“模拟膈肌的运动”演示实验装置的改进
创新成果(中学组) - K0115_“模拟膈肌的运动”简易模型_论文
膈肌的运动与呼吸的关系呼吸运动是一种节律性的活动，其深度和频率随体内、外环境条件的改变而改变例如劳动或运动时，代谢增强，呼吸加深加快，肺通气量增大，摄取更多的O2，排出更多的CO2，以与代谢水平相适应。
呼吸为什么能有节律地进行？呼吸的浓度和频率又如何能随内、外环境条件而改变？下面我们通过教材中的演示实验操作制作的模拟简易装置来说明一下。
人教版七年级生物下册P46第三章第二节《发生在肺内的气体交换》中的演示实验，需要用玻璃罩模拟胸廓，玻璃管模拟气管、支气管，气球模拟肺，橡皮膜模拟膈。
实验过程中，一手拿着模型，另一只手向上推橡皮膜，再放松橡皮膜。
课本中的实验模型材料在平时比较难弄到，而且制作比较困难，还有在学校的实验室里这样的模型数量是比较少的，达不到一人一个或两人一个。
为了解决这些问题，我们对这个实验进行了总结改进，进而制作成这个“模拟膈肌的运动”简易模型，用于演示初中七年级呼吸时膈肌的运动情况。
对这个“模拟膈肌的运动”简易模型，作以下的简单说明：一、用途：“模拟膈肌的运动”简易模型是根据初中课本生物实验总结改进而制作的，演示初中初中七年级呼吸时膈肌的运动情况。
二、“模拟膈肌的运动”简易模型科学原理：应用物理学上的大气压压强原理：肺部吸气时，膈肌收缩，膈顶部下降；肺部呼气时，膈肌舒张，膈顶部上升。
三、“模拟膈肌的运动”简易模型的制用过程：1．用剪刀将饮料瓶底部剪掉；2．将吸管的一端绑上小气球；3．用锥子将瓶盖捅开一个大小合适的孔，将吸管另一端从瓶底穿出瓶盖，用万能胶将吸管与瓶盖密封固定；4．将塑料膜剪开，将其平展地绑在瓶底部。
四、“模拟膈肌的运动”简易模型的使用方法：使用时，用打气筒对着吸管打气，即可见到模拟膈肌的运动。
五、“模拟膈肌的运动”简易模型的优点：①当用打气筒向模型内打气时，气球就会吸气胀大，胀大的气球底部会引起塑料薄膜向下凸起，这样就能显示出膈顶部下降的过程；当打气完后，气球就会放气缩小，缩小的气球底部会引起塑料薄膜向上凸起，这样就能显示出膈顶部上升的过程。
膈肌运动模拟实验报告
1. 通过模拟实验，了解膈肌的运动对呼吸过程的影响。
2. 掌握呼吸过程中肺内气压与外界大气压之间的关系。
3. 理解呼吸运动在人体生命活动中的重要性。
二、实验原理呼吸运动是人体生命活动的重要组成部分，主要由膈肌和肋间肌的收缩与舒张引起。
在呼吸过程中，膈肌的运动导致胸腔容积的变化，进而影响肺内气压，实现气体的进出。
三、实验材料1. 实验装置：模拟呼吸运动装置（包括可乐瓶、吸管、气球、橡皮膜等）。
2. 实验工具：刻度尺、秒表、记号笔等。
四、实验步骤1. 组装模拟呼吸运动装置，将可乐瓶底部切开，插入吸管，将吸管另一端连接到气球上，再将气球膜覆盖在瓶口处，模拟膈肌。
2. 将模拟呼吸运动装置放置在平稳的桌面上，记录初始状态下的气球体积和气压。
3. 吸气阶段：用手向下拉气球膜，模拟膈肌收缩，观察气球体积的变化，记录数据。
4. 呼气阶段：用手向上推气球膜，模拟膈肌舒张，观察气球体积的变化，记录数据。
5. 重复步骤3和4，进行多次实验，取平均值。
五、实验数据与分析1. 吸气阶段：实验数据表明，在膈肌收缩时，气球体积增大，肺内气压下降，低于外界大气压，气体进入肺内，完成吸气过程。
2. 呼气阶段：实验数据表明，在膈肌舒张时，气球体积减小，肺内气压上升，高于外界大气压，气体排出肺，完成呼气过程。
3. 实验结果表明，膈肌的运动与呼吸过程密切相关，是呼吸运动的重要动力。
1. 膈肌的收缩与舒张是呼吸运动的关键因素，直接影响肺内气压的变化。
