精設計，巧創新，在實驗改進中培養學生的批判性思維

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，引導學生發現實驗裝置、實驗設計的不合理之處來改進實驗，從而培養學生敢于質疑、主動探究的能力，逐步培養學生的批判性思維。

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，必定對培養學生科學思維和創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、啟發學生對實驗進行改進創新更是可以體現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“食物中的營養物質”中的一個探究實驗。本實驗是在學生已經了解食物中有六大營養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節，引導學生在提出探究問題的基礎上去設計與完成實驗，從發現實驗裝置的不合理之處來改進實驗，從而培養學生敢于質疑、主動探究的能力。該實驗還十分重視探究過程的反思，以此激發學生的學習興趣和創新意識，逐步培養學生的批判性思維。

1視頻導入，激發興趣

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？

在這個環節中，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節培養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，培養了學生的觀察能力和分析能力。

3發散思維，創新實驗

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）。學生會驚訝地發現與參考值相比，數據誤差太大。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據誤差？（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？

學生經過認真的思考和討論，總結出數據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，既環保又安全。

學生經過發散思維、集思廣益，實驗得到創新，改進后的實驗裝置優點很顯著。學生在主動參與中，創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。能看到經過改進后的實驗效果良好，能量散失減少，數據更加準確（表2）。最后小組之間針對實驗中的出現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

本節課教師對授課內容的創新點進行了以下反思：

（1）實驗材料的創新點。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，課前預實驗中發現，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，有悖科學真理。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）實驗裝置的創新點。改進后的實驗裝置簡便，安全并且低碳環保，能量散失減少，數據更加準確，增加了實驗結論的科學性.

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