从测定某种食物中的能量看实验教学的有效性.doc

从“测定某种食物中的能量”看实验教学的有效性广东省广州开发区中学 叶治平实验课是生物教学的主阵地，如何提高生物实验教学的有效性是一线教师们非常关注的问题。继续团队研究实验教学以来，一直在积极寻找实验教学的有效措施，提出了“有效生物实验教学的四个关键”，分别是“明确实验教学的目标定位”、“把握实验教学的基本类型”、“运筹实验教学的实施策略”、“应用实验教学的评价方法”。运用这四个关键，我对“测定某种食物中的能量”一课进行了三次实践，每一次实践都有新的想法和较大的改变，努力实现实验教学的有效性。1 第一次实施1.1教材分析及处理本节是人教版新课程标准实验教科书生物学七年级下册课本。教学内容是第四单元第二章节第一节“食物中的营养物质”中第一部分的内容，在“测定食物中的能量”的探究活动中，注重培养学生收集和处理数据的技能，注重引导学生对探究过程的反思，鼓励学生在完成探究活动后，主动发现和分析实验误差产生的原因，提高科学素养和学习能力。教材的提出问题里提到想知道花生和核桃仁哪一种食物含有的能量多，花生的能量值是1247 kJ100g，核桃的能量值是1368 kJ100g，由于学校的实验设备有限造成该实验的误差较大，学生稍不小心可能做出相反的实验结果，误导了学生。因此在本节课中，我将教学目标定位为运用科学探究方法测定某种食物（花生）中的能量，本节课的重点和难点是探究活动的组织及如何减少实验的误差。与核桃所含能量的比较则交给学生课后进一步探究。在本次探究中我认为要讲清楚以下三点，分别是理解能量以热能的形式释放、计算公式的推导和产生实验误差的原因分析。1.2设计思路及策略我主要围绕如何突破难点来对该课进行设计。难点一，能量有多种存在形式，这已在七年级上册“细胞的生活需要物质和能量”中提到过了，教师只要讲清楚“燃烧可释放热能”即可，这个学生很容易能理解。难点二，计算公式的推导。学生能明白为什么要用温度计测量两次水温，但不能联想到水温的上升和能量计算的关系，这需要老师给予重要的提示，即1毫升水每升高1，需要吸收4.2焦的能量，焦是能量的单位。各实验小组需要计算出平均每克花生所含的能量，单位为k/g。难点三，将计算值与课本提供的参考值做比较，分析误差产生的原因。在比较前还需要引导学生将计算结果转变为kj/100g表示。本实验是定量实验，需要比较精确的数据，如需要使用天平称出花生的质量，需要正确用量筒定量取水，而且本次探究需要使用的实验仪器较多，如酒精灯、铁架台、温度计等等，讲解这些仪器的使用都需要耗费部分时间。为了节约课堂时间，提高效率，我在课前已称好每颗花生的质量，课前就布置学生制作好燃烧装置。由于锥形瓶不能直接加热，在实验过程中易被烧炸，发生意外，所以我改用大试管，装入20ml的水，用带有温度计的橡皮塞塞住封口，减少热量的散失，这样水温变化非常明显，易于观察。由于时间有限，各组只做一次实验，这容易导致误差，需要重复进行实验，并取平均值。于是我设计了实验记录表格，便于数据的整理、分析,并要求全班8个组的测算数据呈现在黑板上,再求平均值，使实验更科学，结果更准确。1.3教学过程教学环节教师行为学生行为教学效果教学时间1 设置问题串，情景导入提问1，如果你今天早上没有吃早饭，现在感觉会怎样呢？2，如果还去进行800 米或1000米的体育测验，你还跑得动吗？3，为什么跑不动了呢？4，我们平时都是从哪里获取能量的呢？食物中真的有能量吗？我们这节课来一探究竟。回答：饿。回答：跑不动。回答：缺少能量回答：食物由真实的情境和问题串引出本节课的主题，激起学习兴趣。2分钟2 展示教学目标，回忆探究利用PPT展示教学目标，引导学生回忆探究的一般过程回答提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论和表达交流。2分钟3 讲解原理，弄清步骤1，讲解原理：讲解能量有多种存在形式，可通过测量食物燃烧释放出来的热能，来测定某种食物中能量的多少，故应选用容易燃烧的食物。利用花生种子燃烧释放的热能加热水，1毫升水每升高1，需要吸收4.2焦（j）的热能。2， 讲解探究步骤，按照“安装测量燃烧测量计算”五步进行，用t1 、t2代表两次温度；提醒酒精灯、温度计的使用方法；请学生推导能量计算公式。