王 丹 （北京市豐臺區(qū)豐臺二中初中部 北京 100040）

1 教材分析

“呼吸與呼吸作用”是北京市義務(wù)教育課程改革實驗教材7年級下學(xué)期第6章“生物的呼吸”第4節(jié)的內(nèi)容。本章前3節(jié)從人、綠色植物和其他生物的角度，分別介紹了生物的呼吸現(xiàn)象和其特定的氣體交換方式，學(xué)生能認識到每種生物都需要呼吸。將前3節(jié)內(nèi)容進行比較分析，學(xué)生自然會產(chǎn)生這樣的疑問：“生物為什么需要不斷地進行呼吸？”“生物不斷地從外界攝入氧氣，用來做什么？”“生物不斷排出的二氧化碳又是從哪里來的？”本節(jié)按照從現(xiàn)象到本質(zhì)的探究規(guī)律，引導(dǎo)并幫助學(xué)生構(gòu)建呼吸作用的概念，完成對“呼吸與呼吸作用”的整體認識，對前3節(jié)內(nèi)容進行概括與提升。呼吸作用是初中生物學(xué)教學(xué)的重要概念之一。呼吸作用是生物體的共同特征。學(xué)生對呼吸作用概念的構(gòu)建和生成，對初中及今后的學(xué)習(xí)起到重要的銜接作用。初中階段呼吸作用的學(xué)習(xí)主要圍繞有氧呼吸展開。

2 學(xué)情分析

初中學(xué)生思維活躍，求知欲強，但這一階段的學(xué)生感性認識仍然大于理性思維，需要教師給予充足的感性材料和引導(dǎo)才能加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。從學(xué)生已有的知識角度分析，通過前3節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不難概括出“呼吸是生物體與外界進行氣體交換的過程”。呼吸的目的是為細胞的呼吸作用提供充足的氧氣，氧化分解有機物釋放能量，滿足生命活動所需。通過第4章“生物的營養(yǎng)”的學(xué)習(xí)，學(xué)生對“能量”這個詞并不陌生，但仍缺乏直觀感受。本節(jié)重、難點需要通過實驗探究的方法，從現(xiàn)象到本質(zhì)逐步深入進行突破。

基于教材，該教學(xué)設(shè)計在呼吸作用概念的學(xué)習(xí)上做出了適當調(diào)整。將教材中學(xué)習(xí)活動“探究種子燃燒釋放的熱量”改為由化學(xué)教師演示并講解的“脂肪體外燃燒實驗”；將學(xué)習(xí)活動“探究種子呼吸時釋放熱量”改為“用智能溫度監(jiān)測儀實時監(jiān)測徒手屈肘運動肱二頭肌體表溫度變化趨勢”。引導(dǎo)學(xué)生分析“燃燒”和“呼吸作用”過程并進行比較，加深學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，進而構(gòu)建呼吸作用的概念。設(shè)計上實現(xiàn)了學(xué)科交叉融合的嘗試，還在教材植物實驗（種子燃燒、種子萌發(fā)）基礎(chǔ)上擴充了動物、人體（脂肪燃燒、運動產(chǎn)熱）實驗，貼近學(xué)生日常生活，易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 教學(xué)目標

1）知識目標：描述呼吸作用的具體過程；區(qū)別呼吸與呼吸作用；說出呼吸作用的實質(zhì)。

2）能力目標：在脂肪的體外燃燒實驗中，初步學(xué)會實驗數(shù)據(jù)的記錄和分析方法，進一步培養(yǎng)問題分析能力和語言表達能力；在監(jiān)測屈肘運動肱二頭肌體表溫度變化情況的學(xué)習(xí)活動中，智能溫度監(jiān)測儀APP的引入，發(fā)展信息獲取和處理的能力；嘗試比較燃燒和呼吸作用的異同，加深對呼吸作用的理解。

