4.3.2 发生在肺内的气体交换 学历案- 2025-2026学年人教版生物七年级下册

发生在肺内的气体交换 学历案 初中生物学学历案 发生在肺内的气体交换 ——探究呼吸运动的奥秘 人教版七年级下册 第四单元 生物圈中的人 第三章 人体的呼吸 第二节 适用年级：七年级 建议课时：2课时 2024年新人教版教材配套 一、课题信息 本学历案依据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》和2024年新人教版七年级下册教材编写，聚焦"发生在肺内的气体交换"这一核心内容，通过真实情境创设和探究活动设计，引导学生深入理解人体呼吸的生理机制，培养学生的科学思维和探究能力。 课题名称 发生在肺内的气体交换 教材版本 人教版七年级下册（2024年新版） 单元位置 第四单元第三章第二节 建议课时 2课时（第1课时：肺与外界的气体交换；第2课时：肺泡与血液的气体交换） 授课对象 七年级学生 表1 课题基本信息 二、学习目标（核心素养） 依据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》的核心素养要求，结合本节内容特点和学生认知水平，制定以下学习目标。学习目标的设计注重知识、能力、情感的有机融合，体现"生命观念、科学思维、探究实践、态度责任"四个维度的协调发展。 （一）生命观念 生命观念是生物学学科核心素养的基础，要求学生能够运用结构功能观、进化适应观等观念解释生命现象。本节课通过探究肺的结构与功能的关系，帮助学生建立"结构与功能相适应"的生命观念。 1. 能够描述呼吸系统的组成，说出肺的位置、形态和结构特点，理解肺泡结构与其气体交换功能相适应的特征，包括肺泡壁薄、数目多、外面包绕着丰富的毛细血管等，形成结构与功能相适应的生命观念。 1. 能够概述肺与外界气体交换的过程，理解胸廓容积变化与肺内气压变化的关系，解释呼吸运动的原理，认识人体通过呼吸运动实现与外界环境气体交换的生理机制。 1. 能够概述肺泡与血液之间气体交换的过程和原理，理解气体扩散作用在气体交换中的作用，认识血液中气体成分的变化及其生理意义，形成人体是一个统一整体的生命观念。 （二）科学思维 科学思维是认识客观世界、解决实际问题的重要思维方式。本节课通过模型建构、数据分析、逻辑推理等活动，培养学生的科学思维能力，使学生学会运用比较、分析、综合等方法解决生物学问题。 1. 能够运用模型与建模的方法，通过制作呼吸运动模型，模拟胸廓容积变化引起肺内气压变化的过程，将抽象的生理过程具体化、可视化，发展模型建构能力。 1. 能够通过分析实验数据，比较吸入气体和呼出气体中氧气、二氧化碳含量的差异，运用归纳与概括的方法得出气体交换的规律，培养数据分析能力。 1. 能够运用逻辑推理，分析胸廓容积变化、肺内气压变化、气体进出肺三者之间的因果关系，建立呼吸运动的完整认知链条，培养因果推理能力。 （三）探究实践 探究实践是生物学学科核心素养的重要组成部分，强调学生通过亲身实践获取科学知识、领悟科学方法。本节课设计了多个探究活动，让学生在动手操作、观察记录、分析讨论中体验探究实践的过程。 1. 能够针对"呼吸运动是如何完成的"这一问题提出假设，设计并实施探究实验，通过测量胸围差、感受呼吸时胸廓的变化等活动，收集证据验证假设。 1. 能够运用比较实验的方法，探究吸入气体和呼出气体成分的差异，设计合理的实验方案，规范操作实验仪器，如实记录实验现象和数据。 