Лабораторная работа «Определение жизненной ёмкости лёгких»
Цели и задачи
- Цель: за 45 минут измерить жизненную ёмкость лёгких с помощью спирометра или учебного заменителя, рассчитать среднее значение трёх измерений, сопоставить результат с ориентировочными данными и сформулировать вывод о факторах, влияющих на работу органов дыхания.
- Научиться соблюдать последовательность выполнения лабораторного измерения и правила санитарной безопасности при работе с мундштуком.
- Закрепить понятия «дыхательный объём», «резервный объём вдоха», «резервный объём выдоха» и «жизненная ёмкость лёгких».
- Научиться фиксировать результаты в таблице, вычислять среднее арифметическое и оценивать достоверность измерений.
- Развивать ответственное отношение к здоровью дыхательной системы и снижать тревожность перед заданиями ОГЭ за счёт тренировки работы с биологическими данными.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение дыхательной системы для поддержания работоспособности и здоровья человека.
- Проявляют ответственное отношение к соблюдению санитарных правил и безопасному выполнению измерений.
- Понимают связь изучения физиологии человека с выбором профессий в области медицины, спорта и биологии.
- Оценивают собственный вклад в работу пары или группы и спокойно относятся к возможной погрешности измерения.
Метапредметные
- Извлекают информацию из инструкции, таблицы результатов и графика зависимости жизненной ёмкости лёгких от факторов.
- Планируют последовательность лабораторной работы, распределяют роли и контролируют соблюдение времени отдыха.
- Вычисляют среднее значение, сравнивают результаты и формулируют вывод на основе данных, а не предположений.
- Аргументируют ответ при разборе задания в формате ОГЭ и используют биологические термины в устной речи.
Предметные
- Знать, что жизненная ёмкость лёгких — максимальный объём воздуха, который человек может выдохнуть после максимально глубокого вдоха.
- Уметь называть составляющие жизненной ёмкости лёгких: дыхательный объём, резервный объём вдоха и резервный объём выдоха.
- Уметь пользоваться спирометром или учебной моделью измерения объёма воздуха с соблюдением инструкции.
- Уметь заносить результаты трёх измерений в таблицу, вычислять среднее арифметическое и делать обоснованный вывод.
- Уметь объяснять влияние тренированности, возраста, роста, положения тела и заболеваний органов дыхания на жизненную ёмкость лёгких.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают личную ответственность за соблюдение правил гигиены и безопасное поведение при лабораторной работе.
- Связывают результат измерения с заботой о здоровье, физической активностью и будущим профессиональным выбором.
- Формируют познавательный интерес к исследованию функций собственного организма.
- Принимают необходимость повторного измерения как нормальную часть научного исследования.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу и формулируют цель измерения жизненной ёмкости лёгких.
- Планируют действия по инструкции: подготовка прибора, вдох, выдох, фиксация результата, повторение.
- Сверяют полученные данные с эталонным алгоритмом и выявляют возможные причины расхождений.
- Оценивают качество своей работы по критериям точности, полноты записи и обоснованности вывода.
Познавательные УУД
- Различают жизненную ёмкость лёгких и объём воздуха, проходящий через лёгкие при спокойном дыхании.
- Моделируют состав жизненной ёмкости лёгких формулой: ЖЕЛ = ДО + РОВД + РОВЫД.
- Анализируют числовые данные, находят среднее арифметическое и сравнивают результаты измерений.
- Строят причинно-следственные связи между особенностями организма, образом жизни и показателями дыхания.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: испытуемый, оператор прибора, наблюдатель за соблюдением инструкции и секретарь.
- Формулируют вопросы по ходу измерения и уточняют непонятные действия до начала работы.
- Согласовывают общий вывод на основе данных всех участников пары.
- Аргументированно представляют результат и корректно обсуждают различия между измерениями.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить спирометры или учебные приборы для измерения объёма воздуха из расчёта один прибор на пару; при отсутствии приборов подготовить безопасную модель с перевёрнутой мерной ёмкостью и водой.
