人教版七年级生物下册 核心概念建构课《肺内气体交换的深度探究》导学案

人教版七年级生物下册核心概念建构课《肺内气体交换的深度探究》导学案

一、教材与学情分析

（一）教材分析【基础】

本节内容隶属于《生物圈中的人》单元，是“人体的呼吸”一章的核心与难点。在此之前，学生已学习了呼吸系统的组成，明确了呼吸道对空气的处理作用，这为本节探究气体交换的过程奠定了结构基础。本节内容不仅承接了前一节“呼吸道对空气的处理”，更为后续学习“人体内物质的运输”、“能量供给与代谢”以及“人体生理活动的整体性”提供了关键的逻辑支撑。教材编排遵循从宏观到微观、从结构到功能的认知规律，先探讨肺与外界的气体交换（即肺的通气），再深入到肺泡与血液之间的气体交换。这一过程不仅涉及物理学的气压变化原理，更蕴含了生物学中结构与功能相适应的核心观念，是培养学生科学思维和探究能力的重要载体。

（二）学情分析【基础】

1.知识储备：学生已经知道呼吸需要肺的参与，初步了解吸气和呼气时胸廓的起伏，但对于“为什么胸廓变化会导致吸气”这一核心机制缺乏深入理解，对气压、容积等物理概念较为陌生。同时，学生已知血液流动，但对于气体在血液中如何运输、成分如何变化存在知识盲区。

2.认知能力：七年级学生正处于形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段。他们对直观的实验现象（如模型演示）兴趣浓厚，但将现象背后的物理原理迁移到复杂的生命活动中，并构建出动态的、微观的生理过程模型，是本节课需要突破的思维障碍。

3.生活经验：学生有憋气、深呼吸、剧烈运动后呼吸急促等生活体验，这些体验是导入新课、激发探究欲望的良好素材。但如何将这些感性认识上升为理性分析，需要教师精心设计的探究活动来引导。

二、教学目标与核心素养

1.生命观念：通过分析肺泡的结构特点和与之相适应的功能，深化“结构与功能相适应”的生命观念；认同呼吸系统对维持人体生命活动的重要性，树立珍爱生命、保护环境的意识。

2.科学思维：运用观察、比较、推理、模型与建模等方法，解释肺通气的过程和原理；通过分析数据（如吸入和呼出气体成分含量的变化），归纳肺泡与血液气体交换的实质，培养基于实证的逻辑思维能力。【核心素养达成点】

3.科学探究：通过模拟膈肌运动的实验，经历“提出问题—作出假设—实验观察—分析结论”的探究过程，提升动手操作和合作探究能力。

4.社会责任：能够运用所学知识解释吸烟、空气污染对呼吸系统健康的危害，关注自身及他人的呼吸健康，形成健康生活的态度和责任。

三、教学重难点【难点】【高频考点】

1.教学重点：

（1）肺与外界气体交换的过程和原理。【核心概念】【基础】

（2）肺泡与血液的气体交换过程。【核心概念】【基础】

2.教学难点：

（1）理解胸廓容积变化如何引起肺容积变化，进而导致气压变化，最终实现吸气与呼气。这一系列连锁反应的因果逻辑是学生认知上的最大障碍。【难点】

（2）气体扩散作用的原理及其在肺泡和血液间的具体应用。【难点】

四、教学准备

1.教师准备：多媒体课件（包含动态肺通气模型、气体交换动画）、模拟膈肌运动的装置（玻璃罩、Y型管、气球、橡皮膜）、集气瓶、毛玻璃片、水槽、澄清石灰水、氧气传感器（选配）、火柴、竹签。

