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基于寻找证据的创新实验教学案例食物中能量的能量的释放一、教学思路（一）指导思想生物学是一门自然科学。“通过实验的途径观察现象、分析数据、验证假设、得出结论”是自然科学的本质特征。因此，实验教学理应成为该学科教学活动的点睛之笔。而现实中，某些传统实验教学因“课时短缺、实验有安全隐患”等问题很难正常开展。“如何在有限的课堂时间里直观呈现出实验现象，引导学生由现象到本质的理解生物学规律”是生物教师不断思索的问题。而合理使用各种新技术辅助实验教学，不失为解决这一难题的好方法。同时又促使学生形成“科学催生技术，技术服务于生活”的理念，激励其积极学习新知识、新技术。（二）理论依据国家中长期教育改革和发展纲要（2010-2020）指出，“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”。教育信息化十年发展规划（2011-2020），提出了信息技术与教育教学深度融合这一新理念。“在生物学教学中，如何将信息技术与实验教学有机融合并创新，建设智慧课堂，实现高效课堂”是作为一名信息化时代教师所面临的重要研究课题。“工欲善其事，必先利其器”，现代信息技术就是我们克服传统实验教学缺陷，全面合理开展实验教学的一把利器。（三）本课教学特色1、导入新颖。利用创意广告及身边同学的实例引出课题，有效的调动了学生的兴趣，为新课的学习开了个好头。2、实验设计独具匠心。学生活动“探究食物贮存能量差异”存在一定的安全隐患（需要通过燃烧使一定体积的水温度升高，以计算食物释放能量的多少）。因此，我在课前制作微课视频，直观展示了探究活动的方法、过程及结果，有效的解决了“探究与安全”的矛盾，且节约了课内时间。传统的“检验人体呼出气体成分的变化”的实验涉及燃烧，且需要相应化学知识的辅助。利用数字化仪器传感器，可实时检测出氧气及二氧化碳的浓度，直观的展现“呼出气体中氧气浓度下降，二氧化碳浓度升高”的事实。在激发学生兴趣提高学生参与度的同时，也使其感受到科学技术进步给生活带来的便捷，促使其关注并乐于学习科学技术。3、教学手段新颖。“智慧课堂建设”已成为信息技术与教育教学深度融合的体现。本课教学中，使用智慧课堂一键同屏技术，通过小小的ipad就实现了课件、视频、实时投影、网页资料随意切换，在有限的时空内提供给学生海量的信息及视觉冲击，使生物课堂变得丰富多彩。于此同时又激发学生“学习科学技术，使用科学技术为生活服务”的热情。二、实验教学分析（一）教材分析食物中能量的释放位于北师大版义务教育生物学七年级上册第十章第一节。本节内容涉及两个重要的概念人体正常生命活动需要能量，能量来自食物中的糖类等有机物；细胞通过呼吸作用将糖类等有机物氧化分解释放能量。对于重要概念的理解需要事实性知识来支持，因此教材安排了两个实验活动探究不同食物贮存能量的差异、检验人体呼出气体成分的变化。意在通过实验活动使学生直观的认识到食物中储存着能量；人体细胞进行呼吸作用利用氧气分解有机物，产生二氧化碳和水，同时释放能量，供人体生命活动的需求。课标建议本节的学习利用2课时完成。（二）学情分析1、分析教学现状我市初中阶段生物学科课时安排普遍为每周2节，而北师大版七年级生物学教学内容很多，探究活动很丰富。因此，授课时间非常紧张。我校七八九每年级各12个班，平均每班48人，生物实验室仅2间，且无专职实验员管理。任课教师要在授课的同时，兼顾实验室的各项准备工作。场地、人力及课时的多项限制，使充分开展学生实验成为一项难题。2、分析学生情况七年级学生有充分的探究热情，对做实验非常感兴趣。但由于尚未学习物理（初中阶段八年级始学）、化学（初中阶段九年级始学）知识，平时实验演练较少，缺乏“安全操作燃烧等实验”的相应技能。