- Подготовить одноразовые мундштуки либо индивидуальные трубочки, антисептические салфетки, перчатки для учителя и пакет для использованных материалов.
- Распечатать инструкцию лабораторной работы и таблицу результатов по одной на каждого ученика.
- Подготовить карточки трёх уровней: базовую с алгоритмом, практическую с расчётом среднего и повышенную с анализом факторов.
- Вывести на доску схему «ЖЕЛ = ДО + РОВД + РОВЫД», единицы измерения объёма и алгоритм вычисления среднего арифметического.
- Подготовить презентацию или один слайд с изображением лёгких, спирометра, правилами безопасности и типичным заданием ОГЭ.
- Подготовить таймер, калькуляторы по одному на пару и маркеры для фиксации результатов.
- Заранее уточнить, нет ли у учащихся острых респираторных заболеваний, приступов астмы или иных состояний, при которых активное форсированное дыхание нежелательно; предусмотреть работу с данными одноклассника или готовым набором результатов.
- Организовать проветривание кабинета и расставить парты так, чтобы пары могли безопасно пользоваться приборами.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую деятельность и показать практическое значение измерения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем не просто повторять строение органов дыхания, а проведём настоящее физиологическое измерение. На столах должны быть тетрадь, ручка, инструкция и калькулятор. Проверьте, что рабочее место свободно, а прибор пока не трогайте." | Проверяют оборудование, подписывают инструкцию, готовят тетради и ручки. |
2 мин | Учитель показывает спирометр и задаёт проблемный вопрос: "Как можно доказать, что объём воздуха, который человек способен выдохнуть после глубокого вдоха, можно измерить? Где такие измерения могут пригодиться? Подумайте 30 секунд, обсудите ответ в паре и поделитесь одной формулировкой." | Обсуждают вопрос в парах и предполагают: "В медицине для оценки работы лёгких", "В спорте для контроля тренированности", "С помощью специального прибора". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы проверим предположение экспериментально. Нам понадобится не догадка, а точная последовательность действий и несколько измерений."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: восстановить знания о дыхательных объёмах и подготовить основу для понимания жизненной ёмкости лёгких.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит приём "Снежный ком": "Сначала каждый запишите три слова, связанные с дыханием. Затем объединитесь в пары и выберите пять ключевых слов. Какие процессы происходят при вдохе и выдохе? Что изменяется в грудной клетке?" Учитель фиксирует на доске ответы: вдох, выдох, диафрагма, лёгкие, газообмен, объём воздуха. | Записывают ассоциации, объединяют их в парах, формулируют: "При вдохе объём грудной клетки увеличивается, при выдохе уменьшается"; "Газообмен происходит в альвеолах". |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: "Как называется объём воздуха при спокойном вдохе? Как называется дополнительный объём после обычного вдоха? Что происходит после максимально глубокого вдоха?" | Отвечают: "Дыхательный объём", "резервный объём вдоха", "можно максимально выдохнуть воздух". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что дыхание включает разные объёмы воздуха. Теперь объединим их в один показатель и выясним, как его получить экспериментально."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать цель лабораторной работы и критерии качественного результата.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске вопрос: "Можно ли по одному выдоху надёжно определить жизненную ёмкость лёгких?" Затем говорит: "Предложите план проверки. Что нужно сделать, чтобы результат был более надёжным? Почему одного измерения может быть недостаточно?" | Предлагают: "Повторить измерение несколько раз", "одинаково выполнять инструкцию", "вычислить среднее значение", "дать время на восстановление дыхания". |
2 мин | Учитель формулирует вместе с классом цель: "Наша цель — измерить ЖЕЛ три раза, вычислить среднее значение, сравнить результаты и объяснить возможные различия. Запишите цель и критерии: безопасность, точность, полная таблица, вывод по данным." | Записывают цель и критерии лабораторной работы, задают уточняющие вопросы. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План исследования у нас есть: сначала разберём формулу и технику, затем выполним три измерения и в конце объясним полученный результат."
