“能量的釋放和利用”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計

房 嫻

(江蘇省南京市文昌初級中學(xué) 南京 210002)

1 教材分析

“能量的釋放和利用”是蘇科版《生物學(xué)》教材七年級上冊第3單元“生物從環(huán)境中獲取物質(zhì)和能量”中第7章“能量的釋放與呼吸”第1節(jié)的內(nèi)容。

通過4、5、6章的學(xué)習(xí)，學(xué)生已知生物體內(nèi)儲存著能量，植物光合作用可以儲存能量，人攝入食物可以獲得能量，但是能量怎么釋放出來？有什么作用？對于學(xué)生來說還是不清楚。因此，本節(jié)將教學(xué)重點定為： 通過“體驗、感受、思考、探究、實驗、討論”等活動，揭示能量的釋放與呼吸密切相關(guān)，深刻理解“生物的呼吸作用”這一核心概念。因為學(xué)生往往缺乏動、植物呼吸本質(zhì)一致性的概念，所以本節(jié)將分析和理解“驗證植物呼吸過程中氣體的變化”實驗方法、步驟和相關(guān)原理作為難點。本節(jié)內(nèi)容建議課時是2課時，但是筆者將教材內(nèi)容進(jìn)行了重新整合，把內(nèi)容濃縮為1課時，更利于學(xué)生對于“呼吸作用”這個重要概念的完整建構(gòu)。

2 教學(xué)目標(biāo)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：

(1) 從生物體生命活動需要能量切入，分析能量的釋放與呼吸密切相關(guān)，理解“生物的呼吸作用”這一核心概念，形成生物學(xué)的能量觀。

(2) 設(shè)計模擬實驗嘗試“探究種子呼吸過程中釋放熱量”，進(jìn)行“驗證植物呼吸過程中氣體的變化”的實驗，提升科學(xué)思維和探究能力。

(3) 形成利用所學(xué)知識解決生活中的實際問題的意識。

3 教學(xué)過程

3.1 導(dǎo)入生命活動需要能量 教師展示動畫并講述： 含羞草葉片合攏、植物開花、心臟跳動、唾液分泌、肌肉收縮、睡覺，這些都是生物的生命活動，這些生命活動都需要能量。

設(shè)計意圖： 考慮到初一學(xué)生對于生物學(xué)已知的并不多，所以用動畫展示孩子們熟悉的幾種生命活動，由教師直接告知生物體的各項生命活動都需要能量。

3.2 體驗?zāi)芰酷尫排c呼吸的關(guān)系 教師設(shè)疑： 大家都知道能量來源于攝入的食物，那么食物中的能量是如何釋放出來的呢？接著組織學(xué)生進(jìn)行體驗活動，進(jìn)行1分鐘的起蹲運動。讓學(xué)生思考并回答： 劇烈運動后你們的身體發(fā)生了哪些變化呢？為什么出現(xiàn)這樣的變化呢？坐著聽課和起蹲運動哪一種消耗的能量多呢？教師小結(jié)： 我們都知道劇烈運動需要消耗更多的能量，因此我們的呼吸更加急促了，這說明能量的釋放和呼吸有關(guān)。

設(shè)計意圖： 學(xué)生已知劇烈活動消耗的能量更多，用體驗和感受的方法，讓學(xué)生真正感受到能量釋放和呼吸有關(guān)。

3.3 探究種子呼吸過程中釋放熱量 教師告知學(xué)生熱量就是能量的一種形式，然后展示小實驗： 提前一天把小麥種子浸泡后放入保溫瓶中，當(dāng)時瓶內(nèi)的溫度是25℃，一天后的現(xiàn)在，溫度有沒有變化？經(jīng)過測量，大家發(fā)現(xiàn)溫度升高了。教師設(shè)疑： 這熱量從何而來呢？是不是種子在呼吸過程中會釋放熱量呢？

接下來進(jìn)行科學(xué)探究： 種子在呼吸過程中會釋放熱量。內(nèi)容包括： ①提出問題： 種子呼吸過程中會釋放熱量嗎？②作出假設(shè)： 種子呼吸過程中會釋放熱量。(提示： 假設(shè)并不是毫無根據(jù)的猜想，而是基于經(jīng)驗或者事實對問題的一種可能的解釋。你們覺得種子呼吸過程中會釋放熱量嗎？)③制訂計劃： 展示材料包(圖1)，讓學(xué)生根據(jù)提供的材料進(jìn)行實驗設(shè)計。在動手操作前，讓學(xué)生思考： a.你會選擇幾種狀態(tài)下的種子？b.是否需要記錄最初的溫度？c.24 h后應(yīng)該觀察什么？d.你能設(shè)計出實驗記錄表嗎？學(xué)生思考后，在磁性白板上搭建實驗裝置，并設(shè)計和繪制實驗記錄表。接著以小組為單位進(jìn)行展示，通過討論這樣幾個問題來和學(xué)生一起分析實驗設(shè)計中需要注意的原則： a.你們?yōu)槭裁匆x擇兩種不同狀態(tài)的種子呢？b.需要記錄最初的溫度嗎？24 h后應(yīng)該觀察什么？c.保溫瓶為什么要倒置呢？④實施計劃： 觀看教師提前錄制好的視頻并填表。⑤得出結(jié)論： 種子呼吸過程中會釋放熱量。

