初中生物学七年级下册《发生在肺内的气体交换》教案

初中生物学七年级下册《发生在肺内的气体交换》教案

一、教学分析

（一）课标与教材分析

本节内容隶属于人民教育出版社《生物学》七年级下册第四单元“生物圈中的人”中第三章“人体的呼吸”第二节。课程标准（2022年版）对本节的具体内容要求为：“描述人体呼吸系统的组成和功能；说明肺泡与其功能相适应的结构特点；概述发生在肺内的气体交换过程，包括肺泡与血液之间以及血液与组织细胞之间的气体交换原理。”其核心概念是“结构与功能相适应”的生命观念，以及“物质与能量”的生命系统视角。

本节教材在逻辑上承上启下。承接了第一节“呼吸道对空气的处理”，开启了对呼吸全过程核心环节的探究。教材通过“肺与外界的气体交换”和“肺泡与血液的气体交换”两部分内容，逐步引导学生理解呼吸运动的动力来源，以及氧气和二氧化碳在肺泡处的扩散原理。其中，“模拟膈肌运动”的演示实验和“肺泡适于气体交换的结构特点”的资料分析是学生建构概念的重要支架。然而，教材的表述相对宏观，对气压变化与容积关系的物理学原理、气体分压与扩散方向的化学原理触及较浅，需要教师在教学设计中进行跨学科整合与深化，以培养学生的科学思维深度。

（二）学情分析

授课对象为七年级下学期学生，年龄约13-14岁。

已有认知基础：

1.知识层面：已学习人体呼吸系统的组成及各部分功能（第一节内容）；在小学科学和七年级上学期生物学中，对“细胞的生活需要物质和能量”有初步认识；具备气体（氧气、二氧化碳）存在的基本常识。

2.技能层面：具备一定的观察能力、简单实验的操作能力和小组合作学习的经验；能够阅读和分析简单的图表、模型。

认知障碍与增长点：

1.抽象思维障碍：“气压差”是驱动气体流动的根本原因，这一物理学概念对多数学生而言较为抽象，难以将呼吸肌收缩舒张引起的胸腔容积变化，与肺内气压变化及气体进出建立清晰的因果逻辑链。

2.微观想象困难：肺泡与毛细血管之间的气体交换发生在微观层面，学生难以直观想象气体分子如何穿越多层膜结构，以及气体在血液中的运输形式。

3.概念混淆点：容易混淆“呼吸（运动）”与“呼吸作用”（细胞内的有氧氧化过程）；对“交换”的理解可能停留在宏观的“一进一出”，而忽略其基于浓度（分压）差的扩散本质。

4.学习兴趣点：学生对与自身身体机能密切相关的知识有天然兴趣，乐于通过模型制作、模拟实验等动手活动探究生命现象背后的原理。对“为什么剧烈运动后呼吸加快加深”、“为什么高原地区空气稀薄”等真实情境问题有探究欲望。

教学应对策略：基于以上分析，教学设计将采用“现象—问题—模型—原理—应用”的探究路径，利用可视化教具、物理模拟实验、数字化微观动画等手段，化抽象为具象，化微观为宏观，引导学生通过自主构建和推理，突破认知障碍，形成科学的生命观念。

二、教学目标

（一）生命观念

1.通过对膈肌、肋间肌与胸廓、肺容积、肺内气压、气体流向等要素之间动态关系的分析，建立“呼吸系统各结构与呼吸功能相适应”以及“生命系统是动态平衡的统一整体”的观念。

2.通过分析肺泡数目多、面积大、壁薄、有弹性、外包毛细血管网等特点，深入理解“生物体结构与功能相适应”的普遍生物学观点。

（二）科学思维

1.模型与建模：能够利用注射器、Y型管、气球等材料，自主设计并制作简易的“胸廓与肺通气”物理模型，并能用该模型解释呼吸运动的原理。

2.归纳与概括：能够根据动画、示意图等信息，归纳总结肺泡适于气体交换的结构特点。

3.演绎与推理：能够运用“气体总是从分压高处向分压低处扩散”的原理，演绎推理氧气和二氧化碳在肺泡与血液之间、血液与组织细胞之间的交换方向与过程，并绘制气体交换路径的概念图。

