中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）10-0067-05

新課程標準強調(diào)學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)、素質(zhì)教育的實施以及知識與技能的實際應用，這對傳統(tǒng)教學方式提出了新的要求。在此背景下，跨學科教學逐漸成為培養(yǎng)學生綜合素養(yǎng)和解決問題能力的重要途徑。初中生物學作為一門綜合性學科，與物理、化學、地理等自然科學以及社會科學多個領(lǐng)域密切相關(guān)。教材特別設(shè)置了“生物與社會·跨學科實踐”模塊，重點安排了模型制作類跨學科實踐活動，為學生的體驗式、探究式學習提供了新視角和新路徑。在初中生物學教學中，模型制作類跨學科教學圍繞特定的生物學內(nèi)容，整合生物學、物理、工程技術(shù)等多學科的知識和方法，引導學生通過小組合作、探究實踐等方式，形成物化的學習成果。通過模型制作和實驗探究，學生能夠?qū)⒊橄蟮纳飳W概念和復雜的生理過程具象化，從而深入理解生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律，并學會運用學科知識和方法解決生活中的實際問題[1128。下面，筆者以“人體呼吸運動模型制作\"教學為例，探討初中生物學模型制作類跨學科教學的實施策略，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力和跨學科思維能力。

一、選擇適合跨學科融合教學的主題

生物學跨學科融合教學是以生物學知識為基礎(chǔ)，教師通過精心挑選教材內(nèi)設(shè)計的主題或創(chuàng)新設(shè)計符合學生實際學習情況的主題，有機整合并借鑒其他學科的思維方式和問題解決方法，指導學生開展基于真實情境的實踐性學習。這種教學模式旨在深化學生對生物學核心概念及學習任務(wù)群的理解與應用，進而提升其知識遷移能力和解決實際問題的能力。秉持“做中學”的教學理念，教師在選擇跨學科融合教學主題時，應優(yōu)先考慮那些能夠自然銜接不同學科知識，且能激發(fā)學生學習興趣的內(nèi)容，以幫助學生深刻理解生物學核心概念。

在初中生物學七大學習主題中，“人體生理與健康\"這一主題涉及人體復雜的生理機制，其中許多生理過程和機制較為抽象，學生僅憑觀察難以理解?！鞍l(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換”是人教版生物學七年級下冊第四單元第三章第二節(jié)的內(nèi)容，是呼吸系統(tǒng)學習的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。肺部氣體交換包括肺與外界的氣體交換、肺泡與血液的氣體交換，兩者緊密相連，共同構(gòu)成完整的呼吸過程。肺與外界的氣體交換涉及氣體體積變化、氣體壓強變化等物理原理，七年級學生往往缺乏相關(guān)的物理學知識儲備，因此可能會對胸廓容積變化引起氣體進出肺部的現(xiàn)象感到困惑。針對這一認知難點，教師選擇“人體呼吸運動模型制作”作為跨學科融合教學主題，從現(xiàn)實生活中的呼吸現(xiàn)象和胸廓容積變化入手，融合物理等學科的知識和方法，引導學生通過實驗探究、模型制作和演示等活動，將抽象的呼吸機制具象化，從而理解胸廓容積變化引起的肺內(nèi)外氣體壓力差導致了氣體進出肺部這一生理過程。

二、結(jié)合課程標準、教學內(nèi)容和學生情況設(shè)定教學目標

課程標準作為教師教學的依據(jù)，明確規(guī)定了學生在知識、技能和情感態(tài)度等方面應達到的基本要求，為教學目標的設(shè)定指明了方向。教學內(nèi)容則是實現(xiàn)教學目標的載體，其深度和廣度直接影響教學目標的可操作性和達成效果。因此，在設(shè)定教學目標時，教師應緊密結(jié)合課程標準和教學內(nèi)容，充分考慮學生的知識基礎(chǔ)、認知能力和學習興趣等個體差異，以確保教學目標既符合國家課程標準的總體要求，又貼近學生實際情況，并能有效激發(fā)學生的學習興趣。

