摘 要：實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的生物跨學(xué)科學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生調(diào)動(dòng)主觀能動(dòng)性，綜合運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)與方法，自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，是培育學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方式之一。文章以“呼吸運(yùn)動(dòng)”一課為例，探討在初中生物課堂教學(xué)中如何設(shè)計(jì)與實(shí)施基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：初中生物；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；跨學(xué)科

作者簡介：張翀（1975—），女，江蘇省蘇州市立達(dá)中學(xué)校。

隨著科學(xué)事業(yè)快速發(fā)展，學(xué)科整合因有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力與創(chuàng)新精神而日益受到人們重視，跨學(xué)科學(xué)習(xí)和實(shí)踐成為新課改中的重要內(nèi)容?？鐚W(xué)科的課程學(xué)習(xí)以解決某一真實(shí)情境中的問題為主題，圍繞其進(jìn)行課程目標(biāo)設(shè)定以及課程內(nèi)容的組織與安排，引導(dǎo)學(xué)生在解決難題的過程中綜合運(yùn)用多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)與方法技能，加強(qiáng)科學(xué)知識(shí)與實(shí)踐間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力、元認(rèn)知能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力［1］。生物教師應(yīng)以生物學(xué)科為載體，適當(dāng)進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生從多學(xué)科角度來學(xué)習(xí)和理解生物知識(shí)。因此，本文嘗試在“呼吸運(yùn)動(dòng)”一課中采用“以任務(wù)為主線，學(xué)生為中心，教師為引領(lǐng)”的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，在課堂中指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，以促進(jìn)學(xué)生綜合能力和核心素養(yǎng)的提升。

一、跨學(xué)科學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)思路

（一）課標(biāo)與教材分析

“呼吸運(yùn)動(dòng)”是蘇科版生物七年級上冊第7章第2節(jié)“人體的呼吸”第2課時(shí)，本節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容屬于《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》課程內(nèi)容中的第5個(gè)學(xué)習(xí)主題“人體生理與健康”中的“概念5：人體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng)”的次位概念“5.3.2呼吸運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)肺與外界的氣體交換”，有一定的抽象性。教材試圖通過展示呼吸時(shí)胸廓起伏的現(xiàn)象、胸廓容積大小變化與氣體進(jìn)出關(guān)系的模擬實(shí)驗(yàn)與人體呼吸運(yùn)動(dòng)示意圖，指導(dǎo)學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)。

（二）學(xué)情分析

當(dāng)前，我國初中物理課程一般從初中二年級開始開設(shè)，所以初一學(xué)生多對氣體壓強(qiáng)這一概念缺乏系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，難以通過模型或動(dòng)畫的展示理解“肋間肌和膈肌的變化與胸廓容積變化有關(guān)”這部分內(nèi)容。這也使得關(guān)于“胸廓變化與呼吸的關(guān)系”以及“胸廓變化引起氣體進(jìn)出的原因”的教學(xué)有一定難度。

（三）教學(xué)方法

為了使學(xué)生更好地掌握這部分生物學(xué)知識(shí)，生物教師可以開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)指導(dǎo)，在教學(xué)中做好相關(guān)知識(shí)的滲透，讓學(xué)生能運(yùn)用相關(guān)物理學(xué)知識(shí)理解呼吸運(yùn)動(dòng)這一重要的生物學(xué)概念。要完成這一教學(xué)目標(biāo)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是一種非常好的教學(xué)模式。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)中，任務(wù)設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容之間存在緊密聯(lián)系，學(xué)生能根據(jù)任務(wù)進(jìn)行自主探索，進(jìn)而掌握對應(yīng)的知識(shí)與技能。教師在教學(xué)中需要設(shè)置不同類型的具有目標(biāo)性的任務(wù)，促使學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下整合學(xué)習(xí)資源，明確自己在學(xué)習(xí)過程中需要掌握的解決問題的方法［2］。在“呼吸運(yùn)動(dòng)”一課中，教師可以借助任務(wù)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)一系列任務(wù)串，層層遞進(jìn)地幫助學(xué)生在活動(dòng)體驗(yàn)與探究中通過模型建構(gòu)來分析、推理并歸納呼吸運(yùn)動(dòng)的過程，從而有效獲取知識(shí)。