4.批判性思维：能够对“吸氧是否越多越好”、“人工呼吸的原理是什么”等生活议题进行基于科学原理的初步分析与判断。

（三）探究实践

1.能够以小组为单位，合作完成“探究胸廓容积变化与呼吸关系”的模拟实验，准确测量、记录数据，并基于数据得出结论。

2.能够利用显微镜观察肺泡切片（或永久装片），识别肺泡和毛细血管的形态结构，提升显微观察技能。

3.能够设计简单的对照实验，探究影响气体扩散速率的因素（如浓度差、距离等），并撰写简要的实验报告。

（四）态度责任

1.通过了解肺部结构的精密与气体交换的高效，感受生命的奇妙，树立珍爱生命、健康生活的意识。

2.认识到吸烟、空气污染等对肺泡和呼吸系统的危害，形成拒绝吸烟、保护环境的积极态度和社会责任感。

3.通过科学史的渗透（如拉瓦锡对呼吸本质的探究），体会科学发现的艰辛与严谨求实的科学精神。

三、教学重难点

教学重点：

1.肺与外界气体交换（呼吸运动）的过程与原理。

2.肺泡与血液之间气体交换的过程与原理。

教学难点：

1.呼吸运动中，膈肌、肋间肌的舒缩引起胸廓容积变化，进而导致肺内气压变化，驱动气体进出的动态因果逻辑的建立。

2.从气体分压差（浓度差）的角度，理解气体扩散的方向和动力。

四、教学策略与方法

总体策略：采用“情境-问题-探究-建构-应用”的5E教学模式，融合跨学科（物理、化学）视角，打造深度学习课堂。

主要教学方法：

1.探究式教学法：围绕核心问题，引导学生通过模拟实验、资料分析、模型构建等活动进行自主探究。

2.直观演示法：运用3D解剖动画、Flash交互课件、物理模拟教具（如自制胸廓膈肌模型）进行动态演示。

3.讨论法与合作学习法：针对关键问题组织小组讨论，在思想碰撞中完善认知。

4.任务驱动法：布置“制作呼吸原理科普微视频”、“设计肺部健康宣传海报”等梯度任务，促进知识迁移与应用。

五、教学准备

教师准备：

1.多媒体课件：内含高清呼吸系统解剖图、呼吸运动3D动画、肺泡气体交换微观动画、相关数据图表、思考题。

2.演示教具：自制大型“胸廓-膈肌-肺”动态模型（利用透明亚克力箱、橡胶膜、气球等制作）；注射器（去针头）与气球组合模型。

3.实验材料包（按小组准备）：去底塑料瓶（模拟胸廓）、Y型玻璃管（模拟气管支气管）、两个小气球（模拟肺）、橡胶膜（模拟膈肌）、橡皮筋、直尺、标记笔。

4.生物学显微观察材料：哺乳动物（如猪、鼠）肺泡切片或永久装片，显微镜。

5.学生学案设计。

学生准备：

1.复习上节课“呼吸系统的组成”。

2.预习本节教材内容，记录疑难问题。

3.自带可弯曲吸管一根。

六、教学过程设计（两课时，共90分钟）

第一课时：探秘呼吸的“风箱”——肺与外界的气体交换

（一）创设情境，激疑引思（预计时间：5分钟）

课堂实录片段：

（播放一段视频：短跑运动员冲刺后胸膛剧烈起伏、大口喘气的特写；潜水员在水下随着呼吸器节奏，胸部规律扩张与收缩的画面。）

师：同学们，刚才的画面中，运动员和潜水员的胸腔都在有规律地运动。这是我们熟悉的“呼吸”。请大家将手轻轻放在自己胸部两侧，深吸一口气，再缓慢呼出，感受胸廓的变化。一个看似简单的动作，背后隐藏着哪些科学奥秘呢？气体是如何被“吸入”和“呼出”肺部的？今天，我们就化身“人体工程师”，来拆解这个精妙的“生命风箱”。

