應用創新教具 開展實驗探究

朱紅

1 教材分析

“植物的呼吸作用”是華師大版初中《科學》八年級上上第四章第四節“植物的光合作用和呼吸作用”第二課時的內容。植物的呼吸作用作為綠色植物的三大重要作用之一，與植物的光合作用互相聯系與依存，是生物學的重要知識。學習植物的呼吸作用，有利于學生系統、完整地認識植物的新陳代謝。

教材通過3個演示實驗分別得出有關呼吸作用的三個結論：植物呼吸作用吸收氧氣、呼出二氧化碳、釋放熱量，從而建構呼吸作用的概念。但是因為實驗繁瑣，實際教學中這三個實驗的開出率比較低。

初中科學課程的核心理念是提高每個學生的科學素養。因此筆者對本實驗進行改進，引導學生運用自制的創新教具開展自主的探究，主動地獲取知識。本節課對于培養學生實驗綜合能力，尤其是學生實驗設計及創新能力是一個重要契機。

2 學情分析

2.1 知識儲備

學生已經具備了有關植物光合作用的知識，知道了動物的呼吸作用，但是對植物的呼吸作用只有模糊的認識。

2.2 技能儲備

學生對于二氧化碳的鑒別方法、氧氣的檢驗方法以及利用溫度計測量溫度的技能都已比較熟練。學生已具備了一定的觀察、實驗和分析歸納能力，但是實驗設計與創新思維等較高層次的能力較為薄弱。

2.3 學習心理

學生對探索植物的呼吸作用有著強烈的好奇心和求知欲。實驗是激發學生興趣的最好方法，可以讓學生充分發揮自己的潛能，去探究、思考和交流，完成對植物呼吸作用的認識。

3 教學目標

3.1 知識與技能目標

（1） 了解植物的呼吸作用。

（2） 了解呼吸作用原理與農業生產和人類生活的關系。

3.2 過程與方法目標

（1） 通過實驗探究過程，發展科學探究的能力、與人合作、交流的能力。

（2） 通過實驗探究，培養實驗設計及創新的能力。

3.3 情感、態度與價值觀目標

（1） 通過實驗探究，培養積極探索的科學精神，形成嚴謹、求實的科學態度。

（2） 通過對教材實驗的改進，培養反思質疑、勇于創新的精神。

4 教學重點與難點

（1） 重點：植物呼吸作用及其實驗探究過程。

（2） 難點：植物呼吸作用實驗的設計和創新。

5 教學方法

實驗探究法、問題討論法等。

6 教學流程（圖1）

7 教學過程

7.1 提出問題，建立假設

創設情境：晚上，小明的媽媽為了讓房間不開窗也能保持空氣新鮮，將植物搬進臥室。她的做法科學嗎？

提出問題：人要呼吸，那么植物是否也要呼吸？植物的呼吸作用是否也是吸進氧氣，呼出二氧化碳，放出熱能呢？

學生在生活經驗或原有的知識基礎上進行猜想，提出假設：

（1） 植物呼吸作用吸進氧氣，呼出二氧化碳，釋放熱能。

（2） 植物呼吸作用吸進二氧化碳，呼出氧氣，釋放熱能。

……

設計意圖：生活化的問題啟動了學生的思維，暴露了學生的前概念，讓學生從生活走向探究。

7.2 自主合作，設計實驗

教師提出一系列問題，以供學生討論：

（1） 選擇植物的哪部分做實驗比較好，為什么？

（2） 如何檢驗氧氣含量的變化？

（3） 如何檢驗二氧化碳含量的變化？

（4） 如何檢測熱量的變化？

（5） 上述實驗在怎樣的裝置中進行？

設計意圖：實驗設計是科學探究的重要環節，是培養學生科學探究能力的關鍵。但是這個實驗的設計對初二學生有一定的難度。因此教師從研究的問題出發，根據問題思考的邏輯，把該問題分解成若干個小問題，每個小問題設置在學生的最近發展區，使學生始終保持積極的思維。

小組合作，自主設計實驗方案。教師提出要求：

（1） 實驗簡單易行，具有可操作性。

（2） 以簡圖文字形式繪制在實驗活動單上。

學生上臺展示并匯報實驗方案。教師引導生生評價，并完善實驗方案，滲透學法指導，要求學生注意設置對照組。

7.3 反思質疑，改進實驗

教師展示教材的實驗方案（圖2），并提出質疑①：教材的實驗方案能不能優化呢？它有沒有美中不足之處呢？

評價：

（1） 3個實驗，實驗器材多，實驗準備繁瑣，操作費時;