2. 呼吸运动过程中，肺内气压与外界大气压之间存在一定的关系，即肺内气压低于外界大气压时，气体进入肺内；肺内气压高于外界大气压时，气体排出肺。
3. 呼吸运动在人体生命活动中具有重要意义，保障了人体氧气的供应和二氧化碳的排出。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察实验现象，及时记录数据。
2. 实验结束后，清理实验器材，保持实验环境的整洁。
3. 实验过程中，确保实验安全，避免发生意外。
八、实验总结本次实验通过模拟膈肌运动，直观地展示了呼吸运动的过程和原理。
模拟膈肌运动
模拟膈肌运动演示实验的改进罗卜田中学秦丽丽一、实验在教学中的地位和作用：人教版七年级下册第三章中的“模拟膈肌运动”演示实验，是为了探究胸腔容积的变化与呼吸的关系。
这部分内容往往是学生较难理解的地方，通过演示实验能使学生更容易理解“肺与外界气体交换”这一部分的内容。
二、原演示实验及不足之处：“模拟膈肌运动”教材上是用玻璃罩模拟胸廓，玻璃管模拟气管和支气管，气球代表肺，在玻璃罩下蒙上一层橡皮膜模拟膈。
演示时用手向上推橡皮膜，再放松橡皮膜，模拟膈肌的舒张与收缩，说明胸廓大小的变化及吸气和呼气动作。
不足之处：1、玻璃罩比较笨重，比较难找到这种上下都开口的大玻璃罩。
而且玻璃罩比较光滑，蒙橡皮膜时容易滑落。
2、实验只演示探究了膈肌的收缩与舒张使胸廓的上下径增大与缩小，从而导致了人体的吸气与呼气，并没有探究胸廓横向的扩张和收缩也会导致吸气与呼气。
三、实验创新与改进之处：1.将玻璃罩换成大可乐瓶子，2. 它们都是塑料制品，可以挤压，瓶内容积可以发生变化。
这样可以模拟胸廓横向扩张和收缩与呼吸的关系。
能更好反映人体的呼吸与胸廓的横向.上下径发生变化有关。
四、实验器材：大可乐瓶子，塑料吸管，橡皮塞，大小气球，小刀五、实验过程：1.做好实验装置。
将大号饮料瓶的底部剪掉一-个大气球剪成三段。
把底部部分套在塑料管上，并用橡皮圈固定；接着，在底部剪两个小孔，并在剪出的小孔插入废旧儿童水彩笔筒，用橡皮圈固定；然后，在水彩笔笔筒的另一端都用橡皮圈固定好一个红色小气球。
（3）将连接好的塑料管由果汁瓶内插入，用大气球的上段部分固定在瓶口，将瓶口密封；然后把一小片绒羽用细线系住，用透明胶固定在管口，使绒羽正对管口。
（4）另一个大气球从中间剪断，将下半部分橡胶膜用透明胶固定在果汁瓶的底部切口处。
（5）一只手用力向内压油桶底部的橡皮膜，另一只手打开果汁瓶口橡胶膜，排出密闭容器内的部分气体，使橡皮膜向内凹陷。
2.一手拿着模型，另一只手向上推橡皮膜，再放松橡皮膜。
“模拟膈肌的运动”演示实验装置的改进
在人教版《生物》教材中设计有“模拟膈肌的运动”演示实验，该实验主要是为了说明膈肌收缩和舒张时肺的体积变化，装置如图1所示。
该装置通过将橡皮膜平铺、捆紧于广口瓶（无底）的底端使瓶内密闭，存在以下不足。
1.膈肌（橡皮膜）在人体自然状态时（舒张时）应呈向胸腔突起的穹隆状，而此装置在自然状态下呈水平状。
2.用手推橡皮膜和让其自动复原的过程中，学生会将橡皮膜自动复原误认为是膈肌的收缩过程，这恰好与膈肌的运动相反。
3.在自然状态下，瓶内气压等于外界环境气压，此时气球在瓶内是瘪的，当用手推橡皮膜时，瓶内气压增大，必定会挤压气球，但由于气球本来就是瘪的，所以缩小幅度小。
相反，当橡皮膜复原时，气球膨大幅度也小，演示效果不佳。
如何解决这些问题？笔者结合实验原理，联系实际情况，设计制作了如图2的装置，在演示教学过程中起到了良好的效果。
图2图1模拟膈肌的运动置的改进“模拟膈肌的运动”制作过程广口瓶（无底），三通管，橡皮条，小气球（两个），橡皮膜，细线若干。