1. 能够对实验结果进行分析和解释，与他人交流探究过程和结论，反思探究过程中的不足，提出改进建议，发展探究实践能力。 （四）态度责任 态度责任是生物学学科核心素养的价值追求，要求学生能够运用生物学知识解决实际问题，关注与生物学相关的社会议题。本节课通过联系生活实际，引导学生养成健康的生活方式。 1. 能够运用所学知识解释生活中与呼吸相关的现象，如打哈欠、深呼吸、剧烈运动后呼吸加快等，将生物学知识与生活实际相联系。 1. 能够认识吸烟、空气污染对呼吸系统的危害，认同保护环境、珍爱生命的重要性，自觉养成健康的生活习惯，增强态度责任意识。 1. 能够关注与呼吸系统相关的健康问题，如哮喘、肺炎、慢性阻塞性肺疾病等，了解预防措施，形成关爱他人、服务社会的意识。 三、评价任务设计 评价任务的设计遵循"教-学-评"一致性原则，将评价嵌入学习过程，实现过程性评价与终结性评价相结合。评价任务既关注学生对知识的理解和掌握，又关注学生核心素养的发展水平，通过多元化的评价方式全面了解学生的学习状况。 （一）过程性评价任务 评价环节 评价内容 评价方式 情境导入 学生能否根据生活经验提出有价值的科学问题 课堂观察、问题记录表 模型建构 模型制作的科学性、创新性，小组合作情况 模型评价量表、小组互评 实验探究 实验操作规范性、数据记录准确性、结论合理性 实验报告、教师巡视评价 讨论交流 表达的清晰性、思维的逻辑性、倾听的态度 课堂发言记录、同伴评价 表2 过程性评价任务设计 （二）终结性评价任务 终结性评价任务旨在检测学生对本节核心知识的理解和应用能力，评价学生核心素养的发展水平。评价任务设计注重情境的真实性和问题的开放性，引导学生运用所学知识解决实际问题。 1. 基础性任务：完成课后检测题，检测对呼吸运动原理、气体交换过程的理解程度。 1. 应用性任务：运用所学知识解释"为什么剧烈运动后呼吸会加快加深""人工呼吸的原理是什么"等实际问题。 1. 拓展性任务：查阅资料，了解一种呼吸系统疾病的病因、症状和预防措施，制作健康宣传海报。 四、学习过程 学习过程的设计以学生为主体，以探究为核心，以情境为载体，引导学生主动建构知识。整个学习过程分为两个课时，第一课时聚焦"肺与外界的气体交换"，第二课时聚焦"肺泡与血液的气体交换"。每个课时都包含情境导入、探究活动、知识建构、拓展应用四个环节，形成完整的学习闭环。 第一课时：肺与外界的气体交换 环节一：情境导入——从生活现象到科学问题 【情境创设】 播放一段游泳运动员在比赛前深呼吸的视频片段，引导学生观察运动员的呼吸动作。教师提问："同学们，你们注意到了吗？游泳运动员在入水前都会做一个深呼吸的动作。请大家模仿一下深呼吸的动作，感受一下你的身体发生了什么变化？"学生跟随教师的引导，进行深呼吸体验，感受胸廓的起伏变化。 【问题引领】 教师继续追问："在深呼吸的过程中，你的胸廓有什么变化？气体是如何进出肺的？肺是如何实现与外界进行气体交换的？"这些问题激发学生的好奇心和探究欲望，引导学生将生活经验转化为科学问题。学生分组讨论，记录小组提出的问题，教师收集并整理学生的问题，形成本节课的核心探究问题：呼吸运动是如何完成的？ 【设计意图】 通过真实的生活情境导入，激发学生的学习兴趣，建立知识与生活的联系。游泳运动员深呼吸的场景贴近学生生活，容易引起共鸣。通过亲身体验深呼吸，学生能够直观感受胸廓的变化，为后续探究活动奠定感性认识基础。问题链的设计由浅入深，引导学生从现象到本质，从感性到理性，逐步深入思考。 