【摘要】本文通過教材分析和學情分析,結(jié)合教學實踐,歸納“測定某種食物的能量”這節(jié)實驗探究課的特點,以問題為導向,優(yōu)化實驗教學方案,引導學生從裝備制作、材料選擇、規(guī)范操作等方面探索改進策略,力求彌補課本中實驗設(shè)計的不足,提高生物實驗課的教學質(zhì)量,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,發(fā)展學生生物學科核心素養(yǎng)。
【關(guān)鍵詞】生物教學 實驗探究 改進策略
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889(2020)33-0086-02
生物是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科,課程標準要求初中生初步具有生物實驗操作的基本技能,強調(diào)培養(yǎng)學生形成生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任的生物學科核心素養(yǎng),以便學生具備在真實情景中解決生物學問題的意識和能力。實驗教學可以使理論知識變得形象生動,既能鍛煉學生的動手能力,又能發(fā)展學生的學習興趣。生物教材中實驗內(nèi)容多、形式多、要求多,教師要引導學生在生物實驗探究中,通過分工、協(xié)作真正動起來,師生通過共同探討實驗的操作步驟和方法,提高生物實驗教學質(zhì)量。本文筆者以“測定某種食物的能量”實驗課為例,探索實驗探究教學設(shè)計的改進策略,分享生物實驗教學的實踐經(jīng)驗。
一、通過教材分析引導學生發(fā)現(xiàn)問題
“測定某種食物的能量”是人教版生物七年級下冊第二章第一節(jié)“食物中的營養(yǎng)物質(zhì)”中的一個探究實驗,通過測量食物燃燒放出熱能的多少來測定食物中的能量,是在學生已經(jīng)了解食物中有六大營養(yǎng)物質(zhì)的基礎(chǔ)上設(shè)計的。這一章節(jié)的內(nèi)容比較抽象,筆者希望借助實驗帶領(lǐng)學生鞏固舊知。
根據(jù)教材分析可知,該實驗設(shè)計精簡、操作易行,能從多方面培養(yǎng)學生的實驗技能,如天平、量筒、溫度計、酒精燈等實驗器具的正確使用和數(shù)值的正確讀取,但是筆者經(jīng)過多次實踐發(fā)現(xiàn)其中存在很多不足。教師可以借助該實驗引導學生在探究實踐中結(jié)合生活經(jīng)驗創(chuàng)新思維,積極發(fā)現(xiàn)原有實驗裝置和操作流程中存在的問題,例如原裝置過于簡單,錐形瓶口未采取一定的密封措施,瓶口散熱損失能量較多,水溫不準確,并且錐形瓶水位較淺,溫度計玻璃泡無法完全浸入水中;石棉網(wǎng)吸收了部分熱量,且在燃燒過程沒有防風和保溫措施,燃燒過程容易中斷,會散失大量熱量;種子燃燒后散落的灰燼會弄臟或灼傷實驗桌(臺)面,而且不好回收;這個實驗受環(huán)境溫度的影響較大;原實驗步驟缺少“稱量花生燃燒后的質(zhì)量”環(huán)節(jié),沒有比較花生燃燒前后的質(zhì)量以及說明質(zhì)量減輕的原因,沒有從花生燃燒中能量有效轉(zhuǎn)化率分析能量可能通過哪些途徑損失掉,沒有聯(lián)系實際生活中物品燃燒時產(chǎn)生的黑煙探討環(huán)保等問題;部分實驗小組的學生看到課本的裝置后,不認真思考如何操作更規(guī)范,而是由一名學生用手捏著溫度計的上端,另一名學生讀數(shù),這種操作及讀數(shù)方法都不規(guī)范,存在較大誤差。
筆者認為,引導學生發(fā)現(xiàn)問題有如下三個意義。
(一)樹立學生科學嚴謹?shù)膽B(tài)度
