基于尋找證據的創新實驗教學案例食物中能量的能量的釋放一、教學思路（一）指導思想生物學是一門自然科學。“通過實驗的途徑觀察現象、分析數據、驗證假設、得出結論”是自然科學的本質特征。因此，實驗教學理應成為該學科教學活動的點睛之筆。而現實中，某些傳統實驗教學因“課時短缺、實驗有安全隱患”等問題很難正常開展。“如何在有限的課堂時間里直觀呈現出實驗現象，引導學生由現象到本質的理解生物學規律”是生物教師不斷思索的問題。而合理使用各種新技術輔助實驗教學，不失為解決這一難題的好方法。同時又促使學生形成“科學催生技術，技術服務于生活”的理念，激勵其積極學習新知識、新技術。（二）理論依據國家中長期教育改革和發展綱要（2010-2020）指出，“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視”。教育信息化十年發展規劃（2011-2020），提出了信息技術與教育教學深度融合這一新理念。“在生物學教學中，如何將信息技術與實驗教學有機融合并創新，建設智慧課堂，實現高效課堂”是作為一名信息化時代教師所面臨的重要研究課題。“工欲善其事，必先利其器”，現代信息技術就是我們克服傳統實驗教學缺陷，全面合理開展實驗教學的一把利器。（三）本課教學特色1、導入新穎。利用創意廣告及身邊同學的實例引出課題，有效的調動了學生的興趣，為新課的學習開了個好頭。2、實驗設計獨具匠心。學生活動“探究食物貯存能量差異”存在一定的安全隱患（需要通過燃燒使一定體積的水溫度升高，以計算食物釋放能量的多少）。因此，我在課前制作微課視頻，直觀展示了探究活動的方法、過程及結果，有效的解決了“探究與安全”的矛盾，且節約了課內時間。傳統的“檢驗人體呼出氣體成分的變化”的實驗涉及燃燒，且需要相應化學知識的輔助。利用數字化儀器傳感器，可實時檢測出氧氣及二氧化碳的濃度，直觀的展現“呼出氣體中氧氣濃度下降，二氧化碳濃度升高”的事實。在激發學生興趣提高學生參與度的同時，也使其感受到科學技術進步給生活帶來的便捷，促使其關注并樂于學習科學技術。3、教學手段新穎。“智慧課堂建設”已成為信息技術與教育教學深度融合的體現。本課教學中，使用智慧課堂一鍵同屏技術，通過小小的ipad就實現了課件、視頻、實時投影、網頁資料隨意切換，在有限的時空內提供給學生海量的信息及視覺沖擊，使生物課堂變得豐富多彩。于此同時又激發學生“學習科學技術，使用科學技術為生活服務”的熱情。二、實驗教學分析（一）教材分析食物中能量的釋放位于北師大版義務教育生物學七年級上冊第十章第一節。本節內容涉及兩個重要的概念：人體正常生命活動需要能量，能量來自食物中的糖類等有機物；細胞通過呼吸作用將糖類等有機物氧化分解釋放能量。對于重要概念的理解需要事實性知識來支持，因此教材安排了兩個實驗活動：探究不同食物貯存能量的差異、檢驗人體呼出氣體成分的變化。意在通過實驗活動使學生直觀的認識到：食物中儲存著能量；人體細胞進行呼吸作用：利用氧氣分解有機物，產生二氧化碳和水，同時釋放能量，供人體生命活動的需求。課標建議本節的學習利用2課時完成。（二）學情分析1、分析教學現狀我市初中階段生物學科課時安排普遍為每周2節，而北師大版七年級生物學教學內容很多，探究活動很豐富。因此，授課時間非常緊張。我校七八九每年級各12個班，平均每班48人，生物實驗室僅2間，且無專職實驗員管理。任課教師要在授課的同時，兼顧實驗室的各項準備工作。場地、人力及課時的多項限制，使充分開展學生實驗成為一項難題。2、分析學生情況七年級學生有充分的探究熱情，對做實驗非常感興趣。但由于尚未學習物理（初中階段八年級始學）、化學（初中階段九年級始學）知識，平時實驗演練較少，缺乏“安全操作燃燒等實驗”的相應技能。