4.8.1 探究不同食物贮存能量的差异 教学设计 （表格式） 北师大版（2024） 七年级下册

探究不同食物贮存能量的差异
教材分析
本实验教学选自北师大版七年级下册《生物学》第8章《人体的能量供应》第1节《食物中能量的释放》中的内容。《探究不同食物贮存能量的差异》是教材中的探究活动，本探究活动通过实验探究让学生了解食物中贮存着能量、不同食物中含有的能量不同。
课标分析
本课时对应的新课标内容要求为：大概念5 人体的结构与功能相适应，各系统协调统一，共同完成复杂的生命活动；重要概念5.1 人体通过消化系统从外界生命活动所需要的物质，学习活动建议“探究几种食物能量的差异”；大概念6 人体健康受传染病、心血管疾病、癌症及外部伤害的威胁，良好的生活习惯和医疗措施是健康的重要保障；重要概念6.2 生活习惯与行为选择能够影响人体健康；大概念9 真实情境中的问题解决，通常需要综合运用科学、技术、工程学和数学等学科的概念、方法和思想，设计方案并付诸实施，以寻求科学问题的答案或制造相关产品。学业要求为：能够设计简单的实验，探究有关人体生理与健康的问题；养成良好的生活和行为习惯，增强机体健康；运用食物中的营养成分、消化与吸收、均衡膳食等知识，设计一份合理的食谱。教学提示中的活动建议为：探究几种食物能量的差异。
学情分析
（1）教学对象分析：七年级的学生具有初步的实验操作能力，可以进行食物能量的测定，但难以规范实验操作中的一些步骤；具有一定的逻辑思维，可以依据实验原理对已有装置进行一定程度的改进。
（2）学习内容分析：通过五年级科学中《物体的传热本领》的学习，学生了解保温的原理及方法；通过六年级科学中《能量的转换》的学习，学生了解能量可以转换为其他形式。
（3）学习环境分析：本节课利用多种生物学、化学实验室中常用的实验器材及生活中的常见物品，为学生提供真实、直观的教学环境，使学生易于理解。
教学目标
（1）通过实验现象的观察，说明食物中贮存着能量，初步形成物质的分解伴随着能量的释放的物质与能量观。
（2）通过实验数据的分析，说出不同食物含有的能量不同，发展分析和综合的能力。
（3）通过实验装置的改进，分析实验误差产生的原因，发展批判思维，综合运用生物学和其他学科的知识。
（4）通过比较不同食物的能量，制订合理的饮食方案，形成健康的饮食习惯。
教学重点与难点
（1）教学重点
①测定食物中贮存能量的原理。
②对实验进行误差分析。
（2）教学难点
根据实验原理及误差产生的原因对实验装置进行改进。
实验器材
100 mL量筒、锥形瓶、石棉网、试管、玻璃导管、易拉罐、双层玻璃杯、火柴、温度计、铁丝、不同的食物（花生、粉丝）、过氧化氢、二氧化锰。
实验原理
燃烧样品使一定体积的水升温，1ml水的质量为1g，受热时每升高1°C所需能量为4.187J。
实验设计思路与创新点
（1）实验设计思路：
①以“麻辣粉丝”和“花生糖”中主要食物的能量是否相同为情境，引入主题“探究不同食物中贮存的能量”。
②参照教材中的实验装置测定花生种子的能量，记录数据。
③进行实验误差分析、分析实验装置的不足、提出实验装置改进措施。
④利用改进装置测定不同食物的能量，进行数据的统计和分析。
⑤通过对改进的实验装置进行二次改进，并进行数据的统计和分析，和教材中的实验装置得到的数据对比，分析实验装置改进的有效性，思考对合理膳食的启发。
（2）教材实验的不足：
①大量热量散失在空气、铁罐头筒中，导致实验误差较大。
②锥形瓶不能直接加热，教材的实验未使用石棉网，操作不规范，如使用石棉网，热量会散失在三脚架和石棉网中。
③实验器材中的样品架在大部分实验室中不易获取，铁罐头筒的三角形通风口在制作及使用过程中易划伤手。
（3）创新点：
①通过化学实验“利用过氧化氢制取氧气”，发展学生的跨学科探究实践能力。
②利用小学科学中的“物体的传热本领”中，“空气是热的不良导体”等相关知识制作保温装置，减少热量散失的同时，促进学段之间的有效衔接、学以致用。
③测量散失在铁罐中的热量，使实验过程更加严谨，发展学生的理性思维。
