張 麗 （復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)青浦分校 上海 201700）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中明確指出：“本課程高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動參與的過程，讓學(xué)生積極參與動手和動腦的活動，通過探究性學(xué)習(xí)活動或完成工程學(xué)任務(wù)，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而能用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識、思路和方法，探討或解決現(xiàn)實生活中的某些問題”[1]。基于這一基本理念，在“血壓及其調(diào)節(jié)”的教學(xué)過程中大膽創(chuàng)新，通過自主設(shè)計的模擬循環(huán)系統(tǒng)，將抽象的血液循環(huán)系統(tǒng)及血壓的變化具象化，引導(dǎo)學(xué)生積極參與血壓變化影響因素的實驗探究。

1 課例分析

“血壓及其調(diào)節(jié)”是滬版高中《生命科學(xué)》第4冊第2 章“內(nèi)環(huán)境與自穩(wěn)態(tài)”的第6 節(jié)，主要介紹血壓的影響因素，血壓是怎樣通過自身調(diào)節(jié)活動保持相對穩(wěn)定的，以及由于調(diào)節(jié)活動出現(xiàn)障礙引起的高血壓病等知識。知識點(diǎn)“血壓穩(wěn)態(tài)的維持”的講解主要涉及“神經(jīng)系統(tǒng)中信息的傳遞與調(diào)節(jié)”中的基礎(chǔ)知識，以及“內(nèi)環(huán)境與自穩(wěn)態(tài)”部分的相關(guān)知識[2]?！把獕旱挠绊懸蛩丶捌湔{(diào)節(jié)”等內(nèi)容較抽象，學(xué)生難以快速理解。若能將抽象的知識具象化、直觀化，將有助于學(xué)生快速理解掌握這些生物學(xué)知識。

2 研究過程

2.1 設(shè)計模型，實驗演示 結(jié)合學(xué)校生物學(xué)實驗室現(xiàn)有的壓力傳感器，嘗試設(shè)計一套模擬裝置，將抽象的血液循環(huán)系統(tǒng)及血壓的變化具象化。經(jīng)前期文獻(xiàn)調(diào)研和實驗嘗試，最終確定通過蠕動泵泵出廣口瓶內(nèi)的液體模擬心臟泵血；利用彈性較好的乳膠管模擬具有儲器功能的主動脈與大動脈；利用較細(xì)的硅膠管模擬外周動脈（圖1）。同時，利用三通設(shè)備將一個壓力傳感器接入整個模擬循環(huán)系統(tǒng)中，借助Logger Pro3.14.1 測量軟件實時記錄模擬血壓情況，并以坐標(biāo)圖的形式在希沃大屏上呈現(xiàn)給全體學(xué)生（圖2）。

圖1 模擬循環(huán)系統(tǒng)基本構(gòu)造

圖2 模擬心率改變前后測量軟件實時記錄到的血壓對比圖

該模擬循環(huán)系統(tǒng)主要為探究血壓的影響因素而設(shè)計，將人體的循環(huán)系統(tǒng)簡化為單循環(huán)，通過改變該裝置中各部件的參數(shù)模擬影響血壓的因素。通過改變?nèi)鋭颖玫膯挝粫r間輸出次數(shù)，模擬心率變化；用內(nèi)徑相等的硬塑料管替換乳膠管，模擬血管管壁彈性的變化；用內(nèi)徑更小的硅膠管替換原硅膠管，模擬血管管徑粗細(xì)的變化；用50%的甘油替換廣口瓶中的清水，模擬血液粘滯度的變化。

利用這套自主創(chuàng)新搭建的模擬循環(huán)系統(tǒng)裝置，在課堂上向?qū)W生模擬展示各種因素對血壓的影響。學(xué)生對該裝置產(chǎn)生濃厚的興趣，學(xué)習(xí)的專注度極大提升。大屏上的模擬血壓變化曲線，也讓學(xué)生更加直觀地認(rèn)識了各種因素對收縮壓及舒張壓分別產(chǎn)生的影響。

2.2 創(chuàng)設(shè)情境，聯(lián)系生活 若僅從模擬循環(huán)系統(tǒng)這一物理裝置的各種變量角度認(rèn)識影響血壓的因素，學(xué)生難以將這些影響因素與實際生活中各種引起血壓變化的具體情境相聯(lián)系，理論與實踐脫節(jié)。針對此問題，在模擬實驗的基礎(chǔ)上，引入了運(yùn)動后血壓升高、氣溫驟降引起血壓升高、動脈硬化常伴有高血壓等生活情境，解釋心率、血管管徑、血管管壁彈性等各種因素對血壓的影響，幫助學(xué)生在生活實際問題與理論知識之間建立聯(lián)系。最后，請家庭中有高血壓患者的學(xué)生分享患病家屬的生活習(xí)慣，并進(jìn)一步分析高血壓的發(fā)病原因。學(xué)生認(rèn)為食鹽過多、精神緊張、缺乏運(yùn)動、肥胖等可能是導(dǎo)致家屬患病的主要原因。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)其利用生物學(xué)知識解決實際問題的能力。

2.3 學(xué)生主導(dǎo)，互動探究 為了讓學(xué)生成為實驗探究的主體，更主動地參與探究學(xué)習(xí)過程，招募并建立實驗興趣小組，利用午休和晚自習(xí)時間，先對興趣小組的成員進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉實驗設(shè)備的使用方法，并嘗試進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的采集和記錄。在課堂上，學(xué)生根據(jù)“學(xué)習(xí)單”上的“課堂任務(wù)”引導(dǎo)，以小組為單位展開思考和討論，并在興趣小組成員的帶領(lǐng)下進(jìn)行實驗探究，將教師演示實驗改為以學(xué)生為主體的探究實驗。通過師生互動、生生互動及小組協(xié)作，充分調(diào)動學(xué)生的參與意識。

課堂任務(wù)1：分析運(yùn)用模擬循環(huán)系統(tǒng)測得的壓力變化曲線，描述收縮壓、舒張壓、脈壓。

課堂任務(wù)2：分析下列幾個生活實例（表1），推測相關(guān)的血壓影響因素，并利用模擬循環(huán)系統(tǒng)對相應(yīng)的血壓影響因素進(jìn)行探究，以驗證推測的正確性。

表1 生活實例中的相應(yīng)血壓影響因素的分析及實驗探究

課堂任務(wù)3：根據(jù)“課堂任務(wù)2”中實驗探究的結(jié)果，展開小組討論，解釋各種影響因素使收縮壓和舒張壓產(chǎn)生相應(yīng)變化的原因。

課堂任務(wù)4：根據(jù)提供的50%甘油和清水2 瓶液體，思考引起血壓變化的因素還可能是什么？推測該因素變化對收縮壓和舒張壓可能產(chǎn)生的影響，并通過實驗加以驗證。

3 課例啟示

3.1 利用信息技術(shù)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果 本節(jié)課的重、難點(diǎn)是“血壓的影響因素及其調(diào)節(jié)”。學(xué)生缺乏直觀感受，理解和掌握這部知識存在困難。在本節(jié)教學(xué)中，創(chuàng)新地設(shè)計并運(yùn)用了模擬循環(huán)系統(tǒng)及壓力信號采集系統(tǒng)，模擬人體血壓的形成并用以探究“血壓的影響因素”，使學(xué)生能借助電腦軟件觀察到壓力信號采集后自動形成的波形曲線，從而直觀地認(rèn)識收縮壓和舒張壓及其變化，對抽象的學(xué)科知識形成具體的感性認(rèn)識，可提升學(xué)習(xí)的效率和效果。

3.2 創(chuàng)設(shè)生活情境，啟發(fā)學(xué)生的主動思維 核心素養(yǎng)視角下的課堂教學(xué)，要求教師借助具體的教學(xué)情境開展教學(xué)，幫助學(xué)生在解決問題的過程中，從更全局、更宏觀、更整體的角度把握學(xué)科知識，使學(xué)生能真切地感受學(xué)習(xí)內(nèi)容與實際生活的聯(lián)系[3]。本節(jié)教學(xué)創(chuàng)設(shè)了運(yùn)動后血壓升高、氣溫驟降引起血壓升高、動脈硬化常伴有高血壓等大量生活情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)知識解決具體的實際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生主動思維的習(xí)慣。

3.3 借助實驗探究，保障學(xué)生的主體參與 生物學(xué)教學(xué)不僅是教師講解和演示的過程，也是師生交流、共同發(fā)展的互動過程[1]。本節(jié)教學(xué)通過興趣小組學(xué)生主導(dǎo)的方式，帶領(lǐng)全體學(xué)生共同參與實驗探究過程，認(rèn)識血壓的影響因素，調(diào)動不同層次學(xué)生在課堂上積極參與，充分體現(xiàn)了課堂教學(xué)中學(xué)生的主體作用。