认真听讲解思考水温为什么会上升，推导计算能量的公式。学生不明白提示中4.2的作用，不能理解为什么要计算出平均每g花生释放的能量，因此推导公式不太顺利，几乎是由老师一手包办了。15分钟。4、学生动手，实施探究全班巡视，及时发现问题，重点帮助操作有困难的小组，并在黑板上呈现数据统计表。量取20ml水，测量原水温，安装实验装置，点燃花生，加热大试管中的水，燃烧尽后再次测量水温，计算结果。学生要动手完成的内容太多，且没有充分预习，操作并不熟练，错漏百出，浪费了很多时间，教师也忙得团团转。12分钟5、展示结果，比较差异提示实验结束，各组计算并展示结果。在黑板展示本组燃烧的花生的重量、释放的总能量及平均每克花生释放的能量学生仍不明白计算公式，且没有准备计算器，计算较慢5分钟6、发散思维，思考原因将各组计算的平均每克花生释放的能量用Excel表格呈现，体现各组测量值的差异，并与课本提供的参考值1247kj/100g比较，引导学生思考造成误差的原因进行单位换算，将已有的结果转换为kj/100g表示，并思考引起误差的原因。单位换算又花去了较多时间，虽然学生发现了测量值与参考值存在较大的差距，但来不及思考原因，就下课了，只好留到下一课时再分析了。5分钟（讲完此处已下课）7、归纳小结，拓展提升引导学生回应假设食物中确实含有能量。利用目标检测的题目，反馈教学效果。由于已经下课，该环节没有进行。1.4反思与改进在本次实施中，我发现最基本的实验原理和步骤的讲解已花费了15分钟，而且学生听得并不认真，都按捺不住对实验的热情。当我宣布可以做实验了，学生们立即忙碌起来，从安装实验装置、量取20ml的水到铁架台的调整、水温的测量，整整又用去10分钟，当时的场面可用一片混乱来形容。学生点燃花生，更是手忙脚乱，甚至有个别小组弄错了原理，将酒精灯直接放在大试管下加热，导致测量的错误，这也体现了学生没有充分预习，听老师讲解不专心。由此我认为在下一次探究实施前，应该强调学生做好预习。在看似热闹课堂里其实教学效率很低，特别是没有时间引导学生分析误差产生的原因，整节课就像少了一个尾巴，变得不完整了。而我始终认为本次探究的表达与交流非常重要，尤其是分析误差产生的原因。这个环节是学生们在发现测量数据与参考值有较大差别后积极思考的体现。如果缺少了这一环节，不仅错失了师生交流的好机会，也错失了利用探究活动培养学生科学素养的机会，更达不到新课程标准的要求。堂上如果能留5、6分钟让学生充分发表自已的意见，那会更精彩，也更有深度。课后我留给大家的讨论题是：怎样做到尽量减少花生种子燃烧过程中能量的丢失？这个探究实验只做一次，结果可靠吗？应该怎样做？该怎样提高效率，留给学生充足的时间进行讨论呢？经过仔细的思考，我做出以下改动：重新定位本次探究的目标，重点放在分析实验误差产生的原因及改进方法上；简化部分实验操作，让学生直奔燃烧花生这个主题，以保证学生有展开讨论的时间，产生思维碰撞的火花。取消用Excel表格呈现数据，因为学生已将数据写在黑板上，一看就能发现各组测量值之间的差异，无须再用Excel表格了，以免浪费时间。2 第二次实施2.1教材分析及处理在第二次实施时，我将教学目标详细分解，目的是让学生明确在本次探究中我们要做什么，达到什么目标。教学目标分解如下：知识目标：了解食物中有能量。技能目标：掌握测定食物中能量的方法；掌握酒精灯、温度计的使用方法；分析产生实验误差的原因及改进方法；情感目标：培养学生爱护实验仪器的习惯；培养实事求是的科学态度2.2设计思路及策略为了达成教学目标，突破本次探究的难点讨论误差产生的原因，我在课前强调要做好实验预习，并将部分实验步骤简化，在课前我已准备好各组所需的部分用具，如将大试管装好20ml的水，将带有温度计的胶塞塞在试管口上，并将大试管安装在铁架台上，这样学生只要读取了水温值，调整好大试管的高度位置就可以直接开始燃烧花生了。为了让学生更容易理解实验原理和推导出能量计算公式，我在PPT中呈现“温馨提示”，尤其强调1毫升水每升高1，需要吸收4.2焦（j）的热能，让学生边看边听。推导计算公式时我分两步进行，先引导学生列出计算某颗花生释放的总能量的数学运算式，然后再问学生“各组燃烧的花生质量都不一样，能否直接比较所含能量的多少呢？”