Этап 4. Открытие нового знания и инструктаж по технике безопасности (7 мин)
Цель этапа: раскрыть содержание понятия «жизненная ёмкость лёгких» и научить безопасно пользоваться прибором.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на схеме дыхательные объёмы: "Посмотрите на рисунок лёгких и на формулу на доске. Жизненная ёмкость лёгких — это максимальный объём воздуха, который человек может выдохнуть после максимально глубокого вдоха. Она складывается из дыхательного объёма, резервного объёма вдоха и резервного объёма выдоха: ЖЕЛ = ДО + РОВД + РОВЫД. Это не объём обычного спокойного выдоха, а результат максимально полного вдоха и выдоха." | Рассматривают схему, записывают определение и формулу, называют три составляющие ЖЕЛ. |
2 мин | Учитель демонстрирует технику: "Сядьте прямо, не наклоняйтесь к прибору. Сделайте спокойный выдох, затем максимально глубокий вдох и плавно, но полно выдохните через мундштук. Не напрягайте щёки и не закрывайте отверстие. После измерения обработайте мундштук или замените его. Между попытками спокойно подышите не менее 30 секунд. При головокружении сразу остановитесь и сообщите мне." | Наблюдают демонстрацию, по очереди проговаривают алгоритм: "подготовить прибор — вдохнуть — выдохнуть — записать — отдохнуть". |
2 мин | Учитель распределяет роли и уточняет ограничения: "В каждой паре будут испытуемый, оператор и секретарь; роли можно менять после первой попытки. Учащийся с плохим самочувствием не выполняет форсированный выдох, а анализирует готовые данные. Помните: лабораторная работа не является медицинской диагностикой." | Распределяют роли, сообщают учителю о противопоказаниях, готовят прибор и таблицу. |
Запись в тетрадях
Учащиеся записывают: «Жизненная ёмкость лёгких — максимальный объём воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. ЖЕЛ = ДО + РОВД + РОВЫД. Единица измерения — литр (л) или миллилитр (мл)». Также записывают последовательность выполнения измерения.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь мы знаем, что именно измеряем и почему важно повторить опыт. Переходим к практической части: сначала выполним пробное измерение под моим контролем, затем три рабочих измерения."
Этап 5. Выполнение лабораторной работы (12 мин)
Цель этапа: получить три индивидуальных значения жизненной ёмкости лёгких и корректно зафиксировать их.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт приборы и говорит: "Перед началом проверьте шкалу и нулевое положение. Оператор вслух повторяет инструкцию, испытуемый подтверждает готовность. По моей команде выполните только одну пробную попытку без оценки результата. Я прохожу между рядами и проверяю положение корпуса и правильность использования мундштука." | Проверяют прибор, надевают индивидуальный мундштук, проговаривают роли и выполняют пробное измерение под контролем. |
3 мин | Учитель даёт команду: "Начинаем первое рабочее измерение. Испытуемый делает максимально глубокий вдох и полный выдох, оператор считывает шкалу до ближайшего деления, секретарь записывает результат. Не сравнивайте себя с соседями: нам важна ваша корректная процедура." | Выполняют первое измерение, записывают результат в миллилитрах или литрах, отмечают самочувствие. |
3 мин | Учитель напоминает: "Сейчас спокойно дышим 30 секунд. Затем выполняем вторую попытку точно так же. Если показатель сильно отличается, проверьте, не был ли вдох недостаточно глубоким или выдох прерванным." | Отдыхают, выполняют второе измерение, фиксируют результат и возможные замечания. |
3 мин | Учитель говорит: "После короткого отдыха выполняем третье измерение. Оператор следит за положением прибора, секретарь не округляет число заранее. Если появляется головокружение, немедленно прекращаем работу." | Выполняют третье измерение, записывают значение, меняют роли при необходимости. |
1 мин | Учитель просит проверить таблицу: "У каждой пары должны быть три значения, единицы измерения и отметка о том, кто выполнял измерение. Поднимите руку, если данные записаны полностью." | Проверяют записи, дополняют пропущенные единицы и сведения об испытуемом. |
Эталон решения
Если результаты ученика равны 3,20 л, 3,40 л и 3,30 л, среднее значение вычисляют так: \(ЖЕЛ_{ср} = \frac{3{,}20 + 3{,}40 + 3{,}30}{3} = \frac{9{,}90}{3} = 3{,}30\ л\). Вывод: средняя жизненная ёмкость лёгких испытуемого составила 3,30 л; разброс между попытками равен 0,20 л, поэтому техника измерения была относительно стабильной.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Измерения завершены, и теперь у каждой пары есть первичные данные. Следующий шаг — превратить отдельные числа в осмысленный результат: вычислить среднее и оценить разброс."
