實驗與培訓丨本刊好文：「測定某種食物中的能量」實驗教學改進/高芝

在分析討論之後，學生根據需求設計出熱量測定儀的草圖（圖 1-a），並小組合作依據設計圖製作產品。圖 1-b 是學生製作出的第 1 代熱量測定儀，與教材裝置相比，多了用廢棄易拉罐製作的保溫裝置，同時選用試管代替錐形瓶直接加熱，避免使用石棉網。此外，電子溫度計的使用使讀數更準確。

第 1 代熱量測定儀是否有效？學生進行測試實驗，收集各小組實驗數據（表 2），全班共同分析，發現產品確實有較大改進，但與理論值仍有較大差異。教師引導學生對該產品進行客觀評價， 有學生提到該裝置簡單，容易操作，且較教材裝置結果更準確；也有學生注意到，種子燃燒過程中火焰屢有熄滅現象，二次點燃又會導致熱量的散失。學生在分析討論過程中找到下一步改善的方向 ——解決燃燒室的通風問題。

學生根據以上需求，重新繪製草圖（圖 2-a），並依圖製作了第 2 代熱量測定儀（圖 2-b）。去掉易拉罐的罐底，在旁側開三角形孔洞，同時在罐頂部增加數個小孔作為通煙孔，以此加強燃燒室內的空氣對流，以促進花生種子的持續燃燒。同時在罐外層加罩一層錫箔紙，提高保溫效果。

學生用自己的產品進行實驗測試，發現花生種子持續燃燒效果很好，收集並分析實驗數據，與第 1 代裝置相比，結果有顯著提升（表 3）。此時教師引導學生對第 2 代產品進行客觀評價，學生的興趣非常高漲，除了肯定第 2 代產品的優點外，又提出很多可改進方向，如燃燒的灰燼不易回收，會污染實驗台；罐底部開口過大，能量散失過多；還有學生髮現第 2 代產品在種子燃燒過程中產生較多黑煙，黑煙會帶走部分熱量。教師提示黑煙是因為物質的不完全燃燒引起的，究其原因是氧氣不足，如何解決氧氣不足的問題？

在教師的幫助下，學生查閱有關製取氧氣的化學知識，最後一致認為可選用二氧化錳催化過氧化氫製取氧氣，既安全又高效。此外，有學生認為易拉罐容易割傷手，不安全，因此學生選擇了市售的一種飲料瓶作為燃燒室和保溫裝置，保留飲料瓶底部，可有效回收燃燒灰燼，避免污染實驗台。過氧化氫製取的氧氣由玻璃導管經瓶底部的小洞進入，持續為種子的燃燒供氧，以促進種子的完全燃燒。還有學生嘗試用鐵絲自製樣品架，固定在燃燒室內，最後在師生的共同努力下，製作出了第 3 代熱量測定儀（圖 3）。

學生多次測試，觀察現象，收集並分析處理數據（表 4~5）後，全班交流評價成果，學生總結出第 3 代產品的優點：1）產生黑煙少，種子的不完全燃燒減少；2）實驗結果更準確，與理論值更接近；3）樣品架的設計可解放雙手。但同時學生也發現第 3 代產品的不足 ，飲料瓶蓋是薄塑料，不能承受多次加熱，後期考慮將其替換。 

總而言之，本實驗教學課取得了較好的效果，具體體現在：1）幾乎全體學生都掌握了相關實驗器材的使用。 2）大多數學生都能發現問題、分析問題並解決一定的問題，科學素養得到一定提升。3）在產品繪製和產品製作過程中， 學生創新意識和動手實踐能力得到提高。4）在產品評價過程中，學生的辯證思維得到發展，自我反思能力得到培養。

在第 1 代到第 3 代熱量測定儀產品的設計和製作過程中，學生學習興趣持續高漲，從發現問題到動腦、動手解決問題，在多次實驗測試中找到可持續改善的方向，再逐步將所想付諸實踐，整個過程學生基本掌握了科學探究的一般方法，也體驗到實驗探究的愉悅和艱辛，為後續生物學探究實驗的學習奠定了良好基礎。

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