在初中生物學教學中，模型制作類跨學科實踐活動通過將抽象的生物學概念和復雜的生理過程轉(zhuǎn)化為直觀、具體的表現(xiàn)形式，幫助學生更好地理解和掌握生物學知識，從而加深記憶?！鞍l(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換”教學內(nèi)容較為抽象，涉及氣體體積變化、壓強變化等物理原理，學生理解起來確實存在一定的難度。因此，教師設(shè)計了“人體呼吸運動模型制作”跨學科實踐活動，鼓勵學生運用生物學、物理、工程技術(shù)學等多學科的知識和方法，通過實踐操作來加深對呼吸運動機制的理解。在掌握教情、分析學情的基礎(chǔ)上，教師聚焦《義務(wù)教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《2022年版生物學課標》）中提出的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任這四方面核心素養(yǎng)，設(shè)定了“人體呼吸運動模型制作”教學目標（如表1），采用跨學科融合教學模式，重點培養(yǎng)學生的實踐操作能力、創(chuàng)新思維能力和綜合運用多學科知識解決問題的能力。

三、初中生物學模型制作類跨學科教學的實施

（一）創(chuàng)設(shè)真實情境，驅(qū)動任務(wù)探究

創(chuàng)設(shè)與學生日常生活緊密關(guān)聯(lián)且富含趣味性的教學情境，能有效吸引學生的注意力，激發(fā)學生的主動思考與探究欲望，促使學生由被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動的探究者。在情境問題的驅(qū)動下，學生將原本零散的知識點轉(zhuǎn)化為解決實際問題的工具，逐步建立起像科學家一樣思考的思維模式。在“人體呼吸運動模型制作”教學中，教師首先借助多媒體設(shè)備，為學生播放了一段醫(yī)生利用呼吸機救治肺炎患者的視頻。隨后，教師提出了一個促進學生深入思考的問題：“呼吸機是如何幫助病人進行呼吸的？其背后的科學原理是什么？”這一問題成功地引發(fā)了學生的探究興趣。緊接著，教師又向?qū)W生展示了胸廓結(jié)構(gòu)的視頻和圖片資料，引導學生全面、細致地認識胸廓的各個組成部分。在此基礎(chǔ)上，教師組織全班學生共同參與體驗活動：雙手輕輕放在胸部兩側(cè)，進行深呼吸，親自感受胸廓在呼吸過程中的擴張與收縮變化。最后，教師提出了一個思辨問題“是吸氣導致了胸廓容積的變化，還是胸廓容積的變化引發(fā)了吸氣？”，成功激起了學生強烈的好奇心和探究欲。

（二）分析教材中演示實驗的不足，優(yōu)化實驗設(shè)計

關(guān)于肺與外界的氣體交換，教材首先介紹了肺的主要結(jié)構(gòu)和功能，然后介紹了呼吸肌的變化與胸廓容積變化的關(guān)系。然而，學生對胸廓容積擴大導致肺擴張，肺內(nèi)氣壓降低使外界氣體被吸入的因果關(guān)系，存在認知困難，往往不能準確闡述。因此，教材安排了一個演示實驗，通過直觀的模擬活動，幫助學生理解其中的因果關(guān)系。但在實際教學中，教師發(fā)現(xiàn)教材中的演示實驗存在諸多不足。人體呼吸肌運動引起的胸廓容積變化包括橫向擴張和上下徑變化，而教材的“模擬膈肌的收縮和舒張與呼吸的關(guān)系”裝置過于簡化，可能導致學生誤認為呼吸運動僅由膈肌單獨驅(qū)動，從而忽略了肋間肌的作用。教學中建議通過操作去掉針頭的注射器，使學生理解氣體壓強與容積大小的關(guān)系，并從這一現(xiàn)象推導出氣體如何進出肺。然而，此過程缺乏可視化工具來呈現(xiàn)氣體壓強的變化，難以幫助學生深入理解氣體壓強大小變化與氣體進出肺部的關(guān)系。此外，教材僅安排了演示實驗，學生探究實踐機會不足，不利于學生生物學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

