精設計，巧創(chuàng)新，在實驗改進中培養(yǎng)學生的批判性思維

劉莘

摘要：以“測定某種食物中的能量”為例，通過精心設計實驗教學，引導學生發(fā)現(xiàn)實驗裝置、實驗設計的不合理之處來改進實驗，從而培養(yǎng)學生敢于質疑、主動探究的能力，逐步培養(yǎng)學生的批判性思維。

關鍵詞：實驗改進;批判性思維;實驗設計

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

批判性思維是指對他人或自己的觀點、做法或思維過程進行評價、質疑、矯正，并通過分析、比較、綜合，進而達到對事物本質更為準確和全面認識的一種思維活動。作為一種高階思維能力，教師在課堂上針對批判性思維進行的訓練，必定對培養(yǎng)學生科學思維和創(chuàng)新思維有著深遠的影響。探究實驗是初中生物學教學的主陣地，然而在實際的實驗教學中，由于種種條件的限制，實驗設計、實驗裝置或實驗材料凸顯出一些不合理之處。針對這些問題，引導、啟發(fā)學生對實驗進行改進創(chuàng)新更是可以體現(xiàn)出學生批判性思維的過程和品質。

“測定某種食物中的能量”是人教版生物學七年級下冊第二章第一節(jié)“食物中的營養(yǎng)物質”中的一個探究實驗。本實驗是在學生已經(jīng)了解食物中有六大營養(yǎng)物質的基礎上設計的，讓學生通過實驗了解食物中含有能量以及測定能量的方法。教師精心設計教學環(huán)節(jié)，引導學生在提出探究問題的基礎上去設計與完成實驗，從發(fā)現(xiàn)實驗裝置的不合理之處來改進實驗，從而培養(yǎng)學生敢于質疑、主動探究的能力。該實驗還十分重視探究過程的反思，以此激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識，逐步培養(yǎng)學生的批判性思維。

1視頻導入，激發(fā)興趣

教師首先給學生播放了一段憨豆先生闖江湖的士力架廣告視頻，然后提問：為什么一塊小小的士力架就能夠讓我們橫掃饑餓，做回自己呢？學生馬上回答：因為士力架中含有能量。教師趁機問：食物中真的含有能量嗎？該怎么測定呢？由此引入課題。

2演示實驗，初步感知

教師引導學生回憶了科學探究的6個步驟，提問學生：針對本節(jié)課題你能提出哪些問題？學生暢所欲言，大致提了三個問題：

①食物中是否含有能量？

②食物中含有多少能量？

③等質量的兩種食物哪個含能量多？哪個含能量少？

這三個是有層次、有梯度的問題，需要由易到難一一進行探究。先開始探究活動①：食物中是否含有能量？

在這個環(huán)節(jié)中，教師出示剛剛視頻中的士力架實物，并提出問題：士力架中真的含有能量嗎？你怎么來設計實驗驗證你的假設？學生根據(jù)已有的知識儲備，很容易答出可以通過燃燒的方法。于是，教師做了個演示實驗，點燃士力架，一下子激發(fā)了學生的好奇心和求知欲。燃燒士力架的過程中能看到光，感覺到熱，證明士力架中確實含有能量。

精心設計的本教學環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學生提出問題的能力;通過燃燒士力架，抓住了學生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)了學生的觀察能力和分析能力。

3發(fā)散思維，創(chuàng)新實驗

教師提出問題：既然食物中含有能量，那么有多少呢？從而引入探究活動②：食物中含有多少能量？

在制定計劃時，教師首先給學生呈現(xiàn)了課前由生物興趣小組的學生按照教材裝置預實驗的實驗結果（表1）。學生會驚訝地發(fā)現(xiàn)與參考值相比，數(shù)據(jù)誤差太大。于是，教師組織學生小組思考并討論：為什么會有那么大的數(shù)據(jù)誤差？（參考值：1g花生所含能量為1247OJ）教科書上所示的實驗裝置有什么需要改進的地方嗎？怎么改進？

學生經(jīng)過認真的思考和討論，總結出數(shù)據(jù)誤差大的主要原因是食物燃燒時熱量散失太多，實驗原型也存在一些不足之處：

①錐形瓶不能直接加熱，石棉網(wǎng)會吸收一部分熱量;

②實驗裝置復雜，不易操作，溫度計容易碰壁損壞：

③錐形瓶沒有封口，能量散失多;

④種子燃燒時沒有保溫擋風裝置，能量散失較多;

⑤燃燒物容易落在桌面，污染實驗臺等。

針對這些不足之處，學生提出了很多改進方案。例如，把不能直接加熱的錐形瓶換成可直接加熱的試管;試管不再敞口，在試管口加一個打孔橡膠塞，既防止能量散失，也可固定溫度計，增加安全性;用廢棄酸奶盒制作簡易燃燒爐，上端開口剪開外翻，不會被燃燒，正面中間剪一個三角形的開口，作為放食物和透氣的“窗口”。酸奶盒是紙質的，內部是鋁箔加錫紙，既可以保溫擋風，減少熱量散失，也可以防止燃燒物落在實驗臺上，并且剪裁方便，廢物利用，既環(huán)保又安全。

學生經(jīng)過發(fā)散思維、集思廣益，實驗得到創(chuàng)新，改進后的實驗裝置優(yōu)點很顯著。學生在主動參與中，創(chuàng)造力和批判性思維也得到鍛煉和提升。

4分組操作，親身實踐

選用脂肪含量高的花生種子和淀粉含量高的玉米種子作為實驗材料，開始實施計劃。能看到經(jīng)過改進后的實驗效果良好，能量散失減少，數(shù)據(jù)更加準確（表2）。最后小組之間針對實驗中的出現(xiàn)的問題再次討論交流，歸納小結，借此掌握設置重復組的科學方法。

5深入探究，指導生活

經(jīng)過探究活動②，課前提出的第三個問題就迎刃而解了。剛剛實驗中有的小組選用花生種子做實驗材料，有的小組選用玉米種子做實驗材料。學生經(jīng)過計算，很容易比較出等質量的花生種子和玉米種子哪個含能量多。脂肪含量多的花生種子所含能量要遠遠多于淀粉含量多的玉米種子。同時，教師展示不良飲食帶來的后果，指導學生少吃脂肪含量高的食物，合理膳食，健康生活。

6教學反思

本節(jié)課教師對授課內容的創(chuàng)新點進行了以下反思：

（1）實驗材料的創(chuàng)新點。教材中提出問題“花生和核桃仁哪個含有的能量多”。針對該問題，課前預實驗中發(fā)現(xiàn)，花生和核桃仁同屬油料作物，含有能量差異不大，稍不小心就可能使實驗結果相反，有?？茖W真理。所以，將核桃仁改為玉米，實驗效果明顯，還能指導學生合理膳食。

（2）實驗裝置的創(chuàng)新點。改進后的實驗裝置簡便，安全并且低碳環(huán)保，能量散失減少，數(shù)據(jù)更加準確，增加了實驗結論的科學性.

（3）實驗教學方式的創(chuàng)新點。教師著眼于學生的“最近發(fā)展區(qū)”，分層次探究本節(jié)課的3個問題，層層遞進，符合學生的認知規(guī)律。演示實驗燃燒士力架激發(fā)了學生的實驗興趣和探究欲望。課堂教學以學生為主體，啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)不足參與改進實驗，培養(yǎng)了學生的批判性思維，提升了學生的創(chuàng)新意識。