跨學(xué)科融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)“測(cè)定花生種子中的能量”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究 說(shuō)課

跨學(xué)科融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)熊蕊“測(cè)定花生種子中的能量”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究合肥市西遞中學(xué)“測(cè)定某種食物中的能量”是初中生物人教版七年級(jí)下冊(cè)第二章第一節(jié)“食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”中的探究活動(dòng)（P21），是在學(xué)生已經(jīng)了解食物中三類(lèi)供能物質(zhì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解食物中含有能量和測(cè)定能量的辦法。該探究活動(dòng)注重培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、作出假設(shè)的能力，以及收集和處理數(shù)據(jù)的技能。依據(jù)教材的實(shí)驗(yàn)方案，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)值和理論值相比差距極大，故而本實(shí)驗(yàn)還十分重視探究過(guò)程的反思，通過(guò)反思和改進(jìn)激發(fā)學(xué)生的探究熱情和創(chuàng)新意識(shí)。一、教材分析教學(xué)的地位和作用社會(huì)責(zé)任科學(xué)探究生命觀念理性思維核心素養(yǎng)3、提升學(xué)生運(yùn)用多角度思維、多個(gè)學(xué)科知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和跨學(xué)科實(shí)踐能力。2、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、收集和處理數(shù)據(jù)的能力。通過(guò)對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的分析和改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。1、使學(xué)生認(rèn)識(shí)到食物中含有能量并學(xué)會(huì)測(cè)定食物中所含能量的方法。教學(xué)目標(biāo)（2022年版）教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)針對(duì)誤差產(chǎn)生的原因，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，分析改進(jìn)措施的意義。測(cè)定某種食物中的能量，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，分析誤差產(chǎn)生的原因，提出改進(jìn)思路。教學(xué)重難點(diǎn)二、學(xué)情分析學(xué)生對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的一般過(guò)程有一定的認(rèn)識(shí)，能積極主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)探究，敢于大膽質(zhì)疑，對(duì)實(shí)驗(yàn)具備了一定的分析能力。但由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)物理、化學(xué)知識(shí)，對(duì)于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的具體方案和實(shí)際操作，還需要老師的引導(dǎo)。學(xué)生獨(dú)立完成教材實(shí)驗(yàn)學(xué)生討論改進(jìn)實(shí)驗(yàn)師生共同討論實(shí)驗(yàn)再創(chuàng)新師生總結(jié)分析三、跨學(xué)科融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程研究背景現(xiàn)狀及問(wèn)題分析改進(jìn)方法及裝置裝置效果驗(yàn)證生活情景質(zhì)疑思考觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程查閱書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)資料跨學(xué)科頭腦風(fēng)暴師生討論、交流數(shù)學(xué)模型分析對(duì)比總結(jié)大家知道食物中的能量是怎樣測(cè)定出來(lái)的呢？