創(chuàng)新“測定食物中的能量”實驗背后的故事

◎湖南省郴州市嘉禾縣文家學(xué)校 曹海艷

“正確地提出問題是邁出創(chuàng)新的第一步。”“非經(jīng)自己努力所得的創(chuàng)新，就不是真正的創(chuàng)新。”這兩句話是我創(chuàng)新之路的心得。作為一名愛好鉆研的初中生物教師，教材中的實驗總是能激發(fā)我強烈的探索欲。下面，我結(jié)合教學(xué)實例和大家分享我在七年級下冊“測定食物中的能量”這一實驗中的創(chuàng)新實踐。

一、化難為易，創(chuàng)新實驗器材

實踐是檢驗真理的唯一標準。在實驗教學(xué)前，我先根據(jù)教材提供的實驗方案整理相應(yīng)的實驗器材——鐵架臺、錐形瓶、溫度計、酒精燈、火柴、鋼針、托盤天平、石棉網(wǎng)、量筒、花生種子等，并開始實驗“嘗試”。

在實驗過程中，我發(fā)現(xiàn)了以下問題：對于學(xué)生而言，鐵架臺較笨重且難以安裝；酒精燈和火柴的操作具有一定的危險性；溫度計難以被固定。

針對以上問題，我制訂了相應(yīng)的解決方法：以相對輕便的三腳架替代笨重的鐵架臺；以打火機替代酒精燈和火柴；用剪刀或梅花起子在硬紙板上鉆小孔，將溫度計旋進小孔中，利用溫度計和硬紙板間的摩擦力實現(xiàn)對溫度計的固定。

教材原有的實驗方案對于教師而言比較簡單，但對于學(xué)生而言存在一定的難度及安全風險。我通過創(chuàng)新實驗器材，不但降低了學(xué)生進行實驗的難度，而且能使學(xué)生更好地享受實驗的樂趣。

圖1 改進后的實驗裝置

二、準備周全，明確實驗操作

為保證實驗效果，我在實驗前做了一系列的準備：第一，備好實驗器材；第二，要求學(xué)生提前熟悉實驗器材的名稱及作用；第三，為學(xué)生設(shè)計實驗報告單，讓學(xué)生按照相應(yīng)步驟操作，養(yǎng)成規(guī)范操作的習(xí)慣。在實驗過程中，我安排學(xué)生兩兩一組，有意識地培養(yǎng)他們的合作和分工能力，并時刻關(guān)注學(xué)生的實驗操作，對其進行適當引導(dǎo)。

1.托盤天平的使用

學(xué)生初次使用托盤天平時，難免存在不當?shù)牟僮鳌＿@需要教師耐心地一步步引導(dǎo)，明確托盤天平的操作要領(lǐng)：

（1）先把游碼移到標尺的0刻度線，調(diào)節(jié)平衡螺母，使天平左右平衡，再稱量物體；

（2）在托盤天平的左邊放物體，右邊放砝碼；

（3）在稱量的過程中，不可再觸碰已經(jīng)調(diào)節(jié)好的平衡螺母。

2.花生的引燃

由于火焰的外焰溫度最高，引燃花生應(yīng)使用打火機的外焰，花生燃燒后也應(yīng)使用外焰進行加熱。

3.溫度計的定位

溫度計應(yīng)浸入水中，且不能接觸瓶底和側(cè)壁。

4.錐形瓶的使用

不能直接加熱錐形瓶，否則會有炸裂的危險。

在實驗過程中，學(xué)生切實感受到了花生種子中含有的能量。做實驗不僅讓學(xué)生對知識的理解更加透徹，還培養(yǎng)了他們的動手能力、思維能力、應(yīng)變能力和協(xié)調(diào)能力，真正實現(xiàn)了“動中學(xué)、動中悟”。

圖2 學(xué)生實驗報告

三、走進家庭，使實驗裝置“生活化”

在完成實驗的課堂教學(xué)后，我不禁思考：能否讓這個實驗走出課堂，走進家庭呢？

當我提出這個想法后，學(xué)生們靈感迸發(fā)，列舉出各種用生活中的物品替代實驗材料的方案：用家用蒸架代替三腳架；用鐵罐、易拉罐代替錐形瓶；用電子秤代替托盤天平；用有刻度的量杯代替量筒。

從課堂中的實驗我們了解到，花生種子是暴露在空氣中燃燒的，這導(dǎo)致了燃燒過程中熱量散失過多的問題。這個難題應(yīng)該怎么解決呢？在我苦苦思考之時，化學(xué)老師點醒了我：“減少熱量的散失可以從導(dǎo)熱材料入手。導(dǎo)熱性排在前四位的材料分別是銀、銅、金、鋁。”

經(jīng)過化學(xué)老師的點撥，我產(chǎn)生了用易拉罐制作一個“防止熱量散失裝置”的想法。在易拉罐的靠罐口位置，用鋼針分別在前、后、左、右鉆通氣孔；前、后的通氣孔需加工成方形，其中用于放花生的方形孔較大，另一處的方形孔較小；上、下易拉罐接觸的部分需找到合適的位置鉆通氣孔，并用剪刀剪兩個條形孔。上述措施的目的是保證空氣對流，氧氣充足，使花生在罐內(nèi)充分燃燒。

該實驗裝置材料簡單，由上、下兩個易拉罐構(gòu)成：上易拉罐導(dǎo)熱性好，可以減少熱量的散失；下易拉罐鉆有不同的通氣孔，能在防散熱的同時保證空氣的對流，使花生充分燃燒。通過重復(fù)實驗驗證，“防止熱量散失裝置”防散熱效果較明顯。

圖3 防止熱量散失裝置

在此基礎(chǔ)上，我又進一步改進了“防止熱量散失裝置”。在該裝置上增加一個小易拉罐，采用小罐外套大罐的結(jié)構(gòu)，具有更好的防散熱效果。

圖4 “防止熱量散失裝置”的改進過程

四、實驗創(chuàng)新小結(jié)與感想

1.不斷努力，攻克難題

只有花生充分燃燒，才能將有機物中的化學(xué)能快速轉(zhuǎn)化為熱能，保證釋放充足的熱量。保證花生充分燃燒的三個條件包括可燃物、助燃劑和點火源。在這個實驗中，干花生是可燃物，打火機是點火源，重點是作為助燃劑的氧氣。點燃的花生在相對密閉的空間內(nèi)會由于缺氧而迅速熄滅。

制作“防止熱量散失裝置”的難點是保證良好的空氣對流。通過反復(fù)實驗，我得出了滿足條件的實驗裝置制作方案。

2.關(guān)注細節(jié)，減少誤差

在改進實驗裝置的過程中，存在許多需注意的細節(jié)：易拉罐的底部是向上“凸”的，若不壓平則很容易碰到溫度計，進而影響水溫的測量，導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)出錯；用硬紙板固定溫度計時，硬紙板要有一定的厚度，這樣才能通過摩擦力固定溫度計；引燃花生時要盡量將打火機靠近裝置入口，這樣便于引燃后快速將花生放入，以減少熱量的散失。

3.積極創(chuàng)新，教學(xué)相長

創(chuàng)新的靈感源自長期的積累與全身心的投入，沒有積累就不會有創(chuàng)新。教學(xué)是教師和學(xué)生相輔相成，共同成長。教師在給學(xué)生提供機會的同時，也是在給自己提供舞臺。