基于跨学科实践的进阶式动态血液循环模型-初中-生物学-论文

基于跨学科实践的进阶式动态血液循环模型卫晓妮西安滨河学校摘要：本文针对初中生物学“血液循环系统”教学过程中心脏结构复杂不易识别、离体心脏不能动态展示血液循环过程、活体动物血液循环过程不易被肉眼观察等实际困难，利用数学、物理、工程和美学等学科的知识和方法，选择不同规格硅胶管、Y形三通接头、单向阀、PP板、滴壶等材料，设计制作了三套进阶式的动态血液循环模型，该装置从易到难、可拆卸组装、能动态模拟心脏收缩和血液循环过程，培养了学生的动手能力，内化了知识，逐步建构血液循环系统的重要概念。关键词：跨学科实践心脏血液循环模型1研究背景血液循环系统是初中生物学主题5“人体生理与健康的”的重要组成部分，学生不仅要识别动脉、静脉、心脏每个腔及相连接的血管的名称，还要理解为什么叫这些名称——由于其结构不同而起到了不同的作用和功能。血液循环系统的名词多、理解难度大、生物学事实离学生生活较远，针对教学实际中的困难，笔者通过反复尝试、分析和改进，根据相似性原理制作了三套进阶式血液循环，较好地解决了这一难题。2研究思路在本节课的教学实践中，教师带领学生利用三个课时，根据循环系统的组成、心脏的结构和工作原理、体循环和肺循环的途径，利用数学、物理、工程和美学等学科的知识和方法，选择不同规格硅胶管、Y形三通接头、单向阀、PP板、滴壶等材料，设计制作了三套进阶版的动态血液循环模型，化难为简，化繁为易，化零为整。该模型培养了学生的动手能力，内化了知识，逐步建构血液循环系统的重要概念，使学生获得成就感。3科学方法和原理3.1设计原理本模型需要体现的目标：（1）包含从易到难的三级模型①仅由血液、心脏和血管组成的血液循环系统，能动态展示血流方向、心脏能提供动力②只包含四腔室、所连接血管和瓣膜的心脏局部血液流动动态模型，能动态展示心脏四腔室的连通特点、瓣膜的功能和心脏内的血流方向③包含心脏腔室、瓣膜、血管和心脏，且能同时展示体循环和肺循环的血液循环模型。3.2器材准备外径8mm（内径3mm）透明硅胶管约3米，外径7mm（内径3mm）透明硅胶管约3米，外径4mm（内径2mm）透明硅胶管约3米，Y形三通接头（3.2mm），塑料透明单向阀（3mm），变径直通（2.4mm转3.2mm）,长90cm、宽50cm、厚4mm的PP板两块，一次性输液器9套，胶枪，红墨水一瓶，一次性注射器，肺、心组织细胞与毛细血管彩图。3.3制作过程模型一的制作和演示：剪取一次性输液器的滴壶模拟心脏，滴壶两端连上2个单向阀（一个开口向滴壶内、一个开口向滴壶外），取外径8mm（内径3mm）透明硅胶管约40厘米模拟动脉血管连接在滴壶的出水口一端的单向阀上，取外径7mm（内径3mm）透明硅胶管约40厘米模拟静脉，连接在滴壶入水口一端的单向阀上。取两段外径4mm（内径2mm）透明硅胶管约20厘米模拟毛细血管，硅胶管两端用两个Y形三通支管道连接，两个Y形三通的主管道分别连接动脉和静脉形成一个闭合的管道。用一次性注射器在任一开口处顺着单向阀的流通方向注入适量的稀释红墨汁模拟血液，封闭开口，用胶枪将该模型固定在长50cm、宽45cm、厚4mm的PP板上。挤压滴壶，可清晰观察到随着滴壶的收缩，血液从动脉被泵出心脏，经过毛细血管，到达静脉；松开滴壶，血液从静脉回到心脏；停止挤压滴壶，血液在封闭管腔中停止流动；且挤压滴壶的频率等于血液在动脉中前进的频次，生动体现了“动脉”的概念。模型二的制作和演示：剪取两个一次性输液器的滴壶模拟心房，在每个滴壶下端连上2个单向阀模拟房室瓣（单向阀开口向心房外）。再剪取两个一次性输液器的滴壶模拟心室，心室的上端连接房室瓣，心室的下端连2个单向阀模拟动脉瓣（单向阀开口向心室外），用胶枪将心房、心室按照上下相通、左右不通的原则固定在长50cm、宽45cm、厚4mm的PP板上。