基于“系统与模型”教学《血液循环》

科学课程标准提出了13个学科核心概念，还提出了物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化4个跨学科概念。跨学科概念超越了学科核心概念，可以更直接地让学生形成科学的世界观，了解自然现象背后的道理，学习处理问题的方法和模式。系统与模型与其余3个跨学科概念联系密切，能帮助学生理解其他跨学科概念，例如，系统与外界一般存在物质与能量交换；系统内的结构与功能之间相互联系；系统有相对稳定性，但又时刻变化着；等等。现以上海科技教育出版社《自然》教材五年级《血液循环》一课为例，阐述基于跨学科概念“系统与模型”的教学设计与实施。

一、教学设计

1.理论分析

系统是根据研究目的人为界定的，由一些有关联的成分组成的有序整体，包含边界、成分和相互作用；模型是经过处理的简化系统，但能体现原系统的本质或主要特征，是描述和理解系统的有效工具。真实世界很复杂，但可以用简化的模型来描述，模型超越了我们可观察的范围，把不可见、抽象的现象形象化，有利于理解和研究。有学者指出，模型包括物理模型、数学模型、概念模型，其中物理模型又分为实物、示意图模型。物理模型相较于数学模型和概念模型更为直观，对于小学生更容易理解，也更容易将模型与现实进行联系来认识系统，更适合应用在课堂上。

2.教学分析

五年级“身体的律动”单元共有3课，分别是《呼吸》《血液循环》和《骨骼和肌肉》。本单元的3节课属于并列关系，分别引导学生认识人体呼吸系统、血液循环系统与运动系统。本单元的3课学生都很难直接通过观察实物对系统有完整的认识。第1课认识呼吸系统时，学生已经使用肺的模型认识呼吸的过程，本课可以通过使用循环模型、观察循环示意图模型等形式理解血液的循环过程，第3课可以通过观察骨骼模型认识骨骼与肌肉在运动过程中的相互作用，再通过制作骨骼模型认识运动方式。本单元3课都适合学生通过模型认识系统，也有助于他们对跨学科概念“系统与模型”有初步感受。

学生在日常生活中了解过心脏、血液和血管的一些知识，但对这些结构在血液循环中的作用并不清楚，对从系统的角度认识人体血液循环系统的组成与功能的经验不足。通过第1课《呼吸》的学习，学生知道肺是气体交换的器官，但对肺与血液循环的关系并不明确。同时，学生虽有利用实验材料模拟器官功能的经历，但运用模型解释现象的能力还有待加强，基于模型推理系统结构的能力还需培养。在本课中，学生可以通过观察实物模型，体验模型能够模拟实际的情况；再通过观察并完善更简化的示意图模型，进一步体会模型是缩小简化提炼的实物；最终在认识血液循环系统的过程中，感受在科学探究中物理模型有助于认识系统。

3.教学目标

通过测量脉搏和心跳、阅读资料，说出人体心血管系统主要由心脏、血管和血液等组成；能基于测量数据，推理心跳与脉搏之间的关系；能准确测量心跳与脉搏，从资料中搜集证据支持观点；具有探究血液循环的兴趣。

通过模拟血液循环过程、阅读血液循环过程的资料、观看血液循环作用视频，说出心脏有规律地收缩与舒张，收缩时通过动脉把血液送到全身各处，舒张时血液通过静脉回到心脏；血液在人体内是循环的，能运送人体生命活动需要的氧和营养物质，排走生命活动产生的废物；能理解血液循环模型，认识血液循环过程；能实施模拟实验、搜集证据解释血液循环的过程及作用；具有细致观察的科学态度，感悟血液循环系统与其他器官配合进行血液循环，增强保护血液循环系统的意识。

4.教学活动

情境导入：学生通过小组合作，测量并比较一分钟的心跳次数和脉搏次数，发现每分钟心跳次数和脉搏次数是一致的，思考心跳与脉搏次数一致的原因。

活动1：认识血液循环系统的组成。学生阅读心跳与脉搏产生的资料，通过资料检查、核验推测，初步认识心跳与脉搏。思考心脏、血管和血液之间的关联，尝试解释三者之间的关联。教师进一步补充“血液循环系统组成”阅读资料，使学生知道血液循环系统包括心脏、血管和血液等，并结合示意图发现心脏连通血管，血液在血管中流动，三者形成血液循环。