2.方法步骤（1）在三通管下面的两个管口上连接两个小气球，并将橡皮条捆扎在三通管的交叉处支管上，橡皮条的另一端穿过橡皮膜的孔，在橡皮条的适当位置把橡皮膜孔捆扎好。
（2）将有孔橡皮塞塞进瓶口，将三通管从瓶底插入橡皮塞内。
（3）把橡皮膜捆扎于广口瓶的底端，从而使广口瓶密闭。
二、优点1.装置形象学生看到此实验装置时，很快就能知道各器具所代表的器官，更重要的是知道膈肌在体内所处位置及形态特点。
2.操作简便在讲解呼吸运动的过程中，只需向下拉橡皮条（如图4左），的过程：膈肌收缩，胸腔增大，外部气压大于胸腔气压，气球变大，代表肺吸气增大。
松开橡皮条时（如图4右）则体现了呼气过程：膈肌舒张，胸腔缩小，内部气压升高，外部气压小于胸腔气压，气球变小，代表肺呼气缩小。
3.现象明显使用改进后的装置演示膈肌运动实验时，由于肺（气球）的膨大、缩小幅度比改进前明显增大，所以更利于学生观察。
图3图4。
模拟膈肌的运动实验说课
2.教学目标
知识方面--概述肺与外界气体的交换过程 能力方面--通过实验操作培养学生的动手能力，观察能力 情感态度价值观--认同实验装置，培养学生积极健康的生活态度
3.教学重难点
重点 呼吸过程中肺内气压的变化；概述肺与外界气体的交换过程 难点 呼吸过程中肺内气压的变化
二、实验原理
肺富有弹性，当膈肌收缩时，膈顶下降，胸廓 容积变大，肺扩张，肺内气压下降，外界气体吸入 肺，是吸气过程。 膈肌舒张，膈顶上升，胸廓容积缩小，肺回缩， 肺内气压增大，气体被呼出，是呼气过程。从而得 出胸廓容积的变化与呼吸运动的关系。
放松
再次感受自己的呼吸，结合实验总结呼吸全过程
吸气：膈肌收缩，位置下降，胸廓扩大，肺扩张，肺 内气压减小，外界气体入肺。 呼气：膈肌舒张，位置上升，胸廓缩小，肺缩小，肺 内气压上升，气体出肺。
挤压瓶壁
向上推气球膜
放松 放松
呼吸本质：呼吸肌收缩或者舒张，导致肺内容积的改变
六、总结板书
第二节 发生在肺内的气体交换（第1课时）
人教版2012 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
模拟膈肌的运动
蓬安县新园乡中心小学校
范会蓉
说课流程
一、教材 二、实验原理 三、实验原型 四、实验改进及创新之处 五、实验操作过程和分析 六、总结板书 七、教学反思评价
一、说教材
1.本实验在教材中的地位和作用
模拟膈肌的运动是七年级下册《生物学》第 三章第二节：发生在肺内的气体交换中的一个 演示实验。本节是这一章也是这一册的教学难 点，尤其是肺与外界气体交换的原理比较抽象， 学生难懂，又缺乏一定的主动性去亲自体验， 通过这一实验，很直观的体现出肺与外界气体 交换的原理是呼吸肌有规律的收缩和舒张使胸 廓容积扩大和缩小。
模拟膈肌的运动的改进实验说课稿课件人教版生物七年级下册
塑料瓶恢复，气球膨胀
大气压强>瓶内气体压强
气体流入
吸气
五、教学过程
肋间肌和 膈肌 收缩
膈顶下 降
肺扩张
胸廓容 积扩大
肺内气压 减小
吸 气
五、教学过程
肋间肌和 膈肌 舒张
膈顶上 升
肺回缩
胸廓容 积缩小
肺内气压 增大
呼 气
四、实验的创新 拓展创新——探究吸烟对肺的影响
对照组
实验组
实验结论：吸烟对肺和呼吸道都有不利影响。
CONTENTS
6
教学反思
1
说教材
2
3
4
5
说学情 教学目标 实验的改进 教学过程
教学反思
六、教学反思
I. 创新模型的使用突破了教学重难点，课堂效果较好，同时让学生亲身参与 实验探究，让学生自我感知，学会分享与合作。
