用數(shù)字化設(shè)備創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1、用數(shù)字化設(shè)備創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)1實(shí)驗(yàn)教學(xué)背景“呼吸作用”是初中生物學(xué)的50個(gè)重要概念之一，要求學(xué)生能夠描述“在生物體內(nèi)，細(xì)胞能通過分解糖類等獲得能量，同時(shí)生成二氧化碳和水”。蘇科版初中教材把這一概念安排在七年級(jí)上冊(cè)第三單元“生物從環(huán)境中獲取物質(zhì)和能量”第七章“能量的釋放和呼吸”第一節(jié)“能量的釋放和利用”。顯然，這是從“物質(zhì)和能量”這一生命觀念角度來審視這一概念的。新課標(biāo)在實(shí)施建議中明確指出：在概念教學(xué)中，教師需要向？生提供豐富的、有代表性的事實(shí)來為學(xué)生的概念形成提供支撐。學(xué)生已經(jīng)初步積累的事實(shí)是概念建構(gòu)的重要基礎(chǔ)，主要來源于兩方面：日常生活中積累的經(jīng)驗(yàn)，即人體呼吸需要吸收氧氣'放出二氧化碳；

2、課堂學(xué)習(xí)中積累的知識(shí)，通過“植物光合作用”的學(xué)習(xí)知道了有機(jī)物中儲(chǔ)存能量,通過“驗(yàn)證食物中含有能量”，了解到有機(jī)物通過燃燒能釋放熱能。此外，為了幫助學(xué)生充分獲取事實(shí)，蘇科版教材安排了三項(xiàng)探究活動(dòng)：”體驗(yàn)?zāi)芰康尼尫排c呼吸作用的關(guān)系”“驗(yàn)證呼吸作用過程中氣體的變化”“探究種子呼吸過程中釋放熱量”。教材試圖以實(shí)證的方式幫助學(xué)生形成相應(yīng)概念。綜合上述分析，學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)以及在探究過程中所形成的認(rèn)識(shí)，的確能為概念的形成提供必要的事實(shí)性知識(shí)，但是仍然存在一些不足之處。這是因?yàn)椋哼@些事實(shí)、證據(jù)并不特別充分。人體呼吸“吸收氧氣、放出二氧化碳”這一事實(shí)只是生活體驗(yàn)，缺乏實(shí)證；個(gè)體、器官能發(fā)生呼吸作用，難道就能

3、說明細(xì)胞在進(jìn)行呼吸作用嗎？顯然，這里未能形成一個(gè)符合邏輯的證據(jù)鏈條，缺乏充分的證據(jù)作為推理的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足。實(shí)驗(yàn)材料選擇單一，僅用新鮮菠菜和萌發(fā)的種子進(jìn)行實(shí)瞼驗(yàn)證，難以有效引導(dǎo)學(xué)生從一般到特殊歸納知識(shí)，從而把握概念內(nèi)涵，不利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的；實(shí)驗(yàn)形式比較單一，教材都是定性實(shí)瞼，無法直觀體驗(yàn)二氧化碳和氧氣的變化過程，也無法滿足定量比較的要求；實(shí)驗(yàn)原理相對(duì)復(fù)雜，需要補(bǔ)充氧氣、二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)，讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，增加了認(rèn)知負(fù)荷；實(shí)驗(yàn)操作困難，要讓氧氣（二氧化碳）的濃度下降（上升）到一定的量在短時(shí)間內(nèi)是無法實(shí)現(xiàn)的，一旦失敗不能馬上重復(fù)利用，實(shí)驗(yàn)成功率受到一定影響。實(shí)驗(yàn)是促成學(xué)生建立