活动2：探究血液循环的过程和作用。学生观察血液循环实物模型，模拟血液循环过程，认识血液循环路线；阅读“血液循环”漫画，完善血液循环示意图模型，说出人体血液循环路线；观看“血液循环”视频，说出血液循环的作用以及心脏、血管、血液在血液循环中的作用。

活动2是本节课重点。

二、教学片段

片段一：做出推测，认识模型

师：认识了血液循环系统的组成，我们继续探究血液循环的过程，请大家想一想人体的血液是怎样流动的？

生：血液从心脏流向全身。

师：心脏和血管在流动过程中分别有什么作用呢？

生：心脏跳动让血液流动，血管让血液不会“跑”出去。

生：我认为血液沿着血管流向身体各个地方。

师：同学们依据自己的经验，做出了一些推测，怎样验证我们的推测？

生：我们可以做实验。

师：我们不能直接看到身体里血液循环的过程。今天我带来了一个血液循环的模型，进行模拟实验（如图1）。请同学们观察模型各部分，分别模拟什么？

生：我觉得橡胶球可以收缩，用来模拟心脏；透明管模拟血管让血液通过；红墨水模拟血液。

师：你很会抓住这些模拟器材的特点，除了这个模型之外，我还为大家准备了一块底板（如图2）。人体的血管还会经过肺部和身体的其他器官，接下来我们就要运用这些器材，模拟血液循环的过程。要求：缓慢按压橡胶球，观察血液流动的方向，并用箭头在底板上标注；缓慢松手，再次观察血液流动的方向，并用箭头标注；每次只按压一个橡胶球，组内多次观察后完整描述血液的过程。

（学生使用模型进行实验。）

分析：教师通过引导学生先推测再验证的方式培养其实证意识。学生依据板书与前一活动的阅读资料，结合部分课外知识，在推测的过程中，进一步认识血液循环系统的组成。学生通过观察将模型与实物进行联系，在使用模型的过程中感受到模型与实物有着相似的结构，是实物的简化。这为后续使用模型进行模拟实验，更好地感受各部分在血液循环中起到的作用进而完善模型做好铺垫。

片段二：运用模型，认识系统

师：现在哪一组来说一说，在刚才的模拟实验中，观察到什么现象？说明什么？

生：我们按压心脏，发现血液从动脉血管流出，流向身体其他器官。松开心脏，血液从静脉血管流回心脏。

生：我们还观察到按压心脏，血液从动脉流向肺，松开后从静脉流回心脏。

师：你们观察得都很仔细，我们通过血液循环模型，模拟了整个系统的工作过程，在血液循环中，心脏的作用是什么？

生：心脏可以把血液压出去。

师：我们再阅读一份资料，说一说完整的血液循环过程。

（学生阅读资料。）

师：结合刚才的模拟实验和资料，心脏和血管在血液循环中起到了什么作用？

生：心脏收缩，血液通过动脉送往全身各处，心脏舒张，血液通过静脉流回心脏。

师：我们再来观察一下各组在记录单上画出的血液流动的箭头，有什么发现？

生：我发现血液是循环流动的，在一个血管里流动方向是不变的。

师：是的，血液循环是单向流动的。

分析：学生通过使用血液循环模型，模拟血液循环过程。他们通过按压与松开橡胶球，形象地模拟心脏的收缩与舒张，观察红墨水在橡胶管中的流动。模型能清晰反映系统的特征，通过使用并观察模型，关注系统内部的相互作用，直观感受模型，有利于学生理解“系统与模型”这一跨学科概念。

片段三：阅读资料，完善模型

师：我们再来观察一下记录单上的血液循环过程，在循环过程中血液有没有发生变化？理由是什么？

生：我认为血液发生了变化，我观察到有的血管是蓝色的，有的血管是红色的。

生：发生了变化，通过肺部和身体各部分后，血管的颜色不一样了。

师：血液可能发生了什么变化？

师：上一节课我们知道了人在呼吸的过程中吸入含氧气较多的空气，这些氧气在人体中是怎样运输的呀？

生：通过血液运输。

师：我这里有一些携带更多氧气的血液和携带更多二氧化碳的血液的贴纸，大家小组讨论，这些血液可能在哪些血管中流动，将贴纸贴在对应的位置上。

（学生贴上贴纸，完善模型，如图3。）

师：比较各组的记录单，血液循环过程中哪里的血液含氧更多？为什么？

生：动脉血液中含氧更多，因为心脏流出的血液中氧气更多，给身体其他器官使用后，血液中二氧化碳变多，流回心脏。

生：我有不同意见，我觉得肺静脉中的血液氧气更多，我们学过肺通过呼吸得到了氧气。

师：大家都交流了自己的推测，我们再来阅读漫画“血液循环”。循环过程中血液是否发生了变化？哪一组对照着你们组的任务单来说一说，含氧较多的血液从心脏出发，经过了人体哪些部位？发生了怎样的变化？