針對教材中“模擬膈肌的收縮和舒張與呼吸的關(guān)系”演示實驗的不足，教師引導學生不斷優(yōu)化和完善實驗設(shè)計（如表2），創(chuàng)新性地引入物理學測量儀器，實現(xiàn)了氣體壓強變化的可視化呈現(xiàn)，并運用跨學科類比教學，幫助學生深入理解氣體進出肺部的原理。

（三）設(shè)計與制作人體呼吸運動模型，迭代完善最優(yōu)模型

在“人體呼吸運動模型制作”教學實踐中，學生分析教材中演示實驗裝置的不足之后，結(jié)合科學知識和生活經(jīng)驗，發(fā)揮想象力，創(chuàng)造性地利用簡易材料改進模型設(shè)計，解決實際問題。學生根據(jù)教師提供的實驗材料，分組進行模型制作，通過循環(huán)迭代不斷改進模型制作，借助智能數(shù)字化物理測量儀器將抽象的生理學知識轉(zhuǎn)化為直觀認知，探索呼吸過程中胸廓容積與呼吸運動的相互關(guān)系。以下是學生團隊迭代完善制作的模型。

首先，制作膈肌呼吸運動模型。教師提供礦泉水瓶、塑料三通管、氣球、橡皮泥、橡皮膜等材料，組織學生根據(jù)學習任務(wù)，分學習小組進行膈肌運動模型制作活動。學生在教師的指導下，自主探究制作膈肌呼吸運動模型，采用相應的材料來模擬胸廓各結(jié)構(gòu)：礦泉水瓶模擬胸廓、橡皮膜模擬膈肌、三通管模擬氣管和支氣管、氣球模擬肺。每個小組制作好膈肌呼吸運動模型（如圖1）后，學生組間交流討論，然后派代表進行作品展示，分析膈肌運動對胸廓擴張或縮小的狀態(tài)和肺內(nèi)氣體進出的影響。吸氣過程：膈肌收縮 $$ 膈頂部下降 $$ 胸廓上下徑增大 $$ 胸廓容積擴大 $$ 肺部擴張 $$ 肺內(nèi)氣壓降低 $$ 吸入氣體。呼氣過程：膈肌舒張 $$ 膈頂部回升 $$ 胸廓上下徑減小 $$ 胸廓容積縮小 $$ 肺部收縮 $$ 肺內(nèi)氣壓升高 $$ 呼出氣體。

其次，制作肋骨及肋間肌呼吸運動模型。在完成膈肌呼吸運動模型制作后，學生結(jié)合人體實際呼吸過程提出探究性問題：“能否制作模擬肋間肌和肋骨變化模型？”教師利用多媒體呈現(xiàn)相關(guān)設(shè)計方案，并提供實驗材料，指導學生制作肋骨模型（如圖2）肋間肌牽引肋骨運動模型（如圖3）和肋間肌呼吸運動模型（如圖4）[2]。

最后，制作人體呼吸運動模型?；谝陨夏Ｐ?，教師引導學生思考：“能否將膈肌呼吸運動模型、肋骨模型和肋間肌牽引肋骨運動模型進行整合，制作出能模擬人體胸式呼吸和腹式呼吸一體的模型？\"學生再次探究，不斷嘗試與設(shè)計，先是改良了肋骨模型（如圖5）和胸廓模型（如圖6），然后將各組件有機結(jié)合，制作出能模擬人體胸式呼吸和腹式呼吸一體的模型。

但是改進后的模型仍無法直觀呈現(xiàn)胸廓容積變化與氣體壓強的關(guān)系，學生還是難以理解氣體進出肺的原理。為此，教師引導學生運用現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備—氣體壓強傳感器，通過數(shù)字化方式實時顯示模型內(nèi)氣體壓強的變化情況。學生根據(jù)教師提供的制作方法（如圖7），運用生物學、物理、工程技術(shù)等多學科的知識和方法，把氣體壓強傳感器連接到人體胸式呼吸和腹式呼吸一體的模型，最終制作出人體呼吸運動模型。通過一系列的模型迭代完善過程，學生的科學探究能力和跨學科實踐能力得到有效提升。