二、跨學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)以及重難點(diǎn)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，結(jié)合生物和物理的學(xué)科特點(diǎn)，融合兩學(xué)科的學(xué)科核心素養(yǎng)和教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)課的學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)如下：1.說明呼吸運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)肺與外界的氣體交換；2.運(yùn)用分析、建模等方法探究胸廓變化與呼吸肌的關(guān)系；3.通過實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)大氣壓的存在；4.利用物理學(xué)知識(shí)解釋呼吸運(yùn)動(dòng)的原理；5.認(rèn)同體育鍛煉對呼吸系統(tǒng)有多重益處。

本節(jié)課的重點(diǎn)是理解胸廓變化與呼吸肌的關(guān)系，以及利用物理學(xué)知識(shí)解釋呼吸運(yùn)動(dòng)的原理。難點(diǎn)是如何通過建構(gòu)物理模型表達(dá)出胸廓容積大小變化與氣體進(jìn)出的關(guān)系。

三、教學(xué)策略與學(xué)習(xí)過程

為達(dá)成以上學(xué)習(xí)目標(biāo)，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)核心任務(wù)，然后將其拆分成系列子任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性綜合活動(dòng)，通過數(shù)據(jù)測量、資料分析、模型動(dòng)畫演示、小實(shí)驗(yàn)、模型建構(gòu)等方法將生物知識(shí)和物理知識(shí)融合起來，最后綜合運(yùn)用這兩個(gè)學(xué)科的知識(shí)解決核心任務(wù)。具體如圖1所示。

（一）情境引入，確定核心任務(wù)

播放視頻“嬰兒出生時(shí)的第一聲啼哭”，引導(dǎo)學(xué)生明確人體呼吸是依靠呼吸系統(tǒng)完成的。出示呼吸系統(tǒng)簡易模型（圖2），請學(xué)生說出模型各部分分別模擬的是什么呼吸器官，然后提出核心問題：“外界氣體是如何通過呼吸道進(jìn)入肺部的？又是如何排出的？”各小組研究模型，寫出自己的推測，接著派代表進(jìn)行交流，確定本節(jié)課核心任務(wù)為“實(shí)現(xiàn)肺與外界的氣體交換”。

（二）子任務(wù)1：體驗(yàn)呼吸，尋找規(guī)律

請學(xué)生用雙手輕觸自己胸側(cè)的肋骨處，做深呼吸動(dòng)作，感受肋骨運(yùn)動(dòng)與胸廓變化的關(guān)系。然后完成表1，在自己認(rèn)為正確的體驗(yàn)感覺上打鉤。

各小組交流感受：吸氣時(shí)，肋骨向上、向外運(yùn)動(dòng)，胸廓擴(kuò)大，氣體進(jìn)入肺；呼氣時(shí)，肋骨向下、向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，胸廓縮小，氣體排出肺。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過感受呼吸，體會(huì)吸氣和呼氣時(shí)肌肉的收縮（用力）和舒張（放松）、肋骨位置的改變和胸廓容積的變化，為后面的學(xué)習(xí)做好鋪墊，并嘗試探索生命活動(dòng)規(guī)律。

（三）子任務(wù)2：探究呼吸過程中胸廓容積的變化

教師指導(dǎo)學(xué)生相互測量吸氣和呼氣時(shí)的胸圍差，填寫表2。

學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)吸氣時(shí)的胸圍大于呼氣時(shí)的胸圍。最后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：吸氣時(shí)胸廓容積變大，呼氣時(shí)胸廓容積變小。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過測量數(shù)據(jù)進(jìn)一步確定呼吸過程中胸廓容積的變化，并嘗試用數(shù)字表格來描述生命現(xiàn)象的特征及內(nèi)在聯(lián)系。

