《跳动起来会怎样》的教学设计
一、教材分析
本课出自科学教材四年级上册《我们的身体》单元，这单元主要让学生认识自己身体的结构和功能，使他们意识到身体的各种活动都需要身体各个系统的协调运作，从而逐渐建立起他们的健康意识。本课是本单元的第三课，是前两课内容的顺延。在这之前，学生已经了解了身体的结构和骨骼、关节、肌肉给身体运动带来的作用，在学生关注了骨骼、关节和肌肉在人体运动中的作用后，已经不满足于研究身体的外部结构，兴趣开始转到对身体内部的研究，教材及时安排了对呼吸和循环两大系统的研究。本课是由外到内研究的开始，引入了学生最容易体验到的呼吸系统，并着重为学生理清呼吸在支持人体活动上的作用和呼吸与健康之间的关系。本课的教学对象是四年级的学生，在三年级科学课中曾经涉及到测试平静状态下和运动后一分钟的呼吸，也曾经涉及到有关空气的一些知识。在学生认为：我们吸进的都是氧气，呼出的都是二氧化碳。本课以这一点学生的错误认识入手，通过一系列的体验，实验，阅读科学家的研究资料等，让学生通过对实验现象的观察、分析，最终掌握正确的科学概念。本课教材内容分为三部分，第一部分，体会平静状态下和经过剧烈运动后，感觉到自己呼吸的差异，初步体验到运动和呼吸之间的关系。第二部分通过反复呼吸一袋空气的体验，开始试着解释吸进的和呼出的气体有什么不同，第三部分用实验比较吸进的空气和呼出的气体有什么不同。由于内容较多，所以在教学时必须有所取舍。在本课的教学中要求学生能提出简单的收集气体的方案，收集自己呼出的气体并进行实验，并能通过对火焰熄灭的观察了解到呼出的气体和空气之间的差别，最终让学生对人体的呼吸器官和功能有一定的了解，懂得运动和健康之间的关系。
二、教学设计
（一）教学目标
1．科学概念
人体运动需要氧气，在肺部进行气体交换，将氧气吸收，将二氧化碳排出体外。
人体运动量越大，消耗的氧气也就越多，就需要加快肺的呼吸，以吸进更多的氧气。
2．过程与方法
亲历探究气体成份是否一致的实验过程，会运用已有知识对“吸进的空气和呼出的气体是否相同”作出猜测，并会根据所观察的实验现象设计验证呼出的气体中含有氧气的实验，会用排水集气法收集呼出的气体验证自己的假设。
．会对实验中获取的数据进行分析，作出运动后呼吸次数加快原因的分析。
3．情感态度价值观
培养尊重事实、以证据求结论的科学态度。
知道经常锻炼身体，会增大呼吸能力，增进身体健康。
（二）教学重点、难点
教学重点：用体验和实验的方法，验证气体交换后呼出的气体中氧气发生了变化。
教学难点：通过设计简单实验证明呼出的气体中还含有一定的氧气，会对实验现象进行细致分析，通过对实验的分析能发现吸进的空气中氧气较多，呼出的气体中氧气含量较少这一事实，并能关注其它气体成分的变化，从而懂得新鲜空气对健康生活的重要性。
（三）教学准备
课前准备：（1）指导学生用打火机点燃物体，（2）了解学生对气体成份的掌握情况。
教师：课件（1分钟计时器，人体相关呼吸器官图，人体的气体交换动画示意，科学家的气体分析资料，排水法收集气体过程等），集气瓶两个，毛玻璃两片，水槽，打火机，竹条，吸管，塑料袋。
学生小组：塑料袋一组四个，每组集气瓶两个，毛玻璃两片，吸管一根，水槽，打火机，竹条。
（四）教学过程与设计意图
课前活动：
上课之前，我们一起来做一个有趣的小游戏， 这个游戏和呼吸有关。
1．（用手势示意一呼一吸，上升吸，下降呼），准备，看教师手势，跟着教师的手势呼吸，用手势指挥学生的呼吸，由慢到快，突停。
呼吸的快慢是可以由自己控制的，今天上课的时候老师要求大家不要故意的控制自己的呼吸，要平静自然的呼吸。
（设计意图：呼吸系统既受颈椎中的呼吸中枢支配（植物性神经系统），又受大脑的高级神经支配。平时我们的呼吸不必有意识地去完成，而是自然地进行，但是一旦需要，我们又能随意增加或减少呼吸次数，或改变呼吸深度，这就是高级神经系统在作用的结果，游戏的目的在于让学生清楚地知道我们的呼吸是可以控制的，但是在这节课内，我们都需要平静自然的呼吸。）
