实验与培训丨本刊好文：“测定某种食物中的能量”实验教学改进/高芝

在分析讨论之后，学生根据需求设计出热量测定仪的草图（图 1-a），并小组合作依据设计图制作产品。图 1-b 是学生制作出的第 1 代热量测定仪，与教材装置相比，多了用废弃易拉罐制作的保温装置，同时选用试管代替锥形瓶直接加热，避免使用石棉网。此外，电子温度计的使用使读数更准确。

第 1 代热量测定仪是否有效？学生进行测试实验，收集各小组实验数据（表 2），全班共同分析，发现产品确实有较大改进，但与理论值仍有较大差异。教师引导学生对该产品进行客观评价， 有学生提到该装置简单，容易操作，且较教材装置结果更准确；也有学生注意到，种子燃烧过程中火焰屡有熄灭现象，二次点燃又会导致热量的散失。学生在分析讨论过程中找到下一步改善的方向 ——解决燃烧室的通风问题。

学生根据以上需求，重新绘制草图（图 2-a），并依图制作了第 2 代热量测定仪（图 2-b）。去掉易拉罐的罐底，在旁侧开三角形孔洞，同时在罐顶部增加数个小孔作为通烟孔，以此加强燃烧室内的空气对流，以促进花生种子的持续燃烧。同时在罐外层加罩一层锡箔纸，提高保温效果。

学生用自己的产品进行实验测试，发现花生种子持续燃烧效果很好，收集并分析实验数据，与第 1 代装置相比，结果有显著提升（表 3）。此时教师引导学生对第 2 代产品进行客观评价，学生的兴趣非常高涨，除了肯定第 2 代产品的优点外，又提出很多可改进方向，如燃烧的灰烬不易回收，会污染实验台；罐底部开口过大，能量散失过多；还有学生发现第 2 代产品在种子燃烧过程中产生较多黑烟，黑烟会带走部分热量。教师提示黑烟是因为物质的不完全燃烧引起的，究其原因是氧气不足，如何解决氧气不足的问题？

在教师的帮助下，学生查阅有关制取氧气的化学知识，最后一致认为可选用二氧化锰催化过氧化氢制取氧气，既安全又高效。此外，有学生认为易拉罐容易割伤手，不安全，因此学生选择了市售的一种饮料瓶作为燃烧室和保温装置，保留饮料瓶底部，可有效回收燃烧灰烬，避免污染实验台。过氧化氢制取的氧气由玻璃导管经瓶底部的小洞进入，持续为种子的燃烧供氧，以促进种子的完全燃烧。还有学生尝试用铁丝自制样品架，固定在燃烧室内，最后在师生的共同努力下，制作出了第 3 代热量测定仪（图 3）。

学生多次测试，观察现象，收集并分析处理数据（表 4~5）后，全班交流评价成果，学生总结出第 3 代产品的优点：1）产生黑烟少，种子的不完全燃烧减少；2）实验结果更准确，与理论值更接近；3）样品架的设计可解放双手。但同时学生也发现第 3 代产品的不足 ，饮料瓶盖是薄塑料，不能承受多次加热，后期考虑将其替换。 

总而言之，本实验教学课取得了较好的效果，具体体现在：1）几乎全体学生都掌握了相关实验器材的使用。 2）大多数学生都能发现问题、分析问题并解决一定的问题，科学素养得到一定提升。3）在产品绘制和产品制作过程中， 学生创新意识和动手实践能力得到提高。4）在产品评价过程中，学生的辩证思维得到发展，自我反思能力得到培养。

在第 1 代到第 3 代热量测定仪产品的设计和制作过程中，学生学习兴趣持续高涨，从发现问题到动脑、动手解决问题，在多次实验测试中找到可持续改善的方向，再逐步将所想付诸实践，整个过程学生基本掌握了科学探究的一般方法，也体验到实验探究的愉悦和艰辛，为后续生物学探究实验的学习奠定了良好基础。

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