1、体内的气体交换教学设计-2024-2025学年冀少版（2024）初中生物七年级下册一、 教材分析（一） 教材地位与作用本节课是冀少版七年级下册第三章第二节呼吸的过程的核心内容，承接 “肺与外界的气体交换”，聚焦 “肺泡与血液”“血液与组织细胞” 的气体交换过程。教材通过 “资料分析”“观察与思考” 等栏目，引导学生从宏观现象（如呼出气体成分变化）深入微观机制（扩散作用），是理解 “呼吸为生命活动提供氧气” 的关键环节，也是构建 “人体循环系统与呼吸系统协同作用” 知识体系的基础。（二） 教材内容结构1. 基础理论：气体扩散的原理（浓度差驱动）。2. 核心过程：肺泡与血液的气体交换（氧气进入血液，二氧化碳进入肺泡）；血液与组织细胞的气体交换（氧气进入细胞，二氧化碳进入血液）。3. 应用延伸：联系生活案例（如煤气中毒、高原反应），强化 “气体交换障碍对健康的影响”。（三） 与新课标对接义务教育生物课程标准（2022 年版）要求学生 “说明体内气体交换的过程”，并 “举例说明呼吸系统与循环系统的协同作用”。教材通过模型建构、实验探究等活动，落实 “生命观念”“科学思维” 等核心素养，契合新课
2、标倡导的 “探究式学习” 理念。二、 核心素养教学目标（一） 生命观念1. 能用 “结构与功能相适应” 解释肺泡壁、毛细血管壁的单层细胞结构对气体交换效率的影响。2. 理解气体交换过程中 “物质循环与能量代谢的统一性”（如氧气参与细胞呼吸释放能量）。（二） 科学思维1. 通过分析 “肺泡与血液气体交换” 的示意图，归纳气体扩散的方向与浓度差的逻辑关系，培养 “图文转换 逻辑推理” 能力。2. 对比静脉血与动脉血的成分差异，运用 “批判性思维” 解释气体交换前后血液性质的变化。（三） 科学探究1. 通过 “模拟气体扩散” 实验（如品红扩散），观察分子运动现象，类比理解气体扩散原理。2. 分组完成 “分析呼出气体成分” 的讨论活动，学会从数据中提取有效信息（如二氧化碳含量变化）。（四） 社会责任1. 举例说明一氧化碳（CO）与血红蛋白结合力强于氧气的危害（如煤气中毒机制），增强安全意识。2. 向家人科普 “高原地区需缓慢适应” 的生物学原因（低氧环境下气体扩散效率降低），践行健康传播责任。三、 教学重难点（一） 教学重点1. 气体扩散的概念及在体内气体交换中的作用。2. 肺泡与血液、血液与
3、组织细胞间气体交换的具体过程（包括物质流动方向、结构基础）。3. 动脉血与静脉血的成分差异及转化原因。（二） 教学难点1. 理解 “气体扩散是分子随机运动导致浓度均匀化的结果” 这一抽象原理。2. 构建 “呼吸系统（气体交换） 循环系统（气体运输） 消化系统（能量代谢）” 的跨系统协同模型。3. 区分 “气体交换”（物理过程）与 “呼吸作用”（化学过程）的概念边界。四、 教学准备（一） 教具与实验材料1.演示模型：肺泡与毛细血管立体模型（展示肺泡壁与毛细血管壁的贴合结构）；血液循环与气体交换动态流程图（可手动操作箭头指示气体流动方向）。2.学生分组实验材料：透明玻璃杯、热水、冷水、品红溶液（模拟扩散现象）；多媒体资源：动画肺泡的秘密（3D 演示气体扩散微观过程）；视频高原肺水肿的医学解释（案例分析气体交换障碍）；图表动脉血与静脉血成分对比表（氧气、二氧化碳、血红蛋白含量数据）。（二） 学生知识铺垫课前复习 “呼吸系统组成”“肺与外界气体交换的原理”，预习教材 P47-48 “体内气体的交换” 内容，完成预习题：填空题：气体扩散是指气体分子从_浓度区域向_浓度区域的运动。思考题：为什么肺