（四）子任務(wù)3：探究呼吸時(shí)胸廓的變化與肋間肌的關(guān)系

【活動(dòng)1】學(xué)生閱讀資料，觀看關(guān)于胸廓的3D動(dòng)畫，了解胸廓是由胸骨、肋骨和胸椎等結(jié)構(gòu)組成的。肋骨間有肋間肌，胸廓底部有膈肌，肋間肌和膈肌一起將胸廓圍成一個(gè)完全封閉的胸腔，肺就是位于這樣的胸腔中。用力就是肌肉收縮，肌肉纖維縮短；放松就是肌肉舒張，肌肉纖維恢復(fù)。

【活動(dòng)2】教師指導(dǎo)學(xué)生觀察胸廓模型（圖3），通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)肋間肌舒張時(shí)，肋骨下降，胸廓容積變?。焕唛g肌收縮時(shí)，肋骨上升，胸廓容積變大。

【活動(dòng)3】教師介紹模型制作技巧，請每個(gè)小組制作一個(gè)模型，探究由肋骨位置變化引起的胸廓大小改變與吸氣和呼氣之間的關(guān)系。學(xué)生通過討論和實(shí)踐完成模型（圖4）并交流展示，得出結(jié)論：胸廓容積變大時(shí)，氣體進(jìn)入肺；胸廓容積變小時(shí)，氣體排出肺。

設(shè)計(jì)意圖：通過活動(dòng)1讓學(xué)生了解肋間肌和膈肌的位置、肌肉收縮和舒張時(shí)肌纖維長短的變化以及胸腔是個(gè)完全封閉的空間等知識(shí)。這是后期學(xué)習(xí)的重要知識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)生如果沒有這些基礎(chǔ)是很難理解后面的知識(shí)并完成建?；顒?dòng)的?；顒?dòng)2用直觀模型讓學(xué)生觀察肋間肌的收縮或舒張會(huì)使肋骨上升或下降，進(jìn)而導(dǎo)致胸廓擴(kuò)張或縮小，有利于學(xué)生完成目標(biāo)任務(wù)。活動(dòng)3是進(jìn)階學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上構(gòu)建物理模型，解決核心任務(wù)。在前兩個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生通過觀察現(xiàn)象獲得新信息，進(jìn)而在活動(dòng)3中整合新舊信息，構(gòu)建模型雛形，并通過與同伴的討論交流，進(jìn)行模型效化與修正，最終完成模型建構(gòu)，用模型解決情境問題。

（五）子任務(wù)4：探究呼吸時(shí)胸廓的變化與膈肌的關(guān)系

【活動(dòng)1】學(xué)生觀察膈肌運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫，找出胸廓的變化與膈肌位置、膈肌收縮狀態(tài)的關(guān)系，通過小組討論得出結(jié)論：胸廓的擴(kuò)張/縮小與膈肌的收縮/舒張有關(guān)，膈肌收縮時(shí)，膈位置下降，胸廓容積變大；膈肌舒張時(shí)，膈位置上升，胸廓容積變小。

【活動(dòng)2】每個(gè)小組制作一個(gè)模型，探究由膈位置變化引起的胸廓大小改變與吸氣及呼氣之間的關(guān)系。學(xué)生通過討論和實(shí)踐完成模型（圖5）并交流展示，得出結(jié)論：胸廓容積變大時(shí)，氣體進(jìn)入肺；胸廓容積變小時(shí)，氣體排出肺。

設(shè)計(jì)意圖：與任務(wù)3的思路相似，任務(wù)4也是讓學(xué)生先通過學(xué)習(xí)獲得新信息，再經(jīng)由小組協(xié)作建構(gòu)模型，最后通過模型應(yīng)用來解決本課的核心任務(wù)。因?yàn)閷W(xué)生在任務(wù)3中已進(jìn)行過建模實(shí)踐，所以學(xué)生完成任務(wù)4的速度與質(zhì)量相較于之前有較大提升。

