北师大版七年级生物下册：探究食物中的能量释放

北师大版七年级生物下册：探究食物中的能量释放一、教学内容分析从《义务教育生物学课程标准（2022年版）》出发，本课隶属于“生物体的稳态与调节”主题下的“生物体的能量供应”核心概念。课程标准要求学生“阐明绿色植物的光合作用和呼吸作用”、“说明能量来自细胞中有机物的氧化分解”，这为本课锚定了明确的坐标。知识技能图谱上，本课是连通“消化与吸收”与“呼吸作用”两大生命活动的重要枢纽。学生需在理解食物蕴含化学能的基础上，建立“有机物分解”与“能量释放”之间的因果逻辑，为核心概念“呼吸作用”的学习奠基，认知要求需从“识记”能量概念上升至“理解”其释放原理。过程方法路径上，课标强调科学探究和理性思维。这要求我们将抽象的“能量释放”转化为可探究的问题，引导学生通过设计模拟实验、分析数据、进行推理，体验“提出问题作出假设设计方案得出结论”的科学探究一般过程。素养价值渗透方面，本课是培育“生命观念”中“物质与能量观”的绝佳载体。通过学习，学生将初步形成“生命活动需要能量驱动，能量来源于有机物的分解”这一基本观点，理解生命系统的稳态维系依赖于物质与能量的动态平衡，从而领悟生命的奇妙与统一性。这对于学生建立科学的自然观至关重要。基于“以学定教”原则，需进行立体化学情研判。已有基础与障碍：七年级学生已学习消化系统，知道食物被消化成小分子物质被吸收，但对“吸收后去了哪里、有何用途”认识模糊。他们对“能量”一词有丰富的生活经验（如食物有能量、运动消耗能量），但普遍存在前科学概念，如将“能量”视为一种具体物质，或误认为能量在“燃烧”中释放。其思维特点是从具象向抽象过渡，对“微观”、“化学变化”的理解存在困难。过程评估设计：课堂中将通过“概念初绘”（让学生画图表示能量释放）、针对性提问（如“你如何证明能量被释放了？”）、小组讨论中的倾听与观察、实验方案设计的评价等多维度动态把握学情。教学调适策略：对于抽象思维较弱的学生，提供直观的动画、模型和类比（如将细胞比作动力工厂）；对于思维活跃的学生，则在实验设计的开放度和理论分析的深度上提出更高要求，鼓励他们质疑与拓展。通过设计阶梯式任务和提供多样化的学习资源（文字、图示、视频、动手实验），满足不同认知风格和层次学生的需求。二、教学目标1.知识目标：学生能够准确阐述食物中储存着化学能，并说明能量释放的实质是细胞内有机物（以葡萄糖为例）的氧化分解。能辨识能量释放的主要场所是线粒体，并解释其需要氧气参与的条件，从而构建起“食物→有机物→细胞氧化分解→释放能量”的连贯知识链条。2.能力目标：学生能够尝试设计并评价验证能量释放的简单模拟实验（如探究种子呼吸释放热量），初步掌握控制变量和设置对照的实验思想。能够分析、解读相关实验数据或图表，并运用归纳与概括的思维方法，得出能量释放与呼吸作用相关的结论。3.情感态度与价值观目标：通过探究食物与能量的关系，学生能体会到生物学知识与健康生活的密切联系，初步形成合理膳食、为生命活动提供充足能量来源的健康意识。在小组合作设计实验方案的过程中，培养严谨求实的科学态度和协作精神。4.科学（学科）思维目标：重点发展学生的“物质与能量观”，引导其运用“结构与功能相适应”的观点分析线粒体。通过将宏观的生命活动（如运动）与微观的细胞代谢相联系，训练“宏观与微观相结合”的系统思维方式，并初步建立“能量是驱动生命活动的动力”这一核心观念。5.评价与元认知目标：引导学生利用实验设计评价量规，对自身或同伴的方案进行批判性审视，指出其优点与待改进之处。