一、教材分析
本課出自科學教材四年級上冊《我們的身體》單元，這單元主要讓學生認識自己身體的結構和功能，使他們意識到身體的各種活動都需要身體各個系統的協調運作，從而逐漸建立起他們的健康意識。本課是本單元的第三課，是前兩課內容的順延。在這之前，學生已經瞭解了身體的結構和骨骼、關節、肌肉給身體運動帶來的作用，在學生關注了骨骼、關節和肌肉在人體運動中的作用後，已經不滿足於研究身體的外部結構，興趣開始轉到對身體內部的研究，教材及時安排了對呼吸和循環兩大系統的研究。本課是由外到內研究的開始，引入了學生最容易體驗到的呼吸系統，並着重爲學生理清呼吸在支持人體活動上的作用和呼吸與健康之間的關係。本課的教學對象是四年級的學生，在三年級科學課中曾經涉及到測試平靜狀態下和運動後一分鐘的呼吸，也曾經涉及到有關空氣的一些知識。在學生認爲：我們吸進的都是氧氣，呼出的都是二氧化碳。本課以這一點學生的錯誤認識入手，通過一系列的體驗，實驗，閱讀科學家的研究資料等，讓學生通過對實驗現象的觀察、分析，最終掌握正確的科學概念。本課教材內容分爲三部分，第一部分，體會平靜狀態下和經過劇烈運動後，感覺到自己呼吸的差異，初步體驗到運動和呼吸之間的關係。第二部分通過反覆呼吸一袋空氣的體驗，開始試着解釋吸進的和呼出的氣體有什麼不同，第三部分用實驗比較吸進的空氣和呼出的氣體有什麼不同。由於內容較多，所以在教學時必須有所取捨。在本課的教學中要求學生能提出簡單的收集氣體的方案，收集自己呼出的氣體並進行實驗，並能通過對火焰熄滅的觀察瞭解到呼出的氣體和空氣之間的差別，最終讓學生對人體的呼吸器官和功能有一定的瞭解，懂得運動和健康之間的關係。
二、教學設計
（一）教學目標
1．科學概念
人體運動需要氧氣，在肺部進行氣體交換，將氧氣吸收，將二氧化碳排出體外。
人體運動量越大，消耗的氧氣也就越多，就需要加快肺的呼吸，以吸進更多的氧氣。
2．過程與方法
親歷探究氣體成份是否一致的實驗過程，會運用已有知識對“吸進的空氣和呼出的氣體是否相同”作出猜測，並會根據所觀察的實驗現象設計驗證呼出的氣體中含有氧氣的實驗，會用排水集氣法收集呼出的氣體驗證自己的假設。
．會對實驗中獲取的數據進行分析，作出運動後呼吸次數加快原因的分析。
3．情感態度價值觀
培養尊重事實、以證據求結論的科學態度。
知道經常鍛鍊身體，會增大呼吸能力，增進身體健康。
（二）教學重點、難點
教學重點：用體驗和實驗的方法，驗證氣體交換後呼出的氣體中氧氣發生了變化。
教學難點：通過設計簡單實驗證明呼出的氣體中還含有一定的氧氣，會對實驗現象進行細緻分析，通過對實驗的分析能發現吸進的空氣中氧氣較多，呼出的氣體中氧氣含量較少這一事實，並能關注其它氣體成分的變化，從而懂得新鮮空氣對健康生活的重要性。
（三）教學準備
課前準備：（1）指導學生用打火機點燃物體，（2）瞭解學生對氣體成份的掌握情況。
教師：課件（1分鐘計時器，人體相關呼吸器官圖，人體的氣體交換動畫示意，科學家的氣體分析資料，排水法收集氣體過程等），集氣瓶兩個，毛玻璃兩片，水槽，打火機，竹條，吸管，塑料袋。
