運(yùn)用5E教學(xué)模式進(jìn)行科學(xué)解釋教學(xué)的實(shí)踐
——以“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的由來(lái)”一節(jié)為例*

盧鎮(zhèn)岳 謝 旼

（1廣州市教育研究院 廣東廣州 510030 2廣州市南武中學(xué) 廣東廣州 510220）

1 教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課為高一年級(jí)新授課。采用“5E”教學(xué)模式，通過(guò)吸引→探究→解釋→拓展→評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解生物進(jìn)化理論的歷史，明確科學(xué)解釋的3個(gè)基本特征：與已知事實(shí)相符、能作出預(yù)測(cè)且預(yù)測(cè)可被驗(yàn)證。在處理不同學(xué)者觀點(diǎn)、生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)的過(guò)程中，促使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，嘗試培養(yǎng)學(xué)生理性思維能力及判斷問(wèn)題的思維習(xí)慣。

2 課前準(zhǔn)備

學(xué)生課前討論“科學(xué)解釋的基本特征（3個(gè)左右）”，紙筆記錄。教師分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，了解學(xué)生對(duì)此內(nèi)容背景知識(shí)的認(rèn)識(shí)狀況。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 吸引（engage）

本環(huán)節(jié)的基本目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)生物多樣性和統(tǒng)一性形成原因的興趣和求知欲望。

教師用課件展示必修1教材“細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性”內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生回顧細(xì)胞多樣性和統(tǒng)一性的概念。通過(guò)扼要的講解讓學(xué)生完成從細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性到生物多樣性和統(tǒng)一性的知識(shí)遷移，并提問(wèn)：人們對(duì)于生物多樣性、統(tǒng)一性的形成是如何解釋的？

學(xué)生完成知識(shí)遷移，思考教師的提問(wèn)。

3.2 探究（explore）

本環(huán)節(jié)的基本目標(biāo)：讓學(xué)生分析不同時(shí)期學(xué)者對(duì)生物多樣性、統(tǒng)一性形成的解釋，在此過(guò)程訓(xùn)練理性思維的運(yùn)用，逐漸了解科學(xué)解釋的特征，以及如何用這些特征評(píng)價(jià)學(xué)者的觀點(diǎn)。

3.2.1 學(xué)生閱讀材料1，分析學(xué)者的觀點(diǎn)，思考科學(xué)解釋的特征

材料1：引自古希臘的恩培多克勒（公元前500—430年）的觀點(diǎn)。

“地球上，曾經(jīng)有許多額部在沒(méi)有脖子的情況下突然登場(chǎng)，手臂無(wú)需肩膀牽絆、自行閑逛，眼睛孤獨(dú)流浪，留得額頭和四肢獨(dú)自游蕩。

這些東西經(jīng)過(guò)一次次的偶然逐漸湊為一體，在此基礎(chǔ)上其他東西漸次增替，出現(xiàn)了擁有無(wú)數(shù)只手的生物，其步伐如車(chē)輪滾動(dòng)。身體兩側(cè)都有胸部和臉的生物被創(chuàng)造出來(lái)，后代中還出現(xiàn)了上半身為人下半身為畜的，或者人頭獸身的生物，還有擁有毛茸茸四肢的雌雄同體的生物?！?/p>

教師用PPT展示材料中描繪的幾個(gè)古希臘神話中的角色，提問(wèn)：“恩培多克勒是如何解釋生物的多樣性和統(tǒng)一性的？”

學(xué)生回答舉例：“恩培多克勒把生物的形成類(lèi)比成元件的組合，不同的元件用不同方式構(gòu)成了不同生命。”

教師進(jìn)一步提問(wèn)這個(gè)解釋科學(xué)嗎？科學(xué)解釋?xiě)?yīng)具備哪些基本特征？并展示課前搜集的學(xué)生關(guān)于科學(xué)解釋的觀點(diǎn)，通過(guò)討論和師生交流，教師進(jìn)行歸納，在黑板上板書(shū)：“科學(xué)解釋的基本特征”——與已知事實(shí)相符；對(duì)未知事件作出預(yù)測(cè)；預(yù)測(cè)是可驗(yàn)證的。

