科學(xué)課“呼吸與空氣”教學(xué)案例：基于探究式學(xué)習(xí)的生命科學(xué)啟蒙一、教學(xué)背景與設(shè)計(jì)理念“呼吸與空氣”是小學(xué)科學(xué)（或初中生物）中生命科學(xué)與物質(zhì)科學(xué)交叉的核心內(nèi)容。學(xué)生雖對(duì)“呼吸”現(xiàn)象習(xí)以為常，但對(duì)呼吸的內(nèi)在機(jī)制（胸廓、肺的運(yùn)動(dòng)）及氣體成分變化缺乏深入認(rèn)知。本案例以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，通過(guò)“體驗(yàn)—探究—應(yīng)用”的遞進(jìn)式活動(dòng)，讓學(xué)生在“做中學(xué)”中建構(gòu)知識(shí)，理解人體與空氣的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，培養(yǎng)科學(xué)探究能力與環(huán)保意識(shí)。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1.描述人體呼吸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程（胸廓擴(kuò)張/收縮、肺的通氣原理）；2.對(duì)比呼出氣體與吸入空氣的成分差異（二氧化碳、氧氣、水蒸氣含量變化）；3.解釋氧氣、二氧化碳在呼吸作用中的角色（氧氣供能、二氧化碳排出）。（二）過(guò)程與方法1.通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)（膈肌模型），提升觀察、推理能力，理解呼吸運(yùn)動(dòng)的力學(xué)原理；2.通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)（澄清石灰水、蠟燭燃燒），學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)探究方案、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)科學(xué)論證能力。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1.養(yǎng)成“通風(fēng)換氣、適度運(yùn)動(dòng)”的健康呼吸習(xí)慣；2.樹(shù)立“保護(hù)空氣環(huán)境=保護(hù)生命健康”的環(huán)保意識(shí)；3.體會(huì)“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生物學(xué)思想（如胸廓、肺的結(jié)構(gòu)支持呼吸功能）。三、教學(xué)準(zhǔn)備（一）實(shí)驗(yàn)材料（每組）2個(gè)集氣瓶（帶蓋）、澄清石灰水（50mL）、細(xì)長(zhǎng)吸管、蠟燭（短款）、火柴、一次性水杯（裝水，熄滅火柴）；膈肌模型（自制：塑料瓶（剪去底部）、氣球（套瓶口，模擬肺）、橡膠膜（封瓶底，模擬膈肌））；干濕溫度計(jì)（可選，檢驗(yàn)水蒸氣）、冷玻璃片2塊。（二）多媒體資源人體呼吸過(guò)程3D動(dòng)畫（展示肺泡氣體交換）；霧霾天氣科普短片（關(guān)聯(lián)空氣品質(zhì)與健康）；運(yùn)動(dòng)員跑步后喘氣的慢動(dòng)作視頻（情境導(dǎo)入）。四、教學(xué)過(guò)程（一）情境激趣·問(wèn)題驅(qū)動(dòng)（5分鐘）播放學(xué)生跑完1000米后大口喘氣的視頻，提問(wèn)：“運(yùn)動(dòng)后呼吸為什么變快？我們吸進(jìn)的空氣去哪了？呼出的氣和吸進(jìn)的一樣嗎？”（設(shè)計(jì)意圖：從生活現(xiàn)象切入，引發(fā)認(rèn)知沖突，激活前認(rèn)知，明確探究方向。）（二）體驗(yàn)感知·建構(gòu)呼吸模型（15分鐘）1.自主體驗(yàn)：胸廓的“一呼一吸”讓學(xué)生將手放在胸部，緩慢深呼吸，描述感受：“吸氣時(shí)，胸部____（擴(kuò)張/收縮）；呼氣時(shí)，胸部____（擴(kuò)張/收縮）?！弊穯?wèn)：“胸廓變化時(shí)，肺在做什么？”（引導(dǎo)猜想：胸廓擴(kuò)張→肺擴(kuò)張，胸廓收縮→肺收縮。）2.模型探究：膈肌如何“操控”肺？出示膈肌模型（塑料瓶=胸廓，氣球=肺，橡膠膜=膈?。〗M合作操作：向下拉橡膠膜（膈肌收縮）：觀察氣球（肺）的變化（膨脹→吸氣）；向上推橡膠膜（膈肌舒張）：觀察氣球（肺）的變化（收縮→呼氣）。