利用5E教學(xué)模式突破“主動運輸”教學(xué)重難點

常方圓　李金月　李韶山

摘要 應(yīng)用5E教學(xué)模式五個環(huán)節(jié)開展高中生物“主動運輸”重難點的教學(xué)，通過問題串引導(dǎo)學(xué)生的合作探究，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，加深學(xué)生對重要概念的理解，進(jìn)而提高學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 5E教學(xué)模式 主動運輸 科學(xué)思維

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》強調(diào)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的“落地”（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)），強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)事實和證據(jù)運用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題的能力。標(biāo)準(zhǔn)也將內(nèi)容聚焦大概念做為生物學(xué)教學(xué)的基本理念，強調(diào)探究式、概念轉(zhuǎn)化式教學(xué)。

5E教學(xué)模式是一種以建構(gòu)主義和概念轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)理論基礎(chǔ)的教學(xué)模式，主要應(yīng)用于探究式教學(xué)。5E教學(xué)模式由美國科學(xué)課程研究所開發(fā)并在國內(nèi)外科學(xué)教育中得到廣泛應(yīng)用。這種教學(xué)模式突出學(xué)生的主體地位，通過小組合作學(xué)習(xí)的方式促進(jìn)學(xué)生形成“頭腦風(fēng)暴”，通常用于概念轉(zhuǎn)變教學(xué)、實驗探究教學(xué)中，旨在讓學(xué)生獲得知識的深入理解。5E教學(xué)模式包括引入（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、擴展（elaborate）和評價（evaluate）5個環(huán)節(jié)，也稱為“5E”學(xué)習(xí)環(huán)。每個教學(xué)環(huán)節(jié)都有其特定的功能，缺一不可，整個教學(xué)過程體現(xiàn)了是師生之間的相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。教師做為指揮者和引導(dǎo)者，應(yīng)積極發(fā)揮引導(dǎo)功能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、提出有價值的問題、梳理探究的思路、收集相關(guān)素材資料并對情境進(jìn)行解釋和遷移應(yīng)用。

1利用5E教學(xué)模式突破“主動運輸”教學(xué)重難點

“主動運輸”是高中生物人教版《必修1·分子與細(xì)胞》第四章第三節(jié)的重難點，如何將抽象知識形象化、將細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能相聯(lián)系、將新知識內(nèi)化到學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中是本節(jié)課的重點。5E教學(xué)模式做為探究式教學(xué)模式，補充適當(dāng)科學(xué)前沿知識，助于學(xué)生對概念的深入學(xué)習(xí)。以“主動運輸”為教學(xué)案例，利用5E教學(xué)模式，通過圖表資料分析，運用歸納與概括的方法逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維（圖1）。

2教學(xué)設(shè)計

2.1教材分析

“主動運輸”是高中生物人教版《必修1·分子與細(xì)胞》第四章第三節(jié)的重難點，前面的內(nèi)容從細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能入手，介紹了滲透作用、生物膜的流動鑲嵌模型以及被動運輸?shù)膬?nèi)容。主動運輸能重點體現(xiàn)細(xì)胞膜的功能特點——選擇透過性，將細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能緊密聯(lián)系，既是對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的深層次學(xué)習(xí)也為后面細(xì)胞呼吸等知識做鋪墊。

2.2學(xué)情分析

本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)對象為高一的學(xué)生，這個階段學(xué)生有較強好奇心以及學(xué)習(xí)新知識的積極性。學(xué)生對細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能較為熟悉，但是對于分子與細(xì)胞微觀層面的現(xiàn)象理解不到位。因此教師需要對相關(guān)機理的知識進(jìn)行補充，并結(jié)合前沿知識，給學(xué)生提供充分探究的思考機會。

2.3教學(xué)目標(biāo)

（1）通過對圖表資料以及事實證據(jù)的歸納概括，說出主動運輸所需要的基本條件。

（2）能夠結(jié)合被動運輸?shù)闹R，列出主動運輸與被動運輸?shù)漠愅?/p>

（3）認(rèn)同細(xì)胞膜和跨膜運輸?shù)闹匾砸约吧矬w結(jié)構(gòu)的精巧。

2.4教學(xué)重難點

教學(xué)重點：主