人体呼出的气体中含有较多二氧化碳的探究（初中生物八年级上册教案）

人体呼出的气体中含有较多二氧化碳的探究（初中生物八年级上册教案）

一、教学内容与课标定位

（一）教学内容分析

本节课选自苏教版八年级上册第14章“人体内的物质运输”与第15章“人体内气体的交换”的衔接部分，是理解呼吸全过程的基石。在此之前，学生已学习了呼吸系统的组成，本节课将通过实验探究，定性与半定量地验证呼出气体中二氧化碳含量的变化，进而引出气体交换的原理与过程。本内容不仅是一个验证性实验，更是构建“呼吸作用产生二氧化碳”这一核心概念的关键证据，并为后续学习肺泡内的气体交换、组织里的气体交换以及血液循环的物质运输功能奠定事实基础，体现了生物学“结构与功能相适应”、“物质与能量观”的核心素养。

（二）学情分析

【基础】八年级学生具备初步的观察和实验操作能力，对生活中的呼吸现象有感性认识，知道人需要呼吸空气，但对呼出气体与吸入空气的成分差异缺乏科学认知。学生在初一物理课上学过一些简单的气体性质，在化学课尚未同步开展的情况下，对“澄清石灰水变浑浊”的原理仅知其然，不知其所以然。

【难点】学生的逻辑思维正处于发展阶段，对于“对照实验”的设计原则（如单一变量、对照组的设置）理解尚浅，容易忽略空气中本就含有少量二氧化碳的事实，从而得出“呼出气体中含有二氧化碳”而非“含有较多二氧化碳”的片面结论。此外，对于气体交换的微观机理（扩散作用）缺乏直观感知。