學生小組：塑料袋一組四個，每組集氣瓶兩個，毛玻璃兩片，吸管一根，水槽，打火機，竹條。
（四）教學過程與設計意圖
課前活動：
上課之前，我們一起來做一個有趣的小遊戲， 這個遊戲和呼吸有關。
1．（用手勢示意一呼一吸，上升吸，下降呼），準備，看教師手勢，跟着教師的手勢呼吸，用手勢指揮學生的呼吸，由慢到快，突停。
呼吸的快慢是可以由自己控制的，今天上課的時候老師要求大家不要故意的控制自己的呼吸，要平靜自然的呼吸。
（設計意圖：呼吸系統既受頸椎中的呼吸中樞支配（植物性神經系統），又受大腦的高級神經支配。平時我們的呼吸不必有意識地去完成，而是自然地進行，但是一旦需要，我們又能隨意增加或減少呼吸次數，或改變呼吸深度，這就是高級神經系統在作用的結果，遊戲的目的在於讓學生清楚地知道我們的呼吸是可以控制的，但是在這節課內，我們都需要平靜自然的呼吸。）
2．我們來進行一個小小的測試，平靜狀態下一分鐘呼吸多少次？你知道怎樣纔是一次完整的呼吸嗎？得出：一呼一吸就是一次完整的呼吸。
讓學生看大屏幕上的鐘，開始測試呼吸，請記住自己的測試結果。
（設計意圖：學生在三年級科學教材中已經接觸到了測試自己的一分鐘呼吸，瞭解了一次完整的呼吸以及怎樣測試的方法，課前稍作說明學生就能很好的完成測試）
遊戲結束，開始上課
一、跳動後的呼吸情況
1、 如果現在跳動一會兒，呼吸會發生什麼樣的變化呢？出示板書：跳動起來會怎樣？
請大家自由原地跳動一分鐘，然後立即看時間測量自己的呼吸。
請幾個學生彙報呼吸次數，挑選幾個學生的彙報記錄在表格上。
2、觀察這些數據，你發現了什麼？前後呼吸次數不一樣，說明了什麼？（運動後呼吸次數加快了）。
（設計意圖：提出“前後呼吸次數不一樣，說明了什麼？”的問題在於讓學生思考運動和呼吸之間的關係。根據學生的掌握情況，只能理解到運動後呼吸會加快這一事實，而對事實的本質還無法理解的。）
二、認識和呼吸有關的器官
1．提問：平時呼吸要吸進空氣，跳動後也要吸進空氣，吸進去的空氣到了哪裏？ 希望學生回答：到達肺部。
在自己身上找一找肺部，感受一下呼吸時肺部的變化。（課件展示）在人體半身圖中展示肺的部位。
2．提問：空氣經過了哪些地方到達肺部？彙報（課件展示，認識直接參與呼吸的呼吸器官）
呼出的氣體又經過了哪些地方？
3．小結空氣在人體內的流動路線：（課件展示並解說）氣體從鼻腔吸入，經過氣管，支氣管到達肺，人體不需要的氣體在肺部集中，經過支氣管，氣管，鼻腔流出體外。
（設計意圖：從學生自身的生活經驗上看，對於呼吸器官已經有了一定的認識，雖然學生知道人體需要呼吸，但是對於自己身體內究竟哪些器官直接參與了呼吸，屬於呼吸器官這一問題，還沒有認真考慮過，對呼吸器官的認識還比較片面。在教學中，要重視學生已有的知識經驗，在交流過程中完成對已有知識經驗的整理。在彙報的過程中，學生可能提到口腔和心臟參與呼吸的問題，這時需要教師引導，讓學生明白口腔是輔助呼吸器官，而心臟，由於氣體並不直接到達，因此不屬於呼吸器官。最後安排一個吸入呼出氣體的動畫，則有助於加深學生對完成一次呼吸和氣體在身體內的流動路線的理解。）
三、 呼吸作用使氣體發生變化的證據