在课堂小结环节，鼓励学生反思本节课是如何通过探究活动一步步解开“能量释放”之谜的，梳理从感性经验上升到理性认识的学习路径。三、教学重点与难点教学重点：阐明食物中能量通过细胞内有机物的氧化分解而释放的原理。确立依据在于，该原理是贯穿“生物体的能量供应”这一大概念的核心骨架，它上承消化系统的营养物质吸收，下启呼吸系统的气体交换及呼吸作用的详细机制，是学生构建完整能量代谢认知图式的关键节点。从学业评价角度看，该原理是理解生命活动能量来源的基础，是后续学习及相关问题分析的逻辑起点。教学难点：理解能量释放是一个发生在细胞内部的、伴随有机物分解的抽象化学过程，而非肉眼可见的“燃烧”。预设依据主要源于学情：七年级学生的化学知识有限，对“氧化分解”这一微观、抽象的生化过程难以直观想象，容易与生活中“燃烧释放热和光”的剧烈氧化现象混淆。突破方向在于，采用多重感官通道和思维阶梯进行教学：一是利用直观实验（如种子呼吸发热）将抽象的能量转化为可感知的温度变化；二是运用类比与动画，将细胞微观世界可视化；三是通过层层设问，引导学生进行逻辑推理，从现象追溯本质。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（内含：运动后饥饿的图片/视频、细胞结构与线粒体动画、呼吸作用过程示意图、分层任务卡）；能量释放模拟实验器材包（保温瓶、温度计、萌发种子与煮熟种子、棉花）。1.2学习资料：分层设计的学习任务单（含基础概念填空、实验设计框架、拓展分析题）；课堂巩固练习卷；实验设计评价量规表。2.学生准备2.1预习任务：复习消化系统的吸收作用，思考“吸收的营养去了哪里”；查阅资料，列举三种高能量食物并说明理由。2.2物品准备：课本、笔记本。3.环境布置3.1座位安排：提前将课桌布置为46人小组合作模式，便于讨论与实验观察。3.2板书记划：黑板分区规划：左侧记录核心问题，中部用于呈现知识建构过程图，右侧留作学生观点展示与评价区。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题提出：1.1（播放一段学生午餐后参加校运动会短跑比赛的短视频）同学们，请看大屏幕。画面中的同学刚吃完午饭，现在正全力冲刺。大家有没有类似的体验？吃完饭一段时间后，感觉浑身有劲；但跑完步，又觉得饿了。老师想问问大家：“咱们吃下去的食物，和跑步时浑身是劲、甚至出汗发热这种感觉，中间到底藏着什么秘密呢？”（稍作停顿，让学生自由发表一两句看法）1.2大家说得都很有生活气息。其实，这背后隐藏着一个核心的科学问题：食物中蕴含的能量，是如何在我们身体里释放出来，供我们运动、思考、维持体温的呢？今天，我们就化身小小侦探，一起揭开这个谜底。2.路径明晰：我们的探究将分三步走：第一步，先明确“侦查对象”——食物中的能量以什么形式存在；第二步，寻找“案发现场”和“证据”——能量在身体哪里、通过什么过程释放；第三步，揭开“真相”——理解能量释放的化学本质。让我们带着这个问题，开始今天的探索之旅。第二、新授环节本环节采用支架式教学，通过系列探究任务，引导学生主动建构知识。任务一：定位能量——从食物到化学能教师活动：首先，引导学生回顾旧知：“我们吃米饭、吃肉，主要吸收了哪些营养物质？”（预计学生回答：淀粉变成葡萄糖，蛋白质变成氨基酸等）。接着，展示一组常见食物的能量值标签（如焦耳/千焦），提问：“这些数字‘千焦’代表什么？