6.15.1人体与外界进行气体交换（教学设计）（含交互设计）生物新教材苏科版八年级上册

该初中生物学教学设计聚焦人体与外界气体交换，涵盖呼吸系统组成、呼吸运动原理及气体交换。通过长跑喘气、雾霾戴口罩情境导入，引导学生讨论气体进出器官等问题，承接血液循环知识，为下一节气体交换奠定基础，以教材阅读、实验操作和动画演示为学习支架。 资料特色在于实验与技术融合，通过模拟膈肌运动分组实验、吹石灰水演示实验及交互动画，直观呈现呼吸运动中肌肉与气压变化，落实结构与功能相适应的生命观念，培养实验推理的科学思维和规范操作的探究实践能力。结合雾霾防护等生活案例强化健康意识，为教师提供清晰教学流程，助力学生构建知识体系与健康生活态度。

第十五章 人体的气体交换与废物排出 第1节　人体与外界进行气体交换 年级 八年级 授课时间 1课时 课题 第1节　人体与外界进行气体交换 教材分析 本节课选自苏科版 2024 八年级上册第十五章第 1 节《人体与外界进行气体交换》，承接第十四章血液循环内容，血液运输氧气和二氧化碳的前提是人体从外界获取氧气、排出二氧化碳，起到承上启下的作用。教材先介绍呼吸系统的组成，区分呼吸道与肺的结构功能；结合胸廓变化实验、模拟膈肌运动装置演示呼吸运动原理；分析吸气、呼气时肋骨、肋间肌、膈肌、胸廓、肺容积、气压的变化；对比吸入、呼出气体成分差异，配套吹石灰水实验验证二氧化碳增多。课堂融入呼吸运动交互动画、实验闯关小游戏，落实 “结构与功能相适应” 生命观念，通过模型观察、实验分析、数据对比锻炼学生科学思维；结合雾霾防护、正确呼吸等生活知识，引导学生爱护呼吸道、关注呼吸健康，培养社会责任素养，同时为下一节人体内气体交换奠定基础。 教学目标 【知识目标】 1. 说出呼吸系统由呼吸道和肺组成，依次识别鼻、咽、喉、气管、支气管、肺，分别描述各结构功能，明确肺是气体交换主要场所。 2. 描述呼吸道清洁、温暖、湿润空气的作用，理解呼吸道结构适配气体进出的特点。 3. 阐述呼吸运动原理，分清吸气、呼气过程中肋间肌、膈肌、胸廓、肺内气压的变化规律。 4. 通过实验说明呼出气体二氧化碳含量高于吸入空气，氧气含量减少。 【素养目标】 1.生命观念：建立结构与功能相适应观念，呼吸道特殊结构处理空气、肺泡薄壁结构适配气体交换；理解呼吸运动依靠肌肉与气压变化完成，人体各结构协同完成气体交换。 2.科学思维：对比吸气呼气变化表格、分析澄清石灰水实验现象、解读空气成分数据，提升归纳对比、实验推理、图文转换能力。 3.探究实践：完成模拟膈肌运动分组实验、向澄清石灰水吹气演示实验，规范操作实验器材，观察记录实验现象，推导实验结论。 4.态度责任：认识雾霾、吸烟、粉尘对呼吸道和肺的伤害，掌握戴口罩、开窗通风等防护方法，主动向家人宣传呼吸道健康保护知识。 教学重、难点 【教学重点】 1. 呼吸系统组成，呼吸道与肺的结构及对应功能； 2. 吸气、呼气过程中肌肉、胸廓、肺容积、气压的变化规律； 3. 呼出气体与吸入空气成分差异，澄清石灰水实验原理。 【教学难点】 1. 理解呼吸运动的动力来源（肋间肌、膈肌收缩舒张）与气压变化的逻辑关系； 2. 区分 “呼吸运动（外界通气）” 和 “气体交换” 两个不同生理过程； 3. 结合模拟装置对应人体胸腔结构，看懂模型并推导呼吸变化。 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 展示两张生活情境图片：①长跑后大口喘气；②雾霾天出门佩戴口罩。 抛出 3 个问题小组讨论 2 分钟： 1. 跑步时我们不停吸气呼气，气体经过身体哪些器官？ 2. 冬天吸入冷空气不会刺激肺部，呼吸道起到什么作用？ 3. 为什么向澄清石灰水中吹气会变浑浊？ 小组讨论后代表发言： 生 1：气体经过鼻子、气管、肺部； 生 2：鼻子能加温、过滤空气；生 3：呼出气体含有大量二氧化碳。 