项目化学习在生物学实验探究活动中的应用

摘要

以“模拟呼吸运动”为例，运用头脑风暴法提出问题链，以生命观念为指导，使用塑料管、塑料袋、注射器等材料制作模型，用其模拟肋间肌和膈肌舒缩引起的呼吸运动，并用生命观念分析心肺复苏的原理，以此探究项目化学习如何应用于初中生物学实验探究活动。

Graphical abstract

关键词

项目化学习 / 实验探究活动 / 肋间肌 / 膈肌 / 模拟呼吸运动 / 济南版

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》明确提出：“做中学”“用中学”“创中学”是发展核心素养的重要策略^［1］。教师应该让初中生物学教科书中实验探究活动发挥育人价值。项目化学习起源于“做中学”，是培育核心素养的一种手段。笔者以“模拟呼吸运动”项目为例，探究在初中生物学实验探究活动中应用项目化学习。

1 入项：基于头脑风暴提出问题链

在济南版生物学七年级下册第2章第1节“模拟呼吸运动”演示实验中，学生观察到膈肌舒缩引起的呼吸运动，随后教师演示肋间肌舒缩引起胸骨和肋骨运动的模型，但学生难以理解肋间肌舒缩与呼吸运动的关系。

为此，教师可提出揭示项目的驱动性问题：“如何制作模型，演示肋间肌舒缩引起的呼吸运动？”在好奇心驱动下，学生以6人为一组，各小组围绕任务进行头脑风暴，经过两轮实施，提出需要解决的问题，最后由组长汇总并归纳出以下问题：①呼吸运动模型演示“肺”变大或变小，其原理是什么？（大气压力差原理）②如何改进“肋间肌舒缩引起胸骨和肋骨运动模型”，即改为立体的胸廓模型？③如何制作胸腔模型，并与胸廓模型组装，演示肋间肌舒缩引起的呼吸运动？④如何制作膈肌腹腔模型，并演示膈肌舒缩引起呼吸运动？⑤如何把以上几个模型组装在一起，模拟呼吸运动^［2］？

2 初究：根据原理设计模型

问题①涉及实验原理，学生通过阅读课本就能解答。问题②~⑤涉及设计、制作模型，需要直观地表征相应的结构与功能。经过思考与讨论，学生创造性地使用塑料管、塑料袋等常见材料，设计并制作模型。学生绘制的呼吸运动模型如图1所示。

3 再探：选择材料，制作模型

各小组成员根据设计图和家中条件，准备以下材料用具：塑料管、塑料袋、塑料桶、橡皮筋、橡皮膜、小气球、注射器、弹簧、双丝管卡、螺丝钉、螺丝刀、热熔胶等。学生边选材边制作，边思考边改进，不断完善模型。

胸廓模型的制作：弯塑料管一端用双丝管卡与长塑料管连接，另一端用热熔胶和弹簧连接；用热熔胶把弹簧与短塑料管连接起来；用螺丝钉把橡皮筋与塑料管连接起来。当拉线向下、向内拉伸时，“胸骨”“肋骨”同方向移动；松开拉线时，“胸骨”“肋骨”向上、向外移动。

胸腔模型的制作：将粗细两根吸管穿过透明塑料袋袋口，给塑料袋内粗吸管的一端套上气球，再用软管将塑料袋外细吸管一端与注射器相连接，并用绳子绑紧袋口。

膈肌腹腔模型的制作：剪掉塑料桶顶部，并在下部开口用于安装水龙头；利用软管使水龙头与气泵相连；将橡皮膜套在剪掉顶部的塑料桶上，并用胶带密封。往塑料桶中充气，“膈肌”舒张；拔掉气泵放气，“膈肌”收缩。

各小组先用细铁丝把胸腔模型整合到胸廓模型中，再将管卡用热熔胶粘在塑料桶上，最后将胸腔模型中代表脊柱的长塑料管下端插入管卡中。

4 出项：展示成果，迁移应用

各小组完成模型制作后，参加学校组织的分享交流会。学生演示呼吸运动过程：先用注射器往塑料袋中注入空气，保证塑料袋和气球都鼓起来；一只手向下、向内拉动拉线，另一只手按压气泵往塑料桶中充气，观察到“肋间肌”和“膈肌”同时舒张，“胸腔”容积变小，“肺”变小，完成呼气（图2-a）；最后，松开拉线，拔掉充气管放气，观察到“肋间肌”和“膈肌”同时收缩，“胸腔”容积变大，“肺”扩大，完成吸气（图2-b）。

有学生提出疑问：“心肺复苏的原理是什么？”其他学生在查询资料和咨询教师后，给出解释：人体的结构和功能相适应，结构受损导致功能障碍。此时，需要采取措施，恢复受损结构的功能^［3］。胸外按压，可以使胸廓有节律地扩大和缩小，使肺进气300~400 mL，基本上能够维持人体的氧需求；胸外按压，还能使心脏收缩和舒张，促进心脏恢复跳动。

在“模拟呼吸运动”项目中，学生以头脑风暴方式提出问题链，根据实验原理，创造性地使用常见材料制作模型并不断改进。同时，学生彼此分享成果和交流经验，用所学知识探讨生活中的问题。实践证明，在实验探究活动中引入项目化学习，可以有效落实新课标“做中学”“用中学”“创中学”的策略，充分发挥实验探究活动的育人价值，促进学生核心素养的提升。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育生物学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 夏雪梅.项目化学习工具：66个工具的实践手册［M］.北京：教育科学出版社，2022.

[3] 杨守菊，张树青.基于STEM理念的初中生物学项目式学习探索：以呼吸运动模型的设计与制作为例［J］.生物学教学，2021，46（09）：69-72.

基金资助

临沂市教育科学规划2022年度实验教学专项课题“初中生物学实验项目化学习整体设计研究”(2022sy092)

2022年兰山区教育科学规划课题“基于核心素养的初中生物自制教具实验研究”(L2022197)