黃建林

(浙江省紹興市柯橋區(qū)蘭亭中學(xué) 紹興 312045)

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“食物與能量”是浙教版科學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第4章第1節(jié)的內(nèi)容，對(duì)這一章后面幾節(jié)的學(xué)習(xí)起到統(tǒng)領(lǐng)作用，本節(jié)內(nèi)容在小學(xué)科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)第3章“食物”已經(jīng)基本涉及，它是對(duì)小學(xué)知識(shí)的延伸和深化，每個(gè)學(xué)生對(duì)食物都是很熟悉的，但對(duì)食物所含的營(yíng)養(yǎng)及其提供給人體的能量卻不了解，這正是本節(jié)的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，也是重點(diǎn)與難點(diǎn)。本節(jié)課基于實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化而展開(kāi)，通過(guò)一系列的問(wèn)題情境和實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們分析、歸納、概括問(wèn)題的能力，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更直觀認(rèn)識(shí)和比較三種主要營(yíng)養(yǎng)素所含的能量的多少。

2 教學(xué)目標(biāo)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制定如下的教學(xué)目標(biāo)：

(1) 通過(guò)食譜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的舉例，知道人體內(nèi)主要的三大類營(yíng)養(yǎng)素，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解它們?cè)谌梭w內(nèi)產(chǎn)生能量是不同的。

(2) 通過(guò)對(duì)人體內(nèi)三大類營(yíng)養(yǎng)素所含能量實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，掌握生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法與改進(jìn)措施，從而促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析討論，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

(3) 通過(guò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化測(cè)定不同食物的能量實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，通過(guò)對(duì)肥胖的論證，培養(yǎng)辯證的哲學(xué)觀點(diǎn)和生活態(tài)度。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 “最胖”食譜 引出問(wèn)題 教師提供三份食物：一份飯、一份肥肉、一份牛肉。問(wèn)：三份食譜中所含主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是什么？最容易胖的食物是哪個(gè)？并說(shuō)明理由。大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為“飯容易致胖”，理由是飯中含有的能量多；也有學(xué)生認(rèn)為肥肉易致胖，很少學(xué)生認(rèn)為牛肉致胖。教師設(shè)問(wèn)：怎么比較營(yíng)養(yǎng)物中能量的多少？引出本節(jié)課的探究問(wèn)題：同質(zhì)量的不同物質(zhì)(蛋白質(zhì)、脂肪、糖類)釋放的能量哪個(gè)更多？

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生最關(guān)注的肥胖問(wèn)題出發(fā)，引出本節(jié)課的主要問(wèn)題，激起學(xué)生的求知欲和好奇心。

3.2 利用轉(zhuǎn)換法 初設(shè)實(shí)驗(yàn)方案 教師提供以下器材：燃燒匙、食物、酒精燈、火柴、試管、溫度計(jì)、水、鐵架臺(tái)等裝置，讓學(xué)生通過(guò)小組分工合作，用這些器材來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)能比較食物里面所含能量的多少的裝置，先設(shè)計(jì)出方案的簡(jiǎn)圖。學(xué)生小組討論后主要提出兩種方案：①用燃燒食物時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)比較能量的多少；②往試管中裝水，然后插入溫度計(jì)通過(guò)燃燒食物使溫度計(jì)示數(shù)上升，通過(guò)示數(shù)變化的多少來(lái)判斷食物中能量的多少。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)兩種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)：第一種用燃燒時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)衡量能量的多少不十分可靠，主要因?yàn)椴煌澄锶紵挠绊懸蛩夭灰粯?，有食物的易燃性、食物的顆粒大小以及跟空氣的接觸面積等影響因素導(dǎo)致燃燒劇烈程度不一樣。第二種方案相對(duì)科學(xué)。教師追問(wèn)：第二種方案中的溫度計(jì)的作用是什么？為什么水溫升高的多少可以比較食物能量的多少？學(xué)生回答后，教師最后點(diǎn)出這種科學(xué)方法叫做轉(zhuǎn)換法。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)讓學(xué)生分組合作提出實(shí)驗(yàn)方案，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，來(lái)滲透科學(xué)的研究思路與方法。

3.3 思維碰撞 優(yōu)化方案 教師出示剛才學(xué)生設(shè)計(jì)的比較合理的實(shí)驗(yàn)方案，問(wèn)：是否可以按此方案中的裝置直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？學(xué)生交流討論，認(rèn)為按此方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)存在幾個(gè)問(wèn)題：①裝置沒(méi)有固定，應(yīng)用鐵架臺(tái)固定裝置，而溫度計(jì)應(yīng)用橡皮塞固定。②熱量損失太多，誤差太大。加熱時(shí)最好需加個(gè)擋風(fēng)裝置以減少熱量散失而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的誤差。③探究材料沒(méi)控制好變量，應(yīng)控制變量。如應(yīng)控制質(zhì)量、切碎程度、試管距火焰的距離、對(duì)食物的烘干程度、水的量、試管的大小、燃燒匙的大小等都保持一致。教師肯定和評(píng)價(jià)學(xué)生的意見(jiàn)后，繼續(xù)在幕上投出兩支試管(上面都有一只溫度計(jì)并都插在橡皮塞中)，而且溫度計(jì)液面都剛好在橡皮塞中。有學(xué)生提出在這橡皮塞上應(yīng)開(kāi)一個(gè)洞，方便看到溫度計(jì)示數(shù)，這樣在大家的提議下，最終的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 優(yōu)化后的裝置圖