学生对“检验氧气及二氧化碳的方法”也是基于在七年级上册学习“探究植物细胞的呼吸作用”时形成的模糊印象。因此，学生的实验操作技能及理、化知识较为薄弱。（三）重难点分析鉴于对课标的解读及对学情的分析，我认为本课实验教学的重难点如下教学重点知道测定食物能量的基本原理和方法；理解呼吸作用的实质和意义。教学难点如何引导学生将体外燃烧和细胞的呼吸作用这两个过程相联系。（四）解决办法通过生活实例劈柴烧水，引导学生理解“测定食物能量”实验的基本原理和方法。引导学生分析讨论实验数据有误差的原因，促使学生逐步形成严谨的科学态度。关于“人体细胞通过呼吸作用氧化分解有机物释放能量”的概念教学，需要演示实验“检验人体呼出气体成分的变化”做铺垫。因此，我采用POE教学策略，通过预测实验（P）、观察现象（O）、分析解释（E）活动促使学生在从现象到本质、从定性到定量的探究过程中形成“人体细胞通过呼吸作用氧化分解有机物释放能量”的重要概念。我引导学生回忆七年级上册学习的“植物呼吸作用”的反应式，大胆猜测“人体细胞获得能量的方式与植物呼吸作用相同利用氧气分解有机物，产生二氧化碳和水，同时释放能量”。利用数字化实验仪器实时检测出人体呼出气体中氧气含量下降，二氧化碳含量升高，从而验证学生的假设。然后组织学生分析证据，促使其从现象到本质认识“呼吸作用”，理解“呼吸作用”这一重要概念，从而使重点落实，难点突破。三、学习目标1、知识与能力知道测定食物能量的基本方法，能说出燃烧与呼吸作用本质的共性与区别； 说明能量来自细胞中有机物的氧化分解，阐述呼吸作用的实质和意义。能够了解检测氧气和二氧化碳的方法。2、过程与方法通过讨论设计测量食物热价的简易方法，培养发散思维与表达交流能力；通过读取传感器数据，了解人体吸入与呼出气体中氧气与二氧化碳含量的变化，从而理解“呼吸作用”概念。3、情感态度与价值观认同人体需要的能量来自食物中的有机物；通过分析实验误差的原因，逐步形成严谨求实的科学态度。形成“科学催生技术，技术服务于生活”的理念，立志学习新知识、新技术。四、教学准备教师准备录制“探究不同食物贮存能量的差异”微课、iPad、教学课件、自制容器（改装后可连接传感器）、吸管、氧气及二氧化碳传感器学生准备课前分组讨论“如何证明食物中贮存着能量”、回顾有关“植物呼吸作用”的知识。五、课时安排1课时六、教学过程内容与活动设计意图教师活动学生活动、情景创设，导入新课播放搞笑创意广告饿的时候，你是谁设疑这广告可信吗吃了以后就能恢复体力、做回自己观看广告。说出自己的想法。有的说相信，因为食物中有能量。有的说不信，不能盲目相信广告。从生活现象入手，激发学生学习兴趣。、层层设疑，引导探究一、食物中贮存着能量追问如果食物中不含有能量，那该怎样解释这些图片展示游泳运动员补充能量和本班某些同学在校外吃东西的图片。展示常见各种食物图片，设疑1、食物中的能量怎样释放出来2、不同食物中所含的能量是否相同3、如何测定食物中贮存能量的多少呢看到同伴的吃相笑了起来。认同食物中贮存着能量。围绕教师递进式的设疑展开讨论。活跃课堂气氛，同时激发学生追求真相的探究动力。促进学生思维发展及交流表达能力。活动“探究不同食物贮存能量的差异”引导学生类比“劈柴烧水”的实例，分析理解“测定食物能量”的基本原理及方法。介绍“食物热价”定义每克食物在体外充分燃烧时所释放的能量计算公式播放微课视频测量不同食物贮存的能量指导学生利用测量数据计算食物热价。展示科学家测得的不同营养物质的热价数值。设疑1、实验中测定的食物热价，为什么与该类营养物质的热价平均值有差距2、为什么会存在误差怎样减少误差引导学生说出食物燃烧的本质。在教师引导下理解并说出测定食物中能量的方法及原理。