小組討論：“模型中，塑料瓶、氣球、橡膠膜分別對(duì)應(yīng)人體的什么結(jié)構(gòu)？膈肌運(yùn)動(dòng)如何讓肺‘吸氣’或‘呼氣’？”3.歸納梳理：呼吸運(yùn)動(dòng)的“力學(xué)密碼”結(jié)合3D動(dòng)畫，總結(jié)：吸氣：膈肌收縮→胸廓（塑料瓶）擴(kuò)大→肺（氣球）擴(kuò)張→空氣進(jìn)入；呼氣：膈肌舒張→胸廓（塑料瓶）縮小→肺（氣球）收縮→氣體排出。（三）實(shí)驗(yàn)探究·揭秘氣體變化（20分鐘）1.猜想假設(shè)：呼出氣體“變了什么”？提問(wèn)：“呼出的氣和空氣成分一樣嗎？”學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)（如哈氣在玻璃上有水霧）猜想：“呼出氣體中，二氧化碳____（變多/變少）、氧氣____（變多/變少）、水蒸氣____（變多/變少）?！?.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1：二氧化碳的“身份證”（澄清石灰水法）操作：①集氣瓶A（空氣）：敞口放置3分鐘，蓋蓋；②集氣瓶B（呼出氣體）：用吸管向裝滿水的集氣瓶吹氣，水排出后蓋蓋。向A、B中各倒10mL澄清石灰水，振蕩。現(xiàn)象：A瓶石灰水無(wú)明顯渾濁，B瓶變渾濁。結(jié)論：呼出氣體中二氧化碳含量多于空氣。實(shí)驗(yàn)2：氧氣的“余燼”（蠟燭燃燒法）操作：點(diǎn)燃蠟燭，分別快速放入A（空氣）、B（呼出氣體）瓶中，蓋嚴(yán)，觀察燃燒時(shí)間?，F(xiàn)象：A瓶蠟燭燃燒約10秒，B瓶約3秒熄滅。結(jié)論：呼出氣體中氧氣含量少于空氣。實(shí)驗(yàn)3：水蒸氣的“痕跡”（冷玻璃片法）操作：①玻璃片1：對(duì)著哈氣；②玻璃片2：放在空氣中。對(duì)比現(xiàn)象?，F(xiàn)象：哈氣的玻璃片出現(xiàn)水霧，空氣中的無(wú)變化。結(jié)論：呼出氣體中水蒸氣含量多于空氣。3.深度分析：氣體變化的“幕后推手”追問(wèn)：“為什么呼出氣體成分會(huì)變？”結(jié)合動(dòng)畫簡(jiǎn)化解釋：“細(xì)胞像‘小工廠’，利用吸入的氧氣分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如葡萄糖），產(chǎn)生能量、二氧化碳和水。這些‘廢氣’（二氧化碳、水蒸氣）隨呼氣排出。”（四）生活聯(lián)結(jié)·深化認(rèn)知（10分鐘）1.問(wèn)題鏈討論：空氣與健康的“雙向奔赴”“教室為什么要開(kāi)窗通風(fēng)？”（補(bǔ)充氧氣、排出二氧化碳，避免缺氧/頭暈）；“運(yùn)動(dòng)后為什么要深呼吸？”（快速補(bǔ)充氧氣，滿足細(xì)胞“供能”需求）；“霧霾天戴口罩有什么用？”（過(guò)濾PM2.5等有害顆粒，減少呼吸道損傷）。2.實(shí)踐拓展：我的呼吸健康計(jì)劃小組合作設(shè)計(jì)“一周呼吸健康計(jì)劃”（如：每天開(kāi)窗通風(fēng)3次，每次15分鐘；堅(jiān)持晨跑5天，記錄呼吸變化；霧霾天戴N95口罩等），課后實(shí)踐并記錄感受。（五）總結(jié)升華·構(gòu)建體系（5分鐘）用思維導(dǎo)圖梳理核心知識(shí)：呼吸過(guò)程（胸廓/肺/膈肌的運(yùn)動(dòng)）→氣體變化（O?↓、CO?↑、H?O↑）→空氣的價(jià)值（供O?、排廢物）→保護(hù)空氣=保護(hù)生命。五、教學(xué)反思（一）成功之處1.體驗(yàn)+實(shí)驗(yàn)雙驅(qū)動(dòng)：通過(guò)膈肌模型、對(duì)比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生直觀理解呼吸原理與氣體變化，探究能力顯著提升；2.生活聯(lián)結(jié)有溫度：從跑步喘氣到霧霾防護(hù)，知識(shí)落地生活，學(xué)生主動(dòng)提出“低碳出行也能保護(hù)空氣”，環(huán)保意識(shí)自然生成。（二）不足之處1.膈肌模型的理解存在分化：約1/5學(xué)生仍混淆“胸廓擴(kuò)大”與“肺擴(kuò)張”的因果關(guān)系；2.實(shí)驗(yàn)操作效率待提升：部分小組因分工模糊（如“誰(shuí)拿火柴、誰(shuí)倒石灰水”）導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)耗時(shí)超預(yù)期。（三）改進(jìn)措施1.課前預(yù)學(xué)：發(fā)放模型結(jié)構(gòu)示意圖，讓學(xué)生標(biāo)注“胸廓、肺、膈肌”，課上結(jié)合動(dòng)畫二次強(qiáng)化；2.小組角色卡：明確“