丁元元 李樂峰

（1 安徽省淮北市西園中學(xué) 安徽淮北 235000 2 安徽省淮北市教育局教研室 安徽淮北 235000）

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。在“食物中能量的釋放”一節(jié)實驗教學(xué)中，使用傳統(tǒng)實驗手段，很難達成教學(xué)目標(biāo)。采用傳感器等技術(shù)輔助教學(xué)，能有效激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)事實的熱情，助推學(xué)生形成“科學(xué)催生技術(shù)，技術(shù)服務(wù)于生活”的理念，促進實驗教學(xué)目標(biāo)的達成。

1 教材及學(xué)情分析

本節(jié)課是北師大版生物學(xué)7年級上冊第10章第1 節(jié)的內(nèi)容，屬于課程標(biāo)準(zhǔn)中一級主題“生物圈中的人”及二級主題“人體生命活動的能量供給”。課程標(biāo)準(zhǔn)要求教師要引導(dǎo)學(xué)生形成以下重要概念：①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；②細胞通過呼吸作用將糖類等有機物氧化分解釋放能量［1］。對于重要概念的理解需要事實性知識支持，實驗“探究不同食物貯存能量的差異”可讓學(xué)生直觀地觀察到食物中儲存著能量；“檢驗人體呼出氣體成分的變化”能讓學(xué)生認識到“人體細胞利用氧氣分解有機物，產(chǎn)生二氧化碳和水，同時釋放能量，通過呼吸作用供給人體生命活動的需求”。這些事實性知識是幫助學(xué)生形成重要概念的關(guān)鍵。但是，傳統(tǒng)實驗對學(xué)生化學(xué)知識基礎(chǔ)及“安全操作燃燒實驗技能”要求較高，對7年級學(xué)生有一定難度。

2 設(shè)計思路

通過生活實例——劈柴燒水，引導(dǎo)學(xué)生理解“測定食物能量”實驗的基本原理和方法。針對分組實驗安全隱患問題，教師課前與興趣小組學(xué)生合作錄制微課，課堂上播放操作過程，呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析、計算，并討論造成實驗數(shù)據(jù)誤差的原因。在幫助學(xué)生認識到“有機物中貯存能量”這一事實的同時，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹認真的科學(xué)態(tài)度。關(guān)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(xué)，需要演示實驗“檢驗人體呼出氣體成分的變化”做鋪墊。筆者采用POE 教學(xué)策略，通過預(yù)測實驗（P）、觀察現(xiàn)象（O）、分析解釋（E）活動促使學(xué)生在從現(xiàn)象到本質(zhì)、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。引導(dǎo)學(xué)生回憶7年級上冊學(xué)習(xí)的“植物呼吸作用”的反應(yīng)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(chǎn)生二氧化碳和水，同時釋放能量”。利用數(shù)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(xué)生的假設(shè)。然后組織學(xué)生分析證據(jù)，促使其從現(xiàn)象到本質(zhì)認識“呼吸作用”，理解“呼吸作用”這一重要概念。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）知識目標(biāo)：知道測定食物能量的基本方法，說出燃燒與呼吸作用本質(zhì)的共性與區(qū)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(zhì)和意義；了解檢測氧氣和二氧化碳的方法。

2）能力目標(biāo)：通過討論設(shè)計測量食物熱價的簡易方法，培養(yǎng)發(fā)散思維與表達交流能力；通過讀取傳感器數(shù)據(jù)，了解人體吸入與呼出氣體中氧氣與二氧化碳含量的變化，進而理解“呼吸作用”概念。

3）情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：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(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度；形成“科學(xué)催生技術(shù)，技術(shù)服務(wù)于生活”的理念，立志學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)。

