初中生物新舊教材“驗證食物含有能量”實驗的分析與改進

摘 要：以蘇科版初中生物教材“驗證生物含有能量”為例，分析比較新舊教材中實驗設計的優缺點，并對這個實驗提出了新的改進方案。

關鍵詞：驗證食物含有能量；實驗設計；分析；改進；反思

生物是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗是學習生物最有效的手段。許多生物現象只有通過實驗才能得到解釋，各種生物體的結構必須通過實驗才能觀察清楚，生物學的理論也是人們通過實驗總結出來的。通過實驗，可以很好地培養學生提升發現問題和解決問題的思維能力；可以發現問題，引入課題，激發學生的學習興趣；可以培養學生的研究能力和創新精神。因此實驗教學在整個生物教學中占有非常重要的位置，這就要求教師能夠很好地把握教材中的每個實驗。

對教材中實驗的改進也是近年來中學課程改革的重要內容。筆者仔細比較了蘇科版2012年版本《義務教育教科書生物學》（以下簡稱新教材），比2004年版本的《義務教育課程標準實驗教科書生物》有了明顯的改進，尤其是實驗部分，部分實驗進行了調整和改進，這些改變值得教師去仔細分析和領悟。筆者以新舊教材“驗證食物含有能量”為例，分析了新舊教材中此實驗的優缺點，并對“驗證食物含有能量”提出了新的改進方案。

一、 舊教材中“驗證食物含有能量”

1. 按下面圖1安裝實驗器材。在錐形瓶里加入100mL自來水，塞上瓶塞，插入溫度計。注意溫度計前端不要接觸瓶底，記錄起始水溫。

2. 取1g干燥的食物（最好含有較多的脂肪），用解剖針固定食物，在酒精燈上點燃后迅速移入錐形瓶下方，對水加熱。

3. 待食物燃盡時，記錄最終水溫。

4. 用不同的食物進行實驗，將實驗結果填入下表1。小組間進行交流，分析哪些食物含有的能量較多。

本實驗選用生活中常見的花生為實驗材料，通過燃燒花生使水溫升高來驗證食物中含有能量，形象直觀易操作，貼近生活學生也容易理解，但是缺點也很明顯。第一，錐形瓶不能用來直接加熱，將錐形瓶放在石棉網上用三腳架支起進行加熱，能量損耗大；第二，敞口的錐形瓶會散失很多熱量，導致實驗結果有誤差；第三，錐形瓶中水太多，1g的食物使水溫上升不明顯；第四，未稱量燃燒后殘渣的質量，學生不清楚能量的放出是因為消耗了食物中的有機物。

二、 新教材中“驗證食物含有能量”

新教材“驗證食物含有能量”裝置圖如圖2所示，新教材在原實驗的基礎上進行了改進。試驗裝置的改進及改進之后的優點：第一，實驗儀器的改換，由試管替代了原來的錐形瓶，試管可以直接進行加熱，不必再用石棉網和三腳架，減少了燃燒過程中能量的損耗；第二，新教材水量進行了改變，舊教材中錐形瓶內加入100mL清水，溫度上升緩慢，新教材中試管中加入20mL清水，溫度上升快，并且花生燃盡之后水沒有出現沸騰現象，準確測量水的最終溫度，提高了實驗的準確度，如果試管中水太少，則有可能出現花生還未燃盡水已出現沸騰現象，則無法得到水溫上升的實際溫度，所以選20mL清水量最恰當。新教材相對舊教材有了明顯的改進，但是仍然存在一些問題。

圖2

三、 對新教材中“驗證食物含有能量”的改進

針對教材中的實驗，我們老師有必要去研究透徹，并進行一定的改進和創新。對于新教材中實驗還存在問題，筆者覺得還有以下幾點可以進行改進：

第一，對于實驗材料，書本教材選用了1g花生，我們可以再選用1g黃豆和1g玉米分別進行實驗，花生中主要含有脂肪，黃豆中主要含有蛋白質，玉米主要含有淀粉，通過燃燒這三種物質使水溫升高，我們可以粗略比較出脂肪、蛋白質和淀粉這三種營養物質中能量的大小，并且有助于學生理解脂肪、蛋白質、糖類是人體的三大功能物質。

第二，試驗裝置進一步完善，前面提到過，敞口的錐形瓶會散失很多熱量，同樣敞口的試管也會散失熱量，我們可以用帶孔的橡皮塞封閉試管瓶口，即可固定溫度計使其與瓶底保持一定的距離，又能減少熱量的散失，減少測定值的誤差。

第三，實驗表格的改變如表2，多次測量取平均值，減少測量誤差。先記錄起始水溫，再記錄燃燒1g花生后最終水溫，得出水溫上升值，重復測三次，取平均值；再用同樣的方法測黃豆和玉米的水溫上升的平均值。

第四，增加一個步驟，稱量燃燒后灰燼的質量，讓學生明白燃燒后食物的質量減輕了，幫助學生分析能量的釋放是與消耗食物中的營養物質有關，進一步培養學生的思考和分析能力。

四、 反思

本實驗仍然存在一些不足之處，比如（1）花生在點燃時，以及把點燃的花生移到錐形瓶均會損失一部分熱量；（2）燃燒物容易掉落桌面，影響測量結果。針對實驗中出現的這種情況，布置學生課后思考、討論，搜集更好的改進方案，進一步培養學生的創造思維能力。

五、 總結

筆者僅以“驗證食物中含有能量”這個實驗的比較說明了近幾年教材中實驗的改進，還有很多例子值得大家關注，比如以往“驗證綠葉在光下吸收二氧化碳”檢驗二氧化碳是用澄清石灰水，新教材用BTB溶液代替；“探究蚯蚓適應土壤生活的特征”新教材用毛糙的玻璃板代替了硬紙板等，這些微小的改動都值得我們老師去關注細究。我們的書本教材一直在改進和完善，它是課程建設的基礎，是一項長期的動態過程，絕不可能一蹴而就，它會隨著研究成果、實驗條件和人才培養要求的提高而不斷發展。因此，不斷更新實驗內容，吸收新的科技成果是實驗改進永恒的主題。教材的編寫應該充分體現以學生為主體的教學思想，將現在的實驗內容以科學、生動的形式貫穿于教材，以培養學生的創新能力和實踐精神。

教材的更新也對教師提出了更高的要求，我們教師有責任和義務讓學生掌握分析教材、質疑教材、改進教材的能力，并且鼓勵學生大膽創新，不拘泥于課本知識敢于設想，對原有的實驗裝置、操作步驟等進行大膽創新，使之更加科學合理，方便操作。這種敢于質疑、敢于創新精神才是當代中小學教學改革師資隊伍建設的精髓所在。

參考文獻：

[1]王廣全.淺談初中生物教學中加強實驗教學的重要性[J].中國科技投資，2015.

[2]王雪紅.淺談生物實驗的重要性[J].實驗平臺，2014.

[3]義務教育課程標準實驗教科書.生物（七年級上冊）[M].江蘇：江蘇科學技術出版社，2004.

[4]義務教育教科書[M].生物學（七年級上冊）.江蘇：江蘇科學技術出版社，2012.

作者簡介：

孫雁群，江蘇省蘇州市，蘇州大學醫學部基礎醫學與生物科學學院；江蘇省太倉市，太倉市第二中學。