环节二：探究活动——建构呼吸运动模型 【活动一：感受胸廓的变化】 学生两人一组，互相测量平静状态和深呼吸时的胸围差。测量方法：被测者自然站立，双臂自然下垂，测量者用软尺围绕被测者胸部，在乳头水平位置测量平静呼气末和深吸气末的胸围，计算胸围差。学生记录测量数据，比较不同学生的胸围差，分析影响胸围差的因素。教师引导学生思考：胸围差的大小与什么有关？胸廓容积的变化是如何实现的？ 【活动二：制作呼吸运动模型】 教师提供模型材料：透明塑料瓶（去底）、Y形玻璃管、小气球两个、大气球一个、橡皮筋等。学生分组制作呼吸运动模型，具体步骤如下：首先，将Y形玻璃管的两端分别套上小气球，用橡皮筋固定，模拟肺；然后，将Y形玻璃管从塑料瓶口插入，用橡皮泥密封瓶口，确保不漏气；最后，将大气球剪开，套在塑料瓶底部，用橡皮筋固定，模拟膈。 模型制作完成后，学生操作模型：向下拉底部的大气球（模拟膈收缩），观察小气球的变化；向上推底部的大气球（模拟膈舒张），观察小气球的变化。学生记录观察结果，分析模型各部分分别代表什么结构，模型的运动过程模拟了什么生理过程。 【活动三：探究呼吸运动的原理】 教师引导学生分析模型实验结果，建立胸廓容积变化、肺内气压变化、气体进出肺三者之间的逻辑关系。学生通过小组讨论，完成以下推理链条：膈收缩下降→胸廓容积增大→肺内气压降低→外界气体进入肺（吸气）；膈舒张上升→胸廓容积减小→肺内气压升高→肺内气体排出（呼气）。教师补充肋间肌的作用，说明肋间外肌收缩时肋骨上提，胸廓前后径和左右径增大，进一步扩大胸廓容积。 【设计意图】 通过测量胸围差的活动，学生能够直观感受胸廓的变化，建立感性认识。模型建构活动将抽象的呼吸运动过程具体化、可视化，帮助学生理解胸廓容积变化与肺内气压变化的关系。探究活动遵循"体验—建模—推理"的认知路径，培养学生的科学思维和探究能力。小组合作学习促进学生之间的交流与互助，培养合作精神。 环节三：知识建构——形成系统认知 【概念整合】 教师引导学生整合探究活动的成果，形成对呼吸运动的系统认识。学生绘制呼吸运动过程的概念图，包括吸气过程和呼气过程两个分支，每个分支包含肌肉状态、胸廓变化、肺内气压变化、气体流动方向等要素。概念图的绘制帮助学生理清知识之间的逻辑关系，形成结构化的知识体系。 【重点突破】 针对学生容易混淆的概念，教师设计辨析活动。例如，"肺内气压低于外界气压时，气体是进入肺还是排出肺？""吸气时，膈是收缩还是舒张？"等问题，引导学生通过逻辑推理得出正确结论。教师强调呼吸运动是呼吸肌（肋间肌和膈）活动的结果，是一个主动的过程，而肺本身没有肌肉，是被动的。 【设计意图】 概念整合环节帮助学生将零散的知识点串联成系统的知识网络，培养归纳概括能力。概念图作为一种可视化工具，能够清晰呈现知识之间的逻辑关系，促进深度学习。重点突破环节针对学生的认知难点进行针对性指导，帮助学生克服概念混淆，建立正确的科学概念。 环节四：拓展应用——联系生活实际 【情境应用】 教师呈现多个生活情境，引导学生运用所学知识进行解释。情境一：人工呼吸是抢救呼吸停止患者的重要方法，请解释人工呼吸的原理。情境二：为什么剧烈运动后呼吸会加快加深？情境三：打哈欠时，我们会不由自主地深吸一口气，这有什么生理意义？学生分组讨论，运用呼吸运动的原理分析这些现象，培养知识迁移能力。 【课堂小结】 学生回顾本节课的学习内容，总结呼吸运动的原理。教师引导学生思考：气体进入肺后，是如何与血液进行交换的？