新知探究 一、呼吸系统的组成 过渡：人体和外界气体交换依靠呼吸系统完成，梳理呼吸系统两大组成部分。 阅读教材P59-62，根据书本知识思考下列问题。 1.呼吸系统的组成及功能？ 2.呼吸系统的主要器官？ 自习书本寻找知识 学生齐声回答： 自主阅读课本，在图中标注呼吸道与肺各器官； 1. 结合呼吸系统挂图讲解呼吸道：鼻→咽→喉→气管→支气管；逐一讲解鼻毛、黏膜、纤毛功能，总结呼吸道清洁、温暖、湿润空气三大作用。2. 重点讲解肺：由大量肺泡构成，肺泡壁薄、毛细血管丰富，是气体交换主要器官；咽是呼吸和消化共用通道。 3. 提问辨析：痰在哪里形成？为什么不能随地吐痰？ 课堂笔记记录呼吸道三大功能、肺的功能； 思考并回答：痰在气管、支气管形成，含有病菌，随地吐痰传播疾病。 小组讨论： 空气中往往含有尘埃等异物，呼吸道是如何阻挡异物的？ 寒冬跑步时感觉吸进去的空气是冷的，散步时则不明显的原因是什么？ 在进行人工呼吸前，为什么要先清除被救者口、鼻内的污物? 学生回答： 生1：鼻中的鼻毛、毛细血管、鼻粘膜使空气变得清洁、温暖和湿润。 生2：气管和支气管中的纤毛、粘液使空气变得清洁和湿润。 生3：呼吸道以骨或软骨为支架，其内表面覆盖着黏膜，黏膜内分布着丰富的毛细血管，分泌的黏液可粘住尘埃和细菌。这些特点既保证了气体的畅通，又对吸入的空气具有清洁、湿润和温暖的作用。 生4：使被救者的鼻咽部通畅，以利于空气进出肺部。 过渡：呼吸道使得进入肺内的气体变得清洁、温暖和湿润。但是处理空气的能力是有限的。那么肺呢？ 肺的结构和功能 据图分析 学生回答： （1）肺位于胸腔内，左右各一个，是最主要的呼吸器官，左肺分两叶，右肺分三叶。 （2）由大量肺泡组成，肺泡壁和毛细血管壁都仅有一层上皮细胞。 安排任务：小组讨论 为什么说肺是最主要的呼吸器官？ 成人肺泡的总表面积约为70m2，深吸气时可达100m2。这对气体交换有什么重要意义？ 小组合作完成，教师巡视点评修正： 生1：(1)肺泡是肺进行气体交换的主要部位，数目很多，外面缠绕着丰富的毛细血管和弹性纤维。 (2)肺泡壁和毛细血管壁都很薄，各由一层上皮细胞组成。 生2： 提高气体交换效率：增加扩散面积、快速更新气体 二、呼吸运动 阅读教材P63-66，根据书本知识思考下列问题。 1.肋间肌与呼吸的关系？ 2.膈肌与呼吸的关系？ 3.肋骨与膈的状态变化，分析胸廓容积扩大或缩小的原因？ 4.人体吸气时，外界气体是如何进入肺的？ 5.人体呼气时，肺内气体又是如何排出体外的？ 学生齐声回答： 生1：肋间肌收缩-吸气 生2：膈肌收缩-吸气 生3：肋间肌、膈肌收缩-胸廓容积扩大 生4：...... 1. 出示模拟膈肌运动实验装置，讲解装置对应人体结构：玻璃管 = 气管、气球 = 肺、玻璃罩 = 胸廓、橡皮膜 = 膈肌。 2. 分组实验指导：下拉橡皮膜模拟膈肌收缩（吸气），上推橡皮膜模拟膈肌舒张（呼气），观察气球膨胀、收缩变化。 3. 分步梳理完整变化规律：吸气：肋间肌、膈肌收缩→胸廓扩大→肺扩张→肺内气压低于外界气压→气体入肺呼气：肋间肌、膈肌舒张→胸廓缩小→肺回缩→肺内气压高于外界气压→气体出肺 根据图片学生齐声回答： 1. 分组操作模拟膈肌实验，记录气球体积变化； 2. 填写吸气呼气对比表格，记忆肌肉、气压变化规律；3. 观看交互动画，对照模型理解胸腔内部变化。 过渡：用手按在胸部两侧，深深地吸气和呼气，感受肋骨和胸廓的变化。 教师点拨： 1.吸气过程和呼气过程——肋间外肌 2.吸气过程和呼气过程——膈肌 模拟膈肌的收缩和舒张与呼吸的关系 学生展示： 学生感受后得出吸气时，肋骨向上向外运动，胸廓扩大。 