3）情感態(tài)度與價值觀目標：通過“燃燒”和“呼吸作用”學(xué)習(xí)過程的比較，認同實事求是的科學(xué)態(tài)度和探究精神；通過學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)，認同良好的飲食和運動習(xí)慣，確立積極、健康的生活態(tài)度；通過實驗可行性分析和討論，發(fā)展理性思維，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

4 教學(xué)過程

教學(xué)流程如圖1。

圖1 教學(xué)流程示意圖

4.1 溫故知新，引入主題 教師引導(dǎo)學(xué)生回顧前3節(jié)課的內(nèi)容：人的呼吸，綠色植物的呼吸，以及其他生物的呼吸，進而概括得出呼吸的概念。提出問題：生物為什么要不斷地進行呼吸？吸入的氧氣用來做什么？排出的二氧化碳又是從哪里來的？引入本節(jié)課主題：呼吸與呼吸作用。

設(shè)計意圖：在學(xué)生已有知識基礎(chǔ)之上進行概括總結(jié)，通過提問引發(fā)學(xué)生思考，導(dǎo)入新課。

4.2 學(xué)科巧融合：化學(xué)教師演示并講解體外脂肪燃燒實驗 教師創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，用PPT出示體重相同、體型不同的成人的圖片，引出脂肪和健康話題，引入減肥廣告詞“燃燒吧，脂肪”，提出問題：“燃燒在這里用的合理嗎？在體內(nèi)，脂肪能燃燒嗎？”燃燒是一個化學(xué)概念，進而引出化學(xué)教師演示并講解的“體外脂肪燃燒實驗”。

實驗材料：臘肉的脂肪部分、托盤天平，2瓶氧氣（帶玻璃蓋）、酒精燈、鑷子、紅外測溫儀、火柴，澄清的石灰水，黑紙等。

實驗步驟：1）取一小塊脂肪，用托盤天平稱量，將讀數(shù)記錄到表格中。2）實驗前先用紅外測溫儀測出集氣瓶外表溫度，并記錄到表格中。3）在空氣中點燃脂肪，再放入氧氣瓶中燃燒，提醒學(xué)生對比脂肪在空氣和氧氣中燃燒的狀態(tài)，繼續(xù)燃燒直至集氣瓶中氧氣耗盡，迅速蓋嚴集氣瓶蓋。4）用紅外測溫儀再次測出集氣瓶表面溫度并記錄。5）引導(dǎo)學(xué)生觀察集氣瓶壁，觀察其上有什么現(xiàn)象出現(xiàn)？6）用澄清石灰水檢測集氣瓶中的氣體，觀察澄清的石灰水是否變渾濁。7）用天平稱量燃燒后剩余物質(zhì)的質(zhì)量，并記錄。

表1 體外脂肪燃燒實驗記錄表

學(xué)生觀察演示實驗，并思考以下問題：

1）反應(yīng)前、后樣品質(zhì)量發(fā)生了什么變化？

2）反應(yīng)前、后集氣瓶表面溫度發(fā)生了什么變化，為什么？

3）釋放出的熱量是從哪里來的？

通過實驗記錄表的分析、討論和填寫，學(xué)生能明確燃燒的原料、產(chǎn)物和條件等，并總結(jié)得出燃燒的反應(yīng)式。教師進行總結(jié)、補充。

圖2 燃燒的反應(yīng)式

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生辯證看待脂肪，認同健康的飲食和運動習(xí)慣?；瘜W(xué)教師的演示和講解，有效整合了小學(xué)科學(xué)課和化學(xué)相關(guān)知識，喚醒學(xué)生已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗。實驗記錄表的填寫和實驗的分析、討論，使學(xué)生初步學(xué)會數(shù)據(jù)記錄和實驗分析的方法，進一步培養(yǎng)問題分析和語言表達能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)呼吸作用的概念打下基礎(chǔ)。

4.3 利用智能溫度監(jiān)測儀，形象、直觀反映呼吸作用的過程 人體中的脂肪能像體外一樣燃燒嗎？人體中的情況究竟是什么樣的？通過問題進行過渡。結(jié)合上個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，教師提問：