为下一课时的学习埋下伏笔，激发学生的探究兴趣。 第二课时：肺泡与血液的气体交换 环节一：情境导入——延续探究热情 【复习导入】 教师引导学生回顾上节课的内容：气体是如何进入肺的？学生回答：通过呼吸运动，外界气体进入肺。教师追问：进入肺的气体与肺内的气体成分相同吗？学生根据生活经验进行猜测，有的学生认为相同，有的学生认为不同。教师顺势引出本节课的探究主题：肺泡与血液之间的气体交换。 【情境创设】 播放一段登山运动员在高原地区呼吸困难的视频片段。教师提问："为什么登山运动员在高原地区会感到呼吸困难？高原地区的空气与平原地区有什么不同？"学生讨论后，教师补充：高原地区空气稀薄，氧气含量低，人体需要通过加快呼吸来获取更多的氧气。这个情境引出气体交换的核心问题：氧气是如何从肺泡进入血液的？ 环节二：探究活动——比较吸入气体和呼出气体的成分 【实验探究】 实验一：比较吸入气体和呼出气体中二氧化碳含量的差异。教师提供实验材料：澄清石灰水、集气瓶、玻璃片、导管等。学生分组进行实验：向一瓶澄清石灰水中吹气，观察石灰水的变化；向另一瓶澄清石灰水中通入空气，观察石灰水的变化。学生记录实验现象，分析实验结果：呼出气体使澄清石灰水变浑浊，说明呼出气体中二氧化碳含量较高。 实验二：比较吸入气体和呼出气体中氧气含量的差异。教师提供实验材料：燃烧的蜡烛、集气瓶、玻璃片等。学生分组进行实验：将燃烧的蜡烛分别放入装有空气和呼出气体的集气瓶中，观察蜡烛燃烧的情况。学生记录实验现象，分析实验结果：蜡烛在呼出气体中燃烧时间较短，说明呼出气体中氧气含量较低。 【数据分析】 教师呈现吸入气体和呼出气体成分的数据表格，引导学生分析数据，得出结论。学生通过比较发现：吸入气体中氧气含量约为21%，呼出气体中氧气含量约为16%；吸入气体中二氧化碳含量约为0.03%，呼出气体中二氧化碳含量约为4%。学生分析数据，得出结论：在肺内发生了气体交换，氧气进入血液，二氧化碳从血液排出。 气体成分 吸入气体 呼出气体 氧气 约21% 约16% 二氧化碳 约0.03% 约4% 水蒸气 少量 较多 氮气 约78% 约78% 表3 吸入气体与呼出气体成分比较 环节三：知识建构——理解气体交换的原理 【概念建构】 教师引导学生思考：气体是如何在肺泡和血液之间进行交换的？学生根据已有知识进行猜测，教师补充气体扩散的概念：气体从浓度高的地方向浓度低的地方运动，直到平衡为止。教师用生活中的例子帮助学生理解：打开香水瓶，香味会从瓶内向四周扩散；在教室里喷洒空气清新剂，香味会逐渐弥漫整个教室。 【结构分析】 教师展示肺泡结构示意图，引导学生观察肺泡的结构特点。学生观察后总结肺泡的结构特点：肺泡壁由一层上皮细胞构成，很薄；肺泡外面包绕着丰富的毛细血管；毛细血管壁也很薄，由一层上皮细胞构成。教师引导学生分析这些结构特点与气体交换功能的关系：肺泡壁和毛细血管壁都很薄，有利于气体快速通过；肺泡数目多，增大了气体交换的面积；肺泡外面包绕着丰富的毛细血管，有利于气体在肺泡和血液之间进行交换。 【过程梳理】 教师引导学生梳理肺泡与血液之间气体交换的过程。学生通过分析，建立以下认知：肺泡内氧气浓度高于血液中氧气浓度，氧气从肺泡扩散进入血液；血液中二氧化碳浓度高于肺泡内二氧化碳浓度，二氧化碳从血液扩散进入肺泡。教师强调：经过肺泡与血液的气体交换，血液中氧气含量增加，二氧化碳含量减少，静脉血变为动脉血。 环节四：拓展应用——关注健康生活 【健康教育】 教师呈现吸烟对呼吸系统危害的资料，引导学生分析吸烟对肺泡和气体交换的影响。