七年级生物下册《输送血液的泵-心脏》任务驱动式教学设计（人教版）

  七年级生物下册《输送血液的泵——心脏》任务驱动式教学设计（人教版）

一、课程理念与设计思路

本设计以《义务教育生物学课程标准（2022年版）》为指导，紧紧围绕发展学生核心素养的宗旨，践行“内容聚焦大概念、教学过程重实践”的课程理念。心脏的结构与功能是“生物体的结构与功能相适应”这一大概念的经典例证，也是理解人体循环系统乃至生命活动稳态维持的关键节点。传统的教学往往侧重于心脏各腔室、瓣膜等结构的识记，以及血液流动路径的背诵，容易陷入机械记忆的困境，难以让学生真正领会心脏作为精密“泵”的工程学奇迹及其在生命系统中的核心地位。

为此，本设计采用“任务驱动式”（Task-BasedLearning,TBL）与“项目式学习”（Project-BasedLearning,PBL）相融合的模式，将学习内容转化为一个具有挑战性、真实性和综合性的核心任务。通过创设“为社区健康科普展设计并制作一个‘心脏工作原理’互动模型（含说明）”的驱动性任务，引导学生在解决真实问题的过程中，主动建构关于心脏结构与功能的知识体系，发展科学探究、模型构建、跨学科应用及批判性思维等高阶能力。教学过程强调学生的主体性、活动的探究性和成果的创造性，从“知识传授”转向“素养生成”，旨在培养未来社会所需的、具备科学素养和创新精神的终身学习者。

二、教学背景分析

1.课标分析：课程标准在“人体生理与健康”主题下，明确要求学生“描述心脏的结构和功能”、“概述血液循环的途径”。本课不仅是达成此知识目标的核心，更是渗透“结构与功能观”、“系统与整体观”等生命观念，训练观察、建模、推理等科学思维，培养严谨求实的科学探究精神以及关注健康的社会责任的绝佳载体。

2.教材分析：本节课位于人教版七年级生物下册第四单元第四章第三节，是继“血液”、“血管”之后，对人体循环系统认识的深化与整合点，也是学习“血液循环”乃至后续“人体能量供应”、“健康生活”等内容的基石。教材编排遵循从宏观到微观、从结构到功能的认知规律，但呈现方式仍以静态图文为主。本设计将对教材内容进行重组和深化，利用任务驱动，变被动接受为主动探索。

3.学情分析：七年级学生已具备一定的观察、比较和归纳能力，对心脏这一生命重要器官充满好奇。他们通过网络、影视等渠道对心脏有初步的、但可能是零散甚至错误的前概念（如“心脏左边是动脉血，右边是静脉血”）。其思维特点正从具体运算阶段向形式运算阶段过渡，抽象逻辑思维开始发展但仍需直观材料支持。同时，该年龄段学生乐于动手，喜欢挑战，对小组合作和创作展示有较高热情。教学需充分利用这些心理特点，搭建适切的“脚手架”，将抽象知识可视化、复杂过程简单化、学习活动趣味化。

三、教学目标

基于核心素养导向，制定以下三维融合的教学目标：

1.生命观念：通过构建心脏模型和分析其工作过程，深入理解心脏结构与泵血功能的高度适应性，初步建立“结构与功能相适应”的生命观念；通过将心脏置于循环系统中考察，体悟各器官系统协调配合维持生命活动的系统观。

2.科学思维：能够基于观察（实物、视频、图表）和实验数据（模拟实验），运用比较、归纳、演绎、建模等方法，分析心脏的结构特点，推理血液流动方向与瓣膜作用的关系，批判性地评价不同模型的优缺点。

3.探究实践：能够以小组为单位，围绕核心任务，制定初步的模型设计方案；能够安全、规范地进行猪心（或替代材料）的解剖与观察，获取第一手证据；能够利用多种材料（如粘土、塑料瓶、单向阀、电子元件等）动手制作并迭代改进心脏工作模型；能够设计简单的模拟实验（如瓣膜功能模拟）验证自己的推理。

4.态度责任：在合作探究中养成严谨求实、相互协作的科学态度；通过了解心脏疾病的成因与预防，树立珍爱生命、健康生活的意识；通过为社区设计科普作品，体验生物学知识的社会价值，增强社会责任感。

四、教学重难点

1.教学重点：心脏四腔的位置关系、相连通的血管及血流方向；心脏内瓣膜的种类、位置与功能；心脏作为“泵”推动血液在体循环和肺循环中单向流动的基本原理。

2.教学难点：理解房室瓣、动脉瓣如何通过精巧的配合确保血液单向流动而不会倒流；从动态、系统的角度，将心脏的结构细节与完整的血液循环路径有机整合；将生物学原理转化为可操作的工程模型设计。