取两段外径8mm（内径3mm）透明硅胶管约20厘米模拟主动脉和肺动脉连接在动脉瓣下端，取两段外径7mm（内径3mm）透明硅胶管约20厘米模拟上下腔静脉和肺静脉连接在心房上端，将主动脉与上下腔静脉绕到PP板背后用变径直通（2.4mm转3.2mm）连接，将肺动脉与肺静脉绕到PP板背后用变径直通（2.4mm转3.2mm）连接。用一次性注射器在任一开口处顺着单向阀的流通方向注入适量的稀释红墨汁模拟血液，封闭开口，用胶枪将pp板背后的硅胶管固定，固定在PP板上。注意：PP板背后的硅胶管绕到正面时容易在PP板上上侧拐弯时内径挤压变形造成血液堵塞，应该在绕到正面时保持一定弧度，确保血液在心脏内顺畅流动。双手同时挤压左右心房、接着挤压左右心室，可清晰观察到随着滴壶的收缩，血液遵循左右不通，上下相通的原则在心脏四腔单向流动，具体方向为：静脉→心房→心室→动脉。挤压滴壶，血液从心脏中泵出；松开滴壶血液回到心脏，体现了心脏的功能——输送血液的泵。模型三的制作和演示：将肺、心脏、组织细胞处毛细血管的彩图按照图示用胶水粘贴在长90cm、宽50cm、厚4mm的PP板上。剪取四个一次性输液器的滴壶模拟心房和心室，四个单向阀模拟房室瓣和动脉瓣，参考模型二连接方法，遵循上下相通、左右不通的原则连接上述材料制作心脏结构模型，用胶枪将各腔室和瓣膜固定在心脏彩图的相应位置。取两段外径8mm（内径3mm）透明硅胶管约40厘米模拟主动脉和肺动脉连接在动脉瓣下端，取两段外径7mm（内径3mm）透明硅胶管约40厘米模拟上下腔静脉和肺静脉连接在心房上端。取四段外径4mm（内径2mm）透明硅胶管约20厘米模拟毛细血管，两根硅胶管为一组两端用两个Y形三通支管道连接，一组模拟肺泡处毛细血管，两个Y形三通的主管道分别连接肺动脉和肺静脉，一组胶管模拟组织细胞出毛细血管，两个Y形三通的主管道分别连接主动脉和上下腔静脉。用胶枪将各血管固定在pp板上，用一次性注射器在任一开口处顺着单向阀的流通方向注入适量的稀释红墨汁模拟血液，封闭开口。挤压左心室，可清晰观察到随着滴壶的收缩，血液泵出心脏：左心室→主动脉→组织细胞处毛细血管→上下腔静脉→右心房；挤压右心室，可清晰观察到随着滴壶的收缩，血液流动方向为：右心室→肺动脉→肺泡处毛细血管→肺静脉→左心房；双手同时挤压左右心室，可观察到体循环和肺循环同时进行，且血流方向为：心室→动脉→毛细管管→静脉→心房。4模型的使用方法和效果4.1理解“动脉”“静脉”的概念从模型一可以看出，挤压滴壶（心脏收缩），动脉将血液从心脏输送到毛细血管；松开滴壶（心脏舒张），静脉将血液从毛细血管送回心脏。4.2认同“心脏是输送血液的泵”模型一可以展示，挤压心脏，血液泵出心脏，松开心脏，血液流回心脏，不挤压心脏，血液不流动，这些丰富的事实可以直观推测出心脏的功能——为血液循环提供动力，认同“心脏是输送血液的泵”。4.3认识心脏的结构模型二将复杂的心脏结构简化为的几何结构，直观展示了心脏包含左心房、左心室、右心房和右心室四个腔室，并且连通关系为上下想通、左右不通，心房与心室之间由房室瓣连通，心室与动脉间由动脉瓣连通。模型三在模型二的基础上真实模拟了心脏四腔和所连接血管的位置，有利于学生认识真实的心脏结构。4.4演示动脉瓣、房室瓣防止血液倒流的功能模型二中双手同时挤压左右心房，血液从心房流向同侧心室，接着挤压左右心室，血液从心室流向动脉而不会倒流向心房，松开心脏血液从静脉流回心房，不会出现由动脉流回心室。由此得出结论，房室瓣开口朝向心室，动脉瓣开口朝向动脉，动脉瓣和房室瓣能防止血液倒流。4.5演示体循环和肺循环的动态过程模型三中挤压左心室，可清晰观察到随着滴壶的收缩，血液泵出心脏：左心室→主动脉→组织细胞处毛细血管→上下腔静脉→右心房；挤压右心室，可清晰观察到随着滴壶的收缩，血液流动方向为：右心室→肺动脉→肺泡处毛细血管→肺静脉→左心房。5模型的效果和进一步设想本模型从易到难，模型一整体展示血液、血管和心脏构成循环系统；模