“測定某種食物的能量”實驗探究教學設計改進

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

【關鍵詞】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，強調培養學生形成生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任的生物學科核心素養，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，又能發展學生的學習興趣。生物教材中實驗內容多、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計的改進策略，分享生物實驗教學的實踐經驗。

一、通過教材分析引導學生發現問題

“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“食物中的營養物質”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，是在學生已經了解食物中有六大營養物質的基礎上設計的。這一章節的內容比較抽象，筆者希望借助實驗帶領學生鞏固舊知。

根據教材分析可知，該實驗設計精簡、操作易行，能從多方面培養學生的實驗技能，如天平、量筒、溫度計、酒精燈等實驗器具的正確使用和數值的正確讀取，但是筆者經過多次實踐發現其中存在很多不足。教師可以借助該實驗引導學生在探究實踐中結合生活經驗創新思維，積極發現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;這個實驗受環境溫度的影響較大;原實驗步驟缺少“稱量花生燃燒后的質量”環節，沒有比較花生燃燒前后的質量以及說明質量減輕的原因，沒有從花生燃燒中能量有效轉化率分析能量可能通過哪些途徑損失掉，沒有聯系實際生活中物品燃燒時產生的黑煙探討環保等問題;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，這種操作及讀數方法都不規范，存在較大誤差。

筆者認為，引導學生發現問題有如下三個意義。

（一）樹立學生科學嚴謹的態度

生命現象和生命活動規律是建立在大量的科學觀察和實驗基礎上形成的理論，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，有利于學生樹立科學嚴謹的態度。

（二）培養學生求實創新的精神

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

（三）開發學生的智力和創造力

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上展開的，有助于培養學生探究的綜合能力，促使學生大膽地發散思維、突破教材限制，對學生智力開發和創造力的培養有很重要的作用。

二、結合學情分析，優化實驗教學方案

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。結合這樣的學情特點，筆者從以下幾個方面優化實驗教學方案的細節。

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，對實驗現象與結果加以討論，尤其是在實驗設計改進中，嚴格遵循探究實驗的流程，即提出問題、作出假設、制訂計劃、實施計劃、得出結論，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、設計驗證、分工合作、查表與計算、對照比較、統計分析、集體討論、表達交流等活動，將實驗結果與能源、環保等社會實際問題有機結合。此外，教師還可以引導學生關注食物中的營養物質，養成不挑食的習慣，從而促進學生思維品質的提升以及對科學研究方法的掌握，有利于學生創新思維的形成和綜合素質的提高。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物質嗎？這些食物含有多少能量呢？”借此鞏固舊知，激發興趣，引發思考。教師在對比實驗前提出問題：“相同質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，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量與燃燒后灰粉的質量，討論質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？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象，試著從清潔能源、環境污染與保護、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表見解。”

最后，教師在實驗探究的總結環節，引導學生認識科學方法和科學態度的重要性。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改進的地方，從而激發學生的創新意識，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，同時充分發揮學生的主動性、參與性和創造性。

（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保材料設置防風裝置，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系。經過比較，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，讓學生結合導學案自學，思考課本設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造力。與此同時，教師在實驗過程中要向學生強調注意事項，規范酒精燈、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;鍛煉了學生設計探究方案、收集和處理數據的能力;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據的能力;培養了學生及時反思的習慣。在情感、態度和價值觀方面，有利于培養學生的創新意識、合作精神、實事求是和學以致用的科學態度。通過改進實驗探究方法，使實驗可操作性更強、實驗結果更科學，進而為提高生物實驗教學質量積累實踐經驗。

注：本文系廣西教育科學“十三五”規劃2018年度廣西教育研究專項課題“以能力為導向培養初中生生物學科核心素養的實踐研究”（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）