2.学生准备：预习教材，完成导学案预习题；分组准备模拟膈肌运动实验材料。

五、教学实施过程（核心环节，深度展开）

（一）创设情境，问题导入

教师活动：

1.邀请一位学生进行短时憋气挑战，时间约30秒。挑战结束后，请该生分享憋气时的身体感受（如胸闷、渴望大口吸气）。

2.播放一段视频剪辑：百米冲刺后的运动员、刚出生的婴儿啼哭、潜水员在水下使用呼吸器。引导学生思考：为什么我们每时每刻都在进行着吸气和呼气？这一过程具体是在哪里发生的？气体进入肺后，又发生了什么变化？

3.引出课题：今天，我们就来深度探究一下发生在肺内的这场神秘而重要的气体交换活动。

学生活动：积极参与体验，感受呼吸的迫切；观看视频，思考并尝试回答问题；明确本节课的探究主题。

设计意图：利用直观体验和生活化情境，迅速聚焦学生注意力，激发内在学习动机，引发对呼吸本质的思考。

（二）探究新知一：肺与外界的气体交换——肺的通气（宏观过程）

1.感受体验，提出问题

教师活动：引导学生将双手轻放在自己的肋骨和胸骨处，深深吸一口气，再缓缓呼出。感受在吸气和呼气时，胸廓（主要由肋骨和胸骨构成）是如何运动的？胸腔的前后径、左右径发生了什么变化？

学生活动：按要求操作，亲身感受并交流体验。总结出：吸气时，肋骨向上向外运动，胸廓扩大；呼气时，肋骨向下向内运动，胸廓缩小。【基础】

设计意图：从自身感受出发，将抽象概念具体化，获得第一手资料，为后续原理分析奠定事实基础。

2.模型建构，解释原理【非常重要】【难点】

教师活动：

（1）出示并介绍模拟膈肌运动的装置：玻璃罩模拟胸廓，Y型管模拟气管和支气管，气球模拟肺，底部的橡皮膜模拟膈肌。

（2）提出探究问题：究竟是胸廓的扩大导致了吸气，还是吸气导致了胸廓的扩大？这是一个类似“先有鸡还是先有蛋”的问题，需要我们通过实验来寻找因果链条。

（3）组织学生分组实验：

A.用手向上顶起橡皮膜（模拟膈肌舒张），观察气球（肺）和玻璃罩（胸廓）的容积变化。

B.松开手让橡皮膜复位，再用手向下拉橡皮膜（模拟膈肌收缩），再次观察气球和玻璃罩的容积变化。

（4）引导观察：重点观察气球在橡皮膜被下拉时的变化（变大），以及橡皮膜上顶时的变化（变小）。同时感受用嘴含住Y型管，模仿橡皮膜运动时，口腔内气压的变化。

学生活动：

（1）分组进行实验，认真操作，仔细观察气球容积和形态的变化。

（2）在教师引导下进行逻辑推理：

A.现象：下拉橡皮膜（膈肌收缩）→玻璃罩内容积增大→气球（肺）被动扩张变大。

B.原理推理（关键环节）：膈肌收缩，顶部下降→胸腔上下径增大，胸廓容积扩大→肺容积随之扩大→肺内气压下降（低于外界大气压）→外界气体进入肺，完成吸气。

C.对比分析：膈肌舒张，顶部回升→胸腔容积缩小→肺容积缩小→肺内气压上升（高于外界大气压）→肺内气体排出，完成呼气。

（3）最终在讨论中明确因果链条：呼吸肌（膈肌、肋间肌）的收缩和舒张，是改变胸廓容积的根本动力，进而导致肺内气压与大气压之间产生压力差，最终实现了气体进出肺。【核心概念】【高频考点】

设计意图：模型是科学思维的重要工具。通过亲手操作模型，学生将抽象的生理过程转化为直观的物理现象，在“做中学”，在观察中推理，深刻理解“呼吸肌运动-胸廓容积-肺容积-气压差-气体进出”这一完整的逻辑闭环，有效突破难点。同时，在此过程中培养模型建构与实证意识。