④使用“双层玻璃杯”“易拉罐”这种生活中常见的物品作为实验器材，易于获取，让学生感受到实验存在于生活之中，且易拉罐在顶部开口相对于原实验的开口方式更加安全。
实验教学过程
（1）引入
教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
情境导入 ·展示：宣城特色美食“麻辣粉丝”和六安特色美食“花生糖”的图片。 ·提问：“麻辣粉丝”和“花生糖”中的主要食物在相同质量的情况下能量是否相同？食物之间的能量有何差异？ ·思考：生活情境中的问题。 用学生身边的地方美食直接引起学生的兴趣，使学生感受到生物学知识与生活息息相关。
（2）探索
教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
实验原理 ·讲解：物质中贮存着能量，能量可以从一种形式转换成另一种形式，燃烧样品时，样品中贮存的化学能可以转换为热能和光能，使一定体积的水升温，1ml水的质量为1g，受热时每升高1°C所需能量为4.187J。 ·聆听并思考。 学生通过苏教版六年级下册《科学》1.3《能量的转换》的学习，已经了解不同形式之间的能量可以相互转换，通过对六年级知识的回顾促进学生对于实验原理的理解。
【活动一】参照教材中的实验装置测定花生种子的能量 ·讲解：实验器材的使用方法，如：锥形瓶需要在石棉网上进行加热；熄灭酒精灯时用灯帽盖灭，且需盖两次；使用温度计时，应将玻璃泡完全浸入被测液体中，不要碰到容器底和容器壁。 ·巡视指导。 ·分组实验：参照教材中的实验装置测定花生种子的能量，记录并分析实验数据。 ·自评、互评：结合评价量表评价实验操作的规范程度。 通过教师的引导以及评价形成规范的实验操作步骤，在分组实验中发展学生的动手能力以及团结协作精神。
（3）解释
教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
实验误差分析 ·提问1：在此实验过程中，你认为实验装置需要满足哪些条件才能使实验结果更加准确？ ·提问2：刚才实验过程中的锥形瓶是不能直接加热的，直接加热容易使锥形瓶炸裂，因此，需要垫上石棉网加热，并用三脚架固定。你认为刚才的实验装置有哪些不足之处呢？你能否根据实验装置需要满足的基本条件，设计、优化教材中的装置？ ·回答1：有充足的氧气；减少能量的散失。 ·回答2：实验操作不规范，并且，在刚才的实验中，我们摸到易拉罐非常烫，说明有大量的热量散失，此外，实验器材不易获取，制作过程比较危险，实验室没有样品架。 通过设置问题支架，引导学生思考改进实验装置的措施，通过对教材中装置的探讨，发展学生的质疑精神，通过问题的层层深入，发展学生的理性思维。
（4）迁移
教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
【活动二】利用改进装置测定不同食物的能量 ·引导1：试管可以直接加热，使实验操作更加规范，并且减少热量的损失，我们可以使用试管代替锥形瓶，为了让花生的能量尽可能多地用来加热水，而不是加热实验装置，你有什么好的想法？ ·引导2：试管细长，若将样品放在试管内燃烧，在燃烧过程中，可能会出现什么样的问题？ ·引导3：我们可以利用化学的方法制取氧气，以双氧水为实验原料、二氧化锰为催化剂制取氧气。 ·引导4：供氧的问题已经解决了，那如何减少热量散失呢？回顾小学科学中所学的《物体的传热本领》，为了减少装置的热量散失，你应该选择什么样的保温材料？ ·展示：实验装置图。 ·思考并回答引导1：把花生放在试管内燃烧，再把试管放入水中，这样试管吸收的热量也可以传给水。 ·思考并回答引导2：可能会出现氧气不足而无法燃烧。 ·思考并回答引导4：空气是热的不良导体，具有保温的作用，所以我们可以把水放在中空的双层玻璃杯中进行保温。 ·分组讨论：实验装置的改进方法。经讨论，确定如图所示的实验装置： ·分组实验：利用改进的实验装置测定不同食物的能量。 通过教师的引导，将实验原理迁移到实验装置的改进中，使学生的思维层层深入，师生共同确定改进的实验装置，发展学生的探究思维。 学生通过苏教版五年级上册《科学》第8节《物体的传热本领》的学习，了解保温的基本原理及方法，在此处应用相关知识，促进学生学以致用。
