基于问题探究的“能量的释放和利用”一节的教学设计

郑婷

摘要 以模型构建“能量的释放与呼吸有关”这一概念导入新课，通过“探究萌发种子呼吸过程中的气体变化”和“探究萌发种子呼吸过程中的重量变化和能量变化”两个实验，构建呼吸作用的概念，以此培养学生的探究能力和科学思维能力，同时结合生活实际，学以致用，培养学生的社会责任感。

关键词 能量的释放 初中生物 教学设计 核心素养

中图分类号G633. 91

文献标志码 B

1 教材分析及设计思路

本节是苏科版生物学七年级上册第七章第一节的内容，主要让学生学会分析能量的释放与呼吸的关系，理解呼吸作用的概念。通过前两章的学习，学生知道“人体的物质和能量来源于食物，能量是沿着食物链和食物网流动”等原理，为本节的学习积累了知识基础。虽然，学生通过感受自身的呼吸运动，了解了人的呼吸是吸收氧气、释放二氧化碳的过程，但对于细胞呼吸的理解还是比较抽象的。本节教学中，教师从构建“能量的释放与呼吸有关”这一概念导入新课，通过“探究萌发种子呼吸过程中的气体变化”和“探究萌发种子呼吸过程中的重量变化和能量变化”两个实验，由学生构建呼吸作用的概念，以此培养学生的探究能力和科学思维能力，同时结合生活實际，学以致用，培养学生的社会责任素养。

2 教学目标

（1）通过“上下蹲”活动，切身感受呼吸频率与能量释放之间的关系，形成人体生命活动释放能量的生命观念。

（2）通过“探究萌发种子呼吸过程中的气体变化、能量变化、重量变化”的探究性实验，学会运用科学的思维方式去解决问题，发展批判性思维和创造性思维。

（3）通过学习，结合本地资源开展科学实践，尝试解决生产生活中的问题。

3 教学过程

3.1 开展活动，创设情境，引入教学

教师要求学生课前通过“上下蹲”游戏，记录安静时、迅速起蹲1 min后和休息5 min后3种状态下1 min内的呼吸次数，制作成如图1所示的呼吸频率的柱形图。课上，教师展示柱形图，引导学生思考：3种状态下的呼吸频率是否有差异？这三种状态中哪一种消耗的能量最多？消耗能量的多少与呼吸频率有什么关系？能量的释放与呼吸密切相关吗？学生通过柱形图，总结出：能量的释放与呼吸有关。

设计意图：科学探究的过程包括收集数据、解释数据以获取证据。课前，学生通过“上下蹲”的游戏，自己收集数据构建柱形图;课上，在教师的引导下分析数据图形，理解“能量的释放与呼吸有关”的概念。学生通过切身的感受，体验了科学探究的过程，激发了对科学探究的激情和兴趣。

3.2 制定计划，探究实验

3.2.1 探究萌发种子呼吸过程中的气体变化

生物学是实验科学，教师要给予学生一定的自主权，在探究过程中，实现动手与动脑相结合。本次探究分为两个小实验：探究萌发种子呼吸过程中二氧化碳的产生;探究萌发种子呼吸过程中氧气的消耗。

在教师的引导下，学生通过预实验，将实验材料选定为绿豆种子。实验设置为对照组和实验组两组。对照组内放入适量的煮熟的绿豆种子，实验组内放入等量的萌发的绿豆种子，同时保温处理一段时间。

在“探究萌发种子呼吸过程中二氧化碳的产生”中，教师引导学生首先观察对照组与实验组的洗瓶瓶壁上有无水珠;然后，同时将两组洗瓶中的气体挤入澄清石灰水中，观察澄清石灰水是否变浑浊。在“探究萌发种子呼吸过程中氧气的消耗”中，教师让学生点燃两支卫生香，同时插入两组广口瓶中，观察卫生香的燃烧情况，做好实验现象的记录。每组的实验完成后，各组代表阐述实验现象，并分享实验过程的得失。

