初中生物七年级下册《人体的呼吸》单元探究式教案

初中生物七年级下册《人体的呼吸》单元探究式教案

一、课标依据与核心素养指向分析

本单元设计严格依据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中“生物体的结构与功能相适应”和“生物与环境相互依赖、相互影响”的核心概念，聚焦于“人体生命活动的能量供应”这一重要主题。课程内容标准明确要求学生能够“描述人体呼吸系统的组成和功能，说明呼吸道对空气的处理作用，概述肺泡与其功能相适应的结构特点，解释肺部气体交换的原理，并认同呼吸道卫生的重要性”。

在核心素养的培育上，本单元设计致力于达成以下四维目标：

1.生命观念：引导学生建构“结构与功能观”与“物质与能量观”。通过对呼吸系统各器官结构特征的探究，理解其执行通气、清洁、湿润、温控及气体交换等功能的生物学基础；通过分析呼吸作用与能量释放的关系，建立生命活动需要物质和能量的基本认知。

2.科学思维：发展学生的模型建构、归纳概括、演绎推理和批判性思维能力。鼓励学生利用实物、示意图或数字化工具构建呼吸系统模型；通过对实验数据、图表信息的分析，归纳气体交换的规律；基于结构与功能的逻辑进行推理；并能对生活中关于呼吸健康的常见误区进行理性辨析。

3.探究实践：培养学生设计简单实验、进行规范操作、准确记录与分析现象的科学探究能力。通过“探究呼吸过程中气体成分的变化”、“模拟膈肌运动与呼吸的关系”等实践活动，亲历科学探究过程，掌握生物学实验的基本方法。

4.态度责任：增强学生关爱生命、健康生活的社会责任感。通过了解呼吸系统常见疾病的成因与预防，以及空气质量对健康的影响，引导学生树立维护个人及公共呼吸健康的意识，养成不吸烟、佩戴口罩、维护环境卫生等良好行为习惯。

二、学情分析与教学重难点预设

学情分析：

授课对象为七年级下学期学生。经过上一学期的学习，学生已初步掌握显微镜使用、动植物细胞结构等基础知识，具备一定的观察、比较和归纳能力。学生对“呼吸”这一生命现象有丰富的感性认识，知道人需要呼吸空气，但对呼吸系统的具体结构、呼吸全过程的生理机制缺乏系统、科学的认知。部分学生可能将“呼吸”简单等同于“吸气呼气”，对体内气体交换、呼吸与细胞能量供应之间的联系存在认知模糊或空白。该年龄段学生好奇心强，乐于动手操作和参与模拟活动，但抽象思维和系统分析能力仍在发展中，对微观生理过程的理解需要借助直观模型和类比。