1、研究背景同學(xué)們留心會(huì)發(fā)現(xiàn)食品包裝上的營(yíng)養(yǎng)成分表中會(huì)包含能量這一欄三、跨學(xué)科融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程研究背景現(xiàn)狀及問(wèn)題分析改進(jìn)方法及裝置裝置效果驗(yàn)證生活情景質(zhì)疑思考觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程查閱書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)資料跨學(xué)科頭腦風(fēng)暴師生討論、交流數(shù)學(xué)模型分析對(duì)比總結(jié)種子重量(g)初始水溫(℃)最終水溫(℃)水體積(mL)能量(kJ/100g)0.62031503850.52028503360.5213050378平均值366.3標(biāo)準(zhǔn)值2402kJ/100g實(shí)驗(yàn)裝置2、現(xiàn)狀及問(wèn)題分析課本中實(shí)驗(yàn)方案01花生在試管中燃燒，試管浸在裝滿水的燒杯中。加熱高錳酸鉀，制造氧氣。花生切成薄片。改用電子溫度計(jì)?；ㄉN子中的能量為439.7kJ/100g2、現(xiàn)狀及問(wèn)題分析現(xiàn)有改進(jìn)方案02點(diǎn)燃過(guò)程中，燃燒產(chǎn)生的熱量向空氣散失。在空氣中點(diǎn)燃花生種子1）花生種子體積偏大，造成燃燒不充分，產(chǎn)生誤差。2）花生種子在酒精燈中點(diǎn)燃所花費(fèi)的時(shí)間平均為28秒，熱量散失嚴(yán)重。2、現(xiàn)狀及問(wèn)題分析關(guān)鍵問(wèn)題分析033）通過(guò)熱像圖分析，熱量在瓶口處散失嚴(yán)重，部分熱量散失到瓶外，以及被裝置所吸收。P1:22.4＞20.8P1:23.1＞20.8P3:28.9＞20.8P3:29.8＞20.8P3處為瓶口處溫度P1處為裝置外空氣溫度室溫：20.8℃鐵架臺(tái)處溫度為46.1℃。2、現(xiàn)狀及問(wèn)題分析關(guān)鍵問(wèn)題分析03高錳酸鉀5）加熱高錳酸鉀制取氧氣，實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，不能隨時(shí)添加藥品。添加高錳酸鉀，需拆卸裝置。氧氣4）沒(méi)有直接加熱水，通過(guò)空氣傳導(dǎo)熱量，測(cè)量方法不準(zhǔn)確?？諝獾臒釋?dǎo)率：0.027W/m·K玻璃的熱導(dǎo)率：1.1

W/m·K空氣熱輻射效率低2、現(xiàn)狀及問(wèn)題分析關(guān)鍵問(wèn)題分析03通過(guò)熱像圖分析，熱量主要在在瓶口處散失嚴(yán)重。加熱高錳酸鉀制取氧氣，實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，不能隨時(shí)添加藥品。點(diǎn)燃整?；ㄉ鷷r(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)也散失部分熱量。沒(méi)有直接加熱水，通過(guò)空氣傳導(dǎo)熱量，測(cè)量方法不準(zhǔn)確。關(guān)鍵問(wèn)題任務(wù)一：如何縮短花生種子點(diǎn)燃時(shí)間？任務(wù)二：如何收集花生種子燃燒釋放的熱量？任務(wù)三：如何減少花生種子燃燒過(guò)程中的熱量散失？任務(wù)四：如何維持氧氣濃度，確保充分燃燒？任務(wù)五：如何精準(zhǔn)計(jì)算花生種子中的能量？改進(jìn)任務(wù)花生種子體積偏大，造成燃燒不充分，產(chǎn)生誤差。2、現(xiàn)狀及問(wèn)題分析任務(wù)驅(qū)動(dòng)04三、跨學(xué)科融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程研究背景現(xiàn)狀及問(wèn)題分析改進(jìn)方法及裝置裝置效果驗(yàn)證生活情景質(zhì)疑思考觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程查閱書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)資料跨學(xué)科頭腦風(fēng)暴師生討論、交流數(shù)學(xué)模型分析對(duì)比總結(jié)研磨成花生碎渣，增大與氧氣接觸面積，促進(jìn)其充分快速燃燒；花生種子在酒精燈中點(diǎn)燃至獨(dú)立燃燒所需時(shí)間平均為28秒?；ㄉ樵}沖點(diǎn)火器3秒采用脈沖點(diǎn)火器，避免明火點(diǎn)燃過(guò)程中加熱試管造成的誤差。改進(jìn)任務(wù)一：如何縮短花生種子點(diǎn)燃時(shí)間？直接加熱氧氣中燃燒空氣傳導(dǎo)加熱空氣中燃燒結(jié)合課本實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，選擇在氧氣中加熱試管中的水，收集花生種子燃燒過(guò)程中釋放的能量。