生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律是建立在大量的科學觀察和實驗基礎(chǔ)上形成的理論,所以在生物探究實驗教學中,讓學生嘗試提出要探究的問題,作出假設(shè),有利于學生樹立科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。
(二)培養(yǎng)學生求實創(chuàng)新的精神
學生在不斷發(fā)現(xiàn)問題進而尋求解決問題方案的過程中,可以很好地激發(fā)學習興趣和創(chuàng)新意識,在好奇心理與實驗探究的驅(qū)動下,形成創(chuàng)新思維,有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。
(三)開發(fā)學生的智力和創(chuàng)造力
這次的實驗探究活動是在引導學生自主提出探究問題的基礎(chǔ)上展開的,有助于培養(yǎng)學生探究的綜合能力,促使學生大膽地發(fā)散思維、突破教材限制,對學生智力開發(fā)和創(chuàng)造力的培養(yǎng)有很重要的作用。
二、結(jié)合學情分析,優(yōu)化實驗教學方案
七年級的學生思維活躍、動手欲望強烈、喜歡直觀事物,有一定的合作探究精神,但自律能力和認知水平不高,綜合分析能力較弱,真正能夠“在思考中動手,在動手中思考”的學生不多,有時甚至會因為實驗過程中對儀器操作不當引起不必要的麻煩,造成一定的危險。結(jié)合這樣的學情特點,筆者從以下幾個方面優(yōu)化實驗教學方案的細節(jié)。
首先,教師要合理組織學生進行分組合作探究,確定每組要探究的問題,鼓勵學生從不同的角度提出問題,同時,對實驗現(xiàn)象與結(jié)果加以討論,尤其是在實驗設(shè)計改進中,嚴格遵循探究實驗的流程,即提出問題、作出假設(shè)、制訂計劃、實施計劃、得出結(jié)論,并以口頭及書面的形式進行表達和交流。整個實驗探究過程都是通過問題引導法,“引”學生思考,“導”學生探究,體現(xiàn)以學生為主體、教師為主導的教學理念。
其次,教師通過提出假設(shè)、設(shè)計驗證、分工合作、查表與計算、對照比較、統(tǒng)計分析、集體討論、表達交流等活動,將實驗結(jié)果與能源、環(huán)保等社會實際問題有機結(jié)合。此外,教師還可以引導學生關(guān)注食物中的營養(yǎng)物質(zhì),養(yǎng)成不挑食的習慣,從而促進學生思維品質(zhì)的提升以及對科學研究方法的掌握,有利于學生創(chuàng)新思維的形成和綜合素質(zhì)的提高。例如在情景導入時,教師準備一袋零食并提出問題:“同學們愛吃零食嗎?你們知道這些食物中含有哪些營養(yǎng)物質(zhì)嗎?這些食物含有多少能量呢?”借此鞏固舊知,激發(fā)興趣,引發(fā)思考。教師在對比實驗前提出問題:“相同質(zhì)量的核桃仁的能量比花生仁種子的能量多嗎?”引導學生作出假設(shè),制訂實施計劃。在實驗過程中,教師提問引導學生思考:“比較燃燒前的種子質(zhì)量與燃燒后灰粉的質(zhì)量,討論質(zhì)量減輕的原因是什么。水溫為什么會升高?燃燒的是什么物質(zhì)?我們吃的食物中含有什么?”讓學生帶著問題完成合作探究實驗。在實驗結(jié)束后,教師提出拓展問題:“就種子燃燒時放出很濃的黑煙這一現(xiàn)象,試著從清潔能源、環(huán)境污染與保護、黑煙對炊具的影響、能量的損耗以及使種子充分燃燒應采取的措施等方面發(fā)表見解?!?/p>
最后,教師在實驗探究的總結(jié)環(huán)節(jié),引導學生認識科學方法和科學態(tài)度的重要性。教師要讓學生學會具體問題具體分析,回顧探究的流程,明確本節(jié)課探究實驗的步驟和方向,反思實驗操作過程中還存在什么問題,討論還有哪些可以繼續(xù)改進的地方,從而激發(fā)學生的創(chuàng)新意識,提高學生對生物實驗探究課的興趣。
