“能量的釋放和利用”一節的教學設計

房 嫻

(江蘇省南京市文昌初級中學 南京 210002)

1 教材分析

“能量的釋放和利用”是蘇科版《生物學》教材七年級上冊第3單元“生物從環境中獲取物質和能量”中第7章“能量的釋放與呼吸”第1節的內容。

通過4、5、6章的學習，學生已知生物體內儲存著能量，植物光合作用可以儲存能量，人攝入食物可以獲得能量，但是能量怎么釋放出來？有什么作用？對于學生來說還是不清楚。因此，本節將教學重點定為： 通過“體驗、感受、思考、探究、實驗、討論”等活動，揭示能量的釋放與呼吸密切相關，深刻理解“生物的呼吸作用”這一核心概念。因為學生往往缺乏動、植物呼吸本質一致性的概念，所以本節將分析和理解“驗證植物呼吸過程中氣體的變化”實驗方法、步驟和相關原理作為難點。本節內容建議課時是2課時，但是筆者將教材內容進行了重新整合，把內容濃縮為1課時，更利于學生對于“呼吸作用”這個重要概念的完整建構。

2 教學目標

基于課程標準，并圍繞培養學生核心素養的要求，制訂了如下教學目標：

(1) 從生物體生命活動需要能量切入，分析能量的釋放與呼吸密切相關，理解“生物的呼吸作用”這一核心概念，形成生物學的能量觀。

(2) 設計模擬實驗嘗試“探究種子呼吸過程中釋放熱量”，進行“驗證植物呼吸過程中氣體的變化”的實驗，提升科學思維和探究能力。

(3) 形成利用所學知識解決生活中的實際問題的意識。

3 教學過程

3.1 導入生命活動需要能量 教師展示動畫并講述： 含羞草葉片合攏、植物開花、心臟跳動、唾液分泌、肌肉收縮、睡覺，這些都是生物的生命活動，這些生命活動都需要能量。

設計意圖： 考慮到初一學生對于生物學已知的并不多，所以用動畫展示孩子們熟悉的幾種生命活動，由教師直接告知生物體的各項生命活動都需要能量。

3.2 體驗能量釋放與呼吸的關系 教師設疑： 大家都知道能量來源于攝入的食物，那么食物中的能量是如何釋放出來的呢？接著組織學生進行體驗活動，進行1分鐘的起蹲運動。讓學生思考并回答： 劇烈運動后你們的身體發生了哪些變化呢？為什么出現這樣的變化呢？坐著聽課和起蹲運動哪一種消耗的能量多呢？教師小結： 我們都知道劇烈運動需要消耗更多的能量，因此我們的呼吸更加急促了，這說明能量的釋放和呼吸有關。

設計意圖： 學生已知劇烈活動消耗的能量更多，用體驗和感受的方法，讓學生真正感受到能量釋放和呼吸有關。

3.3 探究種子呼吸過程中釋放熱量 教師告知學生熱量就是能量的一種形式，然后展示小實驗： 提前一天把小麥種子浸泡后放入保溫瓶中，當時瓶內的溫度是25℃，一天后的現在，溫度有沒有變化？經過測量，大家發現溫度升高了。教師設疑： 這熱量從何而來呢？是不是種子在呼吸過程中會釋放熱量呢？

接下來進行科學探究： 種子在呼吸過程中會釋放熱量。內容包括： ①提出問題： 種子呼吸過程中會釋放熱量嗎？②作出假設： 種子呼吸過程中會釋放熱量。(提示： 假設并不是毫無根據的猜想，而是基于經驗或者事實對問題的一種可能的解釋。你們覺得種子呼吸過程中會釋放熱量嗎？)③制訂計劃： 展示材料包(圖1)，讓學生根據提供的材料進行實驗設計。在動手操作前，讓學生思考： a.你會選擇幾種狀態下的種子？b.是否需要記錄最初的溫度？c.24 h后應該觀察什么？d.你能設計出實驗記錄表嗎？學生思考后，在磁性白板上搭建實驗裝置，并設計和繪制實驗記錄表。接著以小組為單位進行展示，通過討論這樣幾個問題來和學生一起分析實驗設計中需要注意的原則： a.你們為什么要選擇兩種不同狀態的種子呢？b.需要記錄最初的溫度嗎？24 h后應該觀察什么？c.保溫瓶為什么要倒置呢？④實施計劃： 觀看教師提前錄制好的視頻并填表。⑤得出結論： 種子呼吸過程中會釋放熱量。