设计意图：从动态的、具有冲击力的真实情境出发，联系学生自身感受，快速聚焦于“胸廓运动与呼吸”这一核心现象，激发探究欲望。

（二）模型初探，聚焦问题（预计时间：10分钟）

活动一：“注射器”里的奥秘

师：（出示一个注射器，活塞处于中间位置，出口用橡皮帽封住）这是一个封闭的容器。如果我向外拉动活塞，容器内气体的体积和压力会发生什么变化？如果向内推动活塞呢？（请学生结合物理知识回答）

生：向外拉，体积变大，气压变小；向内推，体积变小，气压变大。

师：很好。如果此时将橡皮帽取下，气体将如何运动？

生：拉动时，外界空气会进入注射器；推动时，注射器内空气会被排出。

师：非常棒！这揭示了气体流动的一个基本原理：气体总是从气压高的地方流向气压低的地方。那么，联系我们的呼吸系统，哪个结构类似于这个“注射器”的筒身？哪个结构类似于“活塞”？

小组讨论：学生类比思考，初步推测肺类似于封闭空间，而某种“力”的变化改变了它的容积。

设计意图：从简单的物理模型入手，帮助学生建立“容积变化→气压变化→气体流动”的核心物理逻辑链，为理解复杂的呼吸运动奠定思维基础。将跨学科知识自然融入。

（三）合作探究，建构概念（预计时间：25分钟）

活动二：制作与验证——“我们的呼吸模型”

1.任务发布：各小组利用提供的材料包（去底塑料瓶、Y型管、气球、橡胶膜），尝试组装一个能模拟人体吸气和呼气过程的模型。要求明确模型中各部件分别模拟人体的什么结构。

2.小组合作制作与调试：教师巡视指导，引导学生思考：橡胶膜向上或向下拉时，瓶内空间（模拟胸腔）和气球（模拟肺）会发生什么变化？气体从哪里进出？

3.展示与汇报：小组代表展示模型操作，并说明其工作原理。

1.4.模拟吸气：向下拉动橡胶膜（膈肌收缩下降）→瓶内容积增大（胸腔容积增大）→瓶内气压降低（胸内压/肺内压降低）→外界空气通过Y型管进入气球（气体入肺），气球膨胀（肺扩张）。

2.5.模拟呼气：松开橡胶膜，使其回弹（膈肌舒张回升）→瓶内容积减小（胸腔容积减小）→瓶内气压升高（胸内压/肺内压升高）→气球内气体通过Y型管排出（气体出肺），气球缩小（肺回缩）。

6.模型优化与质疑：引导学生讨论模型的局限性。例如，模型只模拟了膈肌的作用，而人体呼吸时还有肋间肌的参与。此时教师展示自制的带“肋骨”（可活动）的大型复合模型，演示肋间肌收缩使肋骨上提、胸廓前后径和左右径增大的过程。

7.归纳与提炼：师生共同完成板书框架，总结呼吸运动的原理。

呼吸运动：

吸气：肋间肌、膈肌收缩→胸廓容积扩大→肺被动扩张→肺内气压下降（<外界大气压）→外界气体入肺。

呼气：肋间肌、膈肌舒张→胸廓容积缩小→肺弹性回缩→肺内气压升高（>外界大气压）→肺内气体出肺。

核心动力：呼吸肌的收缩与舒张。

直接原因：肺内气压与外界大气压之间的压力差。

设计意图：这是突破难点的关键环节。学生通过动手制作和操作物理模型，将抽象的“容积-气压”关系转化为可视、可触的动态过程。在“做中学”，主动建构知识。讨论模型的局限性，是培养批判性思维和模型思维的重要步骤。