单元教学重点：

1.呼吸系统的组成及各部分功能，尤其是肺泡与气体交换功能相适应的结构特点。

2.人体内气体交换的原理和过程（肺泡内的气体交换和组织里的气体交换）。

3.呼吸运动（吸气和呼气）的实现原理与动力来源。

单元教学难点：

1.从宏观的呼吸运动到微观的肺泡气体交换，再到细胞水平的呼吸作用，建立多层次、连贯的生命活动图景。

2.理解并解释胸廓容积变化、肺内气压变化与气流方向之间的动态因果关系。

3.辨析“呼吸”（气体交换）与“呼吸作用”（细胞内氧化分解有机物释放能量）两个易混淆概念的联系与区别。

三、单元整体教学目标

（一）知识与技能

1.准确指认并说出人体呼吸系统各器官的名称、位置及主要功能。

2.阐述呼吸道（鼻、咽、喉、气管、支气管）对吸入空气的处理作用。

3.描述肺泡与其气体交换功能相适应的结构特点（数量多、面积大、壁薄、毛细血管网密布）。

4.阐明肺与外界进行气体交换（呼吸运动）的原理，能解释吸气和呼气时肋骨、膈肌的运动状态及胸廓、肺容积、肺内气压的变化。

5.概述人体内气体交换的过程（肺泡与血液之间、血液与组织细胞之间），明确氧气和二氧化碳的扩散方向。

6.说明呼吸作用（细胞利用氧分解有机物，产生二氧化碳和水并释放能量）的实质及其对生命活动的意义。

7.列举保护呼吸系统健康的主要措施。

（二）过程与方法

1.通过观察呼吸系统结构模型、示意图和切片，提高观察、比较和归纳能力。

2.通过自主构建呼吸系统物理模型或动态示意图，发展模型与建模的科学思维方法。

3.通过参与“测量胸围差”、“模拟膈肌运动”等探究活动，学习控制变量、记录数据、分析现象、得出结论的科学探究基本流程。

4.通过分析“呼出气体与吸入气体成分差异”的实验数据，学会解读图表信息，进行基于证据的推理。

5.通过小组讨论“吸烟的危害”、“雾霾天的防护”等社会性科学议题，提升合作学习、信息整合与表达交流的能力。

（三）情感、态度与价值观

1.通过认识呼吸系统精巧的结构与功能，感悟人体生命的奥秘与奇妙，激发探索生命科学的兴趣。

2.通过学习呼吸系统疾病的成因，深刻认识吸烟、空气污染等对健康的危害，自觉摒弃吸烟等不良行为，树立积极维护个人呼吸健康的意识。

3.关注大气环境质量与人类健康的关系，增强环境保护的社会责任感，倡导绿色生活方式。

4.在小组合作探究中，培养团队协作精神、严谨求实的科学态度和尊重他人观点的品质。

四、单元教学整体规划（共计4课时）

1.第1课时：探秘呼吸系统——结构与功能的完美适配

2.第2课时：呼吸的动力——解密呼吸运动的原理

3.第3课时：气体的旅程——体内气体交换与运输

4.第4课时：呼吸与健康——关注呼吸系统的保健与环境

五、教学资源与技术应用准备

1.教具与模型：人体呼吸系统整体解剖模型；鼻、喉、肺、肺泡放大模型；肋骨与膈肌运动演示模型（或自制教具）；半胸廓模型与膈肌模拟装置（气球、Y形管、塑料瓶等）。

2.多媒体资源：呼吸系统3D动态解剖软件或高质量动画；呼吸运动原理、气体交换过程的高清模拟视频；支气管纤毛摆动、肺泡与毛细血管气体交换的显微摄像资料。

3.实验器材（分组）：澄清石灰水、洗耳球（或注射器）、烧杯、玻璃管、橡胶管；呼吸胸围尺；保鲜膜、橡皮筋、可乐瓶、气球等自制模型材料。

4.数字化工具：平板电脑或手机（安装相关生理信号传感APP，可简易监测呼吸频率）；互动白板及投票、思维导图等交互软件。

5.图文资料：吸烟者与非吸烟者肺部的对比图片、病理切片图；不同空气质量指数（AQI）下的防护指南；呼吸系统常见疾病（如哮喘、肺炎、尘肺病）的科普资料。

六、分课时教学实施过程详案

第1课时：探秘呼吸系统——结构与功能的完美适配

（一）创设情境，激疑引趣（预计时间：8分钟）

教师播放一段视频：潜水员潜入深海前进行缓慢深长的呼吸准备，而后屏息下潜；同时屏幕上显示其心率、血氧饱和度的实时变化数据（动画模拟）。视频结束后，教师提问：

1.“潜水员在下水前为什么要做深长的呼吸？这与我们平常无意识的呼吸有何不同？”

2.“我们每时每刻都在呼吸，但空气是如何进入我们身体，又去了哪里？身体内部究竟有一个怎样精密的‘工厂’来处理这些空气？”

引导学生初步思考呼吸的主动调控性和呼吸系统的存在。随后，让学生将手指轻轻放在鼻前，感受呼出的气流，再用手捂住口鼻十几秒，体验憋气的不适感。从而自然引出本课主题：认识我们生命气息的通道——呼吸系统。

（二）任务驱动，初识整体（预计时间：12分钟）

任务一：“绘制我的呼吸地图”

学生两人一组，对照教材中的呼吸系统模式图，互相观察并触摸对方的颈部（喉结位置）和胸廓。然后，在学案的人体轮廓图上，尝试用铅笔标注出他们认为空气从外界进入体内的可能路径及涉及的主要“站点”（器官）。