教師提問(wèn)：恩培多克勒的觀點(diǎn)是否能滿足科學(xué)解釋的特征？

學(xué)生回答舉例：不能，第1點(diǎn)已經(jīng)不符合，那些神話中的生物在自然界中并不存在。

教師給出對(duì)科學(xué)解釋3個(gè)特征的層次關(guān)系的說(shuō)明，如果第1層次就不符合（與已知事實(shí)不符），則無(wú)需繼續(xù)探討后2項(xiàng)了，3項(xiàng)之間是一種邏輯遞進(jìn)的關(guān)系，并引導(dǎo)學(xué)生閱讀分析第2段材料。

3.2.2 學(xué)生閱讀材料2，分析學(xué)者的觀點(diǎn)，嘗試運(yùn)用科學(xué)解釋的特征判斷觀點(diǎn)

材料2：19世紀(jì)博物學(xué)家讓·巴蒂斯特·拉馬克（1744—1829）的文章。

“我將表明，當(dāng)意志指揮著一只動(dòng)物采取某種行動(dòng)時(shí)，執(zhí)行該行動(dòng)的器官會(huì)立即受到微量的、某種液體的刺激，這成為了決定行動(dòng)的因素。

因此隨之而來(lái)的是，這些有組織的活動(dòng)的增強(qiáng)、延伸和發(fā)展得以大量重復(fù)，甚至創(chuàng)造出了完成這些活動(dòng)所需的器官。我們只需認(rèn)真觀察在我們周邊發(fā)生的一切，便會(huì)深信，這就是器官得以發(fā)展和改變的原因。

如今，經(jīng)習(xí)慣性地反復(fù)使用而導(dǎo)致器官出現(xiàn)的改變，會(huì)通過(guò)繁殖下一代而被保留。如果這個(gè)變化對(duì)于某種在一起繁衍后代的物種個(gè)體是普遍存在的，則在相同環(huán)境中，這種改變會(huì)傳遞給后續(xù)的個(gè)體，后續(xù)的個(gè)體無(wú)需再像一開(kāi)始那樣（大量重復(fù)活動(dòng)的方式）重新獲得這些改變。

自然界漸次創(chuàng)造了所有動(dòng)物物種，從不完美、簡(jiǎn)單的到最完美的，漸漸創(chuàng)造了越發(fā)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)。這些動(dòng)物在全球各種生境繁衍，就如我們觀察到的，這些生物從它們的環(huán)境中習(xí)得了與之相應(yīng)的、經(jīng)修飾的結(jié)構(gòu)和習(xí)性。

第2個(gè)結(jié)論是我自己的總結(jié)：假定動(dòng)物的習(xí)性受環(huán)境的影響。動(dòng)物的部分或總體上的習(xí)性、結(jié)構(gòu)和組織器官都在不斷被修飾，這種修飾甚至是巨大的。而出現(xiàn)這些修飾的原因都可以通過(guò)所有動(dòng)物所在的環(huán)境條件得以解釋。

生活習(xí)性、生活方式以及環(huán)境中所有其他的影響，都在一定程度上促進(jìn)了動(dòng)物體型和各個(gè)部分的形成。隨著新的體型的出現(xiàn)，動(dòng)物也獲得了新的能力，漸漸地，大自然成功地改造了動(dòng)物，使它們成為我們現(xiàn)在所看到的樣子。”

學(xué)生分組閱讀材料，分組討論，完成表1。

表1 拉馬克解釋的科學(xué)性分析表

3.3 解釋（explain）

本環(huán)節(jié)的基本目標(biāo)：承接上一環(huán)節(jié)，通過(guò)教師和學(xué)生的互動(dòng)過(guò)程，讓學(xué)生理解科學(xué)解釋的特征，并能明確什么是科學(xué)的解釋。

教師提問(wèn)：拉馬克是如何解釋生命的多樣性和統(tǒng)一性的形成的？該解釋是否符合科學(xué)解釋的特征。

學(xué)生回答舉例：“環(huán)境引起動(dòng)物的行動(dòng)意志，意志通過(guò)某種刺激指揮器官，器官在反復(fù)刺激之后會(huì)增強(qiáng)發(fā)展，而這種增強(qiáng)發(fā)展能通過(guò)繁衍傳遞給后代?！薄斑@個(gè)解釋符合拉馬克所知道的事實(shí)，能作出預(yù)測(cè)，而且預(yù)測(cè)可驗(yàn)證，比如反復(fù)舉重物，肌肉變發(fā)達(dá)，發(fā)達(dá)的肌肉可以傳遞給后代，通過(guò)觀察親代和子代的肌肉發(fā)達(dá)的情況就可驗(yàn)證?！?/p>

