“呼吸与呼吸作用”一节的教学设计

王 丹 （北京市丰台区丰台二中初中部 北京 100040）

1 教材分析

“呼吸与呼吸作用”是北京市义务教育课程改革实验教材7年级下学期第6章“生物的呼吸”第4节的内容。本章前3节从人、绿色植物和其他生物的角度，分别介绍了生物的呼吸现象和其特定的气体交换方式，学生能认识到每种生物都需要呼吸。将前3节内容进行比较分析，学生自然会产生这样的疑问：“生物为什么需要不断地进行呼吸？”“生物不断地从外界摄入氧气，用来做什么？”“生物不断排出的二氧化碳又是从哪里来的？”本节按照从现象到本质的探究规律，引导并帮助学生构建呼吸作用的概念，完成对“呼吸与呼吸作用”的整体认识，对前3节内容进行概括与提升。呼吸作用是初中生物学教学的重要概念之一。呼吸作用是生物体的共同特征。学生对呼吸作用概念的构建和生成，对初中及今后的学习起到重要的衔接作用。初中阶段呼吸作用的学习主要围绕有氧呼吸展开。

2 学情分析

初中学生思维活跃，求知欲强，但这一阶段的学生感性认识仍然大于理性思维，需要教师给予充足的感性材料和引导才能加深对学习内容的理解。从学生已有的知识角度分析，通过前3节的学习，学生不难概括出“呼吸是生物体与外界进行气体交换的过程”。呼吸的目的是为细胞的呼吸作用提供充足的氧气，氧化分解有机物释放能量，满足生命活动所需。通过第4章“生物的营养”的学习，学生对“能量”这个词并不陌生，但仍缺乏直观感受。本节重、难点需要通过实验探究的方法，从现象到本质逐步深入进行突破。

基于教材，该教学设计在呼吸作用概念的学习上做出了适当调整。将教材中学习活动“探究种子燃烧释放的热量”改为由化学教师演示并讲解的“脂肪体外燃烧实验”；将学习活动“探究种子呼吸时释放热量”改为“用智能温度监测仪实时监测徒手屈肘运动肱二头肌体表温度变化趋势”。引导学生分析“燃烧”和“呼吸作用”过程并进行比较，加深学生对学习内容的理解，进而构建呼吸作用的概念。设计上实现了学科交叉融合的尝试，还在教材植物实验（种子燃烧、种子萌发）基础上扩充了动物、人体（脂肪燃烧、运动产热）实验，贴近学生日常生活，易激发学生的学习兴趣。

3 教学目标

1）知识目标：描述呼吸作用的具体过程；区别呼吸与呼吸作用；说出呼吸作用的实质。

2）能力目标：在脂肪的体外燃烧实验中，初步学会实验数据的记录和分析方法，进一步培养问题分析能力和语言表达能力；在监测屈肘运动肱二头肌体表温度变化情况的学习活动中，智能温度监测仪APP的引入，发展信息获取和处理的能力；尝试比较燃烧和呼吸作用的异同，加深对呼吸作用的理解。

3）情感态度与价值观目标：通过“燃烧”和“呼吸作用”学习过程的比较，认同实事求是的科学态度和探究精神；通过学习情境创设，认同良好的饮食和运动习惯，确立积极、健康的生活态度；通过实验可行性分析和讨论，发展理性思维，培养严谨的科学态度。

4 教学过程

教学流程如图1。

图1 教学流程示意图

4.1 温故知新，引入主题 教师引导学生回顾前3节课的内容：人的呼吸，绿色植物的呼吸，以及其他生物的呼吸，进而概括得出呼吸的概念。提出问题：生物为什么要不断地进行呼吸？吸入的氧气用来做什么？排出的二氧化碳又是从哪里来的？引入本节课主题：呼吸与呼吸作用。

设计意图：在学生已有知识基础之上进行概括总结，通过提问引发学生思考，导入新课。

4.2 学科巧融合：化学教师演示并讲解体外脂肪燃烧实验 教师创设学习情境，用PPT出示体重相同、体型不同的成人的图片，引出脂肪和健康话题，引入减肥广告词“燃烧吧，脂肪”，提出问题：“燃烧在这里用的合理吗？在体内，脂肪能燃烧吗？”燃烧是一个化学概念，进而引出化学教师演示并讲解的“体外脂肪燃烧实验”。

