“測定某種食物的能量”實驗探究教學設(shè)計改進

【摘要】本文通過教材分析和學情分析，結(jié)合教學實踐，歸納“測定某種食物的能量”這節(jié)實驗探究課的特點，以問題為導向，優(yōu)化實驗教學方案，引導學生從裝備制作、材料選擇、規(guī)范操作等方面探索改進策略，力求彌補課本中實驗設(shè)計的不足，提高生物實驗課的教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，發(fā)展學生生物學科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】生物教學 實驗探究 改進策略

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）33-0086-02

生物是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，課程標準要求初中生初步具有生物實驗操作的基本技能，強調(diào)培養(yǎng)學生形成生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任的生物學科核心素養(yǎng)，以便學生具備在真實情景中解決生物學問題的意識和能力。實驗教學可以使理論知識變得形象生動，既能鍛煉學生的動手能力，又能發(fā)展學生的學習興趣。生物教材中實驗內(nèi)容多、形式多、要求多，教師要引導學生在生物實驗探究中，通過分工、協(xié)作真正動起來，師生通過共同探討實驗的操作步驟和方法，提高生物實驗教學質(zhì)量。本文筆者以“測定某種食物的能量”實驗課為例，探索實驗探究教學設(shè)計的改進策略，分享生物實驗教學的實踐經(jīng)驗。

一、通過教材分析引導學生發(fā)現(xiàn)問題

“測定某種食物的能量”是人教版生物七年級下冊第二章第一節(jié)“食物中的營養(yǎng)物質(zhì)”中的一個探究實驗，通過測量食物燃燒放出熱能的多少來測定食物中的能量，是在學生已經(jīng)了解食物中有六大營養(yǎng)物質(zhì)的基礎(chǔ)上設(shè)計的。這一章節(jié)的內(nèi)容比較抽象，筆者希望借助實驗帶領(lǐng)學生鞏固舊知。

根據(jù)教材分析可知，該實驗設(shè)計精簡、操作易行，能從多方面培養(yǎng)學生的實驗技能，如天平、量筒、溫度計、酒精燈等實驗器具的正確使用和數(shù)值的正確讀取，但是筆者經(jīng)過多次實踐發(fā)現(xiàn)其中存在很多不足。教師可以借助該實驗引導學生在探究實踐中結(jié)合生活經(jīng)驗創(chuàng)新思維，積極發(fā)現(xiàn)原有實驗裝置和操作流程中存在的問題，例如原裝置過于簡單，錐形瓶口未采取一定的密封措施，瓶口散熱損失能量較多，水溫不準確，并且錐形瓶水位較淺，溫度計玻璃泡無法完全浸入水中;石棉網(wǎng)吸收了部分熱量，且在燃燒過程沒有防風和保溫措施，燃燒過程容易中斷，會散失大量熱量;種子燃燒后散落的灰燼會弄臟或灼傷實驗桌（臺）面，而且不好回收;這個實驗受環(huán)境溫度的影響較大;原實驗步驟缺少“稱量花生燃燒后的質(zhì)量”環(huán)節(jié)，沒有比較花生燃燒前后的質(zhì)量以及說明質(zhì)量減輕的原因，沒有從花生燃燒中能量有效轉(zhuǎn)化率分析能量可能通過哪些途徑損失掉，沒有聯(lián)系實際生活中物品燃燒時產(chǎn)生的黑煙探討環(huán)保等問題;部分實驗小組的學生看到課本的裝置后，不認真思考如何操作更規(guī)范，而是由一名學生用手捏著溫度計的上端，另一名學生讀數(shù)，這種操作及讀數(shù)方法都不規(guī)范，存在較大誤差。

筆者認為，引導學生發(fā)現(xiàn)問題有如下三個意義。

（一）樹立學生科學嚴謹?shù)膽B(tài)度

生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律是建立在大量的科學觀察和實驗基礎(chǔ)上形成的理論，所以在生物探究實驗教學中，讓學生嘗試提出要探究的問題，作出假設(shè)，有利于學生樹立科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。