教師追問(wèn)：“這個(gè)與我們知道的事實(shí)相符嗎？”學(xué)生共同回答：“不相符?！?/p>

教師總結(jié)：科學(xué)的解釋要和提出者所知的事實(shí)相符，并且能提出可以被驗(yàn)證的關(guān)于可能事件的預(yù)測(cè)，若被最新證據(jù)證實(shí)是錯(cuò)的，這個(gè)解釋就需要調(diào)整發(fā)展，但這個(gè)不影響原來(lái)解釋的科學(xué)性。同時(shí)補(bǔ)充板書(shū)拉馬克部分內(nèi)容，扼要?dú)w納拉馬克“用進(jìn)廢退”和“獲得性遺傳”的基本觀點(diǎn)。

3.4 精致（elaborate）

本環(huán)節(jié)的基本目標(biāo)：學(xué)生閱讀材料3，分析學(xué)者的觀點(diǎn)，進(jìn)一步提升運(yùn)用科學(xué)解釋的特征判斷觀點(diǎn)的基本過(guò)程。承接前面的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生明確科學(xué)家接受達(dá)爾文進(jìn)化學(xué)說(shuō)的最重要原因是其解釋的科學(xué)性，以及能經(jīng)得起實(shí)證的檢驗(yàn)，并明確指出，隨著科學(xué)家不斷發(fā)現(xiàn)更多的事實(shí)，很多過(guò)去不完善的理論會(huì)被進(jìn)一步完善，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是一個(gè)永無(wú)止境的過(guò)程。

材料3：查爾斯·達(dá)爾文的文章（1809—1882）。

“由于每個(gè)個(gè)體都需要在生存斗爭(zhēng)中努力獲取生存資源，任何細(xì)微的變異，無(wú)論是結(jié)構(gòu)、習(xí)性還是本能上的，只要有利于個(gè)體適應(yīng)新的環(huán)境，就是對(duì)個(gè)體的活力和健康的合理解釋。至此，這難道還需要懷疑嗎？在生存斗爭(zhēng)中，擁有這些變異的個(gè)體有更好的機(jī)會(huì)能生存下來(lái)，而它們的后代繼承了這些變異，即使是很細(xì)小的，但也擁有更好的生存機(jī)會(huì)。經(jīng)年累月，能存活下來(lái)的便能繼續(xù)繁衍，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，即使是平衡的輕微改變，也會(huì)導(dǎo)致一些變異因死亡而減少，或因存活而增加。一方面是對(duì)生存的選擇，另一方面是對(duì)死亡的淘汰，還記得在短短數(shù)年間，Bakewell（18世紀(jì)英國(guó)農(nóng)學(xué)家）對(duì)牛和Western對(duì)綿羊的培育的結(jié)果嗎？千百代之后，誰(shuí)還能自欺地堅(jiān)持這一模一樣的選擇原理不會(huì)在自然界產(chǎn)生任何效果？

假如有一群主要捕食兔子、但有時(shí)也捕食野兔（大型的兔子）的犬科動(dòng)物，讓其組織器官發(fā)生輕微的變化（變異），讓這個(gè)變化使被捕食者兔子的數(shù)量慢慢下降并讓野兔數(shù)量增加。這將驅(qū)使狐貍和狗去捕獵更多的野兔。然而，它（狐貍或狗）的組織（身體結(jié)構(gòu)）也輕微地發(fā)生了改變，那些具有最輕盈的體格、最長(zhǎng)的四肢、最好視力的個(gè)體，即使差異是如此地細(xì)微，也會(huì)獲得輕微的優(yōu)勢(shì)。這些個(gè)體會(huì)活得更久，并在食物稀缺的年月存活下來(lái)，也會(huì)養(yǎng)育更多能繼承這些細(xì)微變化的后代。而那些沒(méi)有那么敏捷的個(gè)體會(huì)被無(wú)情地摧毀。毫無(wú)疑問(wèn)，千百代之后這會(huì)產(chǎn)生矚目的效果，即使與經(jīng)人工精心繁育的靈緹犬（世界上奔跑速度最快的犬）相比，狐貍或狗的體格也能更好地適應(yīng)于捕獵野兔而不是兔子。同樣情況下，植物也將是如此?！?/p>