实验材料：腊肉的脂肪部分、托盘天平，2瓶氧气（带玻璃盖）、酒精灯、镊子、红外测温仪、火柴，澄清的石灰水，黑纸等。

实验步骤：1）取一小块脂肪，用托盘天平称量，将读数记录到表格中。2）实验前先用红外测温仪测出集气瓶外表温度，并记录到表格中。3）在空气中点燃脂肪，再放入氧气瓶中燃烧，提醒学生对比脂肪在空气和氧气中燃烧的状态，继续燃烧直至集气瓶中氧气耗尽，迅速盖严集气瓶盖。4）用红外测温仪再次测出集气瓶表面温度并记录。5）引导学生观察集气瓶壁，观察其上有什么现象出现？6）用澄清石灰水检测集气瓶中的气体，观察澄清的石灰水是否变浑浊。7）用天平称量燃烧后剩余物质的质量，并记录。

表1 体外脂肪燃烧实验记录表

学生观察演示实验，并思考以下问题：

1）反应前、后样品质量发生了什么变化？

2）反应前、后集气瓶表面温度发生了什么变化，为什么？

3）释放出的热量是从哪里来的？

通过实验记录表的分析、讨论和填写，学生能明确燃烧的原料、产物和条件等，并总结得出燃烧的反应式。教师进行总结、补充。

图2 燃烧的反应式

设计意图：创设教学情境，引导学生辩证看待脂肪，认同健康的饮食和运动习惯。化学教师的演示和讲解，有效整合了小学科学课和化学相关知识，唤醒学生已有学习经验。实验记录表的填写和实验的分析、讨论，使学生初步学会数据记录和实验分析的方法，进一步培养问题分析和语言表达能力，为后续学习呼吸作用的概念打下基础。

4.3 利用智能温度监测仪，形象、直观反映呼吸作用的过程 人体中的脂肪能像体外一样燃烧吗？人体中的情况究竟是什么样的？通过问题进行过渡。结合上个环节的学习，教师提问：

1）人体正常生命活动的维持需要能量吗？

2）哪些生命活动需要能量？

3）所需的能量从哪里来？

4）是否也是通过类似于体外脂肪燃烧这样的反应获得？

引导学生层层递进，进行讨论分析。在此将呼吸作用的探究分为3步。

步骤1：学习活动。连续进行徒手屈肘运动，监测肱二头肌体表温度变化情况。

材料和用具：智能温度监测仪APP和感温片、iPad、seewo 电脑，HDMI转接线、保鲜膜，志愿者2名等。

实验步骤：1）将智能温度监测仪的感温片贴于一名志愿者肱二头肌外侧皮肤上，其外包裹保鲜膜，徒手屈肘90度，约1 s一次，持续运动2 min。2）感温片连续测温，通过蓝牙连接监测仪 APP（iPad上）和感温片，实时生成时间—温度曲线图，并投影到seewo大屏上，让学生能直观观察到运动过程中肌肉体表温度随时间的变化情况。

同时，将全班学生分为2组，一组做扩胸运动，一组做徒手屈肘运动，全员参与体验运动过程，观察时间－温度曲线走势，让学生直观感受到运动过程肌肉体表温度会升高。

步骤2：实验可行性分析。

教师提问：1）温度曲线逐渐升高，这种情况会不会是偶然的？2）实验中，为什么要包裹保鲜膜？3）通过以上分析，能否直接得出“运动能使肌肉体表温度升高的结论”？为什么？

首先，出示运动前、后不同肌群的红外热像检测图，引导学生得出“不同部位，不同强度的持续运动，肌肉外侧皮肤温度都会有不同程度的升高”这样的结论并非偶然。

接着，出示来自同一被试者不同情况下（包裹保鲜膜运动、包裹保鲜膜不运动、不包裹保鲜膜运动）时间－温度曲线图，引导学生自行分析，学生能得出：“包裹保鲜膜运动时，温度升高的较为显著”的结论，进而认识到“设置对照”对于实验法的重要性。