圖1 “探究： 種子在呼吸過程中會釋放熱量”材料包

最后進(jìn)行小結(jié)： 因為種子是植物的一種器官，而熱量是能量的一種形式，所以我們得出： 植物的呼吸會釋放能量；通過對照實驗，也可以得出： 植物呼吸需要的條件是活細(xì)胞。

設(shè)計意圖： 能量的概念很抽象，直接告訴學(xué)生熱量是能量的一種形式，并且用提前做好的熱水瓶實驗給學(xué)生直觀的印象： 種子呼吸作用能釋放熱量。通過模擬實驗，并提前錄制視頻，將完整的探究過程呈現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論： 種子呼吸過程釋放熱量，并推知： 植物呼吸過程釋放能量，同時得出結(jié)論： 植物的呼吸需要的條件是活細(xì)胞。

3.4 驗證植物的呼吸過程中氣體的變化 教師設(shè)疑： 植物在呼吸的過程中會有氣體的變化嗎？大家都知道人呼吸的時候氣體會發(fā)生變化。那么會發(fā)生什么變化呢？展示圖片： 潛水員背著氧氣瓶，可知人體呼吸需要吸入氧氣。在告知學(xué)生二氧化碳具有使澄清石灰水變渾濁的特性的前提下，請一位學(xué)生對著澄清石灰水吹氣，發(fā)現(xiàn)澄清石灰水變渾濁。結(jié)果顯示： 人體呼出的氣體中含有較多的二氧化碳。再次設(shè)疑： 我們通常所說的呼吸就是指人體或動物吸入氧氣，呼出二氧化碳的生理現(xiàn)象。那植物體的呼吸也會發(fā)生這樣的氣體變化嗎？

接下來進(jìn)行實驗： 準(zhǔn)備兩支瓶子，貼好標(biāo)簽A和B(圖2)。A瓶中裝入萌發(fā)的種子，B瓶中裝入等量煮過的種子，蓋緊瓶蓋。將瓶子放在溫暖處，24 h后取出。

圖2 萌發(fā)種子瓶A瓶(左)和煮熟種子瓶B瓶(右)

實驗一步驟： ①請大家合作，兩位學(xué)生負(fù)責(zé)打開瓶蓋，另外兩位學(xué)生將A、B注射器(圖3)分別伸入A、B瓶中抽取氣體，并將氣體分別注入澄清石灰水A、B(圖4)中。②觀察和描述澄清石灰水的變化。

圖3 注射器A和B

圖4 澄清石灰水A和B

實驗二： 先展示小資料——氧氣可以助燃。燃燒的物體在有氧的情況下，能夠繼續(xù)燃燒，而在二氧化碳較多、氧氣量不足的情況下，就會熄滅。實驗步驟： ①請大家合作，兩位學(xué)生負(fù)責(zé)打開瓶蓋，另外兩位學(xué)生將兩根木條點燃，同時分別伸入到A、B兩瓶中；②觀察和描述木條的燃燒情況。

接著學(xué)生進(jìn)行實驗，教師巡視全場進(jìn)行指導(dǎo)，然后組織實驗結(jié)果展示和描述。最終得出結(jié)論： 植物的呼吸產(chǎn)生二氧化碳；植物的呼吸消耗氧氣。

設(shè)計意圖： 從人的呼吸出發(fā)，讓學(xué)生知道植物呼吸和人是否一樣。通過兩個分組實驗，展示并交流后自然而然得出結(jié)論： 植物的呼吸產(chǎn)生二氧化碳，消耗氧氣。

3.5 課堂總結(jié) 由植物推至動物和人，師生共同總結(jié)出呼吸作用的概念： 我們將生物體的細(xì)胞分解有機物，生成二氧化碳和水，同時釋放能量的過程，稱為呼吸作用。最后回到一開始導(dǎo)入時候的動畫： 呼吸作用釋放的能量用于生物體的各項生命活動。

設(shè)計意圖： 通過實驗知道了植物呼吸和人的呼吸都產(chǎn)生二氧化碳、消耗氧氣，并且需要的條件是活細(xì)胞，再將呼吸作用的概念引出。再次總結(jié)能量釋放出來用于各項生命活動，回到導(dǎo)入中的動畫，首尾呼應(yīng)，讓學(xué)生形成能量的釋放和利用的整體知識網(wǎng)。

3.6 課后拓展 引導(dǎo)學(xué)生思考： 今天的實驗都是用的植物的種子，那植物的其他器官也能呼吸嗎？鼓勵學(xué)生結(jié)合教材125頁的內(nèi)容進(jìn)行課后的拓展延伸。

設(shè)計意圖： 課后拓展對于課堂教學(xué)是個補充，從課堂上使用的種子拓展到植物的各器官，可以引導(dǎo)學(xué)生用知識解決生活中更多實際問題。

4 教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)中，通過體驗、探究、模擬實驗、觀看視頻、實驗操作、討論等活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，注重發(fā)揮學(xué)生的主體地位，并通過教師適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，提高課堂活動的有效性。一開始的體驗活動恰到好處地引入了接下來要討論的問題： 能量釋放和呼吸有關(guān)；科學(xué)探究過程中，學(xué)生非常愿意動手和動腦；兩個驗證實驗，實驗的材料和裝置都進(jìn)行了創(chuàng)新，材料更易得，裝置更簡單，課堂上的實驗現(xiàn)象也非常明顯。整個教學(xué)流程從生命活動需要能量開始，最終又回到了呼吸作用釋放的能量用于各項生命活動，有助于學(xué)生對于重要概念的建構(gòu)，很好地達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。