Этап 6. Обработка результатов и первичное закрепление (6 мин)
Цель этапа: научить вычислять среднее значение и объяснять различия между повторными измерениями.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на доске образец таблицы: "Внесите три результата в строку, затем сложите их и разделите сумму на количество измерений. После этого найдите разницу между максимальным и минимальным значением. Почему результаты не обязаны совпадать до миллилитра? Назовите не менее двух причин." | Вычисляют среднее значение и разброс, отвечают: "Возможны различия в глубине вдоха, полноте выдоха, положении тела, навыке использования прибора". |
3 мин | Учитель проводит взаимопроверку по приёму "Две звезды и пожелание": "Обменяйтесь таблицами с соседней парой. Проверьте наличие трёх измерений, единиц, среднего значения и вывода. Запишите две сильные стороны и одно конкретное пожелание, например: ‘указаны единицы’, ‘правильно посчитано среднее’, ‘нужно объяснить разброс’." | Проверяют таблицу соседней пары по критериям, записывают две сильные стороны и одно пожелание, возвращают работу автору. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы научились обрабатывать данные и увидели, что научный результат требует не одного числа, а обоснованной процедуры. Теперь проверим, умеете ли вы применить это знание к типичному заданию ОГЭ."
Этап 7. Межпредметная связь и самостоятельная работа в формате ОГЭ (5 мин)
Цель этапа: применить биологические знания, математические вычисления и навыки анализа данных.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточку: "В таблице указаны результаты измерения ЖЕЛ: 3,1 л; 3,4 л; 3,3 л. Вычислите среднее значение и выберите верное объяснение. Вариант А: среднее равно 3,26 л; Вариант Б: среднее равно 3,2 л; Вариант В: среднее равно 9,8 л. Объясните, почему два других ответа неверны." | Индивидуально вычисляют: \((3{,}1+3{,}4+3{,}3):3=3{,}27\ л\), выбирают корректный результат с учётом округления до сотых и объясняют ошибки. |
3 мин | Учитель предлагает межпредметный вопрос: "Используя знания математики, объясните, зачем нужны повторные измерения. Используя знания физической культуры и ОБЖ, назовите два фактора, способных увеличить или уменьшить ЖЕЛ. Сформулируйте ответ одним предложением, как в развёрнутом задании ОГЭ." | Пишут ответ: "Повторные измерения позволяют уменьшить влияние случайной ошибки и получить среднее значение"; называют физическую тренированность, рост, возраст, положение тела, заболевания, курение. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы применили одновременно биологические понятия, математический расчёт и умение объяснить результат. Именно такая связка встречается в заданиях на работу с данными, поэтому не нужно бояться формата ОГЭ: действуйте по шагам."