学生讨论后认识到：吸烟会损伤肺泡壁，降低气体交换效率；烟草烟雾中的有害物质会沉积在肺部，引发各种呼吸系统疾病。教师引导学生思考：如何保护我们的呼吸系统？学生提出建议：不吸烟、远离二手烟、保持室内空气流通、适当锻炼增强肺功能等。 【课堂小结】 学生回顾两节课的学习内容，总结人体呼吸的完整过程：外界空气通过呼吸运动进入肺，在肺泡与血液之间进行气体交换，氧气进入血液，二氧化碳排出体外。教师引导学生绘制呼吸全过程的流程图，形成系统认知。 五、检测与作业 检测与作业的设计遵循分层原则，分为基础题、提高题和拓展题三个层次，满足不同学生的学习需求。基础题面向全体学生，检测对核心概念的理解；提高题面向学有余力的学生，检测知识迁移能力；拓展题面向学有特长的学生，培养探究精神和创新能力。 （一）基础题（必做） 1. 人体呼吸系统的组成包括哪些器官？肺是呼吸系统的主要器官，它有哪些结构特点与其气体交换功能相适应？请结合教材内容，详细描述肺泡的结构特点，并分析这些特点如何有利于气体交换的进行。 1. 请详细描述吸气过程和呼气过程中，肋间肌和膈的状态、胸廓的变化、肺内气压的变化以及气体的流动方向。可以采用表格或流程图的形式呈现，要求内容完整、逻辑清晰。 1. 比较吸入气体和呼出气体的成分，说明在肺内发生了什么变化。为什么呼出气体中氧气含量降低、二氧化碳含量升高？这与肺泡与血液之间的气体交换有什么关系？ （二）提高题（选做） 1. 人工呼吸是抢救呼吸停止患者的重要急救方法。请结合呼吸运动的原理，解释人工呼吸为什么能够帮助患者恢复呼吸。在进行人工呼吸时，应该注意哪些事项？ 1. 剧烈运动后，人的呼吸会加快加深。请分析这一现象产生的原因，并说明呼吸加快加深对维持人体内环境的稳定有什么意义。 1. 设计一个实验方案，探究不同运动强度对呼吸频率的影响。要求写出实验目的、实验材料、实验步骤、预期结果和结论。 （三）拓展题（选做） 1. 查阅资料，了解一种呼吸系统疾病（如哮喘、肺炎、慢性阻塞性肺疾病等）的病因、症状、治疗方法和预防措施，制作一份健康宣传海报或撰写一篇科普文章。 1. 调查吸烟对呼吸系统的危害，收集相关数据和案例，撰写一份调查报告，提出控烟建议。 六、学后反思 学后反思是学习过程的重要组成部分，通过反思学生能够审视自己的学习过程，发现学习中的问题和不足，调整学习策略，提高学习效率。本学历案设计了以下反思问题，引导学生进行深度反思。 （一）知识反思 1. 通过本节课的学习，我对呼吸运动的原理有了怎样的认识？能否用自己的话解释呼吸运动是如何完成的？ 1. 我对肺泡与血液之间气体交换的过程和原理理解得如何？能否解释为什么静脉血经过肺泡后会变成动脉血？ 1. 在学习过程中，我还有哪些疑问没有解决？需要进一步学习和探究的内容有哪些？ （二）方法反思 1. 在模型建构活动中，我有哪些收获？模型对理解抽象概念有什么帮助？ 1. 在实验探究活动中，我学会了哪些实验技能？实验过程中遇到了哪些困难？是如何克服的？ 1. 在小组合作学习中，我的表现如何？与同学的合作是否愉快？有哪些需要改进的地方？ （三）情感反思 1. 通过本节课的学习，我对人体呼吸的奇妙有了怎样的感受？对生命的认识有什么新的体会？ 1. 学习吸烟对呼吸系统危害的内容后，我有什么感想？今后我会如何保护自己的呼吸系统？ 1. 本节课的学习经历对我的学习态度和学习方法有什么影响？今后我会如何改进自己的学习？ 七、教学资源 为保障教学活动的顺利开展，本学历案准备了丰富的教学资源，包括实验材料、多媒体资源、学习工具等。