它看得见、摸得着吗？”引导学生认识到能量是衡量“做功能力”的物理量，储存在有机物化学键中。然后，进行类比：“就像电池储存电能，汽油储存化学能一样，食物中的淀粉、脂肪等有机物，就是生命体的‘高级燃料’，储存着化学能。”最后，提出驱动性问题：“那么，这个‘燃料’在身体的哪个‘工厂’、如何‘燃烧’释放能量呢？”学生活动：回忆并说出营养物质在消化后的最终产物。观察食物能量标签，理解“千焦”是能量单位。聆听教师类比，初步建立“有机物是储能物质”的观念。对驱动性问题进行初步思考并与同伴简单交流。即时评价标准：1.能否准确说出葡萄糖、氨基酸等关键吸收产物。2.能否理解能量标签的含义，并认同能量是物质的属性。3.是否对“能量如何释放”表现出探究兴趣。形成知识、思维、方法清单：★食物中的能量形式：食物中的能量以化学能的形式储存在糖类、脂肪、蛋白质等有机物中。这是能量释放的物质基础。▲联系生活：食品包装上的能量标签是这一知识的直接应用。方法提示：将抽象概念（化学能）与具体事物（食物、电池）类比，是理解科学概念的好方法。★核心问题生成：能量释放的场所和过程是什么？这为后续探究指明了方向。任务二：探寻踪迹——设计实验探秘能量释放教师活动：“能量释放可能会伴随什么现象？”引导学生从运动发热的生活经验，推测能量释放可能转化为热能。提供实验材料包（两个保温瓶、温度计、萌发种子、煮熟种子、棉花），提出挑战：“能否利用这些材料，设计一个实验，来验证生命体在‘工作’时（如种子萌发）会释放能量（以热量形式）？”教师搭建“脚手架”：通过提问引导设计关键点——“实验对象选什么？（萌发种子vs煮熟种子）”“为什么需要两组？”“如何保证公平比较？（变量控制）”“热量变化如何测量？”巡视指导各组，鼓励多方案。最后，展示一个规范设计方案，并引导学生共同总结实验原理：通过对比活种子与死种子（对照）的温度变化，证明生命活动释放热量。学生活动：小组合作讨论，尝试设计实验方案。在教师引导下，明确对照原则和控制变量（如种子数量、保温瓶型号、初始温度等）。可能提出将温度计插入种子中间等具体操作。分享本组的设计思路，倾听并评价他组方案。即时评价标准：1.实验设计中是否体现了对照思想。2.是否考虑到控制单一变量（如种子状态不同，其他条件相同）。3.小组讨论时能否清晰表达观点并倾听他人意见。形成知识、思维、方法清单：★能量释放的证据：生命活动过程（如种子萌发）伴随着能量的释放，常表现为热量的散失。这是将抽象能量转化为可观测现象的关键桥梁。★科学探究方法：通过设置对照实验（活种子与死种子对比）来探究问题，是生物学研究的重要方法。易错点：对照组（煮熟种子）的设置是为了排除种子本身物质可能放热等其他干扰因素，使结论更有说服力。思维提升：从现象（发热）推测本质（能量释放），体现了科学推理的过程。任务三：揭示本质——从宏观现象到微观过程教师活动：承接实验，提问：“种子萌发放热，能量是从哪里、怎么放出来的？是在种子表面‘烧’吗？”引导学生思考发生场所应在生物体内部。播放细胞结构动画，聚焦线粒体，比喻其为“细胞内的动力车间”或“能量转换器”。讲解：“吸收来的葡萄糖等有机物，被运送到各个细胞的线粒体里。在这里，它们与氧气结合，发生一种缓慢、高效的‘燃烧’——氧化分解。”板书简化表达式：有机物+氧气→二氧化碳+水+能量。强调：“这个过程不像木头燃烧那样火光冲天，而是在温和条件下，由酶催化进行，能量是逐步释放出来供细胞利用的。”提问：“如果氧气不足会怎样？”