精设计，巧创新，在实验改进中培养学生的批判性思维

刘莘

摘要：以“测定某种食物中的能量”为例，通过精心设计实验教学，引导学生发现实验装置、实验设计的不合理之处来改进实验，从而培养学生敢于质疑、主动探究的能力，逐步培养学生的批判性思维。

关键词：实验改进;批判性思维;实验设计

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

批判性思维是指对他人或自己的观点、做法或思维过程进行评价、质疑、矫正，并通过分析、比较、综合，进而达到对事物本质更为准确和全面认识的一种思维活动。作为一种高阶思维能力，教师在课堂上针对批判性思维进行的训练，必定对培养学生科学思维和创新思维有着深远的影响。探究实验是初中生物学教学的主阵地，然而在实际的实验教学中，由于种种条件的限制，实验设计、实验装置或实验材料凸显出一些不合理之处。针对这些问题，引导、启发学生对实验进行改进创新更是可以体现出学生批判性思维的过程和品质。

“测定某种食物中的能量”是人教版生物学七年级下册第二章第一节“食物中的营养物质”中的一个探究实验。本实验是在学生已经了解食物中有六大营养物质的基础上设计的，让学生通过实验了解食物中含有能量以及测定能量的方法。教师精心设计教学环节，引导学生在提出探究问题的基础上去设计与完成实验，从发现实验装置的不合理之处来改进实验，从而培养学生敢于质疑、主动探究的能力。该实验还十分重视探究过程的反思，以此激发学生的学习兴趣和创新意识，逐步培养学生的批判性思维。

1视频导入，激发兴趣

教师首先给学生播放了一段憨豆先生闯江湖的士力架广告视频，然后提问：为什么一块小小的士力架就能够让我们横扫饥饿，做回自己呢？学生马上回答：因为士力架中含有能量。教师趁机问：食物中真的含有能量吗？该怎么测定呢？由此引入课题。

2演示实验，初步感知

教师引导学生回忆了科学探究的6个步骤，提问学生：针对本节课题你能提出哪些问题？学生畅所欲言，大致提了三个问题：

①食物中是否含有能量？

②食物中含有多少能量？

③等质量的两种食物哪个含能量多？哪个含能量少？

这三个是有层次、有梯度的问题，需要由易到难一一进行探究。先开始探究活动①：食物中是否含有能量？

在这个环节中，教师出示刚刚视频中的士力架实物，并提出问题：士力架中真的含有能量吗？你怎么来设计实验验证你的假设？学生根据已有的知识储备，很容易答出可以通过燃烧的方法。于是，教师做了个演示实验，点燃士力架，一下子激发了学生的好奇心和求知欲。燃烧士力架的过程中能看到光，感觉到热，证明士力架中确实含有能量。

精心设计的本教学环节培养了学生提出问题的能力;通过燃烧士力架，抓住了学生的好奇心和求知欲，培养了学生的观察能力和分析能力。

3发散思维，创新实验

教师提出问题：既然食物中含有能量，那么有多少呢？从而引入探究活动②：食物中含有多少能量？

在制定计划时，教师首先给学生呈现了课前由生物兴趣小组的学生按照教材装置预实验的实验结果（表1）。学生会惊讶地发现与参考值相比，数据误差太大。于是，教师组织学生小组思考并讨论：为什么会有那么大的数据误差？（参考值：1g花生所含能量为1247OJ）教科书上所示的实验装置有什么需要改进的地方吗？怎么改进？

学生经过认真的思考和讨论，总结出数据误差大的主要原因是食物燃烧时热量散失太多，实验原型也存在一些不足之处：

①锥形瓶不能直接加热，石棉网会吸收一部分热量;

②实验装置复杂，不易操作，温度计容易碰壁损坏：

③锥形瓶没有封口，能量散失多;

④种子燃烧时没有保温挡风装置，能量散失较多;

⑤燃烧物容易落在桌面，污染实验台等。

针对这些不足之处，学生提出了很多改进方案。例如，把不能直接加热的锥形瓶换成可直接加热的试管;试管不再敞口，在试管口加一个打孔橡胶塞，既防止能量散失，也可固定温度计，增加安全性;用废弃酸奶盒制作简易燃烧炉，上端开口剪开外翻，不会被燃烧，正面中间剪一个三角形的开口，作为放食物和透气的“窗口”。酸奶盒是纸质的，内部是铝箔加锡纸，既可以保温挡风，减少热量散失，也可以防止燃烧物落在实验台上，并且剪裁方便，废物利用，既环保又安全。

学生经过发散思维、集思广益，实验得到创新，改进后的实验装置优点很显著。学生在主动参与中，创造力和批判性思维也得到锻炼和提升。

4分组操作，亲身实践

选用脂肪含量高的花生种子和淀粉含量高的玉米种子作为实验材料，开始实施计划。能看到经过改进后的实验效果良好，能量散失减少，数据更加准确（表2）。最后小组之间针对实验中的出现的问题再次讨论交流，归纳小结，借此掌握设置重复组的科学方法。

5深入探究，指导生活

经过探究活动②，课前提出的第三个问题就迎刃而解了。刚刚实验中有的小组选用花生种子做实验材料，有的小组选用玉米种子做实验材料。学生经过计算，很容易比较出等质量的花生种子和玉米种子哪个含能量多。脂肪含量多的花生种子所含能量要远远多于淀粉含量多的玉米种子。同时，教师展示不良饮食带来的后果，指导学生少吃脂肪含量高的食物，合理膳食，健康生活。

6教学反思

本节课教师对授课内容的创新点进行了以下反思：

（1）实验材料的创新点。教材中提出问题“花生和核桃仁哪个含有的能量多”。针对该问题，课前预实验中发现，花生和核桃仁同属油料作物，含有能量差异不大，稍不小心就可能使实验结果相反，有悖科学真理。所以，将核桃仁改为玉米，实验效果明显，还能指导学生合理膳食。

（2）實验装置的创新点。改进后的实验装置简便，安全并且低碳环保，能量散失减少，数据更加准确，增加了实验结论的科学性.

（3）实验教学方式的创新点。教师着眼于学生的“最近发展区”，分层次探究本节课的3个问题，层层递进，符合学生的认知规律。演示实验燃烧士力架激发了学生的实验兴趣和探究欲望。课堂教学以学生为主体，启发学生发现不足参与改进实验，培养了学生的批判性思维，提升了学生的创新意识。