学生展示： 放松或下拉橡皮膜 模拟膈肌收缩，膈顶下降 气球涨大(吸气) 知识拓展：气压与体积的关系 一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积增大时其气压会降低，体积缩小时其气压会升高。气体由压力高的地方向压力低的地方扩散。 学生记笔记 肺与外界的气体交换通过呼吸运动实现 学生记笔记 交互虚拟实验动画——模拟人体的呼吸运动 活学活用 如图是某人一次平静吸气时，肺内气压的变化曲线。请分析回答： （1）曲线AB段表示的是吸气过程还是呼气过程？此时肺内气压与外界大气压是什么关系？B点的意义？ （2）曲线BC段变化中，胸廓容积是怎样变化的？ 学生回答： 生1：曲线AB段表示的是呼气过程，此时肺内气压高于外界大气压。 B点代表呼气刚刚停止 生2：曲线BC段变化中，胸廓容积增大。 三、气体交换 阅读教材P63-66，根据书本知识思考下列问题。 1.肺泡内气体交换的过程是如何实现的？ 2.发生了气体交换后，气体的成分发生了什么变化？ 学生回答： 生1：气体扩散 生2：呼出气体中含有较多的二氧化碳 视频播放 1.A、C两集气瓶中的石灰水变化有何不同？这说明了什么问题？ 2.B、D两集气瓶中的细木条燃烧现象有何不同？说明什么问题？ 教师点拨： 人体内的气体交换包括肺泡内的气体交换和组织里的气体交换两个过程，它们都是通过扩散作用实现的。 气体具有扩散特性，会从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，直至达到平衡状态。 学生回答： 生1：A无明显变化、C变浑浊。 说明呼出气体中含有较多的二氧化碳 生2：B中正常燃烧，D中熄灭。 说明人体呼出气体中，氧气含量减少 。 教师点拨-气体交换过程： 小组讨论： 进入血液中的氧，通过血液循环输送到哪里去？ 氧最后是在组织细胞中的什么部位被利用？ 学生记笔记 学生代表回答： 生1： 生2：线粒体 交互虚拟实验动画——人体与外界进行气体交换 四、呼吸系统保健 播放科普短视频：吸烟、雾霾、粉尘对气管、肺泡的损伤；讲解正确佩戴口罩、室内通风、不随地吐痰、少去粉尘场所等保护措施。 学生记笔记 趣味闯关游戏——人体与外界进行气体交换闯关大挑战 习题巩固 1．如图甲表示某人在一次平静呼吸中肺内气压的变化曲线，图乙为肺泡与毛细血管之间的气体交换示意图。下列叙述错误的是（     ） A．图甲中，曲线BC段是呼气过程 B．图甲中，B点时肺内气压等于大气压 C．图乙中，外界气体按照c方向进入肺泡时，肋间肌和膈肌应处于舒张状态 D．图乙中，a是二氧化碳、b是氧气 【答案】C 【知识点】肺与外界的气体交换、肺泡与血液的气体交换 【详解】A．图甲中BC段肺内气压大于外界气压，表示呼气过程，A正确。 B．图甲中的B点是吸气的末端，此时肺内气压等于大气压，B正确。 C．图乙中，外界气体按照c方向进入肺泡时表示吸气过程，此时膈肌与肋间肌都是处于收缩状态，C错误。 D．图乙表示肺泡内的气体交换，a是二氧化碳的扩散，b是氧气的扩散，D正确。 2．下列有关呼吸系统的说法中错误的是（     ） A．呼吸系统由呼吸道和肺组成 B．呼吸系统由气管、支气管、鼻、喉、咽和肺组成 C．肺是呼吸系统的主要器官 D．肺泡壁和毛细血管壁由多层上皮细胞构成 【答案】D 【知识点】呼吸系统的组成、肺泡与血液的气体交换 【详解】ABC．呼吸系统由呼吸道和肺两部分组成，其中，鼻、咽、喉、气管、支气管是气体进出肺的通道，称为呼吸道，肺是气体交换的场所，是呼吸系统的主要器官，ABC正确。 D．肺泡壁和毛细血管壁都很薄，只由一层上皮细胞构成，利于气体交换，D错误。 3．体检中心进行肺活量检测时，受试者尽力深呼气。下列关于呼气过程的描述，正确的是（     ） A．肋间肌和膈肌都舒张，胸廓缩小 B．肋间肌和膈肌都收缩，胸廓扩大 C．肋间肌舒张、膈肌收缩，胸廓缩小 D．