（二）培養(yǎng)學生求實創(chuàng)新的精神

學生在不斷發(fā)現(xiàn)問題進而尋求解決問題方案的過程中，可以很好地激發(fā)學習興趣和創(chuàng)新意識，在好奇心理與實驗探究的驅(qū)動下，形成創(chuàng)新思維，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。

（三）開發(fā)學生的智力和創(chuàng)造力

這次的實驗探究活動是在引導學生自主提出探究問題的基礎(chǔ)上展開的，有助于培養(yǎng)學生探究的綜合能力，促使學生大膽地發(fā)散思維、突破教材限制，對學生智力開發(fā)和創(chuàng)造力的培養(yǎng)有很重要的作用。

二、結(jié)合學情分析，優(yōu)化實驗教學方案

七年級的學生思維活躍、動手欲望強烈、喜歡直觀事物，有一定的合作探究精神，但自律能力和認知水平不高，綜合分析能力較弱，真正能夠“在思考中動手，在動手中思考”的學生不多，有時甚至會因為實驗過程中對儀器操作不當引起不必要的麻煩，造成一定的危險。結(jié)合這樣的學情特點，筆者從以下幾個方面優(yōu)化實驗教學方案的細節(jié)。

首先，教師要合理組織學生進行分組合作探究，確定每組要探究的問題，鼓勵學生從不同的角度提出問題，同時，對實驗現(xiàn)象與結(jié)果加以討論，尤其是在實驗設(shè)計改進中，嚴格遵循探究實驗的流程，即提出問題、作出假設(shè)、制訂計劃、實施計劃、得出結(jié)論，并以口頭及書面的形式進行表達和交流。整個實驗探究過程都是通過問題引導法，“引”學生思考，“導”學生探究，體現(xiàn)以學生為主體、教師為主導的教學理念。

其次，教師通過提出假設(shè)、設(shè)計驗證、分工合作、查表與計算、對照比較、統(tǒng)計分析、集體討論、表達交流等活動，將實驗結(jié)果與能源、環(huán)保等社會實際問題有機結(jié)合。此外，教師還可以引導學生關(guān)注食物中的營養(yǎng)物質(zhì)，養(yǎng)成不挑食的習慣，從而促進學生思維品質(zhì)的提升以及對科學研究方法的掌握，有利于學生創(chuàng)新思維的形成和綜合素質(zhì)的提高。例如在情景導入時，教師準備一袋零食并提出問題：“同學們愛吃零食嗎？你們知道這些食物中含有哪些營養(yǎng)物質(zhì)嗎？這些食物含有多少能量呢？”借此鞏固舊知，激發(fā)興趣，引發(fā)思考。教師在對比實驗前提出問題：“相同質(zhì)量的核桃仁的能量比花生仁種子的能量多嗎？”引導學生作出假設(shè)，制訂實施計劃。在實驗過程中，教師提問引導學生思考：“比較燃燒前的種子質(zhì)量與燃燒后灰粉的質(zhì)量，討論質(zhì)量減輕的原因是什么。水溫為什么會升高？燃燒的是什么物質(zhì)？我們吃的食物中含有什么？”讓學生帶著問題完成合作探究實驗。在實驗結(jié)束后，教師提出拓展問題：“就種子燃燒時放出很濃的黑煙這一現(xiàn)象，試著從清潔能源、環(huán)境污染與保護、黑煙對炊具的影響、能量的損耗以及使種子充分燃燒應采取的措施等方面發(fā)表見解?！?/p>

最后，教師在實驗探究的總結(jié)環(huán)節(jié)，引導學生認識科學方法和科學態(tài)度的重要性。教師要讓學生學會具體問題具體分析，回顧探究的流程，明確本節(jié)課探究實驗的步驟和方向，反思實驗操作過程中還存在什么問題，討論還有哪些可以繼續(xù)改進的地方，從而激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，提高學生對生物實驗探究課的興趣。