學(xué)生：分組閱讀材料，分組討論，完成表2。

表2 達(dá)爾文解釋的科學(xué)性分析表

教師提問(wèn)：達(dá)爾文的學(xué)說(shuō)是否符合科學(xué)解釋的3個(gè)基本特征？

學(xué)生回答舉例：“符合，達(dá)爾文的解釋與已知事實(shí)是相符的，根據(jù)他的解釋可以預(yù)測(cè)生物與生物、或者生物與環(huán)境之間應(yīng)該存在著相互適應(yīng)，而且這種現(xiàn)象是可以通關(guān)觀察進(jìn)行驗(yàn)證的?！?/p>

教師一邊肯定學(xué)生的回答，一邊補(bǔ)充板書(shū)，扼要?dú)w納達(dá)爾文自然選擇學(xué)生的基本觀點(diǎn)。

教師請(qǐng)學(xué)生進(jìn)一步思考討論：為什么今天大多數(shù)的科學(xué)家接受達(dá)爾文對(duì)于多樣性、統(tǒng)一性的解釋？在多樣性和統(tǒng)一性的哪些方面達(dá)爾文未能作出完滿的解釋？教師引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容，讓學(xué)生明確科學(xué)理論發(fā)展過(guò)程的基本規(guī)律，了解科學(xué)解釋的提出和實(shí)證過(guò)程是科學(xué)探究的2個(gè)最為重要的因素。

3.5 評(píng)價(jià)（evaluate）

本環(huán)節(jié)的基本目標(biāo)：布置任務(wù)讓學(xué)生運(yùn)用科學(xué)解釋特征分析此前已經(jīng)學(xué)過(guò)的孟德?tīng)柕膶W(xué)說(shuō)，由此，對(duì)學(xué)生本節(jié)課學(xué)習(xí)的總體效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

作為課后作業(yè)，讓學(xué)生分析孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)假說(shuō)—演繹法提出其遺傳規(guī)律的過(guò)程中，哪些方面體現(xiàn)了科學(xué)解釋的基本特征，并寫(xiě)在材料4的分析表格中（表3）。

表3 孟德?tīng)柤僬f(shuō)的科學(xué)性分析表

教師通過(guò)學(xué)生之間的互評(píng)交流，以及批改作業(yè)和作業(yè)反饋完成本教學(xué)過(guò)程的學(xué)生評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。

4 板書(shū)設(shè)計(jì)（表4）

表4 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的由來(lái)

5 運(yùn)用5E教學(xué)模式進(jìn)行科學(xué)解釋教學(xué)的討論

在給學(xué)生的材料中，每頁(yè)的頁(yè)腳部分會(huì)印有一行小字“我們往往記住了許多正確的知識(shí)，卻沒(méi)想過(guò)這些知識(shí)為什么是正確的”。這是本節(jié)課的核心思想。

傳統(tǒng)教學(xué)重在對(duì)知識(shí)的落實(shí)，能力落實(shí)也往往拘泥于解題能力，而這都忽略了讓學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的一些教學(xué)過(guò)程。教師不但應(yīng)讓學(xué)生記住正確的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和結(jié)論，更應(yīng)讓學(xué)生真正理解科學(xué)的正確性的本質(zhì)，即不僅讓學(xué)生知道正確的知識(shí)，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考為什么這些知識(shí)是正確的，通過(guò)培養(yǎng)這種思考能力，學(xué)生可進(jìn)一步分析哪些觀點(diǎn)或陳述是錯(cuò)誤的，還有哪些是無(wú)法進(jìn)行科學(xué)判斷正誤的，有些問(wèn)題屬于價(jià)值取向，需要科學(xué)以外的因素進(jìn)行判斷。

本節(jié)教學(xué)實(shí)踐采用5E教學(xué)模式，借用了BSCS提供的課堂活動(dòng)素材，結(jié)合中國(guó)學(xué)生和課程標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，對(duì)素材進(jìn)行了編譯，提高了材料的可讀性，并通過(guò)一些課堂手段彌補(bǔ)學(xué)生文化背景上的不足，通過(guò)這些舉措鋪平學(xué)生思考的道路。而這個(gè)過(guò)程是漫長(zhǎng)且比較艱辛的，簡(jiǎn)單告訴學(xué)生很容易，但要筑好臺(tái)階，讓學(xué)生樂(lè)意且可以登上高臺(tái)則不是一件容易的事。