淺議跨學科教學實踐
——以“發生在肺內的氣體交換”為例

王 茜 李建蘋

（山東省淄博市博山中學 山東淄博 255200）

1 課標分析及設計思路

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）中指出，要“設立跨學科主題學習活動，加強學科間相互關聯，帶動課程綜合化實施，強化實踐性要求”“設置‘生物學與社會·跨學科實踐’學習主題，引導學生綜合運用生物學、化學、物理、地理、數學等學科的相關知識和方法，嘗試分析和解決實際問題”。人們在日常生活中遇到的很多問題錯綜復雜，培養學生跨學科解決復雜實際問題的能力很有必要。

《課程標準》要求“呼吸運動可以實現肺與外界的氣體交換”，教材的內容連貫性強，邏輯清晰。其中，測量胸圍差需要用到數學知識；肺與外界的氣體交換涉及氣體體積變化、壓力等物理學問題，也是本節課教學的重點和難點。這節課是跨學科解決實際問題的典型案例。教師引導學生利用演示、推理、思考、討論等，使學生認識測量方法和數據處理方法，認識氣壓與容積的關系，從而理解肺與外界的氣體交換的過程。學生在觀察、實踐、思考、討論中理解新知識，在學習新知識的過程中培養生物學學科核心素養。

2 教學目標

①通過屈肘伸肘動作、小組測量胸圍差、制作觀察胸廓模型、推拉注射器等活動，探究肺與外界氣體交換的過程，理解呼吸運動的原理。運用數學方法測量，運用體育方法取值，用物理知識解釋原理。

②通過小組活動，培養觀察、比較、歸納能力和提取有效信息的能力，培養小組合作意識。

③通過觀察鐘南山鍛煉圖片、分析游泳時的吸氣難度，認同健康生活的理念和方法，培養社會責任素養。

3 教學過程

3.1 創設真實情景，激發學生學習興趣

教師播放視頻：2021年11月，我校員工李娜回家路上，看到一位老人躺在地上昏迷不醒，心臟和呼吸驟停，家人撥打了120后束手無策。李娜問明情況，在征得老人家人同意后，運用學校培訓的心肺復蘇技術對老人進行急救，直到救護車趕到后才停止。教師提出問題：老人呼吸驟停，但是其呼吸道是暢通的，氧氣為什么不能主動進入體內？

設計意圖：教師利用我校員工見義勇為的真實案例，聯系“氣體不能主動進入體內”這一現象，引出本課學習內容，引起學生關注；同時培養學生愛心和社會責任，也激發了學生學習科學知識治病救人的志向。

3.2 設計探究實驗，引導學生自主構建知識框架

3.2.1 活動1：探究吸氣時膈肌肋間肌狀態

教師出示“共和國勛章”獲得者——鐘南山院士健身圖片，讓學生學習鐘院士曲臂健身，通過肌肉收縮，感受“肌肉收縮容易累”。接著，要求學生吸氣后呼氣，并說出吸氣和呼氣哪個動作更累，思考呼吸肌的狀態。

設計意圖：學生尚未學習運動系統相關知識，通過“曲肘——肌肉收縮——累”，聯想到“吸氣——累”，理解原因是呼吸肌收縮。這樣的設計從學生體驗入手，可以幫助學生形成科學思維；同時，還能讓學生意識到良好的身體是學習工作的基本條件，培養學生終生鍛煉的理念，樹立鍛煉身體為國效力的理想。

3.3.2 活動2：測量胸圍差，理性認識胸廓變化

教師引導學生認真閱讀課本，標注關鍵詞，學習測量胸圍差的方法。教師介紹：通過胸圍周長可以反應肺的最大通氣能力，因此要取最大值。學生分組用軟尺測量胸圍差，并記錄在導學案上。在學生實驗過程中，教師巡視，及時糾正學生實驗中的不當行為。實驗結束后，學生展示成果。師生共同討論，得出結論：吸氣時膈肌肋間肌收縮，胸廓大。同時，教師介紹粗略測量方法，即讓學生豎直方向卷緊自己的校服上衣，然后吸氣、呼氣，感受到吸氣時校服勒得更緊。