脈沖點(diǎn)火器改進(jìn)任務(wù)二：如何收集花生種子燃燒釋放的熱量？制造相對(duì)密封環(huán)境，減少瓶口熱量的散失。密閉空間。在密閉環(huán)境中點(diǎn)燃花生碎。固定儀器。自制多孔橡膠塞改進(jìn)任務(wù)三：如何減少花生種子燃燒過(guò)程中的熱量散失？橡膠塞氧氣和水雙層保溫！減少熱量散失!實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置示意圖46.6℃28.6℃脈沖點(diǎn)火器水氧氣吸收熱量改進(jìn)任務(wù)三：如何減少花生種子燃燒過(guò)程中的熱量散失？形成油封，減少水蒸發(fā)帶走的熱量實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置油封表面加入食用油抑制水分的蒸發(fā)水食用油油封減少水蒸發(fā)的原理改進(jìn)任務(wù)三：如何減少花生種子燃燒過(guò)程中的熱量散失？2H2O2==========2H2O+O2

↑MnO2(催化劑）化學(xué)原理：氧氣濃度越高，燃燒越劇烈。裝置操作簡(jiǎn)單，隨時(shí)添加藥品，持續(xù)供給氧氣，確保快速充分燃燒。改進(jìn)任務(wù)四：如何維持氧氣濃度，確保充分燃燒？花生種子燃燒過(guò)程中散失的熱量用燒杯中的水進(jìn)行收集，最大程度捕捉散失的熱量。電子溫度計(jì)46.6℃28.6℃脈沖點(diǎn)火器花生種子中的能量=試管中水吸收的熱量+燒杯中水吸收的熱量溫度計(jì)1:測(cè)量試管中水溫。溫度計(jì)2:測(cè)量燒杯中水溫。改進(jìn)任務(wù)五：如何精準(zhǔn)計(jì)算花生種子中的能量？改進(jìn)裝置及使用方法加入過(guò)氧化氫溶液，開(kāi)始制取氧氣。脈沖點(diǎn)火器點(diǎn)燃花生，花生開(kāi)始燃燒。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置圖46.6℃28.6℃氧氣脈沖點(diǎn)火器電子溫度計(jì)1電子溫度計(jì)2二氧化錳過(guò)氧化氫溶液花生種子燒杯油封分液漏斗在燃燒匙中加入花生碎。觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)。三、跨學(xué)科融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程研究背景現(xiàn)狀及問(wèn)題分析改進(jìn)方法及裝置裝置效果驗(yàn)證生活情景質(zhì)疑思考觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程查閱書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)資料跨學(xué)科頭腦風(fēng)暴師生討論、交流數(shù)學(xué)模型分析對(duì)比總結(jié)序號(hào)種子重量(g)水的位置初始水溫(℃)最終水溫（℃）水體積(mL)能量(kJ/100g)10.42試管中20.363.4201147燒杯中20.526.25020.31試管中20.553.3201261.4燒杯中20.325.85030.38試管中20.558.1201146.2燒杯中20.426.150平均值1184.8100g花生種子中的能量平均為1184.8kJ。4、裝置效果驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果01物理學(xué)原理1ml水每升高1℃，需要吸收4.2焦的能量。P1:22.4℃P1:21.2℃P1:23.1℃所測(cè)量花生種子中的能量數(shù)值顯著增加！改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)誤差大大降低，但誤差依舊存在。提升顯著課本現(xiàn)有改進(jìn)4、裝置效果驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)分析02改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置可應(yīng)用于更多食物中能量的測(cè)定。牛肉干：805.3kJ/100g餅干：925.1kJ/100g核桃仁：1402.4kJ/100g4、裝置效果驗(yàn)證改進(jìn)裝置應(yīng)用0346.6℃28.6℃氧氣脈沖點(diǎn)火器電子溫度計(jì)1電子溫度計(jì)2二氧化錳過(guò)氧化氫溶液花生種子燒杯油封分液漏斗實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)及裝置的改進(jìn)01四、教學(xué)反思46.6℃28.6℃氧氣脈沖點(diǎn)火器電子溫度計(jì)1電子溫度計(jì)2二氧化錳過(guò)氧化氫溶液花生種子燒杯油封分液漏斗改進(jìn)裝置示意圖應(yīng)用紅外熱像儀，呈現(xiàn)熱量散失情況；脈沖點(diǎn)火器在氧氣中引燃花生種子；橡膠塞、油封減少瓶口熱量散失；