4、9;理解和應(yīng)用重要概念的主要教學(xué)方式之一。秉承“做中學(xué)”的教學(xué)理念，筆者努力拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的形式，以期通過實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生深入認(rèn)識(shí)呼吸作用的本質(zhì)，同時(shí)提供豐富的科學(xué)事實(shí)，為重要概念的形成提供有力支撐。2實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)基于課程、教材及學(xué)情分析，確定以下實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：（1）通過實(shí)驗(yàn)探究，獲取充分的科學(xué)事實(shí)，說出能量釋放和呼吸作用的關(guān)系，描述呼吸作用的含義。（2）通過系列實(shí)驗(yàn)的探究，嘗試從不同角度證明一個(gè)科學(xué)結(jié)論的方法，提高科學(xué)探究中理性思維的能力。（3）通過實(shí)驗(yàn)探究的定量化處理，嘗試用數(shù)據(jù)和圖表表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高獲取信息和處理信息的能力。（4）通過數(shù)字化設(shè)備的充分運(yùn)用，認(rèn)同信息技術(shù)

5、在科學(xué)探究中的重要價(jià)值。3實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容3.1 第一組實(shí)驗(yàn)：探究呼吸過程中氣體成分的變化教師設(shè)計(jì)6個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別探究人體、青菜的植株、萌發(fā)的種子'西芹的莖'蘿卜（塊根）'酵母菌在呼吸過程中氧氣和二氧化碳的變化。設(shè)計(jì)意圖：這一組實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)際情況，有的適于課堂演示，有的需要課前探究。設(shè)計(jì)的6個(gè)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)對(duì)象涉及動(dòng)物、植物、單細(xì)胞生物，目的在于通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到：生物都會(huì)發(fā)生呼吸作用，且都是消耗氧氣、釋放二氧化碳，動(dòng)搖“動(dòng)物只進(jìn)行呼吸作用，植物只進(jìn)行光合作用”的前概念；個(gè)體、器官、細(xì)胞都能進(jìn)行呼吸作用，呼吸作用實(shí)則上產(chǎn)生于活的細(xì)胞；呼吸作用過程中會(huì)消耗有機(jī)物（酵母菌在實(shí)驗(yàn)

6、過程中需要添加葡萄糖），有機(jī)物的變化和氣體的變化之間存在某種聯(lián)系。由此，教師幫助學(xué)生從細(xì)胞水平深入認(rèn)識(shí)呼吸作用，利于從宏觀到微觀，以歸納的方式把握概念內(nèi)涵。3.2 第二組實(shí)驗(yàn)：探究呼吸過程中能量的釋放實(shí)驗(yàn)1:探究人體運(yùn)動(dòng)過程中熱能的釋放。實(shí)驗(yàn)2：探究種子萌發(fā)過程中熱能的釋放。實(shí)驗(yàn)3：探究有機(jī)物燃燒過程中熱能的釋放。設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)1、2,幫助學(xué)生建立感性認(rèn)識(shí)：不論是人體（動(dòng)物），還是植物，在呼吸作用過程中都有能量產(chǎn)生。通過回憶實(shí)驗(yàn)3（在第五章“營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用”這節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中已做過該實(shí)驗(yàn)），教師引導(dǎo)學(xué)生建立了觀念儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物可以通過類似“燃燒”的方式釋放能量。4實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與過程4.

7、1 數(shù)字化設(shè)備簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)中使用了兩種數(shù)字化設(shè)備：一種是SWR（蘇威爾）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，是基于傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量、采集變量數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，主要設(shè)備由計(jì)算機(jī)'采集器、傳感器、軟件系統(tǒng)組成。另一種是穿戴式智能體溫計(jì)，其工作原理是利用物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)，將熱敏體溫傳感器采集到的人體體溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過藍(lán)牙或WIFI技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)上，自動(dòng)生成體溫變化曲線圖。4.2 探究呼吸過程中氣體成分的變化一一氧氣的變化4. 2.1探究人體在呼吸過程中氧氣的變化實(shí)驗(yàn)器材：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（氧氣傳感器）、吹嘴。實(shí)驗(yàn)步驟：連接實(shí)驗(yàn)裝置（圖1）。將吹嘴與氣流頭組裝好，