三、以問題為導向,讓學生參與實驗改進設(shè)計
基于上述問題解析及認識,筆者將演示實驗改為學生實驗,在調(diào)整實驗的整體方案和組織實施過程中,重點圍繞以下三個關(guān)鍵問題尋找改進對策,力求減少實驗誤差,提高實驗的可操作性和科學性,同時充分發(fā)揮學生的主動性、參與性和創(chuàng)造性。
(一)如何更好地保溫
原實驗裝置使用的敞口的錐形瓶不能直接加熱,且會通過瓶口散失大量的熱量,因此,可以用大試管取代錐形瓶進行實驗,大試管可以直接加熱,避免石棉網(wǎng)吸收熱量,而且30ml水在試管中水位較高,溫度計的玻璃泡可完全浸入水中。另外,用橡膠塞打孔后將溫度計的玻璃泡固定在水層中,同時在試管口增加橡皮塞能減少熱能散失。針對原實驗設(shè)計無保溫裝置、會向四周散失大量熱量的情況,筆者在試管燃燒部位用環(huán)保材料設(shè)置防風裝置,如采用牛奶盒或其他飲料紙盒等,隔熱效果好,而且非常容易修剪,安全性較高,可降低實驗操作風險。最后,在燃燒物下增加培養(yǎng)皿,使燃燒后的灰燼便于回收。
(二)如何讓種子更充分燃燒
種子是否能充分燃燒,與實驗材料的選擇和燃燒的裝置有非常重要的關(guān)系。經(jīng)過比較,筆者選擇了較易燃燒、成本較低、飽滿且干燥去皮的花生仁作為實驗材料。此外,在防風裝置中增加開口,確保上下通風。經(jīng)反復實驗,稱取食物重量0.25g為宜,食物大小適中易燃燒且實驗現(xiàn)象明顯。為了讓種子更易燃燒,教師可以在實驗前在花生仁上劃幾刀(如圖2),增大燃燒接觸面且利于通風,用圖釘釘住花生仁并放在紗網(wǎng)上(如圖3)。
(三)如何快速、準確稱量種子
考慮到七年級學生對天平操作的熟練程度有限,以及用天平稱取較小質(zhì)量物體的精確度不高,筆者在實驗改進后采用電子秤取代天平,直接稱取相同質(zhì)量的干燥去皮花生仁種子。
此外,教師還可以提前給學生布置課堂預習作業(yè),讓學生結(jié)合導學案自學,思考課本設(shè)定的裝置有哪些不足,并分組討論改進這些不足的策略和方法,最后匯總提交。從而讓學生在實驗課堂上更高效地提出改進方案,增強學生的參與感,提升學生的能動性和創(chuàng)造力。與此同時,教師在實驗過程中要向?qū)W生強調(diào)注意事項,規(guī)范酒精燈、溫度計、量筒、天平等實驗器具的使用方法和操作流程,要求重復實驗,取平均值。
如何提高生物實驗教學的有效性是一線教師重點關(guān)注的問題。科學的探究實驗可以讓學生積極參與并體驗科學方法的一般過程,讓學生通過動手操作增強感性認識,加深對所學知識的理解。“測定某種食物中的能量”這一探究實驗,強化了學生對科學探究一般過程的認識,進一步提高了學生主動探究的能力;鍛煉了學生設(shè)計探究方案、收集和處理數(shù)據(jù)的能力;鍛煉了學生的動手能力和觀察能力,以及解讀與分析實驗數(shù)據(jù)的能力;培養(yǎng)了學生及時反思的習慣。在情感、態(tài)度和價值觀方面,有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、合作精神、實事求是和學以致用的科學態(tài)度。通過改進實驗探究方法,使實驗可操作性更強、實驗結(jié)果更科學,進而為提高生物實驗教學質(zhì)量積累實踐經(jīng)驗。
注:本文系廣西教育科學“十三五”規(guī)劃2018年度廣西教育研究專項課題“以能力為導向培養(yǎng)初中生生物學科核心素養(yǎng)的實踐研究”(立項編號:2018JD020)的研究成果。
作者簡介:黃東群(1979— ),女,壯族,廣西田東人,碩士研究生,一級教師,研究方向為生物學科教學。
(責編 劉小瑗)