2．我们来进行一个小小的测试，平静状态下一分钟呼吸多少次？你知道怎样才是一次完整的呼吸吗？得出：一呼一吸就是一次完整的呼吸。
让学生看大屏幕上的钟，开始测试呼吸，请记住自己的'测试结果。
（设计意图：学生在三年级科学教材中已经接触到了测试自己的一分钟呼吸，了解了一次完整的呼吸以及怎样测试的方法，课前稍作说明学生就能很好的完成测试）
游戏结束，开始上课
一、跳动后的呼吸情况
1、 如果现在跳动一会儿，呼吸会发生什么样的变化呢？出示板书：跳动起来会怎样？
请大家自由原地跳动一分钟，然后立即看时间测量自己的呼吸。
请几个学生汇报呼吸次数，挑选几个学生的汇报记录在表格上。
2、观察这些数据，你发现了什么？前后呼吸次数不一样，说明了什么？（运动后呼吸次数加快了）。
（设计意图：提出“前后呼吸次数不一样，说明了什么？”的问题在于让学生思考运动和呼吸之间的关系。根据学生的掌握情况，只能理解到运动后呼吸会加快这一事实，而对事实的本质还无法理解的。）
二、认识和呼吸有关的器官
1．提问：平时呼吸要吸进空气，跳动后也要吸进空气，吸进去的空气到了哪里？ 希望学生回答：到达肺部。
在自己身上找一找肺部，感受一下呼吸时肺部的变化。（课件展示）在人体半身图中展示肺的部位。
2．提问：空气经过了哪些地方到达肺部？汇报（课件展示，认识直接参与呼吸的呼吸器官）
呼出的气体又经过了哪些地方？
3．小结空气在人体内的流动路线：（课件展示并解说）气体从鼻腔吸入，经过气管，支气管到达肺，人体不需要的气体在肺部集中，经过支气管，气管，鼻腔流出体外。
（设计意图：从学生自身的生活经验上看，对于呼吸器官已经有了一定的认识，虽然学生知道人体需要呼吸，但是对于自己身体内究竟哪些器官直接参与了呼吸，属于呼吸器官这一问题，还没有认真考虑过，对呼吸器官的认识还比较片面。在教学中，要重视学生已有的知识经验，在交流过程中完成对已有知识经验的整理。在汇报的过程中，学生可能提到口腔和心脏参与呼吸的问题，这时需要教师引导，让学生明白口腔是辅助呼吸器官，而心脏，由于气体并不直接到达，因此不属于呼吸器官。最后安排一个吸入呼出气体的动画，则有助于加深学生对完成一次呼吸和气体在身体内的流动路线的理解。）
三、 呼吸作用使气体发生变化的证据
1．提问：我们吸入空气又呼出来，吸进的空气在肺里发生了什么变化？
预计学生回答：氧气被吸收了，呼出了二氧化碳。 师板书：吸进 氧气
呼出 二氧化碳
提问：你有什么证据证明我们吸收氧气，呼出了二氧化碳？
2．寻找气体发生变化的证据
（一）体验反复呼吸一袋空气的感觉。
1．我们一直在呼吸新鲜空气，人不会有不舒服的感觉，（出示一个塑料袋）如果让你反复呼吸这袋空气，可能会有什么样的感觉？
师演示呼吸塑料袋中的空气，把鼻子和口都罩在袋中，呼吸时口袋会发生大小变化，说明操作方法是正确的。
开始实验，让每人反复呼吸至少15次，如果感到难受了，就立即停止，并把口袋袋口拧紧。
2．汇报：反复呼吸一袋空气，你有什么感觉？说明了什么？
与生活的联系：有些人喜欢晚上用被子闷着头睡，其实就是在反复呼吸被子里的空气，会引起恶梦，早上起来也会觉得不舒服，这样的生活习惯对身体健康不利。
（二）比较新鲜空气与呼吸过的气体的不同
1．观察新鲜空气与呼吸过的气体。
师出示两瓶气体，告诉学生一瓶是新鲜空气，一瓶是呼吸过的气体。让学生观察比较这两瓶气体有什么不同。估计学生很难用肉眼能够看出它们的不同。
2．提问：你能用实验的方法证明呼出的气体中没有氧气了吗？或者是氧气含量要比新鲜空气中的氧气含量少吗？