設計意圖：學生通過測量胸圍差，運用比較、分析的方法，進行獨立思考和判斷，對吸氣時胸廓變大有理性認識，培養了科學思維。學生學會一種粗略測量的方法，為解釋“束胸影響吸氣”“水中吸氣困難”打下基礎。

3.3.3 活動3：觀察“模擬胸廓”的活動，分析膈肌運動狀態

教師出示用花生油桶自制的教具——胸廓模型，引導學生思考教具各部分模擬的結構。學生分組合作，拿出自己制作的教具觀察，拉伸“膈肌”，觀察“肺”的變化和氣體進出。教師引導學生思考膈肌運動對肺的狀態和氣體進出的影響。師生討論，得出結論：吸氣時，肺擴張。教師在巡視時提示學生：真實的膈肌向上隆起，不能拉到向下的狀態。

設計意圖：教師提前布置學生制作胸廓模型，培養學生的動手操作能力。學生利用自制教具，運用建模的方法，對既有的觀點和結論進行驗證，直觀感受到吸氣時膈肌的運動和肺的狀態。

3.3.4 活動4：觀察分析吸氣時肺內氣壓變化

教師展示注射新冠疫苗的圖片，出示問題：藥水如何進入注射器針筒內？又如何離開針筒進入人體？并提示相關的物理學知識：活塞靜止不動的原因是內外氣體壓力相等。教師提供去掉針頭的注射器，學生小組合作，推拉注射器活塞，用手指堵住出氣口感受，思考問題：①注射器內壓力與吸氣、呼氣有什么關系？②肺內壓減小引起吸氣，還是吸氣導致肺內壓減小？學生都有注射新冠疫苗的經歷，對注射器很感興趣，在親自感受壓力變化后，很容易得出“肺內壓小吸氣”的結論。學生通過小組活動，得出結論：肺內壓減小引起吸氣。吸氣是被動的。

設計意圖：本節內容位于七年級上冊。七年級尚未開設物理課，學生物理學知識不同步，沒有學習相關氣體壓力知識。因此，肺內氣壓變化引起氣體進出是本節課的重點，也是難點。此環節中，學生利用注射器感受氣壓變化，推測氣體進出情況，從而突破肺內壓與吸氣呼氣的關系這一難點。同時，學生可利用注射器進一步思考，厘清肺內壓變化和吸氣呼氣狀態的因果關系。教師借助物理學知識跨學科解決實際問題，培養學生科學思維以及勇于探究的科學精神。

3.4 學生回顧知識，完善知識體系

教師引導學生完成本節知識的回顧，并以流程圖的形式表現吸氣的過程。即“膈肌肋間肌收縮→胸廓變大→肺張開→肺內壓減小→吸氣”。教師出示呼氣的圖片，引導學生認識到呼氣過程與吸氣相反，從而完善知識體系。

3.5 學以致用，認識科學原理，認同良好的生活方式

教師出示15世紀歐洲鐵質“束胸”的圖片，引導學生思考：緊身束胸影響吸氣還是影響呼氣？教師出示運動員在游泳池水下岸邊的圖片，請有游泳經歷的學生說說感受，并提出問題：水漫過胸膛，我們如何應對隨之而來的呼吸不暢？游泳有什么好處？

設計意圖：學生通過本節課內容，參與一些社會事務的討論，解決實際生活中的問題，在掌握生物學知識和科學原理的基礎上，認同良好的生活方式，形成健康生活的態度和行為習慣。

4 教學反思

本節課所要完成的教學任務是讓學生理解通過呼吸運動氣體進入肺的過程。其中，學生通過數學方法測量胸圍差，可認識到胸廓變大引起吸氣；胸圍差取最大值，是反應肺的最大通氣量的。學生通過推拉注射器探究容積變化引起氣體壓強變化，從而認識到肺擴張引起吸氣。通過建模解決物理知識缺乏所引起的學習困難。整節課中，教師運用多種方式方法，以流程圖的行進路線引領學生逐一認識到“膈肌肋間肌收縮引起胸廓變大、胸廓變大引起肺張開、肺張開引起肺內壓減小、肺內壓減小引起吸氣”，讓學生親歷結論得出的過程，培養學生主動學習的意識；同時，也培養了學生生命觀念、科學思維、探究實踐、態度責任生物學學科核心素養。