本次实验的设计是由生物实验兴趣小组在教师的指导下完成的。学生首先按照教材方式实验，发现效果不明显，故试图探索新的实验方案。在教师的引导下，通过查阅资料，学生发现萌发的种子更加符合本次实验的要求，并尝试进行实验，取得了较好的实验结果。

设计意图：学生能够根据已有的实验结果，提出新的问题，通过反复实验和查阅资料获得新的实验证据。在探索新材料的过程中，学生发现问题并用科学的方式去解决问题的过程，即是科学思维的培养过程。

3.2.2 探究萌发种子呼吸过程中的能量变化和重量变化

教师引导学生进行实验设计，并在课堂上进行展示。学生将相同数量的萌发的种子和煮熟的种子放在保温状况相同的两个保温瓶中，在保温瓶的开口处插入温度计。用温度计测出两组种子的初始温度，进行记录;之后，放在相同环境中，一昼夜后，再次测量两组的温度，计算出两组的温度差。

为探究重量变化，学生对200粒绿豆种子萌发前进行称重;培养萌发后风干一段时间，再称重。学生对照种子萌发前后的重量，发现：绿豆种子萌发后，其重量减少了。

设计意图：学习生物学核心概念需要以生物学事实，现象为支撑，需要以科学思维为途径。呼吸作用消耗有机物并释放能量，对学生来说是较为抽象的概念。教师通过组织学生设计实验，收集证据，通过数据的呈现，让学生能直观地理解，并结合前面探究实验的现象和结论，最终以化学方程式的形式呈现并构建出呼吸作用的概念。

3.3 联系生活，学以致用

教师引导学生运用本节所学知识解决生活问题。例如，夜晚卧室摆放过多的盆栽植物是否妥当？进入地窖前如何确定其是否安全？水果表面为什么要打蜡？课堂上学生相互讨论，畅所欲言，教师再引导和总结。

设计意图：生物学与生活紧密联系。通过案例分析，学生能感受到生活中的生物学知识，并能够运用课上所学去解决生活中的问题。教师在课堂上做到“用教材教而不止教教材”，用好教材的实例适当补充生活与实践实例，丰富课程资源内容，既培养学生的思维能力，又让学生做到学以致用，培养社会责任。

4 教学反思

本节从学生开展的活动导入，激发学生的探索欲望。教师引导学生根据呼吸作用的概念，设计了两个探究实验，让学生通过探究实践获取直接的事实证据，进行批判性思维。在探究过程中，学生既获得了科学方法的训练，理解并参与科学实践，又可以理解生物学知识的形成。本节教学培养了学生的科学探究能力和科学思维，并联系生活实际，指导学生在解决实际问题的过程中，深入理解生物学概念，培养学生的社会责任素养。

另外，本次探究实验旨在让学生理解和掌握基本的科学原理和方法。在实验过程中，教师先进行演示实验，讲解实验过程中的注意点，并提出问题：在实验过程中，有哪些操作是为了控制无关变量，以减少误差对实验结果造成的影响？教师引导学生思考，使学生理解科学探究的严谨性。在“探究萌发种子呼吸过程中二氧化碳的产生”中，有学生发现对照组也出现澄清石灰水变浑浊的现象。教师没有忽视这个结果，而是鼓励学生对已有的证据进行思考分析。在教师引导下，学生发现打开对照组的洗瓶，有一股馊臭味，并据此推测“可能是煮熟的绿豆种子上有微生物进行了呼吸作用，产生了二氧化碳”。在这样的探究过程中，学生学会了尊重事实和证据，培养了严谨的科学态度。

参考文献：

[1]谭永平.中学生物学课程在发展学生核心素养中的教育价值[J].生物学教学，2016，41（5）：20-22.

[2]顾军.基于模型建构发展学生的科学思维——以“种群数量的变化”为例[J].生物学教学，2020，45（1）：19-20.