浅议跨学科教学实践——以“发生在肺内的气体交换”为例

王 茜 李建苹

（山东省淄博市博山中学 山东淄博 255200）

1 课标分析及设计思路

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）中指出，要“设立跨学科主题学习活动，加强学科间相互关联，带动课程综合化实施，强化实践性要求”“设置‘生物学与社会·跨学科实践’学习主题，引导学生综合运用生物学、化学、物理、地理、数学等学科的相关知识和方法，尝试分析和解决实际问题”。人们在日常生活中遇到的很多问题错综复杂，培养学生跨学科解决复杂实际问题的能力很有必要。

《课程标准》要求“呼吸运动可以实现肺与外界的气体交换”，教材的内容连贯性强，逻辑清晰。其中，测量胸围差需要用到数学知识；肺与外界的气体交换涉及气体体积变化、压力等物理学问题，也是本节课教学的重点和难点。这节课是跨学科解决实际问题的典型案例。教师引导学生利用演示、推理、思考、讨论等，使学生认识测量方法和数据处理方法，认识气压与容积的关系，从而理解肺与外界的气体交换的过程。学生在观察、实践、思考、讨论中理解新知识，在学习新知识的过程中培养生物学学科核心素养。

2 教学目标

①通过屈肘伸肘动作、小组测量胸围差、制作观察胸廓模型、推拉注射器等活动，探究肺与外界气体交换的过程，理解呼吸运动的原理。运用数学方法测量，运用体育方法取值，用物理知识解释原理。

②通过小组活动，培养观察、比较、归纳能力和提取有效信息的能力，培养小组合作意识。

③通过观察钟南山锻炼图片、分析游泳时的吸气难度，认同健康生活的理念和方法，培养社会责任素养。

3 教学过程

3.1 创设真实情景，激发学生学习兴趣

教师播放视频：2021年11月，我校员工李娜回家路上，看到一位老人躺在地上昏迷不醒，心脏和呼吸骤停，家人拨打了120后束手无策。李娜问明情况，在征得老人家人同意后，运用学校培训的心肺复苏技术对老人进行急救，直到救护车赶到后才停止。教师提出问题：老人呼吸骤停，但是其呼吸道是畅通的，氧气为什么不能主动进入体内？

设计意图：教师利用我校员工见义勇为的真实案例，联系“气体不能主动进入体内”这一现象，引出本课学习内容，引起学生关注；同时培养学生爱心和社会责任，也激发了学生学习科学知识治病救人的志向。

3.2 设计探究实验，引导学生自主构建知识框架

3.2.1 活动1：探究吸气时膈肌肋间肌状态

教师出示“共和国勋章”获得者——钟南山院士健身图片，让学生学习钟院士曲臂健身，通过肌肉收缩，感受“肌肉收缩容易累”。接着，要求学生吸气后呼气，并说出吸气和呼气哪个动作更累，思考呼吸肌的状态。

设计意图：学生尚未学习运动系统相关知识，通过“曲肘——肌肉收缩——累”，联想到“吸气——累”，理解原因是呼吸肌收缩。这样的设计从学生体验入手，可以帮助学生形成科学思维；同时，还能让学生意识到良好的身体是学习工作的基本条件，培养学生终生锻炼的理念，树立锻炼身体为国效力的理想。

3.3.2 活动2：测量胸围差，理性认识胸廓变化

教师引导学生认真阅读课本，标注关键词，学习测量胸围差的方法。教师介绍：通过胸围周长可以反应肺的最大通气能力，因此要取最大值。学生分组用软尺测量胸围差，并记录在导学案上。在学生实验过程中，教师巡视，及时纠正学生实验中的不当行为。实验结束后，学生展示成果。师生共同讨论，得出结论：吸气时膈肌肋间肌收缩，胸廓大。同时，教师介绍粗略测量方法，即让学生竖直方向卷紧自己的校服上衣，然后吸气、呼气，感受到吸气时校服勒得更紧。

