4.3.2 发生在肺内气体交换——呼吸运动实验模型的改进与数字化 实验说课稿-2023-2024学年人教版生物七年级下册

发生在肺内气体交换——呼吸运动实验模型的改进与数字化 说课稿 各位评委老师大家好，今天我说课的题目是“呼吸运动实验模型的改进与数字化”(媒体展示课题)，我将从以下5个方面进行说课。 教材分析 实验原理 实验创新 实验过程 课后思考 一、教材分析： 1.本实验在教材中的地位和作用 呼吸运动实验模型是人教版七年级下册《生物学》第三章第二节：《发生在肺内气体交换》中的一个演示实验。本节是这一章也是这一册的教学难点，尤其是肺与外界气体交换的原理比较抽象，学生在理解上有一定的难度，通过这一模拟实验，很直观体现出肺与外界气体交换时呼吸肌有规律的收缩与舒张使气体通过气道进入肺部的过程。 2. 教学目标： 科学探究：运用已有知识进行跨学科的探究、设计改进方案并动手实践完成实验模型制作。 生命观念：通过实验探究理解肺与外界的气体交换的过程，形成生物学的结构与功能观。 科学思维：学生通过思维批判、分析对比、构建模型、总结规律，从而归纳出呼吸运动的原理。 科学态度：学生在参与模型制作与改进的过程中形成乐于探索、严谨求实、勇于质疑的科学态度。 2、 实验创新 首先来看一下实验原型这是学校的教具和书上的图片 实验原型： （1）玻璃罩模拟胸廓； （2）Y型玻璃管模拟气管和支气管； （3）气球模拟肺； （4）橡皮膜模拟膈肌。 在教学中我们也布置学生制作呼吸模型，在这个过程中发现各类模型存在的问题： 1.单调，缺乏创意，不够逼真 2.不能准确演绎呼吸发生过程中，各呼吸结构的协调变化 3.无法直观反映出呼吸过程中胸腔与外界气压差的变化 气体进入人体后，首先是气体通过呼吸道进入肺然后是肺泡与血液发生气体交换，根据这两个过程可以将一组演示实验设计为两套模型：一个是呼吸运动模型另一个是肺泡与毛细血管模型。 本实验主要有两条创新的路径：1：对科学仪器和废弃物品的利用；2：进行跨学科整合。 为了实现模型的自动化操作使用了液压电机推杆代替人力；利用3D打印技术打印的肋骨模型让实验更加逼真更贴近呼吸时肋骨的结构变化；使用压强传感器将抽象的气压变化以图形方式可视化的展现；收集各式废弃的吸管当作气管和支气管结构即取材方便又减少了环境污染。 本实验的设计主要运用了生物学中人体呼吸的生理结构特点，同时也融合了材料设计、信息技术和物理学中气压变化及力学的知识。同时也是对2022年新课标中倡导的跨学科主题教学的一次尝试。 3、 实验过程 首先是实验器材介绍，核心器材有3D肋骨模型、玻璃罩、液压推杆电机、压强传感器、亚克力箱、自制膈肌模型；辅助器材有橡皮绷带、大小气球、Y型玻璃管、强力胶水、橡胶塞、各类吸管等。 实验的第一步是进行实验材料设计制作，学生配合信息老师利用“3Done软件”设计肋骨的3D图形，绘制完成后运用3D打印机打印出肋骨模型。在此过程中学生借助信息技术手段对实验产生了实际的帮助，为后续探究奠定基础。接下来是一些小零件的设计制作，先请学生绘制出设计好的零件草图，标清零件大小，再请厂家师傅用亚克力板作为材料雕刻出所需零件，零件到位后根据材料和设计要求再由学生对细节之处进行打磨，做成的这一部件是可以牵拉肋骨的装置，有一些材料为了符合实验要求还需要进行重构和调整，比如打印出的肋骨模型材料比较坚硬，不具备良好的伸缩性，这就需要将肋骨锯开连上一节弹性好的橡胶材料，这节橡胶管同时起到模拟肋软骨的作用，使得装置更贴近实际器官。学生通过设计改进方案并动手实践，培养了乐于探索、严谨求实、勇于质疑的科学态度。 实验的第二步是对器材进行拼装与演示，在拼装过程中膈肌的自动推升装置一开始采用的是学校”Stem创新社团“课上学生们组装的升降机，后来发现它的推升马力远远达不到要求，在咨询了物理老师后，建议我们使用大推力的液压装置，最终在机电市场找到了这种最大可推升20公斤重物的液压推杆电机，这就解决了实验模型中膈肌自动化升降的问题，这也很好的模拟了膈肌在实际情况中自主收缩的生理特点。下面请看模型拼装好后的视频演示。在视频演示的过程中可以看到膈肌升降的同时肺和肋骨以及气压差的变化，因为没有物理学的基础学生对于气压的变化是最难理解的，本实验通过压强传感器把肺内气压的变化以数字化的方式呈现在学生面前，帮助学生理解气压差在呼吸中的重要作用。这是在多次演示过程中一张气压变化比较均匀的曲线图。从图中可以明显的看到在呼气和吸气时胸腔内气压从正值变为负值的往复过程。 第二个实验模拟装置的制作相对简单一些，将收集来的一些吸管按照粗细程度拼装成气管分支的形态，最末端用小气球模拟肺泡，肺泡周围的毛细血管可以用细的橡皮管图上颜料来模拟。固定密封后就完成了一套在呼吸过程中肺泡与毛细血管变化的模型。请看模型演示： 接下来是实验结论，红色字