最后，一个被试者的情况可能存在偶然性，出示多名被试者的数据，引导学生进行分析。通过分析得出“多次重复”对于实验法的重要意义。

步骤3：呼吸作用反应过程具体分析。

教师提问：1）运动过程中，肌肉外侧皮肤温度为什么会升高？2）变化发生的具体部位在哪里？是如何变化的？

通过问题引发学生思考，教师带着学生通过写、画板书的方式，分析并讲解细胞中发生呼吸作用反应的具体过程。一边板书，一边分析反应的原料、产物、条件等，并与呼吸概念相结合，分析反应式中有机物、氧气的来源，二氧化碳的去向等问题，将呼吸作用过程形象、立体呈现。

图4 呼吸作用具体过程分析（该图为课堂板书）

设计意图：呼吸作用的概念较为抽象，学生对其感性认识相对薄弱，本节课的重、难点通过实验探究，从感性到理性逐步深入进行突破。步骤1的学习活动为后2步提供直接经验。智能温度监测仪的引入，注重实证思想，发展学生信息获取和处理的能力，让学生形象、直观的体会到呼吸作用的反应过程和特点，加深了学生对呼吸作用的理解，帮助学生有效区分呼吸与呼吸作用的概念。实验可行性的讨论和分析，发展学生的理性思维，引导学生关注细节，培养科学严谨的实验态度。

4.4 比较归纳：得出呼吸作用的实质 根据学习任务单，结合板书，引导学生讨论比较“燃烧”和“呼吸作用”的异同，进而得出呼吸作用的实质：细胞中有机物氧化分解，并释放能量，为生命活动提供动力。

表2 比较燃烧和呼吸作用的异同

设计意图：教师通过问题和表格引导学生思考，并进行小组讨论，通过比较，学生自行构建呼吸作用的概念，进而归纳呼吸作用的实质。

4.5 拓展提高，留下疑问 本节内容主要以人为例，分析了人体的呼吸和呼吸作用。教师提问：绿色植物和其他生物也要呼吸，摄入的氧气用于做什么？排出的二氧化碳又是从哪里来的？它们体内是否也发生着类似于人体细胞中呼吸作用的反应？通过问题引发学生思考，进而归纳得出“呼吸作用是生物体的共同特征”的结论。

本节课结束时留下疑问：“如果屈肘运动一直持续，肌肉会无限制地升温吗？”激发学生的求知欲。

设计意图：对本节课内容进行拓展和提高，让学生进一步明确生物的生命活动都离不开呼吸作用，呼吸作用是生物体的共同特征。最后留下疑问，引发学生思考，为“生物的排泄”和“生命活动的调节”部分的学习做好铺垫。

5 教学反思

5.1 基于学科融合，构建生物学重要概念 为丰富学生的感性认识，突出重点，突破难点，本节课基于生物学与化学学科的融合，由化学教师演示并讲解“脂肪体外燃烧实验”，有效联系学生小学科学课学习过的燃烧知识，重视学生已有经验在新知获取中的作用，为后续构建“呼吸作用”概念做好铺垫。学科交叉教学活动，符合当前新课程改革的要求，是应对新中考趋势的大胆尝试。

5.2 注重实证思想，应用新技术于课堂教学 学习活动的设计注重实证思想，巧妙利用先进的体温监测设备——智能温度监测仪（APP和感温片），实时生成时间－温度曲线图，让学生直观体会“屈肘运动”发生在肌肉细胞中呼吸作用的反应过程及特点。将原本抽象的概念形象、立体呈现，学生对呼吸作用形成更加深刻的认识。

5.3 重视科学探究，发展学生理性思维 本节课在实验和活动的设计上重视科学探究，基于教材内容，重构2个学习活动，不仅增加了课堂的趣味性，也更符合学生的认知特点。在学习活动中，引导学生进行实验可行性分析和讨论，使学生进一步明确“设置对照”和“多次重复”在实验法中的重要性，进一步发展学生的判断、推理、归纳、对比等理性思维的能力。