教师巡视，收集典型绘图。请1-2组学生展示并说明其构想。此时，学生的绘图可能不完整或不准确，教师不做评判，而是引出呼吸系统模型。

教师出示人体呼吸系统整体模型，并利用3D解剖软件进行动态拆解展示。引导学生按空气进入的顺序，系统识记各器官名称：鼻→咽→喉→气管→支气管→肺。明确“呼吸道”与“肺”的概念区分。学生对照模型，修正和完善自己的“呼吸地图”。

（三）合作探究，深析结构（预计时间：20分钟）

探究活动一：呼吸道——空气的“加工处理站”

将学生分为三大组，分别聚焦“鼻”、“气管与支气管”、“肺”的精细结构，进行“专家小组”探究。

1.鼻专家组：观察鼻内腔模型或高清内窥镜图片，分析鼻毛、黏膜、毛细血管和鼻腔的结构（如鼻甲）。讨论：这些结构分别对空气起了什么作用？（过滤、清洁、湿润、温暖、嗅觉）

2.气管支气管专家组：观察气管横切面模型，了解“C”形软骨环的作用（支撑，保持气道畅通）。观看支气管内壁纤毛摆动的显微视频。讨论：“C”形软骨、黏液和纤毛如何协同工作，保卫我们的肺部？

3.肺专家组：观察肺的实物模型或图片，感受其海绵状质地。利用肺泡放大模型或高倍显微镜下肺泡切片图，观察肺泡的形态。讨论：肺和肺泡的这些外形特点，可能与其什么功能相关？

各组“专家”探究后，重新混合编成新的小组，每位“专家”向新组员汇报本组的发现。教师巡回指导，确保关键信息（如鼻腔的加温加湿清洁、气管的清洁防御、肺泡的数量多面积大等）在组间有效传播。

（四）归纳建构，形成观念（预计时间：5分钟）

教师引导学生以思维导图形式，在黑板上共同构建呼吸系统“结构与功能观”的知识网络。核心框架为：

呼吸系统

├─呼吸道（气体通道+预处理）

│├─鼻：过滤、清洁、湿润、温暖、嗅觉

│├─咽/喉：通道、发声

│└─气管/支气管：软骨支撑、黏液粘附、纤毛清扫

└─肺（气体交换场所）

└─肺泡：数量极多、总面积大、壁非常薄、外绕毛细血管→适于高效气体交换

教师总结强调：“生物体的每一个结构都有其存在的意义，都与它所执行的功能高度适应。呼吸系统从鼻腔到肺泡，每一处设计都体现了对生命高效、安全获取氧气的精密考量。”

（五）课堂小结与延伸思考

简要回顾本课核心内容。布置课后实践任务：查阅资料，了解一种呼吸系统结构异常或功能障碍导致的疾病（如鼻中隔偏曲、支气管扩张、肺气肿），并从“结构与功能”的角度简要分析其影响。为下节课学习呼吸动力机制做准备。

第2课时：呼吸的动力——解密呼吸运动的原理

（一）复习导入，聚焦问题（预计时间：5分钟）

快速回顾上节课内容：空气通过呼吸道进入肺，最终到达肺泡进行气体交换。教师提问：“气体本身不会主动流动，那么是什么力量驱使新鲜空气被‘吸’进我们的肺，又把废气‘呼’出去的呢？是肺自己像气球一样会主动收缩扩张吗？”引发学生认知冲突。让学生将手放在自己胸部，深呼吸一次，感受胸廓的起伏。进而引出核心问题：呼吸运动是如何产生的？

（二）模型建构，探究原理（预计时间：25分钟）

探究活动二：制作“呼吸机”模型

学生以4人小组为单位，利用提供的材料（如：去底塑料瓶代表胸廓，气球代表肺，底部蒙上的橡胶膜代表膈肌，Y形管和两个小气球可模拟支气管和肺，或用简单单气球版本），尝试组装一个能模拟吸气和呼气的装置。