材料用具：氣球2個、橢圓形鐵線圈4個，Y形管、吸管、 透明水瓶（高度為30厘米左右）熔膠槍、黑色絕緣膠、線盒 蓋、橡膠手套、鉆孔器、切割機、剪刀、氣體壓強傳感器、數(shù)據(jù) 采集器、電腦各1個。

制作步驟：（1）用鉆孔器在線盒蓋上均勻打孔，利用熱熔膠把4個橢圓形鐵線圈固定在線盒蓋上，搭建支架，鐵線圈模擬肋骨，線盒蓋分別模擬人體脊柱和胸骨；（2）在水瓶蓋子上鉆兩個孔，分別用于安裝Y形管和吸管，用熱熔膠密封，Y形管模擬氣管和支氣管，吸管連接氣體壓強傳感器，用橡皮筋把兩個氣球綁在Y形管上，用氣球模擬肺；（3）在水瓶身的一面，用切割機切開10厘米 ×6 厘米的洞，用于模擬胸廓，將線盒蓋放入其中并固定；（4）在水瓶上套上橡膠手套，用黑色絕緣膠固定，瓶身開口處橡膠用于模擬肋間肌，橡膠手套底端用于模擬膈肌；（5）把氣壓傳感器和數(shù)據(jù)采集器連接水瓶上的吸管和電腦。

學生通過以上操作，制作出的人體呼吸運動模型如下圖所示。

（四）人體呼吸運動模型演示及實驗探究

為了幫助學生構(gòu)建系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，教師組織學生進行模型演示，探索呼吸肌運動與胸廓容積變化的關(guān)系。在“肺與外界的氣體交換過程\"探究實驗中，人體呼吸運動模型能夠結(jié)合氣體壓強傳感器等物理學儀器，直觀呈現(xiàn)肺內(nèi)氣體壓強的變化，幫助學生更好地理解“呼吸運動可以實現(xiàn)肺與外界的氣體交換”這一次位概念。人體呼吸運動模型演示過程如下。

第一步，學生觀察人體呼吸運動模型，認識模型各部位代表的人體結(jié)構(gòu)部件。

第二步，學生用手向下拉橡膠手套，模擬膈肌收縮（如圖8），此時膈頂部下降。學生觀察到模擬肺的氣球變大，肺內(nèi)氣壓從101kPa降到 100.5kPa ，表示外界氣體進入肺部。接著，學生用手向上推橡膠手套，模擬膈肌舒張的過程，此時膈頂部上升。學生觀察到模擬肺的氣球變小，肺內(nèi)氣壓從 100.5kPa 升到 101.3kPa 表示肺內(nèi)氣體排出。學生分析電腦顯示屏上顯示的肺內(nèi)氣壓數(shù)值變化趨勢，探究胸廓容積變化與氣壓的關(guān)系。師生分析討論后得出結(jié)論：當膈肌收縮時，膈頂部下降，胸廓上下徑增大，胸廓容積增大，肺部擴張，肺內(nèi)氣壓降低，氣體被吸入肺部，這就是吸氣的過程。相反，當膈肌舒張時，膈頂部上升，胸廓上下徑減小，胸廓容積減小，肺部收縮，肺內(nèi)氣壓上升，氣體從肺部排出，這就是呼氣的過程。

第三步，學生用手向上推動胸骨，模擬肋間肌收縮（如圖9），此時胸骨、肋骨上移。學生觀察到模擬肺的氣球變大，肺內(nèi)氣壓從 103kPa 降到 100.7kPa ，表示外界氣體進入肺部。學生用手下壓胸骨，模擬肋間肌舒張，此時胸骨、肋骨下移。學生觀察到模擬肺的氣球變小，肺內(nèi)氣壓從101kPa升到 103kPa ，表示肺內(nèi)氣體排出。學生分析電腦顯示屏上顯示的肺內(nèi)氣壓數(shù)值變化趨勢，探究胸廓容積變化與氣壓的關(guān)系。師生分析討論后得出結(jié)論：當肋間肌收縮時，胸廓前后徑增大，胸廓容積增大，肺部擴張，肺內(nèi)氣壓降低，氣體被吸入肺部，這就是吸氣的過程。相反，當肋間肌舒張時，胸廓前后徑減小，胸廓容積減小，肺部收縮，肺內(nèi)氣壓升高，氣體從肺部排出，這就是呼氣的過程。

