应用创新教具 开展实验探究

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1 教材分析

“植物的呼吸作用”是华师大版初中《科学》八年级上上第四章第四节“植物的光合作用和呼吸作用”第二课时的内容。植物的呼吸作用作为绿色植物的三大重要作用之一，与植物的光合作用互相联系与依存，是生物学的重要知识。学习植物的呼吸作用，有利于学生系统、完整地认识植物的新陈代谢。

教材通过3个演示实验分别得出有关呼吸作用的三个结论：植物呼吸作用吸收氧气、呼出二氧化碳、释放热量，从而建构呼吸作用的概念。但是因为实验繁琐，实际教学中这三个实验的开出率比较低。

初中科学课程的核心理念是提高每个学生的科学素养。因此笔者对本实验进行改进，引导学生运用自制的创新教具开展自主的探究，主动地获取知识。本节课对于培养学生实验综合能力，尤其是学生实验设计及创新能力是一个重要契机。

2 学情分析

2.1 知识储备

学生已经具备了有关植物光合作用的知识，知道了动物的呼吸作用，但是对植物的呼吸作用只有模糊的认识。

2.2 技能储备

学生对于二氧化碳的鉴别方法、氧气的检验方法以及利用温度计测量温度的技能都已比较熟练。学生已具备了一定的观察、实验和分析归纳能力，但是实验设计与创新思维等较高层次的能力较为薄弱。

2.3 学习心理

学生对探索植物的呼吸作用有着强烈的好奇心和求知欲。实验是激发学生兴趣的最好方法，可以让学生充分发挥自己的潜能，去探究、思考和交流，完成对植物呼吸作用的认识。

3 教学目标

3.1 知识与技能目标

（1） 了解植物的呼吸作用。

（2） 了解呼吸作用原理与农业生产和人类生活的关系。

3.2 过程与方法目标

（1） 通过实验探究过程，发展科学探究的能力、与人合作、交流的能力。

（2） 通过实验探究，培养实验设计及创新的能力。

3.3 情感、态度与价值观目标

（1） 通过实验探究，培养积极探索的科学精神，形成严谨、求实的科学态度。

（2） 通过对教材实验的改进，培养反思质疑、勇于创新的精神。

4 教学重点与难点

（1） 重点：植物呼吸作用及其实验探究过程。

（2） 难点：植物呼吸作用实验的设计和创新。

5 教学方法

实验探究法、问题讨论法等。

6 教学流程（图1）

7 教学过程

7.1 提出问题，建立假设

创设情境：晚上，小明的妈妈为了让房间不开窗也能保持空气新鲜，将植物搬进卧室。她的做法科学吗？

提出问题：人要呼吸，那么植物是否也要呼吸？植物的呼吸作用是否也是吸进氧气，呼出二氧化碳，放出热能呢？

学生在生活经验或原有的知识基础上进行猜想，提出假设：

（1） 植物呼吸作用吸进氧气，呼出二氧化碳，释放热能。

（2） 植物呼吸作用吸进二氧化碳，呼出氧气，释放热能。

……

设计意图：生活化的问题启动了学生的思维，暴露了学生的前概念，让学生从生活走向探究。

7.2 自主合作，设计实验

教师提出一系列问题，以供学生讨论：

（1） 选择植物的哪部分做实验比较好，为什么？

（2） 如何检验氧气含量的变化？

（3） 如何检验二氧化碳含量的变化？

（4） 如何检测热量的变化？

（5） 上述实验在怎样的装置中进行？

设计意图：实验设计是科学探究的重要环节，是培养学生科学探究能力的关键。但是这个实验的设计对初二学生有一定的难度。因此教师从研究的问题出发，根据问题思考的逻辑，把该问题分解成若干个小问题，每个小问题设置在学生的最近发展区，使学生始终保持积极的思维。