3.知识深化，完善认知

教师活动：

（1）结合多媒体动态课件，同步演示肋间肌和膈肌在吸气和呼气时的协同运动，以及胸廓、肺、气压的变化全过程。将模型实验的结论在真实生理情境中复现和确认。

（2）补充介绍平静呼吸与用力呼吸时参与肌肉的差异。平静吸气时，肋间外肌和膈肌收缩；平静呼气时，肌肉舒张，胸廓依靠弹性回缩。用力吸气时，还有其他辅助肌参与；用力呼气时，肋间内肌等也会参与收缩。

（3）引出相关概念：肺通气量，并解释其与呼吸频率、呼吸深度的关系。

学生活动：观看动画，巩固理解；记录关键概念和过程；尝试用自己的语言完整复述肺通气的过程。

设计意图：从静态模型回归动态生理，使知识系统化、完整化。补充拓展内容，满足不同层次学生需求。

（三）探究新知二：肺泡与血液的气体交换（微观本质）

1.问题过渡，引入新境

教师提问：外界的新鲜空气通过肺通气进入了肺，这些空气最终到达了哪里？（肺泡）。那么，停留在肺泡中的空气，是如何被机体“利用”的呢？它和进入肺之前相比，发生了什么变化？我们吸入的空气和呼出的气体成分一样吗？【基础】

2.数据分析，初步推断【重要】【高频考点】

教师活动：投影展示教材或资料中的表格数据——“人体吸入和呼出的气体成分含量对照表”（主要成分包括氮气、氧气、二氧化碳、水等）。

学生活动：

（1）观察数据，找出关键差异：呼出气体中，氧气含量减少，二氧化碳含量增加，水蒸气含量也有所增加。

（2）小组讨论：这些变化说明了什么？氧气去哪儿了？二氧化碳从哪儿来的？

（3）汇报交流：初步推断出肺泡内发生了气体交换——氧气进入了血液，而血液中的二氧化碳进入了肺泡。

设计意图：用数据说话，培养学生获取信息、分析数据并得出科学结论的能力。这是科学探究中实证意识的再次体现。

3.结构观察，功能适应【非常重要】【核心素养达成点】

教师活动：

（1）展示高倍显微镜下肺泡的形态结构图或3D动画。引导学生观察肺泡有哪些适于气体交换的结构特点。

（2）同步展示肺泡外包绕着丰富的毛细血管网的图片，强调毛细血管壁和肺泡壁的结构特点。

学生活动：

（1）仔细观察图片，结合教材内容，小组合作总结肺泡适于气体交换的结构特点：【基础】【高频考点】

A.数量多，表面积大：肺泡总数约为3亿个，总面积可达100平方米，为气体交换提供了广阔的场所。

B.壁薄：肺泡壁由一层扁平的上皮细胞构成，外面缠绕的毛细血管壁也由一层扁平的上皮细胞构成。这种结构非常薄，有利于气体通过。

C.丰富毛细血管：肺泡外包绕着大量的毛细血管，血流丰富，且血流速度慢，为充分进行气体交换提供了条件。

（2）在教师引导下，深刻体会“结构决定功能”这一生命观念。正是这些精妙的结构，使得肺泡成为气体交换的理想场所。

4.动画模拟，揭示本质【难点】

教师活动：

（1）播放肺泡与血液气体交换的微观动画模拟。重点展示氧分子和二氧化碳分子的运动方向。

（2）讲解气体交换的原理——气体的扩散作用。定义：一种气体总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散，直到两边浓度相等为止。【核心原理】