引出部分生物的无氧呼吸，点到为止。学生活动：观看动画，认识线粒体的形态结构，理解其作为能量转换站的功能。聆听讲解，记录呼吸作用的物质变化与能量变化核心表达式。思考氧气的作用，理解有氧呼吸是能量释放的主要方式。即时评价标准：1.能否指认线粒体并说出其功能。2.能否复述呼吸作用中物质与能量的变化关系。3.是否理解氧气在能量高效释放中的关键作用。形成知识、思维、方法清单：★能量释放的场所：细胞内的线粒体是进行呼吸作用、释放能量的主要场所。★能量释放的本质：有机物（如葡萄糖）在细胞内经过氧化分解，生成二氧化碳和水，同时将储存的化学能释放出来，供生命活动利用。其核心表达式必须掌握。▲结构与功能观：线粒体具有复杂的膜结构，这与其高效进行能量转换的功能相适应。核心观念：建立起“宏观生命活动（运动、发热）←→微观细胞代谢（线粒体内氧化分解）”的关联，是形成“物质与能量观”的重要一步。任务四：构建模型——梳理能量释放的全景图教师活动：引导学生一起回顾并整合整个探究历程。“来，同学们，我们一起把今天发现的‘能量释放之旅’地图画完整。”教师利用板书或课件，以流程图形式引导学生共同总结：食物（储能有机物）→消化吸收→营养物质进入细胞→运输至线粒体+氧气→氧化分解（呼吸作用）→释放能量+产生废物（CO₂、H₂O）。提问：“现在，谁能用这幅图，完整解释我们导入时的问题——吃完饭跑步有力气，跑完又饿了的全过程？”请不同层次的学生尝试描述。学生活动：跟随教师引导，口头或笔记补充完整能量释放的连贯过程。运用构建的模型，尝试解释导入情境，将所学知识应用于具体生活实例的分析中。即时评价标准：1.能否连贯、逻辑清晰地描述能量从食物到释放的全过程。2.解释生活实例时，是否能准确运用“有机物”、“线粒体”、“氧化分解”等术语。形成知识、思维、方法清单：★能量释放的完整链条：这是本节课知识的结构化总结，务必形成清晰脉络。思维整合：将零散知识点串联成线、编织成网，是深度学习的关键。应用迁移：用所学模型解释复杂生活现象，是检验理解程度的试金石。▲健康启示：理解此过程，能更科学地认识到均衡膳食（提供原料）和适量运动（消耗能量）对维持生命活力的意义。第三、当堂巩固训练为促进知识内化与迁移，设计分层巩固练习：1.基础层（全体必做）：(1)填空题：食物中的能量以____能形式储存在____中。细胞中释放能量的主要场所是____。(2)判断题：人体释放能量的过程就像食物在体内燃烧一样。（）2.综合层（多数学生挑战）：分析资料：测定甲、乙两瓶（甲瓶内为萌发种子，乙瓶内为煮熟的种子）的温度变化曲线图。问：哪条曲线是甲瓶的？为什么？此实验说明了什么？3.挑战层（学有余力选做）：思考与讨论：宇航员在空间站工作，食物供给充足。从能量释放的角度看，为什么空间站仍需携带氧气罐？这说明了能量释放的哪个必要条件？反馈机制：基础题通过集体口答快速核对；综合题请学生上台指图分析，教师追问“曲线变化的可能原因？”；挑战题组织小组短暂讨论后分享观点，教师点评并升华。展示优秀作答案例，并对典型错误进行针对性讲评，强调审题和表述的准确性。第四、课堂小结引导学生进行结构化总结与元认知反思。“这节课的探索之旅即将到站，请大家拿出任务单，用2分钟时间，尝试画一个简单的‘能量金字塔’或概念图，梳理今天收获的核心知识。”随后邀请12位学生分享他们的知识结构图。教师在此基础上，提炼本节课所运用的科学方法：从生活现象提出问题→设计实验寻找证据→分析推理揭示本质→构建模型形成观念。