學生對“檢驗氧氣及二氧化碳的方法”也是基于在七年級上冊學習“探究植物細胞的呼吸作用”時形成的模糊印象。因此，學生的實驗操作技能及理、化知識較為薄弱。（三）重難點分析鑒于對課標的解讀及對學情的分析，我認為本課實驗教學的重難點如下：教學重點：知道測定食物能量的基本原理和方法；理解呼吸作用的實質和意義。教學難點：如何引導學生將體外燃燒和細胞的呼吸作用這兩個過程相聯系。（四）解決辦法通過生活實例劈柴燒水，引導學生理解“測定食物能量”實驗的基本原理和方法。引導學生分析討論實驗數據有誤差的原因，促使學生逐步形成嚴謹的科學態度。關于“人體細胞通過呼吸作用氧化分解有機物釋放能量”的概念教學，需要演示實驗“檢驗人體呼出氣體成分的變化”做鋪墊。因此，我采用POE教學策略，通過預測實驗（P）、觀察現象（O）、分析解釋（E）活動促使學生在從現象到本質、從定性到定量的探究過程中形成“人體細胞通過呼吸作用氧化分解有機物釋放能量”的重要概念。我引導學生回憶七年級上冊學習的“植物呼吸作用”的反應式，大膽猜測“人體細胞獲得能量的方式與植物呼吸作用相同利用氧氣分解有機物，產生二氧化碳和水，同時釋放能量”。利用數字化實驗儀器實時檢測出：人體呼出氣體中氧氣含量下降，二氧化碳含量升高，從而驗證學生的假設。然后組織學生分析證據，促使其從現象到本質認識“呼吸作用”，理解“呼吸作用”這一重要概念，從而使重點落實，難點突破。三、學習目標1、知識與能力：知道測定食物能量的基本方法，能說出燃燒與呼吸作用本質的共性與區別； 說明能量來自細胞中有機物的氧化分解，闡述呼吸作用的實質和意義。能夠了解檢測氧氣和二氧化碳的方法。2、過程與方法：通過討論設計測量食物熱價的簡易方法，培養發散思維與表達交流能力；通過讀取傳感器數據，了解人體吸入與呼出氣體中氧氣與二氧化碳含量的變化，從而理解“呼吸作用”概念。3、情感態度與價值觀：認同人體需要的能量來自食物中的有機物；通過分析實驗誤差的原因，逐步形成嚴謹求實的科學態度。形成“科學催生技術，技術服務于生活”的理念，立志學習新知識、新技術。四、教學準備教師準備：錄制“探究不同食物貯存能量的差異”微課、iPad、教學課件、自制容器（改裝后可連接傳感器）、吸管、氧氣及二氧化碳傳感器學生準備：課前分組討論“如何證明食物中貯存著能量”、回顧有關“植物呼吸作用”的知識。五、課時安排1課時六、教學過程內容與活動設計意圖教師活動學生活動、情景創設，導入新課播放搞笑創意廣告餓的時候，你是誰？設疑:這廣告可信嗎？吃了以后就能恢復體力、做回自己？觀看廣告。說出自己的想法。有的說：相信，因為食物中有能量。有的說：不信，不能盲目相信廣告。從生活現象入手，激發學生學習興趣。、層層設疑，引導探究一、食物中貯存著能量追問：如果食物中不含有能量，那該怎樣解釋這些圖片？展示游泳運動員補充能量和本班某些同學在校外吃東西的圖片。展示常見各種食物圖片，設疑：1、食物中的能量怎樣釋放出來?2、不同食物中所含的能量是否相同?3、如何測定食物中貯存能量的多少呢?看到同伴的吃相笑了起來。認同食物中貯存著能量。圍繞教師遞進式的設疑展開討論。活躍課堂氣氛，同時激發學生追求真相的探究動力。促進學生思維發展及交流表達能力。活動“探究不同食物貯存能量的差異”引導學生類比“劈柴燒水”的實例，分析理解“測定食物能量”的基本原理及方法。介紹“食物熱價”定義：每克食物在體外充分燃燒時所釋放的能量計算公式：播放微課視頻測量不同食物貯存的能量指導學生利用測量數據計算食物熱價。展示科學家測得的不同營養物質的熱價數值。設疑：1、實驗中測定的食物熱價，為什么與該類營養物質的熱價平均值有差距？2、為什么會存在誤差？怎樣減少誤差？引導學生說出食物燃燒的本質。