设计意图：学生通过测量胸围差，运用比较、分析的方法，进行独立思考和判断，对吸气时胸廓变大有理性认识，培养了科学思维。学生学会一种粗略测量的方法，为解释“束胸影响吸气”“水中吸气困难”打下基础。

3.3.3 活动3：观察“模拟胸廓”的活动，分析膈肌运动状态

教师出示用花生油桶自制的教具——胸廓模型，引导学生思考教具各部分模拟的结构。学生分组合作，拿出自己制作的教具观察，拉伸“膈肌”，观察“肺”的变化和气体进出。教师引导学生思考膈肌运动对肺的状态和气体进出的影响。师生讨论，得出结论：吸气时，肺扩张。教师在巡视时提示学生：真实的膈肌向上隆起，不能拉到向下的状态。

设计意图：教师提前布置学生制作胸廓模型，培养学生的动手操作能力。学生利用自制教具，运用建模的方法，对既有的观点和结论进行验证，直观感受到吸气时膈肌的运动和肺的状态。

3.3.4 活动4：观察分析吸气时肺内气压变化

教师展示注射新冠疫苗的图片，出示问题：药水如何进入注射器针筒内？又如何离开针筒进入人体？并提示相关的物理学知识：活塞静止不动的原因是内外气体压力相等。教师提供去掉针头的注射器，学生小组合作，推拉注射器活塞，用手指堵住出气口感受，思考问题：①注射器内压力与吸气、呼气有什么关系？②肺内压减小引起吸气，还是吸气导致肺内压减小？学生都有注射新冠疫苗的经历，对注射器很感兴趣，在亲自感受压力变化后，很容易得出“肺内压小吸气”的结论。学生通过小组活动，得出结论：肺内压减小引起吸气。吸气是被动的。

设计意图：本节内容位于七年级上册。七年级尚未开设物理课，学生物理学知识不同步，没有学习相关气体压力知识。因此，肺内气压变化引起气体进出是本节课的重点，也是难点。此环节中，学生利用注射器感受气压变化，推测气体进出情况，从而突破肺内压与吸气呼气的关系这一难点。同时，学生可利用注射器进一步思考，厘清肺内压变化和吸气呼气状态的因果关系。教师借助物理学知识跨学科解决实际问题，培养学生科学思维以及勇于探究的科学精神。

3.4 学生回顾知识，完善知识体系

教师引导学生完成本节知识的回顾，并以流程图的形式表现吸气的过程。即“膈肌肋间肌收缩→胸廓变大→肺张开→肺内压减小→吸气”。教师出示呼气的图片，引导学生认识到呼气过程与吸气相反，从而完善知识体系。

3.5 学以致用，认识科学原理，认同良好的生活方式

教师出示15世纪欧洲铁质“束胸”的图片，引导学生思考：紧身束胸影响吸气还是影响呼气？教师出示运动员在游泳池水下岸边的图片，请有游泳经历的学生说说感受，并提出问题：水漫过胸膛，我们如何应对随之而来的呼吸不畅？游泳有什么好处？

设计意图：学生通过本节课内容，参与一些社会事务的讨论，解决实际生活中的问题，在掌握生物学知识和科学原理的基础上，认同良好的生活方式，形成健康生活的态度和行为习惯。

4 教学反思

本节课所要完成的教学任务是让学生理解通过呼吸运动气体进入肺的过程。其中，学生通过数学方法测量胸围差，可认识到胸廓变大引起吸气；胸围差取最大值，是反应肺的最大通气量的。学生通过推拉注射器探究容积变化引起气体压强变化，从而认识到肺扩张引起吸气。通过建模解决物理知识缺乏所引起的学习困难。整节课中，教师运用多种方式方法，以流程图的行进路线引领学生逐一认识到“膈肌肋间肌收缩引起胸廓变大、胸廓变大引起肺张开、肺张开引起肺内压减小、肺内压减小引起吸气”，让学生亲历结论得出的过程，培养学生主动学习的意识；同时，也培养了学生生命观念、科学思维、探究实践、态度责任生物学学科核心素养。