（设计意图：这是一个关键性的实验体验，通过反复呼吸一袋空气，能让学生思考我们呼吸的意义，是吸进氧气，呼出二氧化碳呢？还是两种气体和其他气体都具备？从而体验到吸进和呼出的气体的不同。学生经过慎重思考后可能会提出，呼出的气体中包含了一部分的氧气，原因是反复呼吸的过程中，前面几次呼吸没有感到难受，是越往后越难受，但这只是学生的一个猜测。但讨论的结果是我们既吸进氧气，二氧化碳和其他气体，同时我们也呼出氧气，二氧化碳和其他气体,那么必然是吸进呼出的气体成份发生了变化。怎样才能证明呼出的气体中氧气确实少了呢？于是自然而然的进入了下一步关于呼出气体中氧气有多少的研究之中。）
3．引导：我们一起来看一个事实，（点燃竹条）竹条能在空气中燃烧，是由于空气中存在着支持燃烧的氧气，而其它气体不能支持燃烧。你能根据这个事实设计一个实验来证明我们的猜测吗？
情况一：
放在新鲜的空气中会持续燃烧一段时间。用点燃的竹条放在呼出的气体中，如果竹条在呼出的气体中不能燃烧了，说明呼出的气体中没有氧气了。
用点燃的竹条放呼出的气体中，如果点燃的竹条在呼出的气体中燃烧一下才熄灭或者没有火焰了但是还有火星，说明呼出的气体只含有少量的氧气。
情况二：
点燃的竹条在新鲜空气中会持续燃烧一段时间。把点燃的竹条放入呼出的气体中，如果点燃的竹条能继续燃烧，说明呼出的气体含有氧气。
情况三：
点燃的竹条放在新鲜的空气中会持续燃烧一段时间，把点燃的竹条放入呼出的气体中，如果点燃的物体在呼出的气体中燃烧一会儿才熄灭或者是慢慢熄灭的，说明呼出的气体中只含有少量的氧气。
4．讨论收集气体的方法。
实验的方法已经有了，现在只要能收集到呼出的气体，就能用竹条来进行实验了。你能把空气和呼出的气体收集到这两个集气瓶中吗？请小组讨论收集气体的方法。
讨论后课件演示收集气体的过程（照片），教师解说并提示实验的注意点：
收集空气的方法：灌水――倒水――盖上毛玻璃
收集呼出的气体的方法：灌水――在水底翻面――轻提，不要离开水面――吹掉吸管内空气――收集呼出气体――盖上毛玻璃
5．做对比实验
学生收集好气体，教师检查后要求做到以下几点：
出示提示：
1、点燃的竹签要慢慢放入瓶中，放入后盖上毛玻璃。
2、仔细观察发生了什么现象，想想说明了什么？
3、实验结束后请小组长立刻整理好实验器材。
师下发打火机学生开始实验，教师巡回指导。
6．实验后小组汇报研讨
我们观察到了什么现象，这些现象说明了什么？
如果学生说：竹条在空气瓶中燃烧了一会儿，竹条在呼出的气体中马上熄灭了，没有氧气了，只剩下二氧化碳。那么追问：火焰是怎样熄灭的呢？是很快的熄灭还是慢慢的熄灭?说明什么？有没有观察的更仔细的同学？火星也没有了吗？
还有火星，还会继续燃烧一会儿，又说明什么？
小节：通过刚才的实验和分析，吸进的气体和呼出的气体有什么不同？
（设计意图：实验时，由于每个学生观察的角度不同，观察的习惯不同，能观察到的实验细节也不一样，不一样的实验细节会影响到学生对实验的分析。虽然已经观察到了实验现象，但最关键的是能否关注到更多的实验细节，这将直接关系到学生对现象的分析是否能深入，并得到正确结论。安排学生进行交流：第一、关注到更多的实验现象；二、发现实验现象之间也存在着差异。在学生的观察中往往会只关注到火焰的熄灭，而忽视了对火星，白烟等现象的观察，在讨论中必须指导学生对实验中的现象进行详细的描述，并通过比较发现实验中出现的火星等细微现象是普遍存在的。并由此可以推测出呼出的气体中还是存在着氧气的。）
提问：反复呼吸的这一袋气体（出示反复呼吸的气体），氧气的含量又会有什么不同？
教师演示实验。
竹条是怎样熄灭的？――根据时间决定是否演示。
四、研讨呼吸作用的意义
1．阅读资料，分析比较
科学家对呼出的气体进行了更加精密的研究，我们一起来看看科学家的研究成果。（出示科学家的研究记录）空气中的主要气体成份是氮气，氧气，二氧化碳和水蒸气，100克空气中包含了78克氮气，21克氧气，0.4克二氧化碳和0.6克的水蒸气，请比较表中上下两行不同颜色的数据，吸进的空气在肺里发生了什么变化？
（课件展示科学家的研究成果）科学家发现了人体呼吸的秘密：人体运动需要氧气，通过呼吸使氧气进入血液，同时排出二氧化碳，完成气体交换的过程。板书：气体交换