组装完成后，各组操作模型，观察在“吸气”和“呼气”状态下，“膈肌”（橡胶膜）的位置变化、“胸廓”（塑料瓶）的容积变化以及“肺”（气球）的胀缩情况。记录现象。

教师选择有代表性的小组进行展示，并引导全班观察、讨论：

1.当我们向下拉“膈肌”膜时（模拟膈肌收缩），“胸廓”容积如何变化？“肺”有何变化？这模拟了吸气还是呼气？

2.当我们向上推“膈肌”膜时（模拟膈肌舒张），现象如何？模拟了什么过程？

3.在这个模型中，“肺”的胀缩是被动的还是主动的？是什么导致了它的被动变化？

通过模型演示，学生初步理解：膈肌的收缩与舒张引起胸廓上下径的变化，进而引起胸腔和肺内气压的变化，是气体进出肺的直接动力。

探究活动三：探究肋骨的运动

播放慢动作的肋骨运动透视动画，或使用可动肋骨模型进行演示。引导学生观察：吸气时，肋骨是向上向外运动还是向下向内运动？胸廓的前后径、左右径如何变化？

请学生模仿动画，双手放在自己肋骨两侧，进行深呼吸，感受肋骨的运动。结合动画与自身体验，学生归纳：吸气时，肋间肌收缩，肋骨上提、胸骨上移，使胸廓前后径、左右径增大。呼气时则相反。

（三）整合分析，揭示本质（预计时间：10分钟）

教师引导学生将膈肌运动与肋骨运动整合，从“容积-气压-气流”的物理学视角，系统分析呼吸运动的原理。利用板画或动画，分步演绎：

1.吸气过程：肋间外肌和膈肌收缩→肋骨上提并外展，膈顶下降→胸廓容积增大→肺随之扩张，肺容积增大→肺内气压下降（低于外界大气压）→外界气体进入肺泡。

2.呼气过程：肋间外肌和膈肌舒张→肋骨下降，膈顶回升→胸廓容积缩小→肺借弹性回缩，肺容积减小→肺内气压升高（高于外界大气压）→肺泡内气体排出体外。

强调关键点：呼吸肌的收缩舒张是原动力，引起胸廓容积变化，进而导致肺内气压与外界气压的差值变化，最终驱动气体进出。肺本身没有主动收缩的肌肉，其扩张是被动的。

（四）实践应用，深化理解（预计时间：5分钟）

活动：“测量平静与运动后的胸围差”

学生两人一组，使用软尺互相测量平静时和原地高抬腿运动1分钟后的深吸气末与深呼气末的胸围，计算胸围差。比较两种状态下胸围差的差异。讨论：运动后呼吸加深加快，从呼吸运动原理的角度看，主要是哪些肌肉活动更剧烈、更频繁了？这有什么生理意义？

（五）课堂小结与反思

总结呼吸运动的原理，明确吸气、呼气过程中各结构的状态变化及因果关系。提出思考题：如果胸廓因外伤严重变形，或者膈肌瘫痪，会对呼吸产生什么影响？这与我们制作的模型可能出现的问题有何相似之处？

第3课时：气体的旅程——体内气体交换与运输

（一）情境回扣，承上启下（预计时间：5分钟）

回顾上节课内容：呼吸运动将新鲜空气运送到肺泡。提问：“氧气到达肺泡后，如何到达全身各处需要它的细胞？细胞产生的二氧化碳又是如何到达肺泡并被呼出的？气体在体内是‘自由漫步’还是‘定向运输’？”展示一幅人体血液循环简图，暗示气体交换与循环系统的密切关系，引出本课主题：气体在体内的交换与运输。

（二）探究肺泡处的气体交换（预计时间：15分钟）

探究活动四：解析“高效气体交换器”——肺泡

再次观察肺泡的微观结构模型或高分辨率电镜图（突出显示肺泡壁、毛细血管壁）。引导学生量化分析其适于气体交换的特点：

1.数量多、面积大：约3-4亿个，总面积可达100平方米（类比一个羽毛球场）。

2.壁薄：肺泡壁和毛细血管壁都仅由一层上皮细胞构成，总厚度不到1微米。

3.密布毛细血管网：每个肺泡外缠绕着丰富的毛细血管。

教师提出问题：“这些结构特点如何促成高效的气体交换？这里发生的气体交换是什么原理？”引导学生回忆物质的扩散作用：分子从浓度高（分压高）的地方向浓度低（分压低）的地方运动。

展示肺泡与血液之间气体交换的动画：动画清晰显示肺泡内氧气浓度高、二氧化碳浓度低；流经肺泡毛细血管的静脉血中氧气浓度低、二氧化碳浓度高。在浓度差（分压差）的驱动下，氧气穿过肺泡壁和毛细血管壁进入血液，二氧化碳则反向扩散进入肺泡。