由此学生不难想到，需要求出平均每克花生所含的能量才能进行比较。 2.3教学过程教学环节教师行为学生行为教学效果教学时间1 、2步骤与第一次实施基本相同4分钟3 讲解原理，弄清步骤1，利用PPT讲清实验原理，有机物储存有大量的能量，能供人体生命活动的需要。我们知道食物燃烧时，有机物内储存的能量会以热量的形式释放出来，这些释放的能量能被水吸收，水在加热时吸收这些热量后水温会升高，通过测量水升高的温度，就可以推算出被燃烧的食物中含有多少的能量。水的吸热特点，在常态下，1毫升水每升高1，需要吸收4.2焦（j）的热能。2，讲解探究步骤，强调温度计和酒精灯的使用方法，引导学生推导能量计算公式。3，利用PPT呈现展示结果的表格，提示注意计算值的单位。（见附件1）认真听讲解推导计算能量的公式。明确各组的探究任务学生更容易理解,也很顺利地推导出两个公式。呈现表格，进一步明确了学习任务，让学生做好准备，提高了效率，也为第四环节与参考值的比较做好铺垫。10分钟。4、学生动手，实施探究全班巡视，提醒注意酒精灯的使用安全，重点帮助操作有困难的小组，并在黑板上呈现数据统计表。调整实验装置，燃烧花生，迅速放至大试管底部，待花生完全燃尽后再次测量水温，计算结果。学生有序的进行实验，部分小组有注意分工，动作比较迅速10分钟5、展示结果，比较差异提示实验结束，各组计算并展示结果。给最快展示的三个小组额外加分，提醒学生观察其他组的测量值。与第一次实施基本相同，动作变得迅速了形成竞争机制，提高效率，但发现展示数据时，有部分学生不够专心，没有留意其他小组的测量值。5分钟6、发散思维，思考原因与课本提供的参考值1247kj/100g比较，提醒各组注意已有结果的单位，进行换算后，引导学生思考造成误差的原因与第一次实施基本相同很快进行了单位换算，并能思考误差产生的原因，但只能说出3、4 点。10分钟7、归纳小结，拓展提升引导学生回应假设食物中确实含有能量。利用目标检测的题目，反馈教学效果。完成练习学生能理解设置重复组、求平均值的意图，反馈练习的效果很不错5分钟2.4反思与改进 在第二次实施中，我强调了学生要做好实验预习，堂上的讲解更简洁了，但学生理解得更清晰、实验操作也更迅速，课堂效率大大提高。这也与课前量好20ml的水、安装好铁架台这些步骤有关。课堂上学生针对实验误差展开了的讨论。我发现学生的思维发散不够，没有积极去反思自己的操作，因而回答不全面，只能说出以下3个原因：花生没有燃尽、动作不够迅速、易拉罐的开口过大。出现这种现象也可能与讨论思考的时间不足有关，因为后面的小结和反馈所剩的时间也不多了。在本次实施中，我还发现有各别小组将温度计提起来，离开水面才读取温度，这种操作是不正确的，可见部分学生对细节问题关注不够。有学生在私下讨论：花生燃烧被烧掉的是什么物质，燃烧后剩下来物质可能是什么？这个问题正好与上学期所学的细胞中的物质联系起来，启发了我在第三次实施中的提问。 该如何进一步提高教学效率呢？我有了以下想法：强调学生注意组内成员的分工与合作。本次探究中使用的仪器多、操作步骤要求精细，每一个看似很简单的动作，其实都很关键，如果能落实到人，进行探究时应会更有效率；在探究开始前，将讨论的问题和反馈练习提前布置到各组，进一步明确任务。这样学生带着任务进行探究，会更关注误差产生的原因，而且在组员计算和展示数据时，其他的组员也有自己的任务，不会无所事了。3 第三次实施3.1教材分析及处理（略） 3.2设计思路及策略 到底这堂课的时间如何支配呢？因为对于我来说，每一个环节都是那么重要，都是对学生不同能力的培养。经过与同行的探讨，我在第三次实施时作了以下改动。在探究开始前，先用PPT呈现以下任务：G1、 G2、G3、G4组负责分析产生误差的原因（装置？操作方法？花生燃烧？温度计的使用？）；G5组负责讨论和交流的第（3）问；G6、G7组展示目标检测；G8组负责小结，谈谈本节课自己的收获。此外我还提醒学生在探究中的主要任务有：读取水温、记录数据、燃烧花生、管理酒精灯、计算结果等，让各组组长给组员合理的安排任务，努力做到人人有事做，事事有人做，提高课堂效率。 3.3教学过程教学环节教师行为学生行为教学效果教学时间1 、2步骤与第一次实施基本相同4分钟3 讲解原理，弄清步骤利用PPT呈现各小组任务，提醒学生将温度计用试管夹夹好，使温度计的水银球正好处于试管内水的中央，不要碰到试管的底部或内侧，读取温度时，不能提起温度计，保持水银球仍在水中央。