（四）迁移应用，深化理解（预计时间：5分钟）

思考与讨论：

1.溺水急救时，为什么要先清除口鼻异物，再进行人工呼吸？人工呼吸的原理是什么？（模拟呼气过程，将救助者的气体吹入患者肺部，建立气压差）

2.为什么严重胸廓外伤（如多根肋骨骨折）会导致呼吸困难？（胸廓结构破坏，容积无法正常变化，无法形成有效气压差）

3.（请学生用自带吸管体验）用吸管喝饮料时，是吸气还是呼气的过程？吸管堵塞为什么吸不上来？

设计意图：将刚刚建构的科学原理应用于解释生活现象和急救常识，实现知识的迁移和价值提升，同时检测学生的理解程度。

第二课时：微观世界的“贸易”——肺泡与血液的气体交换

（一）温故知新，承上启下（预计时间：3分钟）

师：上节课我们揭开了气体进出肺部的“风箱”之谜。气体进入肺部后，旅程就结束了吗？它的最终目的地是哪里？

生：到达全身的细胞。

师：是的。但气体从肺泡到血液，再到组织细胞，这中间发生了什么？为什么血液流经肺部后，就从暗红色变成了鲜红色？让我们借助“显微镜”和“分子视角”，进入微观世界，探查这场无声的“气体贸易”。

设计意图：快速回顾旧知，提出新的探究问题，将学生的思维从宏观的器官运动引向微观的分子交换，形成连贯的知识链条。

（二）资料分析，感知结构（预计时间：12分钟）

活动三：寻找“最佳交易市场”——肺泡的结构寻优

1.显微观察：学生分组观察肺泡切片（永久装片），在显微镜下辨认肺泡壁和周围的毛细血管网，感受其结构的薄与密。教师通过高清投影展示电镜下的肺泡超微结构图。

2.信息分析：教师提供或引导学生阅读教材中的资料，提炼关键数据与事实：

1.3.肺泡总数约3-4亿个。

2.4.总表面积可达100平方米（约一个网球场大小）。

3.5.肺泡壁和毛细血管壁都极薄，仅由一层扁平上皮细胞构成。

4.6.肺泡壁外缠绕着丰富的毛细血管网。

5.7.肺泡壁内表面覆盖有液态的粘液（含表面活性物质）。

8.小组讨论：这些结构与数字，为何使得肺泡成为高效气体交换的“最佳场所”？请用“因为……所以……”的句式阐述结构与功能的联系。

1.9.因为数量多、面积大，所以提供了巨大的交换场所。

2.10.因为肺泡壁和毛细血管壁极薄，所以缩短了气体扩散的距离。

3.11.因为缠绕丰富的毛细血管网，所以保证了充足的血液供应，维持了血液与肺泡气之间最大的浓度差。

4.12.因为内壁湿润，所以氧气和二氧化碳必须先溶解在粘液中才能进行扩散，这是气体交换的必要条件。

设计意图：通过“观察-阅读-分析-论证”的流程，让学生自己发现和归纳肺泡适于气体交换的结构特点，深化“结构与功能相适应”的生命观念。数据分析培养了学生的信息处理能力。

（三）原理探究，揭示本质（预计时间：20分钟）

活动四：追踪“分子足迹”——气体交换的扩散原理

1.从生活现象类比：教师在讲台上打开一瓶香水，前排学生很快闻到。提问：香味分子是如何传播的？在没有风的情况下，它为什么能从浓度高的瓶口向浓度低的教室后方扩散？引出“扩散”概念：物质分子从高浓度区域向低浓度区域运动，直到平衡。

2.引入核心概念——气体分压：解释空气是混合气体，每种气体都有其分压。气体交换的动力不是简单的“有氧进、有碳出”，而是取决于某种气体在两侧的分压差。氧气总是从分压高的地方向分压低的地方扩散，二氧化碳亦然。

3.动态动画演示：播放肺泡气体交换的交互式动画。动画清晰展示：

1.4.肺泡内：氧气分压高（约100mmHg），二氧化碳分压低（约40mmHg）。

2.5.流经肺泡的静脉血中：氧气分压低（约40mmHg），二氧化碳分压高（约46mmHg）。

3.6.动画效果：氧气分子从肺泡穿过肺泡壁、毛细血管壁，扩散进入血浆，再进入红细胞与血红蛋白结合；二氧化碳分子则反向从血液扩散进入肺泡。

4.7.交换后：血液变为含氧丰富的动脉血（氧气分压升至约100mmHg，二氧化碳分压降至约40mmHg）。

8.绘制概念图/流程图：要求学生以小组为单位，在白板或学案上绘制氧气和二氧化碳从肺泡到血液的交换路径图，必须标注关键的分压数据和扩散方向箭头。教师选取优秀作品进行展示和点评。