五、教学策略与方法

1.主要策略：任务驱动教学法、项目式学习、合作学习。

2.辅助方法：启发式讲授、演示法、实验探究法（解剖观察、模拟实验）、模型构建法、讨论法、多媒体辅助教学。

3.技术融合：利用3D解剖软件或高质量虚拟仿真实验进行课前预习和课后深化；鼓励学生在模型制作中引入简单的编程控制（如Arduino控制LED灯模拟电信号传导）或液压模拟，体现STEAM教育理念；利用平板电脑等设备随时记录探究过程、查阅资料并制作成果展示文稿。

六、教学资源准备

1.教师准备：猪心实物标本（每组一个，或使用高品质的动物心脏模型替代）、解剖器械（托盘、解剖刀、剪刀、镊子、手套）、多媒体课件（含心脏搏动高清视频、动态血流示意图、3D心脏解剖交互软件）、核心任务书及评价量表。

2.学生准备：课前预习教材相关内容；分小组（4-5人一组）；准备模型制作材料（由教师提供基础材料包，如不同颜色的粘土或气球代表血液、塑料管、单向止回阀、注射器、橡胶膜等，并鼓励小组自选创新材料）；学习记录单。

3.环境准备：实验室布局利于小组合作与动手操作，配备水槽、消毒设备。

七、教学过程设计

本教学过程以“激趣-探秘-建构-迁移-评价”为逻辑主线，分三课时完成。

第一课时：任务启航——初识“生命之泵”

（一）情境导入，发布核心任务（预计时间：15分钟）

  教师播放一段精心剪辑的视频，内容包含：运动员激烈比赛时强有力的心跳监测图、医院手术中心脏搭桥的震撼画面（非血腥）、科普展览中趣味互动的心脏模型展示。随后，教师创设情境：“同学们，我们所在的社区即将举办一场以‘认识身体，关爱健康’为主题的科普展览。组委会现面向全体同学征集‘心脏工作原理’互动模型的设计与制作方案。最终被选中的优秀作品将在展览中陈列，并配以你们团队撰写的讲解说明，向社区居民进行科普。今天，我们就正式启动这个挑战性任务——‘匠心独具：设计与制作你的生命之泵’。”

  教师清晰展示核心任务要求：1.以小组为单位，最终提交一个能动态（或分步骤清晰演示）展示心脏结构与泵血过程的物理模型或数字模拟模型。2.附一份不超过500字的模型工作原理说明，需准确解释关键结构（四腔、血管、瓣膜）及其功能。3.模型要求：科学性第一，兼具直观性、稳固性与一定的创新性。

  发布任务后，引导学生进行“任务拆解头脑风暴”：要完成这个模型，我们需要先弄清楚哪些问题？学生讨论并生成问题清单，如：心脏到底长什么样？里面是实心的还是空心的？有几个“房间”？血液怎么进出心脏？心脏怎么做到只让血液往前流，不倒流？它跳动的力量从哪里来？教师将问题归类，自然引出本课的学习目标。

（二）初步探究，建立宏观认知（预计时间：25分钟）

  活动一：“观察与触诊”。首先，引导学生将手放在自己胸前左侧感受心跳，粗略定位心脏在人体中的位置（中偏左）。接着，教师出示人体胸腔解剖图，明确心脏位于两肺之间、膈肌之上，大小如本人拳头。强调其作为肌肉器官的本质。

  活动二：“实物初探——神秘的‘泵体’”。每组发放一个猪心标本（置于托盘中）。教师强调安全与规范操作。引导学生进行外部观察：1.辨认心尖与心底（心尖朝左前下方）。2.用手捏一捏，感受心室壁（较厚）与心房壁（较薄）的差异，并猜测厚薄不同的可能原因。3.寻找表面的沟（冠状沟、前室间沟等），思考其意义（血管路径、分界）。4.辨认与心脏相连的大血管残端（主动脉、肺动脉、肺静脉、上/下腔静脉），尝试根据血管的粗细、管壁厚度进行分类。此环节不要求立即说出全部名称，重在获得直观感受，引发认知冲突（如：为什么有些血管连着“厚墙”部分，有些连着“薄墙”部分？）。

  活动三：“提出假设”。基于外部观察，各小组讨论并绘制一张初步的心脏内部结构猜想图（简图即可），并尝试标注血液可能的进出路径。教师巡视指导，鼓励基于证据（壁的厚薄、血管连接）进行合理猜想。

（三）规划与小结（预计时间：5分钟）

  各小组简要分享自己的初始猜想图，教师不予评判，只做记录。教师总结：“今天，我们接下了光荣的科普任务，并亲手触摸了这颗生命之泵。我们对它的外部有了初步认识，也对内部结构做出了大胆假设。但这些假设是否正确？心脏内部究竟隐藏着怎样的精妙设计，才能让它成为一台高效、可靠、终生不息的‘泵’？下节课，让我们化身‘外科医生’和‘工程师’，进行深入解剖与探究，为我们的模型设计寻找最坚实的科学依据！”