Этап 8. Рефлексия, подведение итогов и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: оценить освоение алгоритма лабораторной работы, выявить затруднения и зафиксировать дальнейшее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель предлагает приём "Светофор": "Покажите цвет карточки. Зелёный — могу объяснить, что такое ЖЕЛ, и посчитать среднее; жёлтый — понимаю, но нужна тренировка; красный — пока не могу выполнить алгоритм самостоятельно. Это не оценка, а сигнал, какая помощь нужна." | Поднимают зелёную, жёлтую или красную карточку, соотносят цвет с собственным пониманием. |
1 мин | Учитель просит заполнить билет на выход: "Запишите два предложения: первое — что измеряли и по какой формуле; второе — какая причина может повлиять на результат. Укажите одно действие, которое вы выполните дома для закрепления." | Заполняют билет на выход, формулируют ответ и сдают его учителю. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите уровень по готовности. Обязательный уровень выполняют все, повышающий — при уверенном понимании, дополнительный — по желанию. Перед уходом проверьте, что в тетради есть определение, формула, таблица и вывод." | Записывают домашнее задание, сверяют записи с чек-листом. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — соблюдены правила безопасности, выполнены три измерения, результаты и единицы записаны полностью, среднее значение вычислено верно, вывод основан на данных и названы возможные причины разброса.
- «4» — работа выполнена самостоятельно, таблица заполнена и вывод сформулирован, но допущена одна вычислительная или оформительская неточность, не повлиявшая на общий смысл результата.
- «3» — выполнены не менее двух измерений и заполнена основная часть таблицы, однако среднее значение или объяснение причин расхождения требуют исправления с помощью учителя.
- Ниже «3» — отсутствуют данные для анализа, нарушена последовательность работы или не соблюдены правила безопасности; работу необходимо повторить на готовом наборе результатов.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что именно измеряет показатель жизненной ёмкости лёгких? | Проверка понимания биологического смысла лабораторной работы. |
Почему мы выполняли не одно, а три измерения? | Выявление понимания роли повторности опыта и случайной погрешности. |
Какая часть алгоритма оказалась самой сложной? | Выявление точек затруднения в технике, вычислении или оформлении вывода. |
Как фактор образа жизни может повлиять на дыхательную систему? | Связь учебного материала с заботой о здоровье и профессиональным самоопределением. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы выполнили полноценное физиологическое исследование: сформулировали цель, соблюдали инструкцию, провели повторные измерения и обработали данные. Важно помнить, что жизненная ёмкость лёгких зависит не только от тренированности, но и от возраста, роста, состояния здоровья и качества выполнения опыта. Типичная ошибка — записать первое число и принять его за окончательный результат, не проверив технику и не вычислив среднее. На следующем уроке мы продолжим анализ работы дыхательной системы и потренируемся объяснять биологические данные в заданиях экзаменационного формата."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради краткий алгоритм определения жизненной ёмкости лёгких из 5–6 шагов; решить 3 задачи на вычисление среднего значения по трём результатам измерений; письменно объяснить, почему результат нельзя считать медицинским диагнозом. | Закрепляет понятие ЖЕЛ, последовательность лабораторной работы и вычислительный навык; при проверке смотреть на единицы измерения, правильное деление суммы на число измерений и корректность вывода. |
Средний (повышающий) | Проанализировать готовую таблицу из пяти наборов результатов ЖЕЛ, определить наиболее стабильный набор по величине разброса и написать развёрнутый вывод о двух факторах, которые могли повлиять на показатели. | Формирует умение сравнивать данные и аргументировать вывод; при проверке учитывать использование числовых доказательств и биологических причин. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить мини-исследование: предложить гипотезу о связи физической активности с ЖЕЛ, описать переменные, правила безопасности, способ измерения и форму таблицы для результатов; реальные измерения выполнять только с согласия взрослых и без форсированного дыхания при плохом самочувствии. | Развивает исследовательское и проектное мышление; при проверке смотреть на проверяемость гипотезы, контроль условий, повторность измерений и этичность процедуры. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что называют жизненной ёмкостью лёгких? Из каких объёмов она складывается? Зачем нужны повторные измерения? Как вычислить среднее значение трёх результатов? Какие два фактора могут изменить показатель ЖЕЛ?»