（三）核心素养聚焦

1.生命观念：通过探究呼出气体成分的变化，认同人体生命活动能够引起体内外物质变化，建立人体是一个开放生命系统的观念。

2.科学思维：基于实验现象，运用比较、分析、归纳的方法，推导出“呼出气体含有较多二氧化碳”的结论；运用扩散原理解释气体交换的方向。

3.科学探究：经历“提出问题—作出假设—制定计划—实施计划—得出结论—表达交流”的科学探究一般过程，掌握对照实验的设计方法。

4.态度责任：养成严谨求实的科学态度，关注空气质量与人体健康的关系，形成环保意识。

（四）课时安排

1课时（45分钟）

（五）教学准备

【教师准备】

1.多媒体课件（包含呼吸运动示意图、气体扩散动画、数字化实验数据图）。

2.实验材料器具：澄清石灰水（等量分装）、锥形瓶或试管（带单孔橡皮塞及直玻璃管、洗耳球）、烧杯、记号笔、火柴、集气瓶、毛玻璃片、水槽、弯导管。

3.【非常重要/创新】数字化探究设备：二氧化碳传感器、数据采集器、计算机及数据分析软件（用于定量拓展）。

4.准备两份典型的学生前概念记录单。

【学生准备】

预习教材，分组（4人一组），明确组长、操作员、记录员、发言人的角色。

二、教学目标与评价设计

（一）学习目标

1.通过自主阅读和小组讨论，能够复述澄清石灰水可用于检验二氧化碳的原理。

2.【基础】通过分组实验，能够规范操作“向澄清石灰水中吹气”及“用排水集气法收集气体”的实验步骤，观察并记录实验现象。

3.【重要】通过对实验现象的分析，能够说出人体呼出的气体与吸入的空气相比，二氧化碳含量增多，并能够阐述设置对照组的意义。

4.通过观看动画和模型演示，能够运用气体扩散原理，描述肺泡内的气体交换和组织里的气体交换过程。

（二）评价任务

1.【过程性评价】实验操作规范度、小组合作参与度、实验记录的完整性与真实性。

2.【形成性评价】课堂提问中对对照实验原则的理解；对气体交换方向的判断。

3.【终结性评价】完成实验报告册，绘制气体交换示意图。

三、教学实施过程（核心环节）

（一）创设情境，激趣导入（约3分钟）

教师活动：

1.展示情境：多媒体播放一段视频——冬季在密闭教室里，同学们感到昏昏欲睡，打开窗户通风后，大家精神一振。

2.提出问题：为什么密闭教室里的空气会让人犯困？我们向密闭空间呼入气体，排出的气体与刚进入教室的新鲜空气相比，成分发生了什么变化？

3.引导学生做出假设：学生根据生活经验，可能会猜测“氧气变少了”“二氧化碳变多了”。

4.【热点】引入课题：我们如何用科学的方法证明“人体呼出的气体中含有较多的二氧化碳”？今天我们就化身为“气体侦探”，来探究这个问题。

（二）定性探究——验证二氧化碳含量变化（约20分钟）

1.原理初探（约2分钟）

【基础】教师演示：取两支试管，分别倒入等量澄清石灰水。向其中一支试管用吸管吹气，另一支静置不做处理（或注入空气）。

学生观察现象：吹气的试管中，澄清石灰水变浑浊。

讲解原理：引导学生回顾（或告知）——二氧化碳（CO2）具有使澄清石灰水（主要成分氢氧化钙）变浑浊（生成白色沉淀碳酸钙）的特性。人们常用这种方法检验二氧化碳的存在。【重要】强调这是一种化学检验方法。

2.实验设计与讨论（约5分钟）

【非常重要/难点】教师提出核心问题：这个实验能直接证明“呼出气体含有较多二氧化碳”吗？为什么？

学生思考后可能会发现：空气中本来就有少量二氧化碳，这个实验只能证明“含有”，不能证明“较多”。

教师引导：如何设计一个更有说服力的实验？引出“对照实验”的思想。

分组讨论方案：

方案一：取等量澄清石灰水两份，一份直接吹入呼出气体，一份用洗耳球通过相同装置鼓入空气（模拟吸入气体），比较浑浊程度。

方案二：用排水集气法分别收集一瓶空气和一瓶呼出气体，然后分别倒入等量澄清石灰水，塞紧瓶塞振荡，观察比较。

教师评价方案的优劣，强调【重要】单一变量原则（除气体种类不同外，石灰水量、操作时间等均相同）和对照原则（空气组为对照组，呼出气体组为实验组）。

3.分组实验操作（约10分钟）

教师巡视指导，强调安全与规范：

（1）【重要】收集呼出气体时，采用排水集气法。指导学生如何在水下用玻璃片盖住集气瓶口，防止气体泄漏。

（2）提醒学生吹气时使用干净的玻璃管，只呼气，不吸气（防止石灰水吸入）。

（3）向集气瓶中滴加石灰水后，要振荡，使气体与液体充分接触。

（4）观察并记录现象：哪一瓶中石灰水更浑浊？或者哪一支试管浑浊更快？

4.分析论证与结论（约3分钟）

各小组汇报实验现象。

【高频考点】教师引导分析：

（1）现象：通入呼出气体的石灰水明显变浑浊甚至浑浊程度很大；而通入空气的石灰水可能无明显变化或仅轻微浑浊。

（2）推论：呼出气体中的二氧化碳含量比空气中的二氧化碳含量高。

（3）结论：人体呼出的气体中含有较多的二氧化碳。

教师板书核心结论，并再次强化【重要】“较多”二字的科学性——正是因为有对照组的对比，我们才能得出这个精准的结论。

（三）理性追问——二氧化碳的来源（约5分钟）

教师设问：

1.为什么我们呼出的气体中二氧化碳会增多？这些多出来的二氧化碳是凭空产生的吗？

2.引导学生联系之前所学“呼吸作用”概念：活细胞通过呼吸作用，利用氧气分解有机物，产生二氧化碳和水，并释放能量。

3.【基础】讲解：空气中的氧气随着呼吸进入肺泡，通过气体交换进入血液，运输到全身各处组织细胞。在组织细胞中，有机物（如葡萄糖）在氧气的参与下被分解，产生的二氧化碳又通过血液循环运送到肺部，最终被呼出体外。

此时，教师利用多媒体动画展示“组织细胞产生二氧化碳，血液运输二氧化碳，肺泡释放二氧化碳”的微观过程，将宏观实验现象与微观生理过程建立联系。

（四）深化建构——气体交换的原理与过程（约10分钟）

1.类比推理，突破难点（约3分钟）

【难点】教师演示实验：打开一瓶香水（或花露水）的瓶盖。

提问：前排同学先闻到香味，后排同学后闻到。这说明了什么？

学生回答：香味分子在扩散，从浓度高的地方向浓度低的地方运动。

教师引出【重要】气体扩散原理：一种气体总是由浓度（或分压）高的地方向浓度低的地方扩散，直到平衡为止。

2.模型建构，探究交换（约7分钟）

教师展示肺泡结构及毛细血管示意图。

（1）肺泡内的气体交换：

引导学生分析数据（或给定条件）：肺泡内氧气浓度高，二氧化碳浓度低；肺泡周围毛细血管中（静脉血）氧气浓度低，二氧化碳浓度高。

根据扩散原理，请学生判断气体移动方向：

氧气：肺泡→血液

二氧化碳：血液→肺泡

教师总结：经过肺泡内的气体交换，血液成分由含氧少、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】提问：氧气从肺泡进入血液，需要穿过几层细胞？几层细胞膜？（引导学生结合肺泡壁和毛细血管壁的结构特点回答：两层细胞——肺泡壁细胞和毛细血管壁细胞；四层细胞膜）

