生物学跨学科实践活动的设计与开展——以肺活量计量桶的制作为例

（云南师范大学生命科学学院云南昆明650500）

2019年，国务院办公厅印发《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》，提出要深化课堂教学改革，注重加强项目设计、研究性学习等跨学科综合性教学，并适当增加探究性、实践性、综合性作业。社会不断发展，对人才的要求越来越高，无论高中、初中还是小学，跨学科综合性教学都是人才培养的重要方式。

“跨学科”就是从学科知识、概念群到认识论和方法论，构筑新的研究视角来解决某单一学科难以解决的问题。《义务教育生物学课程标准（2011）年版》的课标中列出了10个一级主题，每个一级主题一般包含了若干二级主题及具体内容标准和活动建议。其中，活动建议列举了有利于学习目标达成的观察、调查、资料的收集和分析、讨论、实验、实践等活动，包括了开展校园或社区绿化设计、自制鸡卵孵化箱、为校园植物挂牌、制作发酵食品、模拟练习急救等系列活动。这些活动与生物学教学内容息息相关，同时也涉及其他学科的知识。因此，这些活动的完成都需要综合各学科内容来展开。

本次活动目标主要是应用身边简易材料制作“肺活量计量桶”。学生通过应用知识、动手实践，在过程中感受乐趣，以成果实现知识和实践的价值，提升生物学学科核心素养。

肺活量是指一次尽力吸气后，再尽力呼出的气体总量。肺活量与人的呼吸密切相关。生理学研究表明：人体的各器官、系统、组织、细胞每时每刻都在消耗氧，机体只有在氧供应充足的情况下才能正常工作。人体内部的氧供给全部靠肺的呼吸来获得，在呼吸过程中，肺不仅要摄入氧气，还要将体内代谢出的二氧化碳排出。因此，肺是机体气体交换的中转站。这个中转站的容积大小直接决定着每次呼吸气体交换的量，这是检测肺功能的最直观、也是最客观的指标。

目前，用于测量肺活量的基本为电子肺活量测试仪，直接吹气便可以显示肺活量。但是电子肺活量测试仪的制造需要一定的技术手段，中学生也不知道其基本原理为何。教师引导学生利用身边的常见材料，促使学生基于学科知识，动手实践，丰富学生的实践活动，让学生感受运用知识创造产品的过程，培养学生的创新意识与动手能力。

本次肺活量计量表的设计与实验主要涉及生物学、物理和化学等学科知识。肺活量的测试与生物学息息相关。肺活量计量表的制作原理涉及了小学科学“物质科学”模块中“水和空气”的基本特征，物理知识“气体的压强和体积的关系”，化学实验中“量筒的操作”等知识。例如，在进行“标记计量”的操作时，主要涉及化学实验“量筒的操作”；在组装“肺活量计”时，主要涉及“水不易被压缩，占据的空间不会变化，而气体容易被压缩，占据的空间会发生变化”的知识。因此，该活动不仅能将不同学科知识联系起来，还能将不同阶段所学的知识进行重组。

活动材料包括4.5L饮水桶1只，5×7mm塑料管1m，塑料漏斗1只，直径12mm的硅胶塞1只。需要的工具包括黑色油性记号笔、100mL、1000mL量杯各一只。

2.4.1标记计量

将饮水桶置于水平处，用量杯注满1000mL水倒入饮水桶中，每次倒入后用记号笔标记1次。加2000mL水后，换100mL量杯加水。每十次标记线延长2倍，直至4200mL处。在每条标记线后写上数量和单位1000mL、2000mL、2100mL……4200mL到最高处标记线。

2.4.2开排气孔

在饮料桶底部开一小孔，小孔的直径为10mm，配上直径12mm的硅胶塞。

2.4.3组装吹气管

把塑料管一端与塑料漏斗相联，从计量桶口插入并用铁丝固定，如图1所示。

图1肺活量计量桶

2.5.1组装肺活量计

用一只24L水桶灌满水，打开计量桶排气孔，将其压入水桶中，且排出全部空气，塞入橡皮塞。

2.5.2准备实验

一位学生负责记录，两位学生分别负责给吹嘴消毒。每位学生吹气前，用消毒喷雾剂对吹嘴消毒，并用棉球擦拭干净。

2.5.3开始实验

肺活量是尽力吸气后、再尽力呼气所能呼出的气体量。学生吹气结束后，将计量桶提起，使内外水面相平，此时读取读数，水面在两条计量线中间可估算出大体的读数。每人重复3次，记录肺活量值。

根据《国家学生体质健康检测标准》，各个年级学生的肺活量标准不同。以初一学生为例，初一男生肺活量标准为1850～3750mL，初一女生肺活量标准为1350～2350mL。因此，在饮水桶上进行标记计量时，教师可参考《国家学生体质健康检测标准》，针对测试对象，选择最低计量和最高计量。为了提高普遍适用性，教师可在最低计量和最高计量处适当降低或加大计量范围。

在实践活动中，排气孔的设计是关键，若设计不合理会造成漏气，导致测量不准确。本次活动中教师首先采取刀切的方式。但是使用刀切方式存在极大安全隐患，且切割不均匀。之后，教师尝试用“