4、泡中的氧气能进入血液？五、 教学过程（一） 情境导入：高原反应的奥秘教师活动播放纪录片片段：登山者在海拔 4000 米以上出现头痛、气短、恶心等高原反应症状。提问： 为什么高原地区会出现呼吸困难？ 我们吸入的氧气如何从肺泡到达腿部肌肉细胞？展示教材 P47 “问题探讨” 插图，引导学生观察肺泡与毛细血管的结构关系。学生活动观看视频并结合插图思考，小组讨论后推测：高原氧气含量低，氧气从肺泡进入血液的过程受阻。设计意图通过真实情境激发认知需求，关联前导知识（肺通气）与新知（气体交换）。利用教材插图建立 “结构观察 问题提出” 的探究链路，明确学习目标。（二） 新课讲授 1：气体扩散原理1. 模拟实验：观察分子的运动教师活动演示实验：向盛有冷水和热水的玻璃杯中同时滴入品红溶液，观察扩散速度差异。提问： 品红为什么会扩散？温度如何影响扩散速度？ 气体（如氧气、二氧化碳）是否也会发生类似的扩散？学生活动观察实验现象，记录扩散时间差异，类比推理气体扩散的特点（浓度差驱动，温度影响速率）。设计意图用宏观可见的液体扩散现象类比气体扩散，降低抽象概念的理解难度。渗透 “控制变量” 实验思维（冷水与热水对
5、比），为后续分析气体交换效率铺垫。2. 概念建构：气体扩散的科学定义教师活动结合实验结论讲解：定义：气体分子从高浓度区域向低浓度区域的自发运动，直到达到平衡状态。动力：浓度差（无需耗能）；特点：双向扩散，但净移动方向由浓度差决定。提问：肺泡内氧气浓度（约 21%）高于血液（约 16%），氧气会如何流动？二氧化碳呢？学生活动根据浓度数据推理气体扩散方向，完成连线题：肺泡氧气血液 血液二氧化碳肺泡设计意图通过 “实验归纳 概念抽象 应用推理” 三步法，构建完整的科学概念体系。用具体数据支撑推理过程，培养 “证据优先” 的科学思维习惯。（三） 新课讲授 2：肺泡与血液的气体交换1. 结构探秘：肺泡的高效交换密码教师活动展示肺泡与毛细血管立体模型，引导学生观察： 肺泡壁和毛细血管壁的层数（均为一层上皮细胞）； 肺泡外毛细血管网的分布特点（密集缠绕）。提问：这些结构特点如何提高气体交换效率？学生活动小组讨论后回答：壁薄缩短扩散距离，毛细血管多增大接触面积。设计意图利用模型突破平面插图的局限性，直观呈现 “结构与功能相适应” 的生物学观念。通过问题链引导深度思维，避免机械记忆。2. 动画解析：微观
6、过程的动态演绎教师活动播放动画肺泡与血液的气体交换，分阶段讲解：氧气：肺泡内高浓度扩散通过肺泡壁进入毛细血管与血红蛋白结合；二氧化碳：血液中高浓度扩散通过毛细血管壁进入肺泡随呼气排出。对比展示动脉血（鲜红）与静脉血（暗红）的显微图片，解释颜色差异与氧气含量的关系。学生活动观看动画并绘制气体交换示意图，标注扩散方向和结构名称，小组内互查纠错。设计意图用动态动画拆解静态结构，帮助学生建立 “空间位置 物质流动” 的时空关联。通过直观的颜色对比，强化动脉血与静脉血的本质区别（氧气含量）。（四） 新课讲授 3：血液与组织细胞的气体交换1. 类比迁移：从肺泡到组织细胞的推理教师活动呈现组织细胞与毛细血管的结构示意图，提问： 血液流经组织细胞时，氧气和二氧化碳的浓度如何变化？ 参照肺泡处的气体交换，推测此处气体扩散方向。提供数据：组织细胞内氧气浓度（约 5%）低于血液（约 16%），二氧化碳浓度（约 5.3%）高于血液（约 4%）。学生活动根据浓度数据，独立完成气体扩散方向的推理，并用箭头标注在示意图上。设计意图通过类比迁移，培养学生 “用已知模型解决新问题” 的科学思维能力。数据支持推理过程，体