学生用箭头示意图在学案上画出肺泡处氧气和二氧化碳的扩散方向，并用自己的语言描述过程。

（三）探究组织处的气体交换（预计时间：10分钟）

推理活动：“氧气的目的地”

教师引导：“富含氧气的动脉血流经身体各处的组织（如肌肉、脑）时，发生了什么？”展示组织细胞与血液之间气体交换的动画：组织细胞不断进行呼吸作用消耗氧气、产生二氧化碳，因此细胞内的氧气浓度低、二氧化碳浓度高；而动脉血则氧气浓度高、二氧化碳浓度低。于是，氧气从血液扩散进入组织细胞，二氧化碳从组织细胞扩散进入血液，动脉血又变成了含氧较少、含二氧化碳较多的静脉血。

学生类比肺泡处的交换，在学案上画出组织处气体交换的箭头示意图。教师强调：无论在肺泡还是在组织，气体交换的原理都是扩散作用，方向始终是从浓度高的一侧向浓度低的一侧。

（四）整合与辨析：构建完整图景（预计时间：10分钟）

教师引导学生将呼吸运动、肺泡气体交换、气体在血液中的运输（与血红蛋白结合）、组织气体交换、细胞呼吸作用这几个环节串联起来，形成一个连贯的“呼吸全过程”概念图。可以小组合作完成，并用不同颜色的箭头表示氧气和二氧化碳的路径。

在此过程中，重点辨析两个易混淆概念：

1.呼吸（肺换气）：指生物体与外界环境之间进行气体交换的过程，包括呼吸运动和肺内气体交换，主要解决外界氧的摄入和二氧化碳的排出。

2.呼吸作用（细胞呼吸）：指细胞利用氧，将有机物氧化分解成二氧化碳和水，并释放能量的过程。这是呼吸全过程的最终目的，为生命活动提供动力。

明确二者的关系：呼吸（外呼吸）是呼吸作用（内呼吸）的前提和条件，呼吸作用是对呼吸所得氧气的利用，是呼吸的最终目的。

（五）案例分析，巩固迁移（预计时间：5分钟）

展示案例：一位一氧化碳（CO）中毒患者的病历简述。CO与血红蛋白的结合能力远强于氧气。提问：

1.一氧化碳中毒主要影响了呼吸全过程的哪个环节？

2.为什么患者血液中氧气含量可能正常，但组织细胞仍会缺氧？

3.急救时通常会采取高压氧舱治疗，其原理是什么？

通过案例分析，检验学生对气体运输（与血红蛋白结合）和交换原理的理解，并了解其在现实生活中的应用。

第4课时：呼吸与健康——关注呼吸系统的保健与环境

（一）数据聚焦，引发关注（预计时间：7分钟）

教师呈现一组触目惊心的数据图表：全球吸烟人数及烟草相关疾病死亡人数统计；我国不同城市近年PM2.5年均浓度变化趋势图；青少年哮喘发病率近年变化情况。提问：“这些数据说明了什么？它们与我们的呼吸系统健康有何关联？”引导学生认识到，呼吸系统直接与外界环境相通，极易受到外界有害因素的侵害，呼吸健康是关乎个人与公共健康的重要议题。

（二）科学探究：烟草的危害（预计时间：18分钟）

探究活动五：“眼见为实”——模拟吸烟对呼吸系统的损害

注意：本实验为教师演示实验或播放标准化实验视频，严禁学生操作或接触烟草制品。

1.实验一：焦油收集：用洗耳球或抽气装置模拟“吸烟”，让香烟燃烧产生的烟雾通过一团干燥的棉花或滤纸。展示棉花/滤纸上聚集的棕黄色黏稠焦油物质。让学生联想：如果这是我们的支气管和肺泡，长期会怎样？

2.实验二：气体成分对比：分别用洗耳球向两瓶澄清石灰水中注入新鲜的空气和香烟烟雾。观察现象（烟雾使石灰水明显变浑浊，说明二氧化碳含量极高，且含有其他酸性物质）。对比分析吸入气体和呼出气体的成分差异，但香烟烟雾的“污染”程度远超正常呼出气体。

