探究肺与外界气体交换的过程和原理
一、使用教材
本课选自人教版初中生物学教材2012年10月第1版，七年级下册第四单元第三章第二节《发生在肺内的气体交换》，本课讲述第一课时：肺与外界的气体交换。
二、实验器材
透明水槽，水，胶头滴管、灌肠器、喂药器等，注射器、橡皮塞，短木棍；
软尺，长条木板，废旧电线，红色毛线，拉簧，纽扣；
实心球，糖果罐，拉环，Y型管，气球。
三、实验创新要点
（一）原实验不足之处
1.膈肌运动模拟装置价格昂贵，其中气球容易损坏且难以更换。
2.膈肌运动模拟装置的膈肌是一个平面的橡胶膜，不能很好的帮助学生理解膈肌的
穹窿形结构及其收缩运动对胸廓变化的影响。
3.“肋间肌收缩舒张对胸廓变化的影响”、“肺扩张和收缩时肺内压力的变化”两
个抽象知识点没有直观的教具和实验帮助学生理解。
（二）实验创新要点
1.学生自主设计模拟肺呼气、吸气的活动
2.指导学生设计能够模拟肺内压力变化的实验
3.自制的肋骨运动模拟装置
4.自制的穹窿形膈肌运动模拟装置
四、设计思路
本节课内容比较抽象，涉及到气压、容积等物理学问题，七年级学生尚未接触，学习过程中对知识的理解较困难。本节课主要采取设计模型和实验的方法，帮助学生变抽象为具体，先获得感性的认识再进行知识的梳理。并适时联系前后知识，形成肺与外界气体交换的连续过程。
五、实验教学目标
课标要求：课标中第五个一级主题下第2个二级主题中明确要求：概述发生在肺部的气体交换过程。结合课标要求、教材特点及学生情况，教学目标如下：
（一）知识与技能：概述肺与外界气体交换的过程并理解其发生原理
初步掌握设计实验的能力
（二）过程与方法：学会用观察、测量、模拟等方法进行生物学研究
（三）情感态度与价值观：培养学生严谨的科学态度，形成呼吸系统的结构与其功能相
适应的观点，并关注呼吸系统的健康
六、实验教学内容
1.探究肺扩张和收缩时气体的流动
2.探究肺扩张和收缩时肺内压力的变化
3.探究呼吸时胸廓横向的变化
4.探究肋骨间的肌肉收缩和舒张与胸廓变化的关系
5.探究膈肌收缩和舒张与胸廓容积变化的关系
七、实验教学过程
首先认识肺的主要结构和功能，以及肺和胸廓、膈的位置关系。
过渡：肺富有弹性，可以收缩和扩张，肺在什么时候吸气，什么时候呼气呢？
1.探究肺扩张和收缩时气体的流动
步骤:学生现场挤压和松开洗耳球（或自选其他材料）。
现象:挤压时气体流出，松开时气体流入（利用水或面粉观察气体的流动）。
结论:肺扩张时吸气，肺收缩时呼气。
设计意图：本实验相对简单，所以我给学生提供器材，让学生自己设计实验。同时鼓励学生发散思维设计出更多方案，培养学生自主探究的能力。（图1）
图1 模拟肺的材料
过渡：为什么肺的扩张和收缩会使气体进出肺呢？气体的流动是受到力的作用而发生的，气体一般会从压力高的地方流向压力低的地方。气体进出肺的运动也是由肺内压力的变化引起的。
2.探究肺扩张和收缩时肺内压力的变化
讨论后采取在注射器推杆上打孔并插入小木棍的方式精确的控制其容积的变化，并利用水来观察气体的流动反应其中压力的变化。（图2）
图2 注射器推杆打孔
步骤1:将注射器活塞拉到一定位置（如30ml），用橡皮塞堵住注射器口，将活塞向外拉到一定位置（如70ml），固定活塞（事先在活塞推杆上打有一排小
孔，插入一段木棍即可固定）。记录体积变化（增大40ml）后将注射器针
口没入水中，去除橡皮塞。
现象1:有水流被吸入注射器管内。
原理1:封闭空间内，气体的体积增大，压力降低，而气体会由压力高的地方流向压力低的地方。
步骤2:将注射器活塞拉到一定位置（如80ml），用橡皮塞堵住注射器口，将活塞向内推到一定位置（如50ml），插入一段木棍使活塞不能继续推进并
用手压紧活塞推杆。记录体积变化（减小30ml）后将注射器针口没入水中，
（或对着面粉），去除橡皮塞。
现象2:有气体被推出注射器管外。
原理2:封闭空间内，气体的体积缩小压力增高，而气体会由压力高的地方流向压力低的地方。
结论:肺扩张时肺内压力降低；肺收缩时肺内压力变大。
由实验1和实验2可知：肺扩张时肺内压力降低，此时吸气；肺收缩时肺内压力增高，此时呼气。
过渡：肺位于胸廓和膈围成的胸腔里，肺扩张和收缩时胸廓有无变化呢？
3.探究呼吸时胸廓横向的变化
步骤：用一根软尺水平围在胸部，测量此时的胸围，被测者吸气和呼气，观察胸围如何变化？
现象：吸气时，胸围变大；呼气时，胸围变小（恢复）；
结论：吸气时胸廓横向是扩大的，呼气时胸廓横向是缩小的。
本实验非常简单，将问题抛给学生：呼吸时胸廓是如何变化的？让学生自己设计实验方法。最后提醒学生：怎样获得准确的实验现象和实验数据？使学生形成严谨的实验
态度。本实验不要求精确计算胸围差，意在通过胸围变化认识呼吸时胸廓变化。
过渡：胸廓横向的变化是怎样产生的呢？这主要和肋骨间肌肉的运动有关。
4.探究肋骨间的肌肉收缩和舒张与胸廓变化的关系
步骤：小组讨论利用所给材料设计一个模拟肋间肌运动的胸廓模型。（图3）
图3 胸廓模型
原理：肌肉在收缩时变得短粗，可牵拉相应的骨运动。用绳子或弹簧的长短变化模拟肌肉的收缩和舒张。
结论：肋骨间的肌肉收缩时，肋骨向上向外运动，胸廓横向扩大；
肋骨间的肌肉舒张时，肋骨向下向内运动，胸廓横向缩小；
由实验3和实验4可知：肋骨间的肌肉收缩，胸廓扩大，此时吸气；
肋骨间的肌肉舒张，胸廓缩小，此时呼气。
过渡：这是胸廓横向的变化，呼吸时胸廓容积纵向也有变化，这主要和膈的运动有关。
5.探究膈肌收缩和舒张与胸廓变化的关系
步骤：演示自制的膈肌运动模拟器。（图4）
图4 膈肌运动模拟器
原理：膈呈穹窿形向上隆起，收缩时膈顶下移。