（学生依据任务单，完整描述血液循环过程中血液的变化，如图4。）

师：在什么器官，含二氧化碳较多的血液重新变成含氧气较多的血液？

生：肺，通过呼吸系统，含二氧化碳较多的血液重新变成含氧气较多的血液。

分析：在本环节中，教师引导学生带着“血液是否发生变化”这一问题，观察之前画出血液流动方向的任务单，发现血管绘制的颜色不同。这一特点与实际情形并不相同，引发学生思考不同颜色的血管是否有不同的含义，感受模型能稍做改变来突出系统中的特点。学生依据推测在任务单中贴上携带更多氧气的卡通血液图片和携带更多二氧化碳的卡通血液图片，从使用模型走向了建构模型。在完善血液循环示意图模型的过程中，学生对示意图模型的建构有了初步感受。

三、教学反思

1.突破教学难点

本课在初步认识血液循环系统组成的基础上，引导学生说出各实验材料分别模拟的部分，通过在有循环图示的底板上建构模型，模拟血液循环过程，用箭头标出循环路线，让学生直观感受血液循环的过程，进一步认识心脏在循环中的作用与循环过程。学生带着问题阅读漫画、观察肺循环图片及视频，进一步认识血液循环与气体交换、运输营养物质的关系，从而认识血液循环系统。

2.结合学情，优化学具

在原本的教材中，本课没有模拟实验的过程，主要通过让学生观察图片与阅读资料达成学习目标。对于小学生来说，动手实验比单纯的资料阅读更有吸引力，也更方便理解。考虑到在前一课《呼吸》学生已经尝试通过肺的模型观察呼吸的过程，认识了呼吸系统，本课尝试引导学生建构模型，能使他们更好地理解所学知识。

在模型的选择使用上，网络上能买到的血液循环模型，一方面在实验过程中出现意外的情况较多；另一方面用针筒模拟心脏，学生对于收缩与舒张的理解不够直观。作为茶艺特色校，本校五年级学生对茶球（橡胶球）有使用经验，同时按压茶球模拟心脏的收缩与舒张更为形象，便于学生理解。本节课基于此设计了血液循环模型的学具。

3.步步深入，提升模型理解

本课在认识血液循环系统组成的基础上，建构循环系统实物模型，帮助学生直观感受心脏收缩与舒张在血液循环中的作用。他们通过观察实物模型，用箭头标出循环过程、在血管上贴上“携带更多氧气的血液”或“携带更多二氧化碳的血液”的贴纸，在逐步完善示意图模型的过程中，认识血液循环系统的过程与作用。此外，阅读资料中也包含了大量的示意图模型。如“血液循环”漫画，帮助学生认识血液有输送氧气与二氧化碳的作用时，以简化的图示展现呼吸系统中气体交换与血液循环系统的关系，便于他们理解血液循环的过程与作用。

4.利用任务单，完善示意图模型

一张任务单，是观察血液循环过程实物模型的底板，帮助学生理解、运用实物模型，也是学生后续建构完善示意图模型的基础。学生先运用示意图，解释模型中每个部分的功能，再记录实物模型模拟系统工作过程中的现象，之后通过推测、阅读资料核检推测，进一步完善示意图模型。从系统这一宏观的角度去思考，学生发现示意图模型还能帮助认识系统与系统之间的关联。由此，学生将一个复杂的系统抽象、归纳，用简易的方式展现出来，也对建构示意图模型的过程有初步的经历。

5.评价助力模型分析

本课以认识血液循环为载体，培养学生运用模型认识系统能力。评价要求在活动前提出，活动要求与评价单的评价内容相互对应，以评价内容帮助学生明确活动中的重难点或注意点，也能帮助他们规避在使用模型进行模拟实验的过程中可能产生的意外情况。量化的评价单能提升活动效率，帮助学生明确活动要达成的核心素养，也便于统计他们对于系统的认识情况。

（作者单位：上海市黄浦区回民小学）

参考文献：

[1]胡卫平，刘守印.义务教育科学课程标准（2022年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]高云峰.跨学科概念与跨学科实践[M].北京：高等教育出版社，2023.