【活动三】利用二次改进装置测定不同食物的能量 ·提问1：在刚才的实验中出现了什么样的问题？出现这样问题的原因是什么？ ·提问2：为了避免花生直接接触到水滴，应该对实验装置进行怎样的改进？教材中的实验装置里，铁罐头筒在加热后非常烫，如何计算这部分散失的热量？ ·引导：现在请同学们进一步改进刚才的实验装置。 ·展示：二次改进的实验装置图。 ·总结：实验探究需要坚持不懈的探索精神。 ·提问3：仅有一次的实验数据，是否准确呢？为了减小实验误差，我们应该怎么做呢？ ·引导：现在请同学们用同样的方法测定粉丝的能量。 ·思考并回答问题1：花生容易熄灭，无法充分燃烧。原因可能是燃烧过程中会产生水蒸气，遇冷凝结在试管壁和试管底部，导致花生熄灭。 ·分组讨论问题2：应将花生悬空在铁罐头筒内燃烧，在铁罐中加入含有水的试管，测定试管内水温升高值，再在铁罐外加个双层玻璃杯，在杯中加入水，测定水温升高值。确定如图所示的实验装置： ·分组实验：利用二次改进的实验装置测定不同食物的能量. ·回答问题3：不准确，我们应该进行平行重复实验，记录并分析实验数据。 科学实验往往无法一次成功，引导学生总结实验失败的原因，可以更加针对性地解决问题，也让学生在实验改进的过程中发展勇于创新、不断探索的精神品质。
合理膳食 ·总结：分析数据我们可以发现，“麻辣粉丝”中，相同质量的花生贮存的能量比粉丝要高，这说明了不同食物中贮存的能量不同，其中，以脂肪为主的食物比以糖类为主的食物热价要高。 花生热价的标准参考值是24.02kJ/g，教材实验装置的花生热价测定值为10.05kJ/g，改进实验装置的花生热价测定值为：12.95kJ/g，更接近花生热价的标准值，因此，我们的改进是有一定效果的。 ·提问：我们应该如何根据食物的不同能量平衡我们的日常饮食呢？ ·作业布置：你能否根据本节所学内容改进在学习第8章时制订的营养食谱？ 回答：在日常饮食中，我们可以参考营养成分表，估算出食物的热量，结合我们日常所需的能量参考值，荤素搭配，合理饮食。 学生在学习完第8章后已经了解食物中的营养成分，知道均衡膳食的基本要求，通过对食谱的改进，体现知识的整体性和螺旋上升。 引导学生利用食物能量之间的差异，指导合理饮食，形成良好的生活习惯。
（5）评价
教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
多元评价、贯穿课堂 ·形成性评价：评价学生的探究及实验过程。 ·总结性评价：对实验结果进行评价：不同食物贮存的能量不同，同时，通过数据的对比判断实验装置改进的有效性。 ·自评、互评：学生在实验过程中和实验结束后，通过评价量表进行自评、互评。 通过多元评价方式，进一步掌握实验原理、规范的实验操作。
板书设计
探究不同食物贮存能量的差异
一、实验原理
1ml水受热时每升高1°C需4.187J的能量
二、实验装置的必要条件
1.有充足的氧气
2.减少热量散失
实验效果评价
教材中的实验装置测得花生的热价为，改进后的实验装置测得的花生种子热价为，但更接近花生热价的理论参考值，改进后的实验装置虽仍有热量散失，有一定的改进意义。
教学反思
本节教学内容与生活紧密联系，但涉及到能量，较为抽象，因此，在教学过程中引导学生回顾小学科学所学的“能量的转换”，有利于学生理解实验原理。本节教学重点不在于精准测得食物的热量，而是通过对实验装置的不断改进、优化以及实验误差的分析，发展学生的理性思维以及勇于创新、不断探索的精神品质，通过对营养食谱的改进，引导学生形成良好的饮食习惯。
本节课注重学段之间的衔接，在实验设计中融合多个学科，重视学生在学习过程中的实践经历，充分发挥评价的诊断和促进的功能，促进学生生物学核心素养的发展。