第四步，兩名學生同時向下拉橡膠手套并向上推動胸骨，隨后同時往上推橡膠手套并向下推動胸骨，觀察、記錄電腦顯示屏上肺內(nèi)氣壓數(shù)值的變化（如表3）。

通過人體呼吸運動模型的演示，學生可以理解呼吸運動實現(xiàn)肺與外界氣體交換的過程：膈肌和肋間肌同時收縮，胸廓容積增大，肺擴張，肺內(nèi)氣壓降低，肺內(nèi)氣壓小于外界氣壓，外界氣體進入肺，這就是吸氣過程；膈肌和肋間肌同時舒張，胸廓容積縮小，肺縮小，肺內(nèi)氣壓升高，肺內(nèi)氣壓大于外界氣壓，氣體排出肺，這就是呼氣過程。

四、布置課后實踐性作業(yè)，培養(yǎng)學生的社會責任感

《2022年版生物學課標》提出，通過生物學課程的學習，學生應樹立健康意識和社會責任感，能主動宣傳關(guān)于生命安全與健康保護的觀念和知識，成為健康中國的促進者和實踐者[7。學生完成人體呼吸運動模型成果演示并理解氣體進出肺部的原理后，教師可以布置“宣傳海姆立克急救法的重要性和操作方法”的實踐性作業(yè)，要求學生制作視頻宣傳海姆立克急救法的重要性和操作方法，為群眾展示簡單易懂的原理和方法，以服務(wù)社會。

氣道異物梗阻是生活中常見的危急情況，也是造成老年人和兒童意外死亡的主要原因之一。異物進入人體氣道后會導致氣道阻塞，阻礙空氣進入肺部，造成機體缺氧，嚴重時可導致室息死亡。海姆立克急救法通過對腹部或胸部施加快速沖擊，利用肺部殘留氣體形成的氣流，清除梗阻氣道的異物，能夠在短時間內(nèi)有效地解除室息癥狀。然而，生活中很多人不了解海姆立克急救法的原理和操作方法。學生回顧制作人體呼吸運動模型的過程，利用礦泉水瓶來演示、講解簡單易懂的海姆立克急救法原理。學生將礦泉水瓶比作胸腔、瓶口模擬氣管，用紙巾塞在瓶口模擬氣道異物梗阻。然后，學生模擬海姆立克急救法用力擠壓瓶身，使礦泉水瓶容積減小，此時瓶內(nèi)氣壓增大，形成一股氣流把瓶口紙巾沖出。同時，學生制作視頻宣傳海姆立克急救法的操作方法，重點展示了針對成人、兒童、嬰兒和孕婦等不同人群而實施海姆立克急救法的操作要點。

總之，在初中生物學模型制作類跨學科教學實踐中，教師應基于核心素養(yǎng)，選擇合適的主題，整合生物學、物理、工程技術(shù)等多學科的知識和方法制作模型，進行探究性實驗，引導學生積極參與實踐活動。通過模型制作，學生能夠?qū)⒊橄蟮纳飳W知識轉(zhuǎn)化為直觀、具體的實物，從而加深對知識的理解和記憶，培養(yǎng)了動手能力、創(chuàng)造能力和社會責任感，促進了跨學科思維的發(fā)展。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育生物學課程標準（2022年版）M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]楊守菊，張樹青.基于STEM理念的初中生物學項目式學習探索：以呼吸運動模型的設(shè)計與制作為例[J].生物學教學，2021（9）：69-72.

（責編 韋榕峰）