作业布置：公布分层作业（详见第六部分），并预告下节课我们将深入探讨“呼吸作用”的详细化学反应式以及它与“光合作用”的联系，请大家思考：“植物需要呼吸作用吗？它的能量又从哪里来？”作为衔接。六、作业设计1.基础性作业（必做）：完成课本本节后的基础练习题；绘制一幅能够说明“食物中的能量如何释放供人体使用”的漫画或流程图，要求包含至少四个关键环节（如进食、消化吸收、细胞、线粒体、能量释放）。2.拓展性作业（建议完成）：查阅资料，比较同样质量的糖类、脂肪和蛋白质在氧化分解时释放能量的多少，并尝试从分子结构的角度简单解释原因。撰写一份约200字的“科学膳食小建议”，说明如何搭配食物以获取充足而持久的能量。3.探究性/创造性作业（选做）：设计一个家庭小实验，探究不同食物（如花生、大米等）作为“燃料”时，其蕴含的化学能是否可以通过某种方式粗略比较？（提示：可思考如何安全地让食物燃烧并加热定量的水，测量水温变化）。提交一份包含实验目的、材料、简要步骤和预期结果的方案。七、本节知识清单及拓展1.★能量的储存形式：食物中的能量以化学能的形式储存于糖类、脂肪、蛋白质等有机物分子中。理解这一点是学习能量代谢的起点。2.★能量释放的实质：在细胞内（主要在线粒体中），有机物在氧气的参与下被氧化分解，生成二氧化碳和水，同时将储存的化学能释放出来，这个过程称为呼吸作用（有氧呼吸）。这是本节课最核心的原理。3.★主要场所——线粒体：线粒体是细胞进行呼吸作用的主要场所，被称为细胞的“动力车间”。其内部有丰富的酶和膜结构，利于高效的能量转换。4.★证据与探究：生命活动伴随能量释放，常表现为热量散失（如种子萌发放热）。可通过设置对照实验（如活种子vs煮熟种子）来验证。5.呼吸作用表达式：有机物（储存着能量）+氧气→二氧化碳+水+能量。这是对能量释放过程物质与能量变化最简洁的科学描述，需熟记。6.必要条件——氧气：充足的氧气保证有机物被彻底氧化分解，从而释放大量能量。缺氧条件下能量释放不充分。7.宏观与微观的联系：我们感受到的体温维持、运动力量等，都源于数以亿计细胞中线粒体持续工作的结果。建立这种联系是形成生命观念的关键。8.对照实验思想：在探究能量释放实验中，设置“煮熟的种子”作为对照组，是科学实验中控制变量、增强结论可信度的关键方法。9.▲能量值：不同有机物储能不同，脂肪是高效的储能物质。这与健康饮食中控制脂肪摄入的建议相关。10.▲应用：健康与运动：理解能量释放，能科学指导膳食搭配（保证“燃料”充足）和合理安排运动（消耗多余能量，促进新陈代谢）。11.易错点辨析：能量释放是细胞内温和的氧化过程，不同于剧烈的、有火焰的燃烧。两者本质相同（氧化），但形式和条件不同。12.前概念纠正：能量不是一种具体的物质流，而是物质（有机物）在发生化学变化（氧化分解）时表现出来的一种属性。八、教学反思（一）目标达成度评估：从假设的课堂实况看，“物质与能量观”的素养目标通过“现象证据本质模型”的递进探究得以渗透，多数学生能初步用该观点解释简单生命现象。知识目标上，学生对能量释放的场所和条件掌握较好，但对“氧化分解”这一化学本质的理解深度可能存在分层，需在后续课程中结合化学方程式深化。能力目标方面，学生体验了实验设计过程，但在变量控制的严谨性和方案表述的完整性上，仍需长期训练。（二）环节有效性分析：导入环节的生活情境能有效激发兴趣，制造认知冲突。“任务二”的实验设计是难点也是亮点，它为抽象概念提供了具象支撑，但实施