（六）子任務(wù)5：探究胸廓的變化與吸氣、呼氣之間的關(guān)系

【活動(dòng)1】完成馬德堡半球模擬實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生閱讀資料，了解什么是馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。各組利用兩個(gè)吸盤完成模擬實(shí)驗(yàn)，并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而引入大氣壓強(qiáng)這個(gè)物理學(xué)概念。教師演示塑料瓶裝入熱水后會(huì)癟掉的實(shí)驗(yàn)，請學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)原理。

【活動(dòng)2】探究氣壓與氣體體積的關(guān)系。

學(xué)生將注射器的活塞放在針筒中央位置，用蓋子堵住針孔，用力推活塞或拉活塞，然后放開推、拉活塞的手，觀察活塞的運(yùn)動(dòng)方向。小組交流，分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，最后得出“容器的容積變小，氣體壓力變大；容器的容積變大，氣體壓力變小”的結(jié)論。

【活動(dòng)3】氣體流動(dòng)的方向。

教師布置兩個(gè)任務(wù)：1.如何輕松地將兩個(gè)吸住的吸盤拉開？2.如何讓氣體進(jìn)入癟掉的塑料瓶中？學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，找出解決方法。小組派代表介紹完成任務(wù)的思路，總結(jié)出氣體的流動(dòng)方向是從高氣壓流向低氣壓。

【活動(dòng)4】用氣壓原理解釋人體吸氣和呼氣的過程。

小組討論交流，共同完成學(xué)案（圖6）。教師提出呼吸運(yùn)動(dòng)這個(gè)生物學(xué)概念。

設(shè)計(jì)意圖：通過活動(dòng)1、2、3，讓學(xué)生初步掌握氣體壓強(qiáng)這一物理學(xué)知識(shí)，再利用生物和物理兩個(gè)學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行歸納與推理，最終解決核心問題，完成概念學(xué)習(xí)。

（七）學(xué)以致用

請學(xué)生運(yùn)用本節(jié)課學(xué)到的知識(shí)談?wù)勥m量體育鍛煉對人體呼吸系統(tǒng)的好處，各小組討論后派出代表進(jìn)行交流。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)習(xí)知識(shí)是為了更好地解決生活中的問題。在結(jié)束本節(jié)課的學(xué)習(xí)后，學(xué)生應(yīng)形成相應(yīng)的健康意識(shí)，關(guān)注身體內(nèi)外因素對健康的影響，形成健康生活的態(tài)度和行為習(xí)慣。

四、課后反思

“呼吸運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)肺與外界的氣體交換”這一較為抽象的知識(shí)內(nèi)容一直是初中生物教學(xué)的難點(diǎn)之一，本文的跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐通過在生物課堂上引入物理學(xué)知識(shí)，有效地解決了這個(gè)難題，讓學(xué)生不僅“知其然”，還能“知其所以然”。物理和生物同屬自然科學(xué)范疇，它們的學(xué)習(xí)方法和學(xué)科核心素養(yǎng)有共通性，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)，既增強(qiáng)了學(xué)科學(xué)習(xí)間的協(xié)同性，又能激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，深化學(xué)生對生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。

但教師在進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)時(shí)要注意把握主次、適量適度、循序漸進(jìn)。無論與哪個(gè)學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行整合，生物學(xué)科教學(xué)最終都要回歸本質(zhì)，不僅要“跨出去”，更要“收得回”［3］。此外，跨學(xué)科教學(xué)對教師要求較高，教師要想在教學(xué)中有所突破，必須不斷學(xué)習(xí)，注重跨學(xué)科間的教研活動(dòng)，以提升自己各方面的素養(yǎng)，保障教學(xué)質(zhì)量。

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