在教師引導下理解并說出測定食物中能量的方法及原理。理解實驗原理、測量方法和計算公式。觀看視頻，明確實驗操作步驟，記錄實驗數據并計算不同營養物質的熱價。思考、討論，提出自己的看法。在教師引導下說出食物燃燒的本質。理解實驗的設計原理比生硬的記住實驗步驟更有價值。眼見為實。培養數據運算能力。培養學生思維能力，促使學生形成科學嚴謹的態度。訓練學生語言組織、概括能力。二、細胞通過呼吸作用釋放能量設疑：、實驗中核桃是通過劇烈燃燒釋放能量。營養物質在細胞內釋放能量也是這樣劇烈燃燒嗎？、燃燒過程需要氧氣助燃，有機物在細胞內釋放能量的過程是否也需要消耗氧氣？引導學生回顧“植物細胞的呼吸作用”，猜想有機物在人體細胞內釋放能量的過程。設疑：如果人體細胞內有機物釋放能量的過程如大家猜測的那樣，那么人體呼出的氣體中氧氣的含量應該減少，而二氧化碳的含量會增加。事實是這樣的嗎？該怎樣證明呢？鼓勵學生說出自己的方案，并給予積極地評價。演示創新實驗檢驗人體呼出氣體成分的變化（利用ipad拍攝，實時同屏展示演示過程）展示自制連接氧氣、二氧化碳傳感器的裝置，打開容器口，儀器顯示空氣中氧氣及二氧化碳的濃度示數。再請一名同學向容器內吹氣，儀器實時顯示兩種氣體濃度的變化。指導學生觀察實驗數據，分析并得出實驗結論。引導學生得出“呼吸作用”的概念，理解其實質及意義。鼓勵學生表達總結，對學生的總結給予評價和補充。激起疑惑，圍繞問題思考、討論。發散思維，猜想細胞內的能量釋放過程。學習假設、推理及驗證的科學方法。回憶學習“植物細胞呼吸作用”時驗證“萌發的種子消耗氧氣、釋放二氧化碳”的實驗。討論，說出驗證方案。觀察，體驗。感受數字化儀器及信息技術給科學探究活動帶來的便捷。利用數據驗證了猜想。思考、總結：人呼出氣體和空氣相比，氧氣含量減少、二氧化碳含量增多。總結說出呼吸作用的概念、實質及意義。概念：生物體細胞內有機物氧化分解并釋放能量的過程。實質：分解有機物，釋放能量。意義：呼吸作用為生命活動提供動力。科學探究離不開一系列的思維活動。對于教師來說，促進學生思維的發展比知識的傳授更重要。溫故而知新。細節決定成敗。嚴謹的思維是科學探究活動取得成功的條件。通過觀察、體檢調動學生興趣，激發其學習熱情。通過實時數據的變化檢測假設的正確性，體驗成功的快樂。促進學生思維的發展，培養語言表達能力。、對比歸納，知識升華指導學生對比“燃燒和呼吸作用”的區別與聯系。區別這兩種化學反應，按照表格提示，對比記憶。訓練學生歸納總結能力，促進表達交流。、隨堂檢測，鞏固提升一鍵同屏，展示本課達標檢測題。針對學生達標檢測題的完成情況，給予評價并及時強調補充易錯知識點，小結本課。學生自主完成習題，之后同學之間互評。圍繞有疑問題目與教師及同學間展開交流。通過隨堂檢測及時查缺補漏，鞏固新知。七、板書設計第10章 人體能量的供應第1節 食物中能量的釋放八、實驗教學反思本實驗課在自制微課、傳感器、智慧課堂一鍵同屏等新設備、新技術的支持下，在有限的時間內完成預設學習目標，解決了傳統實驗課因場地少、監管人力缺乏及課時緊張而無法正常開展的難題，有效避免傳統實驗中的安全隱患，且實驗現象明顯。在“檢驗人體呼出氣體成分的變化”實驗中，通過使用氧氣和二氧化碳傳感器實時顯示“呼出氣體中氧氣濃度下降，二氧化碳濃度上升”，將實驗結果量化，在得出定性結果的同時兼顧定量結論，為學生以后的深入學習（如化學學科：空氣的成分）及思維的發展打下基礎。本節實驗課的創新設計，有效調動了學生的興趣，為激勵學生認真學習新知識、新技術起到強有力的推動作用。附：數字化儀器顯示的人體呼出氣體成分變化圖圖（一）通過傳感器測得的空氣中氧氣、二氧化碳濃度示數圖（二）通過傳感器測出的呼出氣體中氧氣、二氧化碳濃度示數