3.图片对比：展示健康的肺与长期吸烟者肺的解剖标本图片、病理切片图。观察颜色、弹性、表面状况（如烟熏的黑斑、肺气肿形成的水泡）的惊人差异。

学生小组讨论，基于实验现象和图片证据，总结吸烟对呼吸系统的具体危害（如损伤纤毛、引发炎症、导致肺癌、诱发肺气肿等），并扩展到对心血管系统等其他系统的危害。教师强调，电子烟同样含有尼古丁等有害物质，并非安全替代品。

（三）议题研讨：空气污染与个人防护（预计时间：10分钟）

议题：“在雾霾天，我们应该如何科学防护？”

学生课前已分组查阅了关于PM2.5、PM10等可吸入颗粒物，以及臭氧、二氧化硫等空气污染物的资料。课堂上，各小组代表分享主要污染物来源及其对呼吸系统的危害（如引发炎症、加重哮喘、损伤肺泡巨噬细胞等）。

随后，围绕以下子议题展开班级辩论或讨论：

1.雾霾天是否必须佩戴口罩？不同类型的口罩（普通棉纱、一次性医用、KN95/N95）防护效果有何区别？

2.除了戴口罩，还有哪些个人防护措施？（减少户外活动、使用空气净化器、注意个人卫生等）

3.作为中学生，我们可以为改善空气质量做些什么？（绿色出行、节约能源、垃圾分类、宣传环保等）

教师引导学生理性分析，平衡防护的必要性与科学性，避免不必要的恐慌，并提升环保责任感。

（四）健康行动规划（预计时间：5分钟）

教师总结影响呼吸健康的几大主要因素：吸烟与二手烟、空气污染、病原体感染（病毒、细菌）、过敏原等。

学生以小组为单位，结合本单元所学知识，设计一份“守护呼吸健康行动倡议书”或制定一份“个人呼吸健康周计划”。内容需具体、可操作，如：承诺永不尝试吸烟并劝阻家人吸烟；根据AQI指数科学佩戴口罩；在流感季节勤洗手、保持通风；积极参加体育锻炼增强呼吸肌力量等。小组间进行交流分享。

（五）单元总结与升华

教师引导学生回顾本单元从结构到功能、从原理到应用的学习历程，再次强调“结构与功能相适应”的生命观念，以及维护呼吸健康对于个人生命质量和社会可持续发展的重要性。鼓励学生将所学知识转化为自觉的健康行为和积极的环保行动，真正实现学科育人的价值。

七、板书设计规划（单元动态生成）

板书将采用组合式、动态生成的方式，随着课时推进逐步完善成一个完整的知识体系。

主板书区域（居中）：

人体的呼吸

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一、系统探秘：结构与功能观

鼻→咽→喉→气管→支气管→肺(肺泡)

(清洁、湿润、温暖)(软骨、纤毛防御)(气体交换)

关键：肺泡——多、大、薄、密→高效换气

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二、动力解析：呼吸运动原理

吸气：肌缩→廓容大→肺容大→肺压小→气入

呼气：肌舒→廓容小→肺容小→肺压大→气出

（核心：胸廓容积变化导致肺内气压变化）

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三、体内旅程：气体交换与运输

肺泡交换：O2入血，CO2出肺(扩散，顺浓度差)

血液运输：O2（结合Hb），CO2（多种形式）

组织交换：O2入细胞，CO2入血(扩散，顺浓度差)

细胞呼吸：有机物+O2→CO2+H2O+能量(意义)

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四、健康责任：保护与行动

拒烟草：识危害，远焦油尼古丁

防污染：辨AQI，科学防护

抗病原：讲卫生，强免疫

践行动：个人承诺，社会责任

副板书区域（侧边）：用于绘制关键示意图（如呼吸运动动态图、气体交换箭头图）、记录学生讨论生成的关键词、展示探究活动中的核心问题等。

八、教学评价设计

本单元采用过程性评价与终结性评价相结合、多元主体参与的综合评价方式。

1.过程性评价（占比60%）：

1.2.课堂表现观测：记录学生在提问、讨论、模型展示、汇报等环节的参与度、思维深度和合作精神。

2.3.探究活动报告：对“制作呼吸模型”、“测量胸围差”、“气体交换示意图绘制”等活动