（2） 小麥種子對于當地來說取材不易;

（3） 保溫瓶一般不透明，不利于觀察種子萌發情況。

質疑②：能否利用一套裝置就能完成上述三個實驗呢？

教師追問引導：如果可以，為了實驗之間不互相干擾，你覺得這三個實驗應該如何安排順序？

學生討論：首先，檢測溫度的變化;其次，檢驗二氧化碳含量的變化;最后檢驗氧氣含量的變化。

設計意圖：對教材的質疑、對權威的的挑戰瞬間點燃學生探究的熱情，學生的思維活躍，尤其是對3個實驗順序的思考，培養了學生思維的深刻性。

教師出示初步改進的實驗裝置（圖3），并對事先準備的對照組和實驗組進行測溫。觀察發現兩支溫度計示數差別不大，不易讀數，也就是實驗現象不夠明顯。

質疑③：要想實驗現象明顯，如何進一步改進裝置？

學生討論出各種方案。歸納后發現均從以下兩方面著手進行改進的：

（1） 減少熱量的散失;

（2） 提高溫度計的準確程度。

教師呈現創新教具（圖4）。

設計意圖：教師并不是突兀地把自己設計的實驗方案和創新教具展示給學生，而是引導學生自主設計，待到水到渠成之時再展示創新教具，讓學生體驗技術發明的過程，感受它是自己創新的成果，心中涌現成功的喜悅和自豪。

教師介紹創新教具：

（1） 廢棄的塑料瓶、玻璃瓶做成簡易保溫瓶，接縫處打玻璃膠。因為瓶壁厚，兩瓶壁間氣體不易對流，保溫效果好，而且材料透明便于觀察內部種子萌發情況。

（2） 探針溫度計讀數能精確到0.1℃，讀數方便且能靈敏顯示溫度變化。

設計意圖：各種瓶子當器材，拼拼湊湊做實驗。該創新裝置巧妙地利用生活廢棄品，滲透了環保的理念，讓學生體驗了科學就在身邊的思想。

7.4 分組實驗，驗證假設

觀看實驗準備的視頻后，讓學生分組實驗：檢驗氧氣、二氧化碳和熱量的變化，觀察并記錄實驗現象（表1）。

設計意圖：因為這個實驗耗時比較長。教師將前期的實驗準備拍成視頻。學習時，學生首先觀看實驗準備的視頻，然后再分組實驗檢驗氧氣、二氧化碳、熱量的變化。

7.5 歸納總結，建構概念

師生歸納總結：種子的呼吸作用吸收氧氣;放出二氧化碳;釋放能量。

師生指出：植物體所有器官的全部活細胞都在不停地進行呼吸作用。

學生自主建構種子作用的概念。

設計意圖：學生在實驗的基礎上自主獲取知識，建構概念，實現由感性認識上升到理性認識的飛躍。

7.6 知識應用，拓展提升

教師提出一系列問題，引導學生將所學的應用于解決實際問題：

（1） 農民伯伯為什么在施肥之前進行松土，目的是什么？

（2） 清晨到樹林中鍛煉是否科學？

（3） 如何保存水果，以防腐爛？為什么？

設計意圖：科學知識來源于生活，最后回歸生活，植物的呼吸作用和人們日常的生產和生活是緊密相連的，用學過的知識解釋身邊的現象。最后一個問題把知識進行了拓展提升，提出影響植物呼吸作用的重要因素有溫度、水分、氧氣和二氧化碳的濃度等。

8 教學反思

8.1 實驗及教具的創新

以“植物呼吸作用的實驗探究”為載體，運用創新技法中的組合法對教材實驗進行改進與創新。創新教具巧妙地利用生活廢棄的品，更加貼近生活;改進后實驗操作更加簡單便捷，實驗現象更加直觀、明顯。

8.2 實驗教學方法的創新

打破傳統的教師設計好實驗方案展示給學生、學生被動接受的模式，而是讓學生主動發現與探索，自主設計，積極創新，不斷反思、質疑、突破和創新，體驗技術發明的過程，真正像科學家一樣在探究道路上勇往直前。