（设计意图：上课所进行的实验是比较粗糙的，必须引入更加准确的数据让学生进行量化的分析。根据自己所做的实验和分析，学生能发现吸进的气体和呼出的气体的确存在着氧气含量不同的差异，并且通过比较能深入认识到其它气体成分也发生了量的变化。最终认识到人体呼吸的意义：人体运动需要氧气，通过呼吸使氧气进入血液，同时排出二氧化碳，完成气体交换的过程。）
2．提问：人体运动后呼吸会加快又说明了什么？
预计学生回答：运动后需要更多的氧气，造成呼吸加快。
3．运动员经常在参加运动，运动员的身体都很健康，经常锻炼身体，会增大我们的呼吸量，获得更多的氧气，让我们的身体更健康。运动员和普通人之间的呼吸能力有什么差别呢？我们一起来看一份资料，（展示资料，出示可乐瓶）医学上对人的呼吸能力有一个专用名词，叫肺活量。成人的一次呼吸所产生的肺活量是3500毫升左右，相当于2个可乐瓶的空气，而运动员的肺活量可达到5500毫升，当于与3个半可乐瓶的空气。你知道现在你的肺活量吗？出示可乐瓶肺活量计，让一个学生测试。指导：吸足一口气，完整呼出。实验后分析：测试学生肺活量和运动员肺活量的差别。
4．运动一段时间后，再来测试一下，看看肺活量会发生什么样的变化？到时候你也关注一下你的身体发生什么样的变化？请大家课外在科学老师的指导下继续研究。
（设计意图：通过上面的实验，分析，和出示的科学家的研究成果，学生很快就能推断出运动和呼吸的关系以及运动和健康的关系，至此，本节课水到渠成。）
板书设计
跳动起来会怎样？
吸进 二氧化碳 少 氧气 多 水蒸气 少 ……
气体交换
呼出 二氧化碳 多 氧气 少 水蒸气 多 ……
三、施教体会
以活动促进学生概念发展
由于本课是新修订的教材，和原教材《运动与健康》和五年级的《健康生活需要新鲜空气》都有一定的联系。课前调查了一部分的学生，大部分学生认为：我们吸入的都是氧气，呼出的都是二氧化碳，只有极少部分的学生从一些简单的事实分析出：我们吸入的空气中应该还有其他气体，而我们呼出的气体中不但有二氧化碳，也包含有氧气等其他气体。由此可见，绝大部分的学生的前概念都停留在吸进氧气和呼出二氧化碳的认识上。学生的前概念和正确的科学概念之间存在着很大的差异，正确认识这种差距，关注学生正确概念的形成过程，是能否顺利的达成本课教学目标的关键。仔细分析教材，教材中的一个活动值得重视：反复呼吸一袋空气。以下是课堂实录片断：
教师发下中号保鲜袋让学生体验，反复呼吸一袋空气后学生汇报：
生：气闷了
胸口有点疼
气管好像火烧一样了
胸口很难受
……
师：反复呼吸一袋空气，你有什么感觉？说明了什么？
生：我们吸入的都是氧气，呼出的是二氧化碳，袋里面的氧气没有了，剩下全都是二氧化碳，我们人就难受了。
师出示两瓶气体，告诉学生一瓶是新鲜空气，一瓶是呼吸过的气体。让学生观察比较着两瓶气体有什么不同。帮助学生从自己的体验中去分析呼出的气体中是否还含有氧气。
……
体验活动要由每个学生参与，活动结果的分析造成了学生认知上的矛盾冲突：如果吸入的是氧气，但是我们在吸入的时候没有分离出氧气，而是一袋空气基本上被吸入了，也就是说吸入的还包括了其他气体。个别学生会从反复呼吸这个实验提出了自己的质疑：既然呼出的是二氧化碳，那么我们应该是在第二次吸入呼出的气体的时候感到难受，而不是过一会儿才感到难受，说明我们呼出的气体中不单单只有二氧化碳，可能还有一部分的氧气。学生思考的很对，但是这时候就会出现一个新的问题：既然呼出的气体中也包括了氧气，你能证明呼出的气体中确实不存在氧气或是氧气含量很少？引导学生用实验来证明自己的猜测，通过检验呼出的气体中是否还有氧气，用事实修正了学生原有的片面认识，从而获得正确的科学概念。
总之，我们要关注学生的前概念，有效利用教材活动，时刻关注学生概念的发展，让活动成为学生正确科学概念形成的奠基石。
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