9.原理精炼：

1.10.肺泡处气体交换：肺泡O2分压高

→血液O2分压低

，O2

扩散入血；血液CO2分压高

→肺泡CO2分压低

，CO2

扩散入肺泡。

2.11.组织细胞处气体交换（延伸）：血液O2分压高

→组织细胞O2分压低

（因细胞不断消耗氧），O2

扩散入细胞；组织细胞CO2分压高

（因细胞不断产生）→血液CO2分压低

，CO2

扩散入血。

设计意图：这是突破另一个难点的核心环节。从生活类比到科学概念（扩散、分压）的建立，符合认知规律。交互式动画将微观、瞬时的过程宏观化、慢速化，解决了学生想象困难的问题。绘制概念图促进了学生对复杂过程的系统梳理和逻辑表达。

（四）整合贯通，系统升华（预计时间：10分钟）

活动五：拼图与演说——呼吸全流程的宏观-微观贯通

1.拼图任务：教师将呼吸全过程（包括：呼吸肌活动、胸廓变化、肺通气、肺泡气体交换、气体在血液中运输、组织气体交换）制作成打乱顺序的卡片或示意图片段。

2.小组挑战：各小组合作，将这些片段按照逻辑顺序正确拼接，并选派一名“解说员”，用连贯的语言向全班解说人体呼吸的完整过程。

3.教师总结与提升：肯定学生的成果，并用一个高度概括的图示或口诀（如：肌缩胸扩气压低，外界气体入肺泡；氧入血中碳离血，动脉血成送全身；组织用氧产碳多，交换方向正相反）进行总结。强调呼吸的最终目的是为细胞进行呼吸作用（线粒体内）提供氧气并运走二氧化碳，将人体系统与细胞代谢联系起来。

设计意图：将两课时的知识点进行系统整合，帮助学生形成关于“人体呼吸”的整体认知图式。拼图和演说活动综合考察了学生的理解、逻辑和表达能力，将课堂推向高潮。

（五）拓展延伸，涵育责任（预计时间：5分钟）

议题研讨：

1.健康议题：展示健康肺与吸烟者肺的对比图、PM2.5沉积在肺泡的示意图。讨论吸烟和空气污染如何破坏肺泡结构，影响气体交换效率，进而危害健康。引导学生承诺“拒吸第一支烟”，并思考如何参与环境保护。

2.科技与医学议题：简要介绍“人工肺（ECMO）”的工作原理——它本质上就是一个体外的“肺泡气体交换器”。让学生感受科学技术对生命的守护。

3.课后实践任务（二选一）：

1.4.A.科普微视频制作：以“肺的智慧：从风箱到贸易市场”为主题，用手机拍摄和剪辑一个2-3分钟的科普短视频。

2.5.B.探究小报告：设计一个实验，探究温度或溶液浓度对某种物质（如高锰酸钾）在水中扩散速率的影响，类比理解影响气体扩散速率的因素。

设计意图：将生物学知识与健康生活、社会责任、科技进步紧密联系，落实态度责任目标。开放性的课后任务满足不同兴趣和特长学生的需求，实现个性化发展与深度学习延伸。

七、板书设计（纲要式，随教学进程动态生成）

主标题：发生在肺内的气体交换

一、肺与外界的气体交换（呼吸运动）

动力：呼吸肌（膈肌、肋间肌）的收缩与舒张

过程：

吸气：肌收缩→胸廓容积↑→肺扩张→肺内气压↓(<外界)→气体入肺

呼气：肌舒张→胸廓容积↓→肺回缩→肺内气压↑(>外界)→气体出肺

实质：基于气压差的气体流动。

二、肺泡与血液的气体交换

1.结构基础（高效原因）：

1.2.多（数量）大（面积）

2.3.薄（肺泡壁、毛细血管壁）

3.4.绕（毛细血管网丰富）

4.5.湿（内表面湿润）

5.6.适（弹性好）

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