  课后拓展任务：1.各小组根据今日观察，初步讨论模型设计的整体构思（如用什么材料模拟心脏壁、血管等）。2.利用教师提供的3D心脏解剖APP或网站资源进行预习，从虚拟角度提前“进入”心脏内部。

第二课时：深度解密——探究“泵”的精密结构

（一）回顾导入，聚焦核心问题（预计时间：5分钟）

  快速回顾上节课任务及初步猜想。教师展示几个有代表性的学生猜想图（匿名），提出问题：“这些猜想谁更接近真相？心脏内部是否就是我们想的那么简单？关键的结构如何确保血液单向流动？今天，我们将通过解剖实践，寻找答案。”

（二）解剖实践，建构核心知识（预计时间：35分钟）

  这是本节课的核心环节，强调规范操作、观察记录与推理分析相结合。

  步骤一：内部结构探查。在教师分步示范与指导下，学生小组合作进行猪心解剖（通常沿血流方向剖开心室、心房）。教师发布结构观察清单：

  1.腔室探查：确认内部有几个空腔？分别被什么结构分隔？（引导学生找到房间隔、室间隔）。比较左、右心室的壁厚，比较心室壁与心房壁的厚度。测量（或估算）厚度差异，并记录。思考：壁的厚薄与功能有何联系？（左心室泵血至全身，路程长、阻力大，故肌肉最发达；右心室泵血至肺，路程短、阻力小，故壁较薄；心房主要负责将血液压入心室，故壁最薄）。

  2.血管连通关系探查：找到与每个腔室直接相连的大血管。明确：左心房连肺静脉（通常有四个开口），左心室连主动脉；右心房连上、下腔静脉，右心室连肺动脉。建立“心房→心室→动脉”的连通逻辑。

  3.关键结构——瓣膜的发现与功能推理：这是难点突破的关键。引导学生寻找：①房室瓣：位于心房与心室之间。观察其形态（瓣膜状、有腱索牵拉）。尝试用探针或细管从心房向心室方向、再从心室向心房方向轻轻推顶瓣膜，感受其开闭方向。推理其功能：防止血液从心室倒流回心房。②动脉瓣：位于心室与动脉（主动脉、肺动脉）之间。观察其形态（三个半月形囊状）。同样尝试进行开闭方向测试。推理其功能：防止血液从动脉倒流回心室。

  学生需在记录单上绘制心脏内部结构简图，清晰标注四腔名称、相连血管、两类瓣膜位置，并用箭头表示血液可以流动的方向。

  步骤二：模拟实验验证瓣膜功能。为深化理解，教师提供简易材料包（如：Y型管、橡胶薄膜、棉线、水、注射器），让学生设计一个微型模拟装置，验证房室瓣或动脉瓣的单向阀门作用。例如，用橡胶膜制作一个简易瓣膜，安装在管中，通过从不同方向注水观察其开闭。此活动将抽象的“防止倒流”功能转化为直观的物理现象。

（三）模型设计深化与知识整合（预计时间：15分钟）

  活动一：“我是解说员”。基于解剖发现，各小组修订和完善自己的心脏结构图。随后，每组派一名代表，利用实物标本或自己绘制的图，向全班“解说”心脏的结构精妙之处，重点说明瓣膜如何工作。其他小组可以提问或补充。教师在此过程中进行精讲点拨，强调术语的规范性（如“房室瓣”包括二尖瓣和三尖瓣），并明确左心房、左心室内流动脉血，右心房、右心室内流静脉血，纠正“左血右气”的错误前概念。

  活动二：“模型设计工作坊1.0”。各小组结合解剖获得的第一手知识，围绕核心任务，集中讨论模型制作的关键技术难点：如何逼真地表现壁的厚度差异？如何模拟瓣膜的单向开闭功能（这是模型成败的关键点）？如何清晰地展示血液在心脏内的流动路径（区分动静脉血）？小组绘制更详细的设计草图，列出所需材料清单（可在教师提供的基础包外申请或自备）。教师巡回指导，提供咨询，引导学生将生物学原理转化为工程解决方案。

（四）课堂小结与布置任务（预计时间：5分钟）

  教师总结：“通过今天的‘外科手术’，我们揭开了心脏内部的神秘面纱，见识了四腔、血管、瓣膜这套完美组合是如何为血液单向流动保驾护航的。我们的模型设计也有了坚实的科学基础。然而，一个孤立的‘泵’无法构成循环。心脏是如何与全身血管网络连接，形成完整的血液循环路线的？下节课，我们将站在更高的系统视角，整合知识，并最终完成我们的模型制作与调试。”