其余与第二次实施相同小组长做好组内任务的分工，进一步明确各人的探究任务。其余与第二次实施相同。明确分工后，学生的准备工作更充分了。10分钟。4、学生动手，实施探究与第二次实施相同动作变得迅速了学生进行得有条不紊，动作更迅速，组员配合默契。10分钟5、展示结果，比较差异请测量值最大的小组介绍本组的成功经验，其余与第二次实施相同，动作变得迅速了，专心致志听他人介绍经验。更关注本组与其他组数据的比较，能主动思考原因。5分钟6、发散思维，思考原因呈现以下具体因素，引导学生发散思维，展开讨论：装置、操作方法、花生燃烧、温度计的使用。 请思考：花生燃烧被烧掉的是什么物质，燃烧后剩下来物质可能是什么？其余与第二次实施相同积极讨论，踊跃发表自己的看法教师给出了四个方向让学生思考，充分体现了主导地位，学生非常积极地参与小组讨论，提出了很多不同的见解，有效落实了本课的难点知识，也体现了与旧知识的联系。10分钟7、归纳小结，拓展提升请第八小组作代表，分享自己在本课的收获，并回应假设食物中确实含有能量。利用目标检测的题目，反馈教学效果。分享收获与体会，完成反馈练习。将主动权又交给了学生，充分体现学生的主体地位。5分钟3.4反思在第三次实施的课前，我要求学生以小组为单位进行实验准备，包括小组探究的问题、小组成员的分工负责、记录处理数据、发言、实验所需的材料等等。当我宣布可以做实验了，学生们立即忙碌起来。我在各小组间穿梭观察，发现课前准备充分的小组实验开展得比较顺利。小组间成员的分工合作是愉快的，他们有序地进行所有操作步骤，兴致勃勃。有的学生测量水的温度，有的在认真地记录着实验所需的数值，有的查阅课本。我与学生一起参与探讨各种疑问并适时提出恰当的建议，从而使看似杂乱的课堂，显得充实而具有活力。在误差原因分析时，学生们提到了没有用花生火焰的外焰加热试管，易拉罐上下开口大小的影响，没有读取最高温度等等，还有的学生直接提出了对实验装置的改进意见等。这种课堂氛围正充分体现着教师主导着学生主动获取知识、发展科学素养，不正是我们新课程标准的教学理念的最好体现吗？ 第三次实施是有序、高效的实验课堂，课堂里不仅关注了小组合作，关注了实验误差分析，学生挖掘出了许多有探究价值的问题，还让我和学生们真正体会到了探究性学习的魅力：它点燃了学生智慧的火花，使学生在无限的空间中不断地发展自我。同时，也使我深刻地认识到：师学之导也，每一节课对教师都是一个新的挑战，教师要做好活动的引航灯，必须有备而战，在课前做好充分的备课。 一节探究实验课，经历了三次实践与反思。在实践中，不断地思考让我获益匪浅。纵观全过程，我认为一节有效的实验课就是要做到以下几点：要达成该节课的教学目标。如何制定适合学生的教学目标非常重要，目标定位准确，教学策略才能运用有效，充分体现设计者的用意。如果教学目标定位过高，即使实施再有效的教学策略都难以完成教学任务；目标定位过低，学生会认为缺乏挑战性，失去学习的积极性。教师要把握全局，对实验教学中的各类实验的教学目标进行宏观调控，有的放矢，努力做到一个实验就能培养学生某一方面的科学素养。把握实验的基本类型，体现该课型的特点。本课属于验证性的探究实验，在教师讲解实验的过程中，既要留有悬念，激起学生“一探究竟”的欲望，又要兼顾体现实验的真实结果，尽量减小与真实结果的差距，否则容易误导学生。精心设计实施策略。实施策略一定是围绕着教学目标而服务的，教师的精心准备必不可少。教师要全面分析教材与学生的学习情况，假设出种种可能发生的现象，不断调整每一个教学环节，反复实践，才能高效的达成既定目标，努力体现教学环节的相互呼应，所学知识的前后关联，训练学生的逻辑推理能力，培养学生的科学素养等。附件1：测定某种食物中的能量课型：新授课 上课时间：2012.03 执笔人：叶治平 审核人：邱绍德【学习目标】知识目标：了解食物中有能量技能目标：掌握测定食物中能量的方法；掌握酒精灯、温度计的使用方法；分析产生实验误差的原因及改进方法情感目标：培养学生爱护实验仪器的习惯；培养实事求是的科学态度【学习重点难点】分析产生实验误差的原因及改进方法【讲授新课】探究活动：测定某种食物中的能量 你还能