（3）结合动画讲解交换过程：

A.肺泡内氧气浓度高，肺泡周围毛细血管中血液里的氧气浓度低，因此氧气透过肺泡壁和毛细血管壁，扩散进入血液。

B.与此相反，血液中二氧化碳浓度高，肺泡内二氧化碳浓度低，因此二氧化碳透过毛细血管壁和肺泡壁，扩散进入肺泡。

C.经过气体交换后，血液成分发生变化：含氧少、颜色暗红的静脉血，变成了含氧丰富、颜色鲜红的动脉血。【高频考点】

（4）强调这是一个被动的物理过程，不消耗能量。

学生活动：

（1）观看动画，理解扩散作用的实质。

（2）跟随教师的引导，在脑海中构建气体交换的动态画面。

（3）结合动画和讲解，用自己的语言描述氧气从肺泡进入血液，以及二氧化碳从血液进入肺泡的完整路径。

设计意图：从宏观数据到微观结构，再到动态原理，层层递进，将复杂的生理过程分解、具象化，帮助学生建立清晰的概念模型。

（四）整合建构，形成体系

教师活动：

1.引导学生回顾本节课探究的两个核心过程：肺与外界的气体交换（肺的通气）和肺泡与血液的气体交换。提问：这两个过程是孤立进行的吗？它们之间有何联系？

2.出示人体呼吸全过程示意图，引导学生将本节课所学知识置于更大的框架中。明确指出：

（1）肺的通气是肺泡与血液进行气体交换的前提和保障。没有通气，新鲜空气（氧气）无法进入肺泡，气体交换将无法进行。

（2）肺泡与血液的气体交换是通气的目的和意义所在。它实现了机体从外界获取氧气、排出代谢废物二氧化碳的核心任务。

（3）两者共同构成了呼吸过程中的两个连续且重要的环节。

学生活动：在教师引导下，将两个知识点进行整合，构建完整的“呼吸过程”概念图，理解两者间的逻辑关联和功能意义。

设计意图：避免知识碎片化，通过整合与建构，帮助学生形成关于呼吸过程的整体性认知，强化系统思维。

（五）学以致用，拓展延伸【热点】

教师活动：

1.情境应用：

（1）为什么溺水是导致窒息的重要原因？（水进入呼吸道和肺泡，阻碍了肺的通气）

（2）向澄清石灰水吹气，石灰水变浑浊，这说明了什么？（呼出气体中含有较多二氧化碳）

（3）为什么哮喘病人呼吸困难？（支气管痉挛，导致气道变窄，影响肺的通气）

2.价值引领：

（1）播放吸烟损害肺部结构（如肺泡、纤毛）的短视频。

（2）展示雾霾天气下，空气中PM2.5颗粒物侵入人体呼吸道的示意图。

（3）引导学生讨论：青少年应该如何保护我们的呼吸系统？我们可以为改善空气质量做些什么？（如拒绝吸烟、劝阻二手烟、植树造林、绿色出行等）

学生活动：运用本节课所学知识，分析和解释生活中的相关现象和问题。参与讨论，表达观点，形成健康生活和保护环境的责任感。

设计意图：将所学知识回归生活，解决实际问题，体现“科学为生活”的课程理念。同时融入健康教育和环保教育，提升学生的社会责任感，实现学科育人价值。

（六）课堂小结，反思评价

教师活动：

1.引导学生以“今天我学到了什么？”、“我印象最深的是哪个探究过程？”、“我还有什么疑问？”为线索，进行自我总结和反思。

2.教师进行简洁、系统的小结，再次强调本节的核心知识框架：一个原理（气体扩散作用）、两个过程（肺通气、肺换气）、三个关键结构（膈肌、肺泡、毛细血管）、四个核心概念（气压差、扩散、静脉血/动脉血）。

学生活动：回顾本节课的学习内容，梳理知识结构，分享学习收获和存在的困惑。完成导学案上的自我评价部分。

设计意图：培养学生归纳总结和反思的能力。通过师生互动，查漏补缺，巩固学习效果，并为后续学习埋下伏笔。

六、板书设计

第二节发生在肺内的气体交换

一、肺与外界的气体交换（肺通气）

（一）动力：呼吸肌（膈肌、肋间肌）的收缩和舒张

（二）原理：呼吸运动→胸廓容积变化→