三、以問題為導向，讓學生參與實驗改進設(shè)計

基于上述問題解析及認識，筆者將演示實驗改為學生實驗，在調(diào)整實驗的整體方案和組織實施過程中，重點圍繞以下三個關(guān)鍵問題尋找改進對策，力求減少實驗誤差，提高實驗的可操作性和科學性，同時充分發(fā)揮學生的主動性、參與性和創(chuàng)造性。

（一）如何更好地保溫

原實驗裝置使用的敞口的錐形瓶不能直接加熱，且會通過瓶口散失大量的熱量，因此，可以用大試管取代錐形瓶進行實驗，大試管可以直接加熱，避免石棉網(wǎng)吸收熱量，而且30ml水在試管中水位較高，溫度計的玻璃泡可完全浸入水中。另外，用橡膠塞打孔后將溫度計的玻璃泡固定在水層中，同時在試管口增加橡皮塞能減少熱能散失。針對原實驗設(shè)計無保溫裝置、會向四周散失大量熱量的情況，筆者在試管燃燒部位用環(huán)保材料設(shè)置防風裝置，如采用牛奶盒或其他飲料紙盒等，隔熱效果好，而且非常容易修剪，安全性較高，可降低實驗操作風險。最后，在燃燒物下增加培養(yǎng)皿，使燃燒后的灰燼便于回收。

（二）如何讓種子更充分燃燒

種子是否能充分燃燒，與實驗材料的選擇和燃燒的裝置有非常重要的關(guān)系。經(jīng)過比較，筆者選擇了較易燃燒、成本較低、飽滿且干燥去皮的花生仁作為實驗材料。此外，在防風裝置中增加開口，確保上下通風。經(jīng)反復實驗，稱取食物重量0.25g為宜，食物大小適中易燃燒且實驗現(xiàn)象明顯。為了讓種子更易燃燒，教師可以在實驗前在花生仁上劃幾刀（如圖2），增大燃燒接觸面且利于通風，用圖釘釘住花生仁并放在紗網(wǎng)上（如圖3）。

（三）如何快速、準確稱量種子

考慮到七年級學生對天平操作的熟練程度有限，以及用天平稱取較小質(zhì)量物體的精確度不高，筆者在實驗改進后采用電子秤取代天平，直接稱取相同質(zhì)量的干燥去皮花生仁種子。

此外，教師還可以提前給學生布置課堂預習作業(yè)，讓學生結(jié)合導學案自學，思考課本設(shè)定的裝置有哪些不足，并分組討論改進這些不足的策略和方法，最后匯總提交。從而讓學生在實驗課堂上更高效地提出改進方案，增強學生的參與感，提升學生的能動性和創(chuàng)造力。與此同時，教師在實驗過程中要向?qū)W生強調(diào)注意事項，規(guī)范酒精燈、溫度計、量筒、天平等實驗器具的使用方法和操作流程，要求重復實驗，取平均值。

如何提高生物實驗教學的有效性是一線教師重點關(guān)注的問題。科學的探究實驗可以讓學生積極參與并體驗科學方法的一般過程，讓學生通過動手操作增強感性認識，加深對所學知識的理解。“測定某種食物中的能量”這一探究實驗，強化了學生對科學探究一般過程的認識，進一步提高了學生主動探究的能力;鍛煉了學生設(shè)計探究方案、收集和處理數(shù)據(jù)的能力;鍛煉了學生的動手能力和觀察能力，以及解讀與分析實驗數(shù)據(jù)的能力;培養(yǎng)了學生及時反思的習慣。在情感、態(tài)度和價值觀方面，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、合作精神、實事求是和學以致用的科學態(tài)度。通過改進實驗探究方法，使實驗可操作性更強、實驗結(jié)果更科學，進而為提高生物實驗教學質(zhì)量積累實踐經(jīng)驗。

注：本文系廣西教育科學“十三五”規(guī)劃2018年度廣西教育研究專項課題“以能力為導向培養(yǎng)初中生生物學科核心素養(yǎng)的實踐研究”（立項編號：2018JD020）的研究成果。

作者簡介：黃東群（1979— ），女，壯族，廣西田東人，碩士研究生，一級教師，研究方向為生物學科教學。

（責編 劉小瑗）