小组合作，自主设计实验方案。教师提出要求：

（1） 实验简单易行，具有可操作性。

（2） 以简图文字形式绘制在实验活动单上。

学生上台展示并汇报实验方案。教师引导生生评价，并完善实验方案，渗透学法指导，要求学生注意设置对照组。

7.3 反思质疑，改进实验

教师展示教材的实验方案（图2），并提出质疑①：教材的实验方案能不能优化呢？它有没有美中不足之处呢？

评价：

（1） 3个实验，实验器材多，实验准备繁琐，操作费时;

（2） 小麦种子对于当地来说取材不易;

（3） 保温瓶一般不透明，不利于观察种子萌况。

质疑②：能否利用一套装置就能完成上述三个实验呢？

教师追问引导：如果可以，为了实验之间不互相干扰，你觉得这三个实验应该如何安排顺序？

学生讨论：首先，检测温度的变化;其次，检验二氧化碳含量的变化;最后检验氧气含量的变化。

设计意图：对教材的质疑、对权威的的挑战瞬间点燃学生探究的热情，学生的思维活跃，尤其是对3个实验顺序的思考，培养了学生思维的深刻性。

教师出示初步改进的实验装置（图3），并对事先准备的对照组和实验组进行测温。观察发现两支温度计示数差别不大，不易读数，也就是实验现象不够明显。

质疑③：要想实验现象明显，如何进一步改进装置？

学生讨论出各种方案。归纳后发现均从以下两方面着手进行改进的：

（1） 减少热量的散失;

（2） 提高温度计的准确程度。

教师呈现创新教具（图4）。

设计意图：教师并不是突兀地把自己设计的实验方案和创新教具展示给学生，而是引导学生自主设计，待到水到渠成之时再展示创新教具，让学生体验技术发明的过程，感受它是自己创新的成果，心中涌现成功的喜悦和自豪。

教师介绍创新教具：

（1） 废弃的塑料瓶、玻璃瓶做成简易保温瓶，接缝处打玻璃胶。因为瓶壁厚，两瓶壁间气体不易对流，保温效果好，而且材料透明便于观察内部种子萌况。

（2） 探针温度计读数能精确到0.1℃，读数方便且能灵敏显示温度变化。

设计意图：各种瓶子当器材，拼拼凑凑做实验。该创新装置巧妙地利用生活废弃品，渗透了环保的理念，让学生体验了科学就在身边的思想。

7.4 分组实验，验证假设

观看实验准备的视频后，让学生分组实验：检验氧气、二氧化碳和热量的变化，观察并记录实验现象（表1）。

设计意图：因为这个实验耗时比较长。教师将前期的实验准备拍成视频。学习时，学生首先观看实验准备的视频，然后再分组实验检验氧气、二氧化碳、热量的变化。

7.5 归纳总结，建构概念

师生归纳总结：种子的呼吸作用吸收氧气;放出二氧化碳;释放能量。

师生指出：植物体所有器官的全部活细胞都在不停地进行呼吸作用。

学生自主建构种子作用的概念。

设计意图：学生在实验的基础上自主获取知识，建构概念，实现由感性认识上升到理性认识的飞跃。

7.6 知识应用，拓展提升

教师提出一系列问题，引导学生将所学的应用于解决实际问题：

（1） 农民伯伯为什么在施肥之前进行松土，目的是什么？

（2） 清晨到树林中锻炼是否科学？

（3） 如何保存水果，以防腐烂？为什么？

设计意图：科学知识来源于生活，最后回归生活，植物的呼吸作用和人们日常的生产和生活是紧密相连的，用学过的知识解释身边的现象。最后一个问题把知识进行了拓展提升，提出影响植物呼吸作用的重要因素有温度、水分、氧气和二氧化碳的浓度等。

8 教学反思

8.1 实验及教具的创新

以“植物呼吸作用的实验探究”为载体，运用创新技法中的组合法对教材实验进行改进与创新。创新教具巧妙地利用生活废弃的品，更加贴近生活;改进后实验操作更加简单便捷，实验现象更加直观、明显。

8.2 实验教学方法的创新

打破传统的教师设计好实验方案展示给学生、学生被动接受的模式，而是让学生主动发现与探索，自主设计，积极创新，不断反思、质疑、突破和创新，体验技术发明的过程，真正像科学家一样在探究道路上勇往直前。