8、將氧氣傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，然后與計(jì)算機(jī)連接。設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)。打開實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，添加“氧氣一時(shí)間”坐標(biāo)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)間設(shè)置“20s”，采集間隔“500ms”。開始實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)擊開始按鈕，同時(shí)向吹嘴用力呼一口氣。采集結(jié)束，保存數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：平緩的曲線表示吸入氣體（空氣）中氧氣的含量，下降的曲線表示呼出氣體中氧氣的含量（圖2）,通過設(shè)置這樣的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能得出“人體呼吸過程中需要消耗氧？猿鋼慕林?。?.2.2探究植物在呼吸過程中氧氣的變化準(zhǔn)備甲、乙兩個(gè)帶密封蓋的塑料杯，甲中放入根、莖、葉或萌發(fā)的種子（圖3）,乙中不放任何材料，實(shí)驗(yàn)時(shí)間設(shè)置為“10min”，采集間隔為“

9、1min”，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)圖表數(shù)據(jù)和圖像曲線（圖4,僅呈現(xiàn)實(shí)瞼組圖像數(shù)據(jù)），學(xué)生能得出相應(yīng)結(jié)論。（說明：用植物做實(shí)瞼材料時(shí)，短時(shí)間內(nèi)的氧氣含量變化趨勢(shì)在圖像中表現(xiàn)得不是特別明顯，但可以結(jié)合圖像左側(cè)表格中的數(shù)據(jù)來比較分析。）4. 2.3探究酵母菌在呼吸過程中氧氣的變化同樣準(zhǔn)備甲、乙兩個(gè)帶密封蓋的塑料杯，分別裝入100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液，然后甲中加入5g酵母干粉，乙中加入5g淀粉（圖5）o通過設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，學(xué)生比較變化曲線（圖6,僅呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組圖像），能得出相應(yīng)結(jié)論。4.3 探究呼吸作用氣體成分的變化一一二氧化碳的變化用同樣的方法，使用二氧化碳傳感器測(cè)量呼吸作用過程中二氧化碳含量的變化，

10、部分實(shí)驗(yàn)組（西芹、酵母菌）的數(shù)據(jù)圖像如圖7、圖8所示。4.4 探究呼吸過程中能量的釋放4.5 4.1探究人體運(yùn)動(dòng)過程中熱能的釋放將智能藍(lán)牙溫度計(jì)固定在上臂肱二頭肌處，在智能手機(jī)上打開藍(lán)牙及手機(jī)APP測(cè)量曲肘和伸肘過程中溫度的變化，與不活動(dòng)時(shí)進(jìn)行對(duì)照，比較分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖7）o4.6 .2探究種子呼吸過程中熱能的釋放使用蘇威爾數(shù)字化設(shè)備中的溫度傳感器（或者智能藍(lán)牙溫度計(jì)）測(cè)量種子萌發(fā)過程中溫度的變化，與沒有萌發(fā)的種子進(jìn)行對(duì)照，比較分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖10,僅呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組圖像）。4.7 .3探究有機(jī)物燃燒過程中熱能的釋放教師引導(dǎo)學(xué)生回憶在第5章第2節(jié)“營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用”做過的“驗(yàn)證食物中含有能量”這一實(shí)驗(yàn)。5實(shí)驗(yàn)教學(xué)反思與評(píng)價(jià)5.1 改善學(xué)習(xí)環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)效率數(shù)字化設(shè)備進(jìn)入實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，營(yíng)造了一種數(shù)字化的學(xué)習(xí)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)借助傳感器實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成曲線，不僅可以提高實(shí)驗(yàn)效率，還能提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，有利于學(xué)生取得更佳的學(xué)習(xí)效果，體驗(yàn)到技術(shù)帶來的魅力。5.2 重視定量實(shí)驗(yàn)，了解事物本質(zhì)新課標(biāo)指出，在重視定性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也應(yīng)重視定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)。使用傳感器檢測(cè)，可將定性的結(jié)果檢測(cè)方法改為定量實(shí)驗(yàn)，通過數(shù)字'圖表等直觀的數(shù)據(jù)精確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有利于學(xué)生在采集數(shù)據(jù)'用數(shù)據(jù)表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果過程中從“量