“驗證食物中含有能量”實驗中的問題及對策

陳林

蘇科版七年級生物上冊第五章第二節“營養物質的作用”中，為了讓學生領會“營養物質給我們提供能量”的問題，教材安排了“驗證食物中含有能量”的實驗。新課程對實驗方法和材料沒有過多的規定，給教學提供了選擇性和自主性。“千教萬教，教人求真”。在實驗中筆者發現了一些問題，經過分析思考，對該實驗所使用的材料和方法作了改進，取得了不錯的效果。

1 實驗中的問題

本校學生絕大部分來自農村。花生、黃豆、蠶豆、玉米、小麥、稻子等都是學生熟悉的當地農家種植的常見食物。由于小麥、稻子、玉米都不足1 g，所以就選用花生、黃豆、蠶豆來做這個實驗。

筆者讓學生預習教材上的實驗方法后，按照教材上的實驗裝置進行實驗。

學生用量筒量取20 mL水裝入試管，用天平稱量1 g食物，將懸掛在鐵圈上的溫度計插入試管，記錄起始溫度，用解剖針將食物固定在酒精燈上點燃后迅速移到試管下加熱。

表1、表2是其中兩個小組的數據（水：20 mL）。

比較這兩組的數據，發生誤差最大的是大豆。這是為什么？發現問題后，筆者要求該組學生檢查燃燒后的殘留物，結果發現這組的大豆沒有燃燒完。大豆為什么沒有燃燒完呢？由于大豆脂肪含量（16%）沒有花生脂肪含量（39.2%）多，燃燒時火焰呈放射狀，散失的熱量更多，所以燃燒大豆時需要一定的技巧。當火焰慢慢變小時，要緩緩轉動解剖針180°，繼續燃燒下面的部分。

從實驗中發現：蠶豆在開始燃燒的一段時間里，火焰容易熄滅，而且冒出濃烈難聞的白煙。組間也出現了不小的實驗誤差（3.5℃）。

從實驗中還發現一些學生操作不規范，在實驗的過程中兩次聽到“啪”的響聲。原來是兩位學生在把溫度計從試管中抽出時，發生折斷現象。溫度計怎么會被折斷呢？經過觀察是懸掛溫度計的鐵圈造成的，能否不用鐵圈呢？

根據這次試驗，學生展開了討論，歸納起來，共有3個問題：

問題1：材料中的蠶豆點燃容易，但持續燃燒困難，能否用別的材料取代？

問題2：在該實驗操作中出現了一系列操作的問題，主要表現為：不會使用溫度計，不會讀數;溫度計移出試管時，易發生折斷現象。

問題3：1 g食物究竟是多少？學生用天平難以準確稱量，燃燒也耗費時間。燃燒時耗時長。

實驗中出現了問題，該怎么解決？筆者經過分析思考，總結出以下對策。

2 解決問題的對策

實踐探究，最重要的是充分發揮學生的主體性，引導學生運用試驗、觀察、分析、歸納等方法去研究、探索，在討論、交流和研究中發現新問題、新知識、新方法。根據學生的討論，筆者采取以下策略進行探究：

① 對材料進行調整。通過各種材料進行對比發現，面條糖類含量（71.5%）多，而且是長條形的，厚薄均勻，容易燃燒。只要截取相同長度的材料就可以保證材料的質量相同。用面條取代蠶豆，這樣還簡化了天平稱量的問題。

② 縮短燃燒時間。把食物質量改為0.5 g是否可行？經過課前做試驗，實驗現象明顯，還可縮短燃燒時間，增加了讓學生分析實驗結果的機會。

③ 防止溫度計折斷。溫度計不再懸掛在鐵架臺上方的鐵圈上，而是把鐵圈拿掉，把硬紙板剪成小方塊，用打孔器在中間打一個剛好能穿過溫度計的小孔，把小紙塊固定在溫度計恰當的位置，最后在紙塊的上端用透明膠布裹幾圈，這樣紙塊就不會往上滑動，不僅使用起來方便，而且再也不會因鐵圈妨礙溫度計的取出而損壞溫度計;還可防止部分熱量從試管口散失，減少實驗誤差。

④ 把0.5 g的花生、大豆、面條都稱好分給各小組。

⑤ 燃燒技巧。教師先演示，并強調實驗中的一些注意事項和方法技巧。譬如燃燒面條時應該向試管底部方向傾斜，保證面條一次性燃燒完。

表3、表4是第二個班級的其中兩個小組的實驗數據（水：20 mL）。

從以上兩個小組的數據可以看出，同種食物的溫度上升值相差不大，充分說明實驗的多次改進得到完善，取得了可喜的效果。同時，留給學生分析實驗結果的時間變多了。例如：測出面條使水溫上升值是28.5℃的小組，他們分析是面條中途熄滅重新點燃了一次，所以溫度上升值比另一組少2℃。等量的三種食物實際含有的能量大小應該是：花生>大豆>面條。由于面條燃燒時火焰集中，能量散失較少，所以燃燒面條的水溫上升值大于燃燒大豆的水溫上升值。

再把這個班的數據和第一個班級的數據比較，由于固定在溫度計上的硬紙片蓋住了試管口，減少了熱量的散失，誤差顯然越來越小了。

通過對“驗證食物中含有能量”實驗中出現的問題進行分析思考，然后采取科學的策略改進，終于使實驗的數據誤差縮小。學生在不斷的探究中由發現問題最終解決問題。

該實驗給筆者的啟示是：培養學生的生物科學素養離不開實驗。課本實驗有其合理性，但實踐起來比較困難，甚至會造成儀器的無故損壞，恰當的改進是做好實驗的基礎。在探究活動中，讓學生在實驗中發現問題，通過分析思考，并采取有效的策略，最后解決所遇到的問題，由此，提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。