4 教學(xué)重、難點

1）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(zhì)和意義。

2）難點：如何引導(dǎo)學(xué)生將體外燃燒和細胞的呼吸作用這2 個過程相聯(lián)系。

5 教學(xué)過程

5.1 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課 播放廣告《餓的時候，你是誰？》并利用問題激發(fā)學(xué)生探究的熱情。教師提問：廣告內(nèi)容是否可信？吃了×××以后就能恢復(fù)體力，做回自己？食物中是否有能量？從廣告入手，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其探究的熱情，引出本課重要內(nèi)容。

5.2 層層設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生探究“不同食物貯存能量的差異” 教師在屏幕中展示游泳運動員補充能量和本班學(xué)生在校外進食的圖片。設(shè)疑：食物中的能量是如何釋放的? 不同食物中所含的能量是否相同?如何測定食物中貯存能量的多少?

引導(dǎo)學(xué)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。播放自制的視頻《測量不同食物貯存的能量》，指導(dǎo)學(xué)生利用測量數(shù)據(jù)計算食物熱價。學(xué)生認真觀看，明確實驗操作步驟，并計算不同營養(yǎng)物質(zhì)的熱價。理解實驗原理、測量方法和計算公式。

圖1 食物熱價計算公式

“探究食物貯存能量差異”實驗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）。教師播放課前錄制的視頻，在直觀展示探究活動的方法、過程及結(jié)果的同時，有效解決了“探究與安全”的矛盾，且節(jié)約了課內(nèi)時間。

引導(dǎo)學(xué)生認識到燃燒的本質(zhì)是劇烈的氧化反應(yīng)，而生物體內(nèi)有機物釋放能量是通過呼吸作用實現(xiàn)的。引導(dǎo)學(xué)生回顧“植物細胞的呼吸作用”，猜想有機物在人體細胞內(nèi)釋放能量的過程。

設(shè)疑：如果人體細胞內(nèi)有機物釋放能量的過程如大家猜測的那樣，人體呼出的氣體中氧氣的含量應(yīng)該減少，而二氧化碳的含量會增加。事實是否如此？如何證明？

演示創(chuàng)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(shù)（圖2）。再請一位學(xué)生向容器內(nèi)吹氣，儀器實時顯示2 種氣體濃度的變化（圖3）。

圖2 空氣中二氧化碳、氧氣濃度示數(shù)

圖3 人體呼出氣體中二氧化碳、氧氣濃度示數(shù)

通過顯示器學(xué)生觀察到隨著人體不斷呼氣，容器內(nèi)氧氣濃度示數(shù)下降，二氧化碳濃度示數(shù)上升。思考、總結(jié)：人呼出的氣體和空氣相比，氧氣含量減少、二氧化碳含量增多。從而驗證猜想，構(gòu)建“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,總結(jié)得出呼吸作用的概念、實質(zhì)及意義。

運用POE 策略（猜想預(yù)測—觀察現(xiàn)象—分析解釋）激發(fā)學(xué)生探究的熱情，訓(xùn)練其思維能力。利用直觀數(shù)據(jù)驗證學(xué)生猜想，體驗成功的快樂。同時感受數(shù)字化儀器及信息技術(shù)給科學(xué)探究活動帶來的便捷，激發(fā)其積極學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)的熱情。

5.3 板書設(shè)計

圖4 本節(jié)課知識綱要

6 實驗教學(xué)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(shè)備、新技術(shù)的支持下，在有限的時間內(nèi)完成預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)目標(biāo)，解決了傳統(tǒng)實驗課因場地少、監(jiān)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(tǒng)實驗中的安全隱患，且實驗現(xiàn)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(jié)果量化，在得出定性結(jié)果的同時兼顧定量結(jié)論，為學(xué)生后續(xù)的深入學(xué)習(xí)（例如，化學(xué)學(xué)科有關(guān)空氣的成分）及思維的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

本節(jié)實驗課的創(chuàng)新設(shè)計，有效調(diào)動了學(xué)生的興趣，為激勵學(xué)生認真學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)起到強有力的推動作用。