北师大版生物七年级下册 第10章 第1节 食物中能量的释放(2)（教案）
展开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：
①知道测定食物能量的基本原理和方法；
②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：
①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；
②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。
③能够了解检测氧气和二氧化碳的方法。
2、过程与方法：
①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；
②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：
①认同人体需要的能量来自食物中的有机物；
②通过分析实验误差的原因，逐步形成严谨求实的科学态度。
③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 | |
Ⅰ、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。
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Ⅱ、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。
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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： １、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？ ２、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。
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Ⅲ、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。 |
Ⅳ、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