教师可根据实际教学条件和学生情况，灵活选用和调整教学资源。 （一）实验材料 1. 呼吸运动模型材料：透明塑料瓶（去底）、Y形玻璃管、小气球两个、大气球一个、橡皮筋、橡皮泥等，每组一套。 1. 胸围差测量材料：软尺，每组一把。 1. 气体成分比较实验材料：澄清石灰水、集气瓶、玻璃片、导管、燃烧的蜡烛等，每组一套。 （二）多媒体资源 1. 游泳运动员深呼吸视频片段，用于情境导入。 1. 登山运动员高原呼吸困难视频片段，用于第二课时情境导入。 1. 呼吸运动动画演示，展示胸廓变化和肺内气压变化的过程。 1. 肺泡结构示意图和气体交换动画，展示肺泡与血液之间的气体交换过程。 1. 吸烟危害健康的相关视频和图片资料，用于健康教育环节。 （三）学习工具 1. 学历案学习单，包含学习目标、探究活动记录表、知识建构框架、检测题等。 1. 模型评价量表，用于评价学生制作的呼吸运动模型。 1. 实验报告单，用于记录实验过程、数据和结论。 1. 概念图模板，帮助学生构建知识体系。 八、板书设计 板书设计是课堂教学的重要组成部分，能够帮助学生理清知识脉络，形成系统认知。本学历案的板书设计采用结构化呈现方式，突出重点内容，体现知识之间的逻辑关系。 发生在肺内的气体交换 一、肺与外界的气体交换 吸气：膈收缩下降→胸廓容积增大→肺内气压降低→气体入肺 呼气：膈舒张上升→胸廓容积减小→肺内气压升高→气体出肺 二、肺泡与血液的气体交换 原理：气体扩散作用（从浓度高处向浓度低处扩散） 过程：肺泡←O₂→血液 肺泡←CO₂→血液 结果：静脉血→动脉血 三、肺泡结构特点（结构与功能相适应） ①肺泡壁薄（一层上皮细胞） ②肺泡数目多（增大交换面积） ③外包绕丰富毛细血管（利于气体交换） 表4 板书设计示意 九、教学反思 教学反思是教师专业成长的重要途径，通过对教学过程的分析和总结，不断改进教学策略，提高教学质量。本学历案的教学反思从教学目标达成、教学过程实施、学生表现评价、改进建议等方面进行。 （一）教学目标达成情况 通过两课时的教学，学生基本达成了预设的学习目标。在生命观念方面，学生能够理解肺泡结构与气体交换功能相适应的特点，建立了结构与功能相适应的生命观念；在科学思维方面，学生通过模型建构和数据分析，发展了模型建构能力和逻辑推理能力；在探究实践方面，学生通过实验探究活动，体验了探究实践的过程，培养了探究能力；在态度责任方面，学生认识到保护呼吸系统健康的重要性，增强了健康意识和态度责任感。 （二）教学过程实施情况 情境导入环节能够有效激发学生的学习兴趣，学生积极参与讨论，提出了许多有价值的问题。模型建构活动是本节课的亮点，学生通过动手制作模型，将抽象的呼吸运动过程具体化，加深了对知识的理解。实验探究活动培养了学生的动手能力和探究实践能力，但部分学生在实验操作中存在不规范的情况，需要在今后的教学中加强指导。知识建构环节帮助学生形成了系统的知识网络，但部分学生对概念图的使用还不够熟练，需要进一步训练。 （三）改进建议 在今后的教学中，可以从以下几个方面进行改进：一是进一步优化情境设计，选择更贴近学生生活的情境，增强情境的真实性和代入感；二是加强实验操作的规范性训练，在实验前进行示范讲解，确保学生能够规范操作；三是增加小组讨论的时间，给学生更多的思考和交流机会，促进深度学习；四是完善评价机制，增加过程性评价的比重，及时反馈学生的学习情况，调整教学策略。 — — 学科网（北京）股份有限公司 $