1．提問：我們吸入空氣又呼出來，吸進的空氣在肺裏發生了什麼變化？
預計學生回答：氧氣被吸收了，呼出了二氧化碳。 師板書：吸進 氧氣
呼出 二氧化碳
提問：你有什麼證據證明我們吸收氧氣，呼出了二氧化碳？
2．尋找氣體發生變化的證據
（一）體驗反覆呼吸一袋空氣的感覺。
1．我們一直在呼吸新鮮空氣，人不會有不舒服的感覺，（出示一個塑料袋）如果讓你反覆呼吸這袋空氣，可能會有什麼樣的感覺？
師演示呼吸塑料袋中的空氣，把鼻子和口都罩在袋中，呼吸時口袋會發生大小變化，說明操作方法是正確的。
開始實驗，讓每人反覆呼吸至少15次，如果感到難受了，就立即停止，並把口袋袋口擰緊。
2．彙報：反覆呼吸一袋空氣，你有什麼感覺？說明了什麼？
與生活的聯繫：有些人喜歡晚上用被子悶着頭睡，其實就是在反覆呼吸被子裏的空氣，會引起惡夢，早上起來也會覺得不舒服，這樣的生活習慣對身體健康不利。
（二）比較新鮮空氣與呼吸過的氣體的不同
1．觀察新鮮空氣與呼吸過的氣體。
師出示兩瓶氣體，告訴學生一瓶是新鮮空氣，一瓶是呼吸過的氣體。讓學生觀察比較這兩瓶氣體有什麼不同。估計學生很難用肉眼能夠看出它們的不同。
2．提問：你能用實驗的方法證明呼出的氣體中沒有氧氣了嗎？或者是氧氣含量要比新鮮空氣中的氧氣含量少嗎？
（設計意圖：這是一個關鍵性的實驗體驗，通過反覆呼吸一袋空氣，能讓學生思考我們呼吸的意義，是吸進氧氣，呼出二氧化碳呢？還是兩種氣體和其他氣體都具備？從而體驗到吸進和呼出的氣體的不同。學生經過慎重思考後可能會提出，呼出的氣體中包含了一部分的氧氣，原因是反覆呼吸的過程中，前面幾次呼吸沒有感到難受，是越往後越難受，但這只是學生的一個猜測。但討論的結果是我們既吸進氧氣，二氧化碳和其他氣體，同時我們也呼出氧氣，二氧化碳和其他氣體,那麼必然是吸進呼出的氣體成份發生了變化。怎樣才能證明呼出的氣體中氧氣確實少了呢？於是自然而然的進入了下一步關於呼出氣體中氧氣有多少的研究之中。）
3．引導：我們一起來看一個事實，（點燃竹條）竹條能在空氣中燃燒，是由於空氣中存在着支持燃燒的氧氣，而其它氣體不能支持燃燒。你能根據這個事實設計一個實驗來證明我們的猜測嗎？
情況一：
放在新鮮的空氣中會持續燃燒一段時間。用點燃的竹條放在呼出的氣體中，如果竹條在呼出的氣體中不能燃燒了，說明呼出的氣體中沒有氧氣了。
用點燃的竹條放呼出的氣體中，如果點燃的竹條在呼出的氣體中燃燒一下才熄滅或者沒有火焰了但是還有火星，說明呼出的氣體只含有少量的氧氣。
情況二：
點燃的竹條在新鮮空氣中會持續燃燒一段時間。把點燃的竹條放入呼出的氣體中，如果點燃的竹條能繼續燃燒，說明呼出的氣體含有氧氣。
情況三：
點燃的竹條放在新鮮的空氣中會持續燃燒一段時間，把點燃的竹條放入呼出的氣體中，如果點燃的物體在呼出的氣體中燃燒一會兒才熄滅或者是慢慢熄滅的，說明呼出的氣體中只含有少量的氧氣。
4．討論收集氣體的方法。
實驗的方法已經有了，現在只要能收集到呼出的氣體，就能用竹條來進行實驗了。你能把空氣和呼出的氣體收集到這兩個集氣瓶中嗎？請小組討論收集氣體的方法。
討論後課件演示收集氣體的過程（照片），教師解說並提示實驗的注意點：