1）人體正常生命活動的維持需要能量嗎？

2）哪些生命活動需要能量？

3）所需的能量從哪里來？

4）是否也是通過類似于體外脂肪燃燒這樣的反應(yīng)獲得？

引導(dǎo)學(xué)生層層遞進，進行討論分析。在此將呼吸作用的探究分為3步。

步驟1：學(xué)習(xí)活動。連續(xù)進行徒手屈肘運動，監(jiān)測肱二頭肌體表溫度變化情況。

材料和用具：智能溫度監(jiān)測儀APP和感溫片、iPad、seewo 電腦，HDMI轉(zhuǎn)接線、保鮮膜，志愿者2名等。

實驗步驟：1）將智能溫度監(jiān)測儀的感溫片貼于一名志愿者肱二頭肌外側(cè)皮膚上，其外包裹保鮮膜，徒手屈肘90度，約1 s一次，持續(xù)運動2 min。2）感溫片連續(xù)測溫，通過藍牙連接監(jiān)測儀 APP（iPad上）和感溫片，實時生成時間—溫度曲線圖，并投影到seewo大屏上，讓學(xué)生能直觀觀察到運動過程中肌肉體表溫度隨時間的變化情況。

同時，將全班學(xué)生分為2組，一組做擴胸運動，一組做徒手屈肘運動，全員參與體驗運動過程，觀察時間－溫度曲線走勢，讓學(xué)生直觀感受到運動過程肌肉體表溫度會升高。

步驟2：實驗可行性分析。

教師提問：1）溫度曲線逐漸升高，這種情況會不會是偶然的？2）實驗中，為什么要包裹保鮮膜？3）通過以上分析，能否直接得出“運動能使肌肉體表溫度升高的結(jié)論”？為什么？

首先，出示運動前、后不同肌群的紅外熱像檢測圖，引導(dǎo)學(xué)生得出“不同部位，不同強度的持續(xù)運動，肌肉外側(cè)皮膚溫度都會有不同程度的升高”這樣的結(jié)論并非偶然。

接著，出示來自同一被試者不同情況下（包裹保鮮膜運動、包裹保鮮膜不運動、不包裹保鮮膜運動）時間－溫度曲線圖，引導(dǎo)學(xué)生自行分析，學(xué)生能得出：“包裹保鮮膜運動時，溫度升高的較為顯著”的結(jié)論，進而認識到“設(shè)置對照”對于實驗法的重要性。

最后，一個被試者的情況可能存在偶然性，出示多名被試者的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生進行分析。通過分析得出“多次重復(fù)”對于實驗法的重要意義。

步驟3：呼吸作用反應(yīng)過程具體分析。

教師提問：1）運動過程中，肌肉外側(cè)皮膚溫度為什么會升高？2）變化發(fā)生的具體部位在哪里？是如何變化的？

通過問題引發(fā)學(xué)生思考，教師帶著學(xué)生通過寫、畫板書的方式，分析并講解細胞中發(fā)生呼吸作用反應(yīng)的具體過程。一邊板書，一邊分析反應(yīng)的原料、產(chǎn)物、條件等，并與呼吸概念相結(jié)合，分析反應(yīng)式中有機物、氧氣的來源，二氧化碳的去向等問題，將呼吸作用過程形象、立體呈現(xiàn)。

圖4 呼吸作用具體過程分析（該圖為課堂板書）

設(shè)計意圖：呼吸作用的概念較為抽象，學(xué)生對其感性認識相對薄弱，本節(jié)課的重、難點通過實驗探究，從感性到理性逐步深入進行突破。步驟1的學(xué)習(xí)活動為后2步提供直接經(jīng)驗。智能溫度監(jiān)測儀的引入，注重實證思想，發(fā)展學(xué)生信息獲取和處理的能力，讓學(xué)生形象、直觀的體會到呼吸作用的反應(yīng)過程和特點，加深了學(xué)生對呼吸作用的理解，幫助學(xué)生有效區(qū)分呼吸與呼吸作用的概念。實驗可行性的討論和分析，發(fā)展學(xué)生的理性思維，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注細節(jié)，培養(yǎng)科學(xué)嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

4.4 比較歸納：得出呼吸作用的實質(zhì) 根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單，結(jié)合板書，引導(dǎo)學(xué)生討論比較“燃燒”和“呼吸作用”的異同，進而得出呼吸作用的實質(zhì)：細胞中有機物氧化分解，并釋放能量，為生命活動提供動力。

表2 比較燃燒和呼吸作用的異同

設(shè)計意圖：教師通過問題和表格引導(dǎo)學(xué)生思考，并進行小組討論，通過比較，學(xué)生自行構(gòu)建呼吸作用的概念，進而歸納呼吸作用的實質(zhì)。

4.5 拓展提高，留下疑問 本節(jié)內(nèi)容主要以人為例，分析了人體的呼吸和呼吸作用。教師提問：綠色植物和其他生物也要呼吸，攝入的氧氣用于做什么？排出的二氧化碳又是從哪里來的？它們體內(nèi)是否也發(fā)生著類似于人體細胞中呼吸作用的反應(yīng)？通過問題引發(fā)學(xué)生思考，進而歸納得出“呼吸作用是生物體的共同特征”的結(jié)論。

本節(jié)課結(jié)束時留下疑問：“如果屈肘運動一直持續(xù)，肌肉會無限制地升溫嗎？”激發(fā)學(xué)生的求知欲。

設(shè)計意圖：對本節(jié)課內(nèi)容進行拓展和提高，讓學(xué)生進一步明確生物的生命活動都離不開呼吸作用，呼吸作用是生物體的共同特征。最后留下疑問，引發(fā)學(xué)生思考，為“生物的排泄”和“生命活動的調(diào)節(jié)”部分的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

5 教學(xué)反思

5.1 基于學(xué)科融合，構(gòu)建生物學(xué)重要概念 為豐富學(xué)生的感性認識，突出重點，突破難點，本節(jié)課基于生物學(xué)與化學(xué)學(xué)科的融合，由化學(xué)教師演示并講解“脂肪體外燃燒實驗”，有效聯(lián)系學(xué)生小學(xué)科學(xué)課學(xué)習(xí)過的燃燒知識，重視學(xué)生已有經(jīng)驗在新知獲取中的作用，為后續(xù)構(gòu)建“呼吸作用”概念做好鋪墊。學(xué)科交叉教學(xué)活動，符合當前新課程改革的要求，是應(yīng)對新中考趨勢的大膽嘗試。

5.2 注重實證思想，應(yīng)用新技術(shù)于課堂教學(xué) 學(xué)習(xí)活動的設(shè)計注重實證思想，巧妙利用先進的體溫監(jiān)測設(shè)備——智能溫度監(jiān)測儀（APP和感溫片），實時生成時間－溫度曲線圖，讓學(xué)生直觀體會“屈肘運動”發(fā)生在肌肉細胞中呼吸作用的反應(yīng)過程及特點。將原本抽象的概念形象、立體呈現(xiàn)，學(xué)生對呼吸作用形成更加深刻的認識。

5.3 重視科學(xué)探究，發(fā)展學(xué)生理性思維 本節(jié)課在實驗和活動的設(shè)計上重視科學(xué)探究，基于教材內(nèi)容，重構(gòu)2個學(xué)習(xí)活動，不僅增加了課堂的趣味性，也更符合學(xué)生的認知特點。在學(xué)習(xí)活動中，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗可行性分析和討論，使學(xué)生進一步明確“設(shè)置對照”和“多次重復(fù)”在實驗法中的重要性，進一步發(fā)展學(xué)生的判斷、推理、歸納、對比等理性思維的能力。