圖1 “探究： 種子在呼吸過程中會釋放熱量”材料包

最后進行小結： 因為種子是植物的一種器官，而熱量是能量的一種形式，所以我們得出： 植物的呼吸會釋放能量；通過對照實驗，也可以得出： 植物呼吸需要的條件是活細胞。

設計意圖： 能量的概念很抽象，直接告訴學生熱量是能量的一種形式，并且用提前做好的熱水瓶實驗給學生直觀的印象： 種子呼吸作用能釋放熱量。通過模擬實驗，并提前錄制視頻，將完整的探究過程呈現出來，引導學生得出結論： 種子呼吸過程釋放熱量，并推知： 植物呼吸過程釋放能量，同時得出結論： 植物的呼吸需要的條件是活細胞。

3.4 驗證植物的呼吸過程中氣體的變化 教師設疑： 植物在呼吸的過程中會有氣體的變化嗎？大家都知道人呼吸的時候氣體會發生變化。那么會發生什么變化呢？展示圖片： 潛水員背著氧氣瓶，可知人體呼吸需要吸入氧氣。在告知學生二氧化碳具有使澄清石灰水變渾濁的特性的前提下，請一位學生對著澄清石灰水吹氣，發現澄清石灰水變渾濁。結果顯示： 人體呼出的氣體中含有較多的二氧化碳。再次設疑： 我們通常所說的呼吸就是指人體或動物吸入氧氣，呼出二氧化碳的生理現象。那植物體的呼吸也會發生這樣的氣體變化嗎？

接下來進行實驗： 準備兩支瓶子，貼好標簽A和B(圖2)。A瓶中裝入萌發的種子，B瓶中裝入等量煮過的種子，蓋緊瓶蓋。將瓶子放在溫暖處，24 h后取出。

圖2 萌發種子瓶A瓶(左)和煮熟種子瓶B瓶(右)

實驗一步驟： ①請大家合作，兩位學生負責打開瓶蓋，另外兩位學生將A、B注射器(圖3)分別伸入A、B瓶中抽取氣體，并將氣體分別注入澄清石灰水A、B(圖4)中。②觀察和描述澄清石灰水的變化。

圖3 注射器A和B

圖4 澄清石灰水A和B

實驗二： 先展示小資料——氧氣可以助燃。燃燒的物體在有氧的情況下，能夠繼續燃燒，而在二氧化碳較多、氧氣量不足的情況下，就會熄滅。實驗步驟： ①請大家合作，兩位學生負責打開瓶蓋，另外兩位學生將兩根木條點燃，同時分別伸入到A、B兩瓶中；②觀察和描述木條的燃燒情況。

接著學生進行實驗，教師巡視全場進行指導，然后組織實驗結果展示和描述。最終得出結論： 植物的呼吸產生二氧化碳；植物的呼吸消耗氧氣。

設計意圖： 從人的呼吸出發，讓學生知道植物呼吸和人是否一樣。通過兩個分組實驗，展示并交流后自然而然得出結論： 植物的呼吸產生二氧化碳，消耗氧氣。

3.5 課堂總結 由植物推至動物和人，師生共同總結出呼吸作用的概念： 我們將生物體的細胞分解有機物，生成二氧化碳和水，同時釋放能量的過程，稱為呼吸作用。最后回到一開始導入時候的動畫： 呼吸作用釋放的能量用于生物體的各項生命活動。

設計意圖： 通過實驗知道了植物呼吸和人的呼吸都產生二氧化碳、消耗氧氣，并且需要的條件是活細胞，再將呼吸作用的概念引出。再次總結能量釋放出來用于各項生命活動，回到導入中的動畫，首尾呼應，讓學生形成能量的釋放和利用的整體知識網。

3.6 課后拓展 引導學生思考： 今天的實驗都是用的植物的種子，那植物的其他器官也能呼吸嗎？鼓勵學生結合教材125頁的內容進行課后的拓展延伸。

設計意圖： 課后拓展對于課堂教學是個補充，從課堂上使用的種子拓展到植物的各器官，可以引導學生用知識解決生活中更多實際問題。

4 教學反思

本節教學中，通過體驗、探究、模擬實驗、觀看視頻、實驗操作、討論等活動，激發學生的學習興趣，注重發揮學生的主體地位，并通過教師適當的引導，提高課堂活動的有效性。一開始的體驗活動恰到好處地引入了接下來要討論的問題： 能量釋放和呼吸有關；科學探究過程中，學生非常愿意動手和動腦；兩個驗證實驗，實驗的材料和裝置都進行了創新，材料更易得，裝置更簡單，課堂上的實驗現象也非常明顯。整個教學流程從生命活動需要能量開始，最終又回到了呼吸作用釋放的能量用于各項生命活動，有助于學生對于重要概念的建構，很好地達到了預期的教學目標。