（2）组织里的气体交换：

类比推理：展示组织细胞与组织处毛细血管示意图。

引导学生分析：组织细胞进行呼吸作用，不断消耗氧气，产生二氧化碳，因此细胞内氧气浓度低，二氧化碳浓度高；而动脉血中氧气浓度高，二氧化碳浓度低。

请学生描述气体移动方向：

氧气：血液→组织细胞

二氧化碳：组织细胞→血液

教师总结：经过组织里的气体交换，血液成分由动脉血变成了静脉血。

完成板书中的气体交换示意图。

（五）科技赋能，定量拓展（约5分钟）

【非常重要/创新】数字化实验演示（若学校条件不允许，则展示数据图）：

教师利用二氧化碳传感器，分别检测空气中的二氧化碳浓度和收集在密封袋中的人体呼出气体的二氧化碳浓度。数据实时呈现在大屏幕上，形成曲线图。

1.展示数据：空气CO2浓度（约0.03%-0.04%），呼出气体CO2浓度（约3%-4%）。

2.分析数据：呼出气体中二氧化碳浓度是空气中的100倍左右。

3.【高频考点】追问：为什么呼出气体中氧气含量降低，二氧化碳含量升高？这直接证明了人体内进行了什么作用？（呼吸作用）

通过数字化实验，将定性的颜色反应提升为定量的数据支撑，使结论更具科学性和说服力，同时培养学生利用现代技术手段进行科学探究的意识-5-9。

（六）迁移应用，总结提升（约2分钟）

1.解决导入问题：现在谁能用今天学的知识解释，为什么在密闭教室待久了会感到昏昏欲睡？

学生回答：教室人多，呼出大量二氧化碳，导致空气中氧气相对减少，二氧化碳增多，人体组织细胞供氧不足。

2.联系生活：【热点/态度责任】

（1）为什么对溺水者进行人工呼吸前，要先清除口鼻内的污物？（保证呼吸道通畅，实现肺的通气）

（2）冬天为了保暖，紧闭门窗烤火炉（煤炉）有什么危险？（煤气中毒，即一氧化碳与血红蛋白结合能力比氧气强，导致组织缺氧）这属于气体交换的哪一个环节障碍？（气体在血液中的运输环节）-1-10

3.课堂小结：

教师引导学生回顾本节课的探究历程：从发现问题（教室空气沉闷）→提出假设（CO2增多）→设计对照实验（验证CO2含量）→得出科学结论（呼出气体含较多CO2）→探究原理（气体扩散）→建构概念（肺泡和组织里的气体交换）。这不仅是知识的习得，更是科学思维方法的训练。

四、板书设计

人体呼出的气体中含有较多二氧化碳的探究

——兼论体内的气体交换

一、实验探究：二氧化碳含量变化

1.原理：CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓(白)+H2O

2.方法：对比实验

1.3.吸入气体（空气）→石灰水轻微浑浊（或无变化）

2.4.呼出气体→石灰水明显浑浊

5.结论：呼出气体中含有较多CO2

二、气体交换的原理与过程

1.原理：气体扩散（高浓度→低浓度）

2.过程：

1.3.肺泡内的气体交换：

肺泡←CO2←血液（静脉血变动脉血）

肺泡→O2→血液

2.4.组织里的气体交换：

血液→O2→组织细胞（动脉血变静脉血）

血液←CO2←组织细胞

三、知识链：

呼吸运动（肺通气）→气体交换（肺泡+组织）→气体在血液中运输→呼吸作用（细胞）

五、教学反思与设计特色

本节课的设计摒弃了传统的“照方抓药”式实验，将验证性实验升格为探究性学习。其核心亮点在于：

1.【非常重要】强化对照实验思想：不满足于让学生看到石灰水变浑浊，而是通过对比实验的设计与讨论，引导学生深刻理