肋间肌收缩、膈肌舒张，胸廓扩大 【答案】A 【知识点】肺与外界的气体交换 【详解】A．呼气时肋间肌和膈肌都舒张，肋骨向下向内运动，膈顶部回升，胸廓的前后径、左右径和上下径均缩小，胸廓容积缩小，肺的容积减小，肺回缩，肺内气压高于外界气压，肺内气体排出外界，A正确。 B．肋间肌和膈肌都收缩、胸廓扩大是吸气过程的特点，并非呼气过程，B错误。 C．呼气时膈肌处于舒张状态，并非收缩，C错误。 D．呼气时肋间肌和膈肌均舒张，且胸廓是缩小的；吸气时肋间肌和膈肌都收缩，胸廓扩大，D错误。 4．下图为人体呼吸全过程局部示意图，有关分析正确的是（     ） A．乙、丙过程依靠呼吸运动实现 B．肺泡中氧气浓度低于血液 C．组织细胞是人体内氧气浓度最低的位置 D．甲过程为肺泡内的气体交换 【答案】C 【知识点】肺与外界的气体交换、肺泡与血液的气体交换、组织细胞与血液的气体交换 【详解】A．乙过程是肺泡内的气体交换，丙过程是组织里的气体交换，这两个过程都是依靠气体的扩散作用实现的，而不是呼吸运动，呼吸运动实现的是肺与外界的气体交换（即甲过程），A错误。    B．气体总是从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，肺泡内的氧气浓度高于血液中的氧气浓度，所以氧气会从肺泡扩散进入血液，B错误。   C．组织细胞不断进行呼吸作用消耗氧气，因此组织细胞是人体内氧气浓度最低的位置，血液中的氧气会不断扩散进入组织细胞供其呼吸作用使用，C正确。    D．甲过程是肺与外界的气体交换，依靠呼吸运动完成，而肺泡内的气体交换是乙过程，D错误。 5．与吸入空气相比，人体平静呼吸和有氧运动呼出气体共同的特点是（     ） A．氧气增加，二氧化碳减少 B．氧气减少，二氧化碳增加 C．氧气、二氧化碳都增加 D．氧气、二氧化碳都减少 【答案】B 【知识点】呼吸的总述 【详解】无论是平静呼吸还是有氧运动，人体细胞都会消耗氧气进行呼吸作用产生二氧化碳，经肺部气体交换后，呼出气体与吸入空气相比，氧气减少，二氧化碳增加，B符合题意，ACD不符合题意 6．观察膈肌运动示意图，下列生理过程对应关系正确的是（     ） A．I→膈肌舒张→吸气 B．I→胸廓扩张→肺内气压降低 C．Ⅱ→膈肌收缩→呼气 D．Ⅱ→胸廓增大→气体入肺 【答案】B 【知识点】肺与外界的气体交换、模拟膈肌的运动 【详解】AB．图I中膈顶部下降，代表膈肌收缩，此时胸廓容积扩张，肺随之扩张，肺内气压低于外界大气压，外界气体进入肺，是吸气过程，A错误，B正确。 CD．图Ⅱ中膈顶部上升，代表膈肌舒张，此时胸廓容积缩小，肺随之回缩，肺内气压高于外界大气压，肺内气体排出，是呼气过程，CD错误。 7．下图是某同学制作的“模拟膈肌运动”实验装置。当用手向下拉橡皮膜时，下列现象正确的是（     ） A．气球回缩，表示呼气过程 B．气球膨胀，表示吸气过程 C．瓶内气压升高，肺内气体排出 D．膈肌舒张，胸廓容积缩小 【答案】B 【知识点】肺与外界的气体交换、模拟膈肌的运动 【详解】AB．向下拉动橡皮膜（模拟膈肌收缩），瓶内（模拟胸廓）容积变大，内部气压减小，气球（模拟肺）膨胀，模拟吸气过程，A错误、B正确。 C．当用手向下拉橡皮膜时，瓶内容积增大，瓶内气压减小，外界气体进入肺内，C错误。 D．向下拉动橡皮膜，模拟膈肌收缩，胸廓容积变大，D错误。 8．为保障神舟二十一号航天员在轨健康，科研团队设计了包含蹬车训练在内的体育锻炼方案，航天员蹬车时佩戴专用呼吸器可强化心肺功能。图1为肺泡与周围毛细血管的气体交换示意图，图2为航天员的部分血液循环示意图，请据图作答： (1)图1中，气体①从肺泡进入血液后主要依靠血液中的_____________运输；气体②主要依靠血液中的____运输。 (2)肺泡是肺进行气体交换的基本单位，请写出两条肺泡适于气体交换的结构特点________。 (3)据图2分析，经过图1的气体交换后，流经肺部的血液最先进入心脏的_______（填字母），随后通过_______（填字母）输送到下肢骨骼肌细胞，为蹬车训练提供能量支持。 (4)训练中骨骼肌细胞产生的二氧化碳会通过循环系统、呼吸系统排出体外，请利用图2中的编号或字母和箭头补充完整二氧化碳从骨骼肌细胞到排出体外的完整路径：组织细胞→________________→肺泡。 【答案】(1) 红细胞 血浆 (2)肺泡数量多，增大了气体交换面积；肺泡外包绕丰富的毛细血管，便于气体交换；肺泡壁和毛细血管壁都很薄，仅由一层上皮细胞构成，利于气体透过 (3) C D (4)③→A→B→①→② 【知识点】肺泡与血液的气体交换、血液的成分及功能、血细胞的种类及功能、血液循环 【详解】（1）图1中①是肺泡扩散进入血液的氧气，氧气进入血液后会与血红蛋白结合，主要依靠红细胞运输；②是血液扩散进入肺泡的二氧化碳，二氧化碳大部分溶解在血浆中，主要依靠血浆运输。 （2）肺泡数量多，增大了气体交换面积；肺泡外包绕丰富的毛细血管，便于气体交换；肺泡壁和毛细血管壁都很薄，仅由一层上皮细胞构成，利于气体透过。这些特点都有利于肺泡进行气体交换。 （3）经过肺部气体交换后，血液氧气含量增加，由含氧少、颜色暗红的静脉血变为含氧多、颜色鲜红的动脉血；该过程属于肺循环，完成气体交换的血液经肺静脉最先流入心脏的C左心房，之后进入D左心室，由左心室收缩将血液泵出输送到全身包括下肢骨骼肌。 （4）组织细胞产生二氧化碳排出体外的路径为：二氧化碳进入组织处毛细血管后，经③上下腔静脉回到A右心房，再流入B右心室，由右心室泵入①肺动脉，最终到达②肺部毛细血管扩散进入肺泡，因此路径为组织细胞→③→A→B→①→②→肺泡。 课堂小结 本节课我们学习呼吸系统由呼吸道和肺组成，呼吸道可清洁、温暖、湿润空气，肺是气体交换主要场所；借助模拟实验理解呼吸运动原理，分清吸气、呼气时肌肉、胸廓、气压的变化；通过吹石灰水实验证明呼出气体二氧化碳增多。构建知识逻辑：呼吸系统结构→呼吸运动实现外界通气→气体成分交换，落实结构与功能相适应的生命观念，树立爱护呼吸道、健康呼吸的生活意识。引导学生梳理主线：呼吸系统组成→呼吸运动原理→气体成分变化→呼吸健康防护。 板书设计 15.1 人体与外界进行气体交换 一、呼吸系统组成 1. 呼吸道：鼻→咽→喉→气管→支气管 功能：清洁、温暖、湿润空气；咽是消化、呼吸共用通道 2. 肺（主要器官）：大量肺泡，气体交换场所 二、呼吸运动（外界气体进出肺） 1. 吸气：肌收缩→胸廓变大→肺扩张→气压小→进气 2. 呼气：肌舒张→胸廓变小→肺收缩→气压大→出气 课后作业 1． 概念检测 吸气时膈肌和胸廓变化为（） A. 膈肌收缩，胸廓扩大 B. 膈肌收缩，胸廓缩小 C. 膈肌舒张，胸廓扩大 D. 膈肌舒张，胸廓缩小 【答案】A 【解析】吸气时膈肌向下收缩，胸廓容积扩大，肺内气压降低，外界气体进入肺部。 教学反思 本节课依托生活场景导入，搭配模拟膈肌实验交互式动画，将抽象的呼吸气压变化直观化，大部分学生能识别呼吸系统各器官，复述吸气、呼气完整变化规律。课堂存在两处教学难点：一是学生难以理解 “气压差驱动气体流动” 的逻辑，容易记反肌肉收缩舒张对应的呼吸状态；二是混淆 “呼吸运动（外界通气）” 和 “肺泡内气体交换” 两个概念，与上一章血液循环气体运输衔接不连贯。 后续教学改进方案：课前发放呼吸运动对比填空预习单，制作吸气呼气简易记忆口诀卡片；增加气压变化分步动画拆解演示；补充氧气从外界→肺泡→血液→组织细胞完整路径例题；结合雾霾、吸烟等真实生活案例强化呼吸道健康教育，持续落实结构功能观与健康生活的态度责任素养。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $