趙林芃 韓 爍 劉佳瑀 孫天予

（1北京匯文中學(xué) 北京 100061 2北京匯文中學(xué)朝陽(yáng)學(xué)校 北京 100122）

“血流的管道——血管”這一節(jié)位于人教版《生物》7年級(jí)下冊(cè)第4 單元第4 章第2 節(jié)。在本節(jié)課教材中安排了小魚尾鰭的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。這一實(shí)驗(yàn)可幫助學(xué)生直觀地觀察到血管的真實(shí)形態(tài)，鍛煉學(xué)生使用顯微鏡的技能。但在教學(xué)實(shí)踐中，開展這一實(shí)驗(yàn)存在以下幾方面的問題[1]：1）大量購(gòu)買實(shí)驗(yàn)材料（金魚Carassius auratus）時(shí)，很難保證其體型大小適合在顯微鏡下觀察。即使根據(jù)教材要求選取了色素含量少的魚類，也無法避免仍有個(gè)別存在色素干擾的個(gè)體出現(xiàn)。2）學(xué)生觀察時(shí)，小魚十分活潑。初一學(xué)生容易產(chǎn)生恐懼或擔(dān)心小魚死亡的心理，影響實(shí)驗(yàn)操作。3）雖然按照教材要求覆蓋了濕棉絮或紗布，但仍無法避免小魚在觀察過程中掙扎，導(dǎo)致需要重新對(duì)焦。4）操作時(shí)間過長(zhǎng)，小魚容易死亡，導(dǎo)致無法觀察到血液流動(dòng)現(xiàn)象。5）想要清晰地觀察到小魚尾鰭中的毛細(xì)血管一般需要將視野調(diào)節(jié)得較明亮且需要使用高倍鏡。對(duì)于學(xué)生而言，操作難度較大。基于以上幾點(diǎn)原因，學(xué)生進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的成功率不高。觀察到小魚尾鰭內(nèi)毛細(xì)血管的學(xué)生很少，課堂效果不理想。

針對(duì)以上問題，筆者查閱了已報(bào)道的教學(xué)文獻(xiàn)。一線教師在教學(xué)實(shí)踐中，解決問題的方法大致可分為2 類。1）更換實(shí)驗(yàn)材料：例如，使用斑馬魚（Danio rerio）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[1]；使用麻醉后的“金蟾”［非洲爪蟾（Xenopus laevis）的白化品系］改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[2]；或使用麻醉后的泥鰍（Misgurnus anguillicau‐datu）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[3]。2）通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，固定小魚尾鰭：例如，可使用自制裝置和大頭針固定小魚尾鰭[4]或使用石蠟改進(jìn)培養(yǎng)皿[5]；以上方法確實(shí)可解決學(xué)生在觀察小魚尾鰭的教學(xué)實(shí)踐中遇到的問題，但仍然存在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料或準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置過程中的其他問題。此外，金魚、金蟾、斑馬魚或泥鰍這類生物與人的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，與人體內(nèi)的情況可能差異較大，學(xué)生更渴望觀察到人體內(nèi)血管的真實(shí)圖像。因此，筆者認(rèn)為在進(jìn)行此部分的教學(xué)時(shí)，可選擇性增加觀察人體甲襞微循環(huán)的實(shí)驗(yàn)，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果。

1 甲襞微循環(huán)觀察

甲襞內(nèi)的毛細(xì)血管，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。甲襞微循環(huán)觀察是臨床常用的觀察活體微循環(huán)動(dòng)態(tài)的窗口。甲襞是覆蓋在指甲根部的皮膚皺褶，內(nèi)有皮膚真皮突起形成乳頭，各個(gè)乳頭區(qū)對(duì)應(yīng)一支呈袢狀的毛細(xì)血管，形成毛細(xì)血管袢，鱗狀上皮覆蓋形成表面。甲襞在位于皮下約200 μm 處，平行于皮膚表面生長(zhǎng)，因所處位置較淺，且周圍組織的吸收、散射性較低，是觀察微循環(huán)的良好部位。甲襞微循環(huán)是沿小動(dòng)脈→細(xì)動(dòng)脈→毛細(xì)血管輸入枝→毛細(xì)血管輸出枝→細(xì)靜脈→小靜脈方向流動(dòng)的。甲襞毛細(xì)血管輸入枝和輸出枝形如發(fā)夾，統(tǒng)稱毛細(xì)血管袢（簡(jiǎn)稱“管袢”）。借助甲襞微循環(huán)觀察儀（圖1）能觀察到甲襞所顯示的微循環(huán)的清晰度、流速、流態(tài)及其微血管周圍狀態(tài)等，可在一定程度上反映大循環(huán)的狀態(tài)。

多項(xiàng)研究表明，根據(jù)甲襞處毛細(xì)血管的管袢清晰度、管袢數(shù)、管袢長(zhǎng)度、管徑、血液流態(tài)、管袢周圍狀態(tài)等多項(xiàng)指標(biāo)獲得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與高血壓、肝病、系統(tǒng)性硬化癥均存在某些相關(guān)性。相關(guān)研究[6-7]常采用根據(jù)微循環(huán)各項(xiàng)指標(biāo)改變的程度進(jìn)行加權(quán)積分從而判斷異常等級(jí)，不同的管袢狀態(tài)獲得不同的積分。例如，正常管袢為發(fā)夾形，異常管袢為交叉、角狀或畸形；正常為線流（血流快，呈光滑索條狀，無顆粒感），異常為粒流（血流較慢，似泥沙流，紅細(xì)胞聚集在血流中）（部分形態(tài)在圖1中展示）[7]。

圖1 利用甲襞微循環(huán)觀察儀觀察到的筆者及學(xué)生的甲襞末端毛細(xì)血管圖像

近年來，我國(guó)臨床微循環(huán)研究已積累了豐富的資料和經(jīng)驗(yàn)，有助于輔助臨床診斷或進(jìn)行療效檢驗(yàn)[6]。目前，甲襞微循環(huán)檢查異常已被加入了新的風(fēng)濕病診斷標(biāo)準(zhǔn)中，可借助在顯微鏡下觀察患者甲襞毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)的正常與否幫助區(qū)分患者是原發(fā)性雷諾病還是繼發(fā)性雷諾病[7]。研究顯示，微循環(huán)的改變對(duì)微血管病變的發(fā)生有重要影響，糖尿病患者、燒傷患者及嗜鉻細(xì)胞瘤患者經(jīng)相應(yīng)藥物治療后，甲襞微循環(huán)指標(biāo)的總積分均和對(duì)照組有顯著差異，說明甲襞微循環(huán)可輔助用于藥物的療效檢驗(yàn)[6]。

筆者結(jié)合實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可將甲襞微循環(huán)觀察儀用于中學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐。使用甲襞微循環(huán)觀察儀可幫助學(xué)生親眼觀察到自身末端的毛細(xì)血管，該實(shí)驗(yàn)可在講解血管時(shí)或在觀察小魚尾鰭實(shí)驗(yàn)時(shí)加以補(bǔ)充。該實(shí)驗(yàn)有效彌補(bǔ)了學(xué)生難以觀察到真實(shí)毛細(xì)血管的遺憾，也為解決學(xué)生在進(jìn)行小魚尾鰭實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到的問題，拓寬了思路。

甲襞微循環(huán)觀察儀（圖2）實(shí)則是一臺(tái)顯微鏡，其放大倍數(shù)約600 倍。與普通光學(xué)顯微鏡不同的是其光源在觀察對(duì)象的上方。使用時(shí)需要在甲襞上涂抹一層薄薄的松柏油以增加對(duì)光的透性。其實(shí)，直接利用普通光學(xué)顯微鏡也可觀察到甲襞，但不夠清晰[8]。筆者期望未來嘗試將普通光學(xué)顯微鏡加以改造，例如，使用中心波長(zhǎng)為415 nm 的LED 貼片燈珠[9]作為光源，以實(shí)現(xiàn)類似的功能。

圖2 市售甲襞微循環(huán)觀察儀及配套松柏油（示上光源）

2 教學(xué)流程（圖3）

圖3 教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

2.1 引入 教師展示我國(guó)居民主要死因的餅圖，說明心血管疾病是“第一殺手”，對(duì)心血管疾病的研究至關(guān)重要，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生的探究欲望和學(xué)習(xí)興趣。

2.2 漫步科學(xué)史話，啟迪科學(xué)思維 教師出示一系列科學(xué)史資料。教師希望學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)史的過程中，既能獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識(shí)，又能領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點(diǎn)及解決問題的思路和方法。期待學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程、養(yǎng)成理性思維習(xí)慣、形成積極的科學(xué)態(tài)度[10]。

1）公元前3世紀(jì)，古希臘解剖學(xué)派創(chuàng)始人赫羅菲拉斯（Herophilus）發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)有2 種血管：一種是會(huì)搏動(dòng)的，一種是不會(huì)搏動(dòng)的。他將會(huì)搏動(dòng)的稱為“動(dòng)脈”，不會(huì)搏動(dòng)的稱為“靜脈”。教師引導(dǎo)學(xué)生觸摸并感受自己的動(dòng)脈和靜脈。

2）在哈維（William Harvey）的《心血運(yùn)動(dòng)論》中，他用蛇和魚進(jìn)行動(dòng)脈或靜脈斷流實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：結(jié)扎動(dòng)脈時(shí)，血管連通心臟的一端很快會(huì)充盈血液，而遠(yuǎn)離心臟的一端血液很快就會(huì)排空；而結(jié)扎靜脈時(shí)，靠近心臟的一端血管血液很快就會(huì)排空，而遠(yuǎn)離心臟的另一端發(fā)生鼓脹[11]。教師提問：此實(shí)驗(yàn)說明會(huì)跳動(dòng)的血管（動(dòng)脈）或不會(huì)跳動(dòng)的血管（靜脈）里的血流方向是怎樣的？學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論：動(dòng)脈將血液從心臟送至身體各部分去，靜脈將血液從身體各部分送回心臟。

3）只在動(dòng)物身上做實(shí)驗(yàn)是不全面的，哈維進(jìn)而在一些較瘦弱的人身上重復(fù)了這一實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象和結(jié)果與2）中相同。

4）哈維還對(duì)血液進(jìn)行計(jì)算并得出：若一個(gè)人每分鐘心跳72 次，則在1 h 內(nèi)，從左心室流出255 L血液。若一個(gè)成年人體重約為60 kg，這相當(dāng)于一個(gè)人體重的4 倍[12]。如此多血液為何不會(huì)將人體脹破？多出人體體重的這部分血液又流向何處？哈維提出血液循環(huán)理論。但當(dāng)時(shí)僅通過解剖學(xué)觀察的哈維缺少實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

5）馬爾皮基（Marcello Malpighi）通過解剖活的青蛙，觀察到肺泡壁上的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，證實(shí)了毛細(xì)血管的存在，并證明了哈維的血液循環(huán)理論。

2.3 巧用甲襞實(shí)驗(yàn)，觀察人體血管 馬爾皮基使用青蛙做的實(shí)驗(yàn)，人體內(nèi)是不是這樣的？教師介紹甲襞位置，介紹松柏油的用途，請(qǐng)學(xué)生志愿者進(jìn)行觀察自己手指甲襞處毛細(xì)血管的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)?zāi)芮逦赜^察到人體末端的毛細(xì)血管，并有一定概率觀察到紅細(xì)胞單行通過某些毛細(xì)血管的現(xiàn)象。在學(xué)生觀察甲襞微循環(huán)的動(dòng)態(tài)圖像時(shí)，教師提問：屏幕上從下向上流動(dòng)的血管是毛細(xì)血管的哪一端？從上向下流動(dòng)的血管是毛細(xì)血管的哪一端？教師進(jìn)而利用課上的實(shí)景演示和課前提前錄制好的視頻進(jìn)行講解。通過實(shí)證，學(xué)生觀察到人體末端存在著極細(xì)的毛細(xì)血管，以及毛細(xì)血管中的血液流回的現(xiàn)象。學(xué)生得出結(jié)論：血液在人體內(nèi)確實(shí)是循環(huán)的，毛細(xì)血管是連通最小動(dòng)脈和最小靜脈之間的血管。

2.4 觀察實(shí)物模型，展示真實(shí)數(shù)據(jù)，總結(jié)得出結(jié)論 為了使學(xué)生更加直觀地感受不同血管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)制作了一組實(shí)物模型。用相同外徑但不同內(nèi)徑的硅膠管模擬同級(jí)別的動(dòng)脈和靜脈，用彈性很小的空心玻璃絲模擬毛細(xì)血管，分別編號(hào)為1～3 放置在密封袋中，課前發(fā)至學(xué)生。課堂中學(xué)生通過對(duì)這套血管模型的觀察、觸摸、拉伸等多種方式的實(shí)際感受，能快速比較并總結(jié)出不同血管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

通過模型可幫助學(xué)生快速直觀地獲取信息，但模型并不能代表真實(shí)數(shù)據(jù)。教師提供科學(xué)文獻(xiàn)中實(shí)際測(cè)得的人體3 種血管，即動(dòng)脈、靜脈、毛細(xì)血管的平均內(nèi)徑、管壁厚度、管壁內(nèi)含組織的種類及數(shù)量等數(shù)據(jù)。學(xué)生得以驗(yàn)證通過血管實(shí)物模型獲得的結(jié)論。

2.5 拓展延伸應(yīng)用，回歸健康生活 學(xué)生學(xué)習(xí)完血管的結(jié)構(gòu)和功能后，教師帶領(lǐng)學(xué)生分析血管如果出現(xiàn)問題會(huì)怎樣，進(jìn)而介紹常見的心血管疾病。通過對(duì)心血管疾病的分析，聯(lián)系生活實(shí)際，進(jìn)一步幫助學(xué)生體會(huì)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。課后作業(yè)：希望感興趣的學(xué)生課下查閱相關(guān)心血管疾病在臨床上的治療手段和方法，探究應(yīng)如何預(yù)防這些疾病的發(fā)生。

3 教學(xué)反思

課程設(shè)計(jì)在多層級(jí)，多維度上體現(xiàn)了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。本節(jié)課的教學(xué)以史為鑒，通過問題鏈幫助學(xué)生探索與構(gòu)建知識(shí)。學(xué)生在此過程中可體會(huì)科學(xué)家解決問題的思路和方法，感受科學(xué)與技術(shù)相互促進(jìn)的關(guān)系，進(jìn)而幫助學(xué)生初步形成科學(xué)思維，體會(huì)科學(xué)探究的過程。

基于教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的實(shí)際問題，筆者結(jié)合日常生活經(jīng)驗(yàn)，引入了新的實(shí)驗(yàn)儀器。通過甲襞微循環(huán)實(shí)驗(yàn)，串聯(lián)科學(xué)史，從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步過渡至人的實(shí)驗(yàn)，基于實(shí)證驗(yàn)證了哈維的血液循環(huán)理論。通過這一實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可清晰地觀察到自己或教師甲襞末端毛細(xì)血管的形態(tài)、其中正在流動(dòng)的血液，以及紅細(xì)胞正在單行通過某些毛細(xì)血管的現(xiàn)象。這將極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索真實(shí)生命現(xiàn)象的熱情。但在實(shí)際教學(xué)中，由于時(shí)間和儀器數(shù)量所限，甲襞微循環(huán)的實(shí)驗(yàn)僅由個(gè)別學(xué)生志愿者參與實(shí)驗(yàn)。后續(xù)筆者將對(duì)現(xiàn)有顯微鏡加以改進(jìn)，學(xué)生可幾人一組，親自清晰地觀察到身體末端的毛細(xì)血管，提高學(xué)習(xí)效果。

學(xué)生通過對(duì)實(shí)物模型的親身觀察、觸摸等方式，直觀獲取信息。以此引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)不同血管和靜脈瓣的結(jié)構(gòu)與功能上的特點(diǎn)，從而使學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念，有效突破了教學(xué)重、難點(diǎn)。

關(guān)注生命健康是每位合格的社會(huì)公民應(yīng)具備的基本素養(yǎng)。教學(xué)設(shè)計(jì)引入心血管疾病的真實(shí)情境，在學(xué)習(xí)過血管的結(jié)構(gòu)和功能后，再引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于解決此情境的實(shí)際問題，以此結(jié)尾，前后呼應(yīng)。學(xué)生通過分析問題，解決問題，提高了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)和自身的健康素養(yǎng)。