  课后任务：1.完善模型设计图。2.预习教材中关于体循环和肺循环的路径。3.开始搜集或制作模型所需的关键部件（如模拟瓣膜的材料）。

第三课时：系统整合——完成“生命之泵”模型

（一）知识整合：从心脏到循环（预计时间：20分钟）

  教师引导学生回顾：心脏这个泵，其“进水口”和“出水口”分别连接着什么？学生回答（心房连静脉“回收血液”，心室连动脉“泵出血液”）。教师追问：那么，从心脏泵出的血液，流向哪里？最终又回到了哪里？由此引出体循环和肺循环的概念。

  活动：“路径追踪挑战”。教师展示一张空白的人体轮廓图（或使用交互白板），提供可拖动的“心脏结构模块”和“主要血管、器官标签”（如：左心室、主动脉、全身毛细血管、上下腔静脉、右心房、右心室、肺动脉、肺部毛细血管、肺静脉、左心房）。各小组合作，在图中拼接出完整的血液循环路径，并用不同颜色的箭头区分体循环（红色箭头为主）和肺循环（蓝色箭头为主）。要求必须清晰标注血液性质（动、静脉血）的变化点（在全身毛细血管和肺部毛细血管处）。此活动旨在将静态知识动态化、系统化。

  教师引导学生分析两条循环的起点、终点、功能及相互关系，强调心脏是连接两者的中心枢纽，理解循环系统的整体性。同时，联系生活实际，简要探讨冠状动脉循环（心脏自身的供血）及其堵塞（心肌梗塞）的严重后果，强化健康责任意识。

（二）模型制作、测试与优化（预计时间：40分钟）

  这是将知识转化为有形成果，培养工程思维和实践能力的关键环节。

  步骤一：制作与组装。各小组根据最终确定的设计方案，利用准备好的材料，动手制作心脏模型。教师提供技术支持和建议，鼓励创新性解决方案（如：用不同颜色的液体代表动、静脉血；用微型水泵或手动挤压装置模拟心肌收缩；用LED灯串的依次点亮模拟兴奋传导；用乐高积木搭建结构框架等）。强调团队分工协作。

  步骤二：功能测试与调试。模型初步完成后，小组需对其进行功能测试：1.模拟血液（可用有色水）流动，观察是否能按正确的路径（心房→心室→动脉）单向流动。2.检查“瓣膜”在压力变化下是否能有效开闭，防止倒流。3.评估模型是否能清晰展示体循环与肺循环的双循环概念（可在模型旁用图示辅助）。

  步骤三：迭代优化。基于测试结果，小组讨论模型存在的问题（如漏水、瓣膜失灵、路径不清等），提出改进方案并进行修正。这个过程深刻体现工程设计的迭代思想。

（三）成果展示、交流与评价（预计时间：25分钟）

  活动一：“科普展览会”。各小组将最终完成的模型、工作原理说明海报布置在教室指定展位。每组留1-2名“解说员”，其他成员作为访客轮流参观其他小组的展品。参观者可以操作模型，听取讲解，并根据评价量表的各项指标（科学性、创新性、工艺性、讲解清晰度等）为其他小组打分（互评），同时可以提问或提出建议。

  活动二：“专家答辩”。每个小组选派代表，面向全班（模拟社区科普展评委）进行3分钟的终极陈述，重点阐述模型设计的科学原理、创新亮点以及制作过程中遇到的挑战和解决方案。教师和其他小组作为评委进行提问。此环节锻炼学生的表达、应变和批判性思维。

  活动三：教师总结与升华。教师汇总观察到的亮点（如某组瓣膜设计巧妙，某组循环路径展示清晰等），肯定所有小组的付出与创造力。将学生作品拍照留存，宣布将择优推荐给学校或社区真正的科普活动。最后，教师总结升华：“同学们，通过这个项目，我们不仅学会了关于心脏的知识，更体验了像科学家一样观察、像工程师一样设计、像科普工作者一样传播的过程。这颗我们亲手剖析、研究、再现的‘心脏’，不再仅仅是课本上的插图，它成为了我们理解生命精妙、赞叹自然造化的一个窗口。希望这份对生命的敬畏与好奇，能伴随你们走向更广阔的科学世界。”

八、教学评价设计

  本设计采用“促进学习的评价”理念，评价贯穿始终，形式多元。

  1.过程性评价：通过课堂观察，记录学生在小组讨论、解剖操作、模型设计讨论、动手制作等环节的参与度、合作精神、科学态度和思维水平。学习记录单（含猜想图、观察记录、设计草图）是重要过程性评价证据。

  2.表现性评价：以核心任务的最终成果——心脏互