理解实验原理、测量方法和计算公式。观看视频，明确实验操作步骤，记录实验数据并计算不同营养物质的热价。思考、讨论，提出自己的看法。在教师引导下说出食物燃烧的本质。理解实验的设计原理比生硬的记住实验步骤更有价值。眼见为实。培养数据运算能力。培养学生思维能力，促使学生形成科学严谨的态度。训练学生语言组织、概括能力。二、细胞通过呼吸作用释放能量设疑、实验中核桃是通过剧烈燃烧释放能量。营养物质在细胞内释放能量也是这样剧烈燃烧吗、燃烧过程需要氧气助燃，有机物在细胞内释放能量的过程是否也需要消耗氧气引导学生回顾“植物细胞的呼吸作用”，猜想有机物在人体细胞内释放能量的过程。设疑如果人体细胞内有机物释放能量的过程如大家猜测的那样，那么人体呼出的气体中氧气的含量应该减少，而二氧化碳的含量会增加。事实是这样的吗该怎样证明呢鼓励学生说出自己的方案，并给予积极地评价。演示创新实验检验人体呼出气体成分的变化（利用ipad拍摄，实时同屏展示演示过程）展示自制连接氧气、二氧化碳传感器的装置，打开容器口，仪器显示空气中氧气及二氧化碳的浓度示数。再请一名同学向容器内吹气，仪器实时显示两种气体浓度的变化。指导学生观察实验数据，分析并得出实验结论。引导学生得出“呼吸作用”的概念，理解其实质及意义。鼓励学生表达总结，对学生的总结给予评价和补充。激起疑惑，围绕问题思考、讨论。发散思维，猜想细胞内的能量释放过程。学习假设、推理及验证的科学方法。回忆学习“植物细胞呼吸作用”时验证“萌发的种子消耗氧气、释放二氧化碳”的实验。讨论，说出验证方案。观察，体验。感受数字化仪器及信息技术给科学探究活动带来的便捷。利用数据验证了猜想。思考、总结人呼出气体和空气相比，氧气含量减少、二氧化碳含量增多。 总结说出呼吸作用的概念、实质及意义。概念生物体细胞内有机物氧化分解并释放能量的过程。实质分解有机物，释放能量。意义呼吸作用为生命活动提供动力。科学探究离不开一系列的思维活动。对于教师来说，促进学生思维的发展比知识的传授更重要。温故而知新。细节决定成败。严谨的思维是科学探究活动取得成功的条件。通过观察、体检调动学生兴趣，激发其学习热情。通过实时数据的变化检测假设的正确性，体验成功的快乐。促进学生思维的发展，培养语言表达能力。、对比归纳，知识升华指导学生对比“燃烧和呼吸作用”的区别与联系。区别这两种化学反应，按照表格提示，对比记忆。训练学生归纳总结能力，促进表达交流。、随堂检测，巩固提升一键同屏，展示本课达标检测题。针对学生达标检测题的完成情况，给予评价并及时强调补充易错知识点，小结本课。学生自主完成习题，之后同学之间互评。围绕有疑问题目与教师及同学间展开交流。通过随堂检测及时查缺补漏，巩固新知。七、板书设计 第10章 人体能量的供应 第1节 食物中能量的释放八、实验教学反思本实验课在自制微课、传感器、智慧课堂一键同屏等新设备、新技术的支持下，在有限的时间内完成预设学习目标，解决了传统实验课因场地少、监管人力缺乏及课时紧张而无法正常开展的难题，有效避免传统实验中的安全隐患，且实验现象明显。在“检验人体呼出气体成分的变化”实验中，通过使用氧气和二氧化碳传感器实时显示“呼出气体中氧气浓度下降，二氧化碳浓度上升”，将实验结果量化，在得出定性结果的同时兼顾定量结论，为学生以后的深入学习（如化学学科空气的成分）及思维的发展打下基础。本节实验课的创新设计，有效调动了学生的兴趣，为激励学生认真学习新知识、新技术起到强有力的推动作用。附数字化仪器显示的人体呼出气体成分变化图图（一）通过传感器测得的空气中氧气、二氧化碳浓度示数图（二）通过传感器测出的呼出气体中氧气、二氧化碳浓度示数
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