收集空氣的方法：灌水――倒水――蓋上毛玻璃
收集呼出的氣體的方法：灌水――在水底翻面――輕提，不要離開水面――吹掉吸管內空氣――收集呼出氣體――蓋上毛玻璃
5．做對比實驗
學生收集好氣體，教師檢查後要求做到以下幾點：
出示提示：
1、點燃的竹籤要慢慢放入瓶中，放入後蓋上毛玻璃。
2、仔細觀察發生了什麼現象，想想說明了什麼？
3、實驗結束後請小組長立刻整理好實驗器材。
師下發打火機學生開始實驗，教師巡迴指導。
6．實驗後小組彙報研討
我們觀察到了什麼現象，這些現象說明了什麼？
如果學生說：竹條在空氣瓶中燃燒了一會兒，竹條在呼出的氣體中馬上熄滅了，沒有氧氣了，只剩下二氧化碳。那麼追問：火焰是怎樣熄滅的呢？是很快的熄滅還是慢慢的熄滅?說明什麼？有沒有觀察的更仔細的同學？火星也沒有了嗎？
還有火星，還會繼續燃燒一會兒，又說明什麼？
小節：通過剛纔的實驗和分析，吸進的氣體和呼出的氣體有什麼不同？
（設計意圖：實驗時，由於每個學生觀察的角度不同，觀察的習慣不同，能觀察到的實驗細節也不一樣，不一樣的實驗細節會影響到學生對實驗的分析。雖然已經觀察到了實驗現象，但最關鍵的是能否關注到更多的實驗細節，這將直接關係到學生對現象的分析是否能深入，並得到正確結論。安排學生進行交流：第一、關注到更多的實驗現象；二、發現實驗現象之間也存在着差異。在學生的觀察中往往會只關注到火焰的熄滅，而忽視了對火星，白煙等現象的觀察，在討論中必須指導學生對實驗中的現象進行詳細的描述，並通過比較發現實驗中出現的火星等細微現象是普遍存在的。並由此可以推測出呼出的氣體中還是存在着氧氣的。）
提問：反覆呼吸的這一袋氣體（出示反覆呼吸的氣體），氧氣的含量又會有什麼不同？
教師演示實驗。
竹條是怎樣熄滅的？――根據時間決定是否演示。
四、研討呼吸作用的意義
1．閱讀資料，分析比較
科學家對呼出的氣體進行了更加精密的研究，我們一起來看看科學家的研究成果。（出示科學家的研究記錄）空氣中的主要氣體成份是氮氣，氧氣，二氧化碳和水蒸氣，100克空氣中包含了78克氮氣，21克氧氣，0.4克二氧化碳和0.6克的水蒸氣，請比較表中上下兩行不同顏色的數據，吸進的空氣在肺裏發生了什麼變化？
（課件展示科學家的研究成果）科學家發現了人體呼吸的祕密：人體運動需要氧氣，通過呼吸使氧氣進入血液，同時排出二氧化碳，完成氣體交換的過程。板書：氣體交換
（設計意圖：上課所進行的實驗是比較粗糙的，必須引入更加準確的數據讓學生進行量化的分析。根據自己所做的實驗和分析，學生能發現吸進的氣體和呼出的氣體的確存在着氧氣含量不同的差異，並且通過比較能深入認識到其它氣體成分也發生了量的變化。最終認識到人體呼吸的'意義：人體運動需要氧氣，通過呼吸使氧氣進入血液，同時排出二氧化碳，完成氣體交換的過程。）
2．提問：人體運動後呼吸會加快又說明了什麼？
預計學生回答：運動後需要更多的氧氣，造成呼吸加快。