圖2 固定食物裝置

設(shè)計(jì)意圖：在對(duì)方案不斷評(píng)價(jià)和優(yōu)化的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力、創(chuàng)新能力以及批判性思維能力。

3.4 親歷實(shí)驗(yàn) 升級(jí)優(yōu)化 根據(jù)學(xué)生優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)方案提供實(shí)驗(yàn)器材，并按4人一小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，3～4組學(xué)生選用同一種材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一邊實(shí)驗(yàn)，一邊將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填寫(xiě)在表1中。

表1 不同食物材料燃燒前后的溫度變化情況

最后把不同小組的結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)，讓大家共同分析，由多數(shù)組的結(jié)果分析可知燃燒花生仁提供的能量最多。但通過(guò)不同表格的分析也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題：同種食物的不同組別升高的溫度有的差異很大。組織學(xué)生對(duì)其原因進(jìn)行討論和分析，從學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的總結(jié)發(fā)言中可知：誤差大的幾組點(diǎn)火過(guò)程中熄滅的次數(shù)較多、火焰距離試管底較遠(yuǎn)、點(diǎn)燃后移到試管底部速度太慢、酒精燈加熱部位不一樣、有些組在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)燒完就匆忙結(jié)束實(shí)驗(yàn)。教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生：優(yōu)化方案不但要從器材、材料上進(jìn)行優(yōu)化，也要從操作上進(jìn)行優(yōu)化(特別是在用燃燒匙燒食物時(shí)，由于時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致手酸而上下抖動(dòng)，建議把燃燒匙改成如圖2所示的固定食物裝置：用鐵絲彎成的三角形底座，前端有帶小鉤的酒瓶蓋，將花生等食物放在上面不易掉落，同時(shí)為使食物燃燒更完全，建議在酒瓶蓋上打幾個(gè)小洞)，使實(shí)驗(yàn)方案更趨合理、誤差更小、結(jié)論更準(zhǔn)確?；ㄉ式M有學(xué)生質(zhì)疑：以花生仁作為材料，基本上花生都沒(méi)有燒完，溫度卻早就達(dá)到了100℃，這從實(shí)驗(yàn)的精確性上有問(wèn)題。教師肯定質(zhì)疑有理并問(wèn)學(xué)生應(yīng)該怎么優(yōu)化此實(shí)驗(yàn)方案呢？同樣在學(xué)生的交流討論后有兩種改進(jìn)方案：①減少食物的質(zhì)量，從1g變成0.5g；②增加水的體積，從5mL變成10mL。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生觀察、動(dòng)手能力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.5 平衡膳食 加強(qiáng)鍛煉 呈現(xiàn)科學(xué)家得出的數(shù)據(jù)，蛋白質(zhì)、糖類、脂肪1g所燃燒后所釋放的熱量分別為：16.8kJ、 16.8kJ和37.7kJ，再次證明同等質(zhì)量的營(yíng)養(yǎng)素中脂肪所含的能量最多。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得到一致結(jié)論的學(xué)生，以及之前選擇肥肉易致胖的學(xué)生都會(huì)印象深刻。這時(shí)教師反問(wèn)：真的是吃肥肉的人最容易胖嗎？在這樣的反問(wèn)下，學(xué)生馬上想到除了能量獲得還要考慮能量散失，所以單純認(rèn)為吃肥肉會(huì)胖，從科學(xué)角度說(shuō)也是錯(cuò)的。引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)該多加運(yùn)動(dòng)，均衡膳食。繼續(xù)設(shè)問(wèn)：燃燒1g花生仁所釋放的熱量大約是3kJ，為什么相差這么大？引導(dǎo)學(xué)生思考回答：一是因?yàn)槿紵龝?huì)有熱量散失導(dǎo)致誤差；二是花生仁中還有其他營(yíng)養(yǎng)素。教師繼續(xù)設(shè)問(wèn)：為什么像花生仁等營(yíng)養(yǎng)素在體內(nèi)釋放的能量可以用燒的形式來(lái)估算呢？讓學(xué)生明白：雖然劇烈程度不一樣，但在體外燃燒跟體內(nèi)緩慢氧化所釋放的能量是一樣的。

設(shè)計(jì)意圖：從科學(xué)家測(cè)出的數(shù)據(jù)和真實(shí)的花生仁釋放的熱量差距分析入手，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)比思維和分析問(wèn)題的能力。從飲食與肥胖關(guān)系的探討，首尾呼應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)待科學(xué)問(wèn)題的嚴(yán)謹(jǐn)性，并自覺(jué)平衡膳食，加強(qiáng)鍛煉。

4 教學(xué)反思

生物學(xué)課堂中，教師應(yīng)多讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，從而培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。而在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)方面，學(xué)生最薄弱的是對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

因此，教師應(yīng)加強(qiáng)這方面的訓(xùn)練和培養(yǎng)。本節(jié)課的教學(xué)中，從學(xué)生感興趣的肥胖問(wèn)題和食譜能量入手，首先讓學(xué)生根據(jù)教師提供的材料進(jìn)行分組方案設(shè)計(jì)，集中討論分析來(lái)優(yōu)化方案，在此過(guò)程中教師適時(shí)滲透生物學(xué)的科學(xué)方法，如轉(zhuǎn)換法、控制變量法、對(duì)比法等，使得知識(shí)和方法緊密結(jié)合、螺旋上升。然后學(xué)生動(dòng)手操作，在操作后再反思實(shí)驗(yàn)方案的完善提高，學(xué)生積極性和收獲都很大。

(基金項(xiàng)目：浙江省教學(xué)研究課題“‘高見(jiàn)度’微創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)和教學(xué)研究”，No.06329)