II. 取材容易，所需实验材料少，制作简单，学生可以独立在课后完成，让生 物实验从实验室走向学生日常生活，即锻炼学生的动手操作能力，又培养 学生节约资源的意识。
碎，存在安全隐患。
教材只模拟了膈肌的收缩变化，
没有呈现胸廓的立体变化。
四、实验的改进 材料改进——生活材料助益教学
四、实验的改进
呼吸道 胸廓 肺
膈肌
四、实验的创新 拓展创新——激活思维延伸课堂
探 究 吸 烟 对 肺 的 影 响
CONTENTS
5
教学过程
6
教学反思
1
说教材
2
说学情
3
4
教学目标 实验的改进
四川省中小学生物实验创新说课比赛
模拟膈肌的运动的改进实验
2
CONTENTS
创新实验：模拟膈肌的运动5
数据分析：通过软件对数据进 行处理，得出结论
实验操作流程
准备实验器材： 包括模拟膈肌 运动的装置、 传感器、数据
采集器等
安装实验装置： 将模拟膈肌运 动的装置放置 在实验台上， 连接传感器和
数据采集器
开始实验：通 过控制膈肌运 动的模拟装置， 记录传感器数 据，观察膈肌
运动的变化
数据处理：对 采集的数据进 行分析，绘制 图表，得出实
制作过程中需确 保模型的柔软性 和弹性
完成制作后，进 行测试和验证模 型的可行性
连接传感器
将传感器连接到 计算机上
打开膈肌运动模 拟软件
按照软件提示进 行操作
观察并记录实验 数据
数据采集与处理
采集方法：使用传感器记录膈 肌运动时的数据
数据类型：包括位移、速度、 加速度等
处理方式：对采集到的数据进 行滤波、分析、可视化等操作
橡胶材料：用于 制作膈肌的边缘 和连接处
泡沫板：用于支 撑和固定膈肌模 型
缝纫线和针：用 于缝合材料
传感器
用于测量膈肌 运动时的位移
变化
输出电信号， 反映膈肌运动
状态
类型多样，包 括电阻式、电
容式等
在实验中起到 关键作用，确 保数据的准确
性和可靠性
计算机及软件
计算机：用于 模拟膈肌运动 的三维模型建 立和动画演示
验结果
04
实验结果Βιβλιοθήκη 数据记录与分析实验过程中记录了膈肌运动的各种数据，包括位移、速度、加速度等。 对实验数据进行了详细的分析，包括数据分布、变化趋势等。 通过数据对比，发现模拟结果与实际生理情况基本一致。 根据数据分析结果，对膈肌运动机制有了更深入的理解。
模拟结果与实际膈肌运动的比较
生物人教版七年级下册模拟膈肌的运动
模拟膈肌的运动提出问题：肺与外界的气体交换是通过来实现的，在呼吸运动中，胸廓的变化与呼吸有什么关系呢？是由于胸廓扩大导致吸气，还是因为吸气后使胸廓扩大呢？一、实验目的1、学会制作膈肌运动模型2、通过模型理解肺与外界气体交换的过程和原理二、实验器材饮料瓶1个（500mL）、塑料管2根、大气球1个、红色小气球2个、透明胶、刀、萝卜块、玻璃棒、细线等三、实验原理当膈肌和肋间肌收缩，膈顶下降，胸廓容积变大，肺扩张，肺内气压减小，外界气体流入肺内，表示吸气；当膈肌和肋间肌舒张，膈顶上升，胸廓容积变小，肺缩小，肺内气压增大，肺内气体向外流出，表示呼气；即：由于胸廓扩大和缩小导致吸气和呼气。
四、实验步骤（制作膈肌运动模型）1. 观看视频学习模型的制作；注意事项（1）.制作Y型胶管（2）.将两个小气球固定在Y型胶管上，一起绑定；（3）用瓶口对准萝卜块，用力向下挤压，再用玻璃棒在中间穿一个孔。
（4）.将一个大气球剪掉一部分，固定在瓶子底部；2.制作好的模型如图（1）饮料瓶模拟（2）吸管模拟：气球模拟：气球膜模拟：五、实验演示及分析1.归纳2实验结论：.肺与外界气体交换的原理是呼吸肌有规律的收缩和舒张使胸廓容积和，从而实现吸气和呼气；即：由于胸廓扩大和缩小导致吸气和呼气。