7、现 “理性思维” 的学科特质。2. 案例分析：煤气中毒的致命机制教师活动讲述案例：冬季室内用煤炉取暖，门窗紧闭导致煤气中毒（一氧化碳中毒）。提问： 一氧化碳（CO）与氧气相比，谁更容易与血红蛋白结合？ 为什么煤气中毒会导致全身组织缺氧？展示血红蛋白与 CO 结合的分子模型，讲解：CO 与血红蛋白的结合力是氧气的 200-300 倍，抢占氧气结合位点，阻碍氧气运输。学生活动分析案例并讨论：CO 阻止氧气与血红蛋白结合，导致组织细胞无法获得氧气，影响呼吸作用。设计意图用生活化案例深化 “气体交换 运输 利用” 的完整链条，凸显知识的现实意义。渗透安全教育，强化 “生物学知识守护生命” 的责任意识。（五） 总结提升：跨系统协同模型构建1.教师活动引导学生用流程图梳理气体交换与运输的全过程：外界氧气肺泡血液（与血红蛋白结合）循环系统运输组织细胞 组织细胞二氧化碳血液肺泡呼出体外 提问：呼吸系统和循环系统在气体交换过程中分别起什么作用？2.学生活动绘制跨系统协同模型图，标注各环节的核心功能（如呼吸系统负责交换，循环系统负责运输）。设计意图构建 “结构 功能 系统” 的立体化知识网络，培养宏观系统
8、思维。通过跨章节知识关联，为后续学习 “人体八大系统协调” 奠定基础。（六） 课堂检测与拓展1.分层练习基础题（教材改编）：肺泡与血液气体交换后，血液成分的变化是（ ）A. 氧气减少，二氧化碳增多 B. 氧气增多，二氧化碳减少C. 氧气、二氧化碳均增多 D. 氧气、二氧化碳均减少拓展题：为什么剧烈运动后肌肉会酸痛？从气体交换与能量代谢角度解释。2.学生活动独立完成练习，小组讨论拓展题（剧烈运动时氧气供应不足，细胞无氧呼吸产生乳酸）。设计意图基础题靶向核心知识点，确保知识掌握的准确性；拓展题链接 “气体交换 呼吸作用”，考查知识综合应用能力。六、 板书设计体内的气体交换 一、原理：气体扩散（高浓度低浓度，动力：浓度差） 二、过程 1. 肺泡与血液的气体交换 - 结构基础：肺泡壁、毛细血管壁均为一层细胞 - 方向：O肺泡血液；CO血液肺泡 - 结果：静脉血动脉血（氧气增多，颜色鲜红） 2. 血液与组织细胞的气体交换 - 结构基础：毛细血管壁薄，血流缓慢 - 方向：O血液细胞；CO细胞血液 - 结果：动脉血静脉血（二氧化碳增多，颜色暗红） 三、跨系统协同 呼吸系统（交换） + 循环系统（运输
9、）为细胞提供氧气，运走代谢废物 设计意图：板书以 “原理过程系统” 为主线，用对比表格突出两次气体交换的差异，通过流程图强化系统间协作关系，符合学生的认知逻辑。七、 教学反思（一） 成功之处1. 类比教学成效显著：通过品红扩散实验类比气体扩散，90% 学生能准确描述扩散原理，突破抽象概念理解难点。2. 模型建构深化理解：肺泡与毛细血管立体模型的使用，使学生直观认识 “壁薄、面积大” 的结构优势，知识掌握率提升至 88%。3. 案例教学激活思维：煤气中毒案例引发学生深度思考，课堂讨论活跃度较常规教学提高 35%，社会责任目标有效落实。（二） 改进方向1. 动态演示细节不足：动画中气体扩散的分子运动轨迹展示不够清晰，可增加慢动作镜头或粒子运动模拟。2. 跨学科整合待加强：未充分联系化学 “分子运动论” 解释扩散本质，下次可设计 “气体扩散速率与分子量关系” 的拓展讨论。3. 差异化评价缺失：对抽象思维较弱的学生，缺乏针对性的模型操作指导（如用橡皮泥制作肺泡 - 毛细血管模型）。（三） 持续改进计划1. 开发互动课件：让学生在虚拟环境中调节氧气浓度差，观察气体扩散方向与速度的变化。2. 设计家庭实验：用香水喷洒模拟气体扩散，记录
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