3．運動員經常在參加運動，運動員的身體都很健康，經常鍛鍊身體，會增大我們的呼吸量，獲得更多的氧氣，讓我們的身體更健康。運動員和普通人之間的呼吸能力有什麼差別呢？我們一起來看一份資料，（展示資料，出示可樂瓶）醫學上對人的呼吸能力有一個專用名詞，叫肺活量。成人的一次呼吸所產生的肺活量是3500毫升左右，相當於2個可樂瓶的空氣，而運動員的肺活量可達到5500毫升，當於與3個半可樂瓶的空氣。你知道現在你的肺活量嗎？出示可樂瓶肺活量計，讓一個學生測試。指導：吸足一口氣，完整呼出。實驗後分析：測試學生肺活量和運動員肺活量的差別。
4．運動一段時間後，再來測試一下，看看肺活量會發生什麼樣的變化？到時候你也關注一下你的身體發生什麼樣的變化？請大家課外在科學老師的指導下繼續研究。
（設計意圖：通過上面的實驗，分析，和出示的科學家的研究成果，學生很快就能推斷出運動和呼吸的關係以及運動和健康的關係，至此，本節課水到渠成。）
板書設計
跳動起來會怎樣？
吸進 二氧化碳 少 氧氣 多 水蒸氣 少 ……
氣體交換
呼出 二氧化碳 多 氧氣 少 水蒸氣 多 ……
三、施教體會
以活動促進學生概念發展
由於本課是新修訂的教材，和原教材《運動與健康》和五年級的《健康生活需要新鮮空氣》都有一定的聯繫。課前調查了一部分的學生，大部分學生認爲：我們吸入的都是氧氣，呼出的都是二氧化碳，只有極少部分的學生從一些簡單的事實分析出：我們吸入的空氣中應該還有其他氣體，而我們呼出的氣體中不但有二氧化碳，也包含有氧氣等其他氣體。由此可見，絕大部分的學生的前概念都停留在吸進氧氣和呼出二氧化碳的認識上。學生的前概念和正確的科學概念之間存在着很大的差異，正確認識這種差距，關注學生正確概念的形成過程，是能否順利的達成本課教學目標的關鍵。仔細分析教材，教材中的一個活動值得重視：反覆呼吸一袋空氣。以下是課堂實錄片斷：
教師發下中號保鮮袋讓學生體驗，反覆呼吸一袋空氣後學生彙報：
生：氣悶了
胸口有點疼
氣管好像火燒一樣了
胸口很難受
……
師：反覆呼吸一袋空氣，你有什麼感覺？說明了什麼？
生：我們吸入的都是氧氣，呼出的是二氧化碳，袋裏面的氧氣沒有了，剩下全都是二氧化碳，我們人就難受了。
師出示兩瓶氣體，告訴學生一瓶是新鮮空氣，一瓶是呼吸過的氣體。讓學生觀察比較着兩瓶氣體有什麼不同。幫助學生從自己的體驗中去分析呼出的氣體中是否還含有氧氣。
……
體驗活動要由每個學生參與，活動結果的分析造成了學生認知上的矛盾衝突：如果吸入的是氧氣，但是我們在吸入的時候沒有分離出氧氣，而是一袋空氣基本上被吸入了，也就是說吸入的還包括了其他氣體。個別學生會從反覆呼吸這個實驗提出了自己的質疑：既然呼出的是二氧化碳，那麼我們應該是在第二次吸入呼出的氣體的時候感到難受，而不是過一會兒才感到難受，說明我們呼出的氣體中不單單隻有二氧化碳，可能還有一部分的氧氣。學生思考的很對，但是這時候就會出現一個新的問題：既然呼出的氣體中也包括了氧氣，你能證明呼出的氣體中確實不存在氧氣或是氧氣含量很少？引導學生用實驗來證明自己的猜測，通過檢驗呼出的氣體中是否還有氧氣，用事實修正了學生原有的片面認識，從而獲得正確的科學概念。
總之，我們要關注學生的前概念，有效利用教材活動，時刻關注學生概念的發展，讓活動成爲學生正確科學概念形成的奠基石。
