”引导学生回顾从宏观体验（屏息）到微观机制（扩散），从结构认知（肺泡）到功能理解（交换）的学习路径。请学生尝试用一句话总结本节课的核心收获。“看来大家已经抓住了‘系统协作’与‘原理驱动’这两个关键。我们不仅知道了‘路线图’，更明白了背后的‘交通规则’。”最后布置分层作业，并预告下节课将探讨影响呼吸健康的因素，请同学们收集关于吸烟或雾霾对呼吸系统影响的相关资料。六、作业设计  基础性作业（必做）：1.绘制“人体细胞获得氧气的过程”概念图，需包含至少6个关键环节。2.完成练习册上本节相关的基础选择题和填空题。  拓展性作业（建议完成）：撰写一篇简短的科普小短文《一口气的旅程》，以第一人称“氧气分子”的视角，生动描述从进入鼻腔到被肌肉细胞利用的完整经历，要求科学准确且富有创意。  探究性/创造性作业（选做）：方案A（实验类）：利用家庭可得材料（如吸管、瓶子、气球等），尝试制作一个能演示呼吸运动或部分气体交换原理的改良模型，并录制1分钟讲解视频。方案B（调研类）：调查家庭中是否有成员吸烟，或查阅资料，撰写一份《关于吸烟对呼吸系统危害》的简要调查报告，并提出你的家庭健康建议。七、本节知识清单及拓展  ★1.呼吸系统的组成与功能：依次为鼻腔/口→咽→喉→气管→支气管→肺。呼吸道能清洁、湿润、温暖空气。肺是呼吸系统的主要器官。  ★2.肺泡的结构特点与功能：数量多面积大、壁薄、毛细血管丰富、有弹性纤维。这些特点使其成为高效的气体交换场所。  ★3.呼吸运动的原理：呼吸肌（肋间肌、膈肌）收缩舒张→胸廓容积变化→肺内气压变化（与外界形成气压差）→气体进出肺。口诀：肌缩容增气压降（吸气）；肌舒张容减气压升（呼气）。  ★4.气体交换的原理：气体扩散作用。气体总是从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散。  ★5.肺泡内的气体交换：氧气从肺泡扩散到血液，二氧化碳从血液扩散到肺泡。结果：流经肺泡的静脉血变为含氧丰富的动脉血。  ★6.气体在血液中的运输：氧气主要与红细胞中的血红蛋白结合；二氧化碳主要溶于血浆以碳酸氢盐形式运输。  ★7.组织里的气体交换：氧气从血液扩散到组织细胞，二氧化碳从组织细胞扩散到血液。结果：流经组织的动脉血变为含氧少的静脉血。  ★8.呼吸的实质：人体细胞通过呼吸系统从外界获取氧气，排出二氧化碳，其根本目的是为细胞进行呼吸作用（氧化分解有机物，释放能量）提供氧气。  ▲9.易混淆概念辨析：呼吸（运动）：指气体进出肺的宏观过程。呼吸作用：指细胞内的微观化学反应。通常所说的“呼吸”包含前者。  ▲10.系统视角看呼吸：呼吸过程需要呼吸系统与循环系统紧密配合才能完成，体现了人体是一个统一整体。八、教学反思  （一）目标达成度分析。假设本节课基本达成预设目标。通过模型制作与展示、路线图绘制等输出性任务，可观察到大部分学生能梳理出氧气获取的关键路径，“气压差驱动”和“扩散作用”等核心原理在当堂练习的表述中反复出现，成为学生解释现象的“高频词”，这是知识内化的积极信号。能力目标方面，小组建模活动有效调动了学生动手与协作，但不同小组作品在科学性上有显著差异，反映出将抽象原理转化为具体模型的能力分层明显。情感目标在讨论肺泡结构精巧与健康生活时，学生反馈积极，但如何将课堂上的认同转化为持久的行为习惯，仍需后续课程与活动的持续强化。  （二）环节有效性评估。导入的“屏息挑战”迅速聚焦注意力，效果显著。新授环节五个任务层层递进，逻辑线清晰。任务二（呼吸运动原理）中自制模型的演示是化解抽象难点的关键，“如果能让学生分组操作更简易的模型，体验感会更强”。任务三（肺泡交换）中，从结构特点到数据推理的过渡自然，有效培养了证据意识。任务五（整合建模）是高潮也是重要的形成性评价节点，它暴露了学生整合信息能力的不足，一些小组的“路线图”存在环节缺失或逻辑断点，这提示在前期任务小结