六.表达与交流1.气球在什么情况下胀大，在什么情况下回缩？提示：膈肌向下运动，胸廓容积变大时，气球变大；膈肌向上运动，胸廓容积变小时，气球回缩变小；即气球的变化与胸廓内气压与外界气压差有关2.如果气球破损漏气，或者瓶口密封不严，结果会怎么样？提示：气球不会变大也不会缩小；原因是漏气后，瓶内外没有气压差3.除了饮料瓶、吸管之外你还能想出用其他的材料来制作膈肌运动模型吗？（课后思考）巩固拓展1.如图所示为人的膈肌收缩和舒张时在胸腔内的位置，下列有关叙述正确的是()A．从甲到乙时，膈肌收缩，呼气B．从乙到甲时，膈肌舒张，吸气C．呼气完成的瞬间，膈肌处于乙状态D．吸气开始的瞬间膈肌处于甲状态提示：从甲到乙时，膈肌收缩，胸廓容积变大，表示吸气，A错，从乙到甲时，膈肌舒张，胸廓容积变小表示呼气，B错，呼气完成的瞬间，膈肌应该处于上升到最高处，不是乙，C错，吸气开始的瞬间膈顶向下膈肌处于甲状态D对2.图为胸腔和肺的示意图，当肋间外肌和膈肌收缩时，图中三部位压力由小到大的顺序是()A．b＜c＜aB．a＜b＜cC．a＜c＜bD．c＜a＜b提示：当肋间外肌和膈肌收缩时，胸廓容积变大，肺内气压减小，外界大于肺内，所以选A3、下图为模拟人体膈肌运动的示意图，与图示表述相符合的是（）A、甲图演示吸气，膈肌收缩B、乙图演示吸气，膈肌舒张C、甲图演示吸气，膈肌舒张D、乙图演示吸气，膈肌收缩提示：甲图演示膈顶上升，气体外流，表示呼气，所以膈肌舒张，乙图演示膈顶下降，气体内流，表示吸气，膈肌收缩D正确。
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“模拟膈肌的运动”演示实验装置的改进作者：暂无
来源：《发明与创新·中学生》 2019年第5期
在人教版《生物》教材中设计有“模拟膈肌的运动”演示实验,该实验主要是为了说明膈肌收缩和舒张时肺的体积变化,装置如图1所示。
该装置通过将橡皮膜平铺、捆紧于广口瓶(无底)的底端使瓶内密闭,存在以下不足。
1.膈肌(橡皮膜)在人体自然状态时(舒张时)应呈向胸腔突起的穹隆状,而此装置在自然状态下呈水平状。
2.用手推橡皮膜和让其自动复原的过程中,学生会将橡皮膜自动复原误认为是膈肌的舒张过程,将用手推橡皮膜误认为是膈肌的收缩过程,这恰好与膈肌的运动相反。
3.在自然状态下,瓶内气压等于外界环境气压,此时气球在瓶内是瘪的,当用手推橡皮膜时,瓶内气压增大,必定会挤压气球,但由于气球本来就是瘪的,所以缩小幅度小。
相反,当橡皮膜复原时,气球膨大幅度也小,演示效果不佳。
如何解决这些问题?笔者结合实验原理,联系实际情况,设计制作了如图2的装置,在演示教学过程中起到了良好的效果。
一、制作过程
1.实验材料
广口瓶(无底),三通管,橡皮条,小气球(两个),橡皮膜,细线若干。
2.方法步骤
(1)在三通管下面的两个管口上连接两个小气球,并将橡皮条捆扎在三通管的交叉处支管上,橡皮条的另一端穿过橡皮膜的孔,在橡皮条的适当位置把橡皮膜孔捆扎好。
(2)将有孔橡皮塞塞进瓶口,将三通管从瓶底插入橡皮塞内。
(3)把橡皮膜捆扎于广口瓶的底端,从而使广口瓶密闭。
二、优点
1.装置形象
学生看到此实验装置时,很快就能知道各器具所代表的器官,更重要的是知道膈肌在体内所处位置及形态特点。
2.操作简便
在讲解呼吸运动的过程中,只需向下拉橡皮条(如图4左),便能形象地展示吸气的过程:膈肌收缩,胸腔增大,内部气压降低,外部气压大于胸腔气压,气球变大,代表肺吸气增大。
松开橡皮条时(如图4右)则体现了呼气过程:膈肌舒张,胸腔缩小,内部气压升高,外部气压小于胸腔气压,气球变小,代表肺呼气缩小。
3.现象明显
使用改进后的装置演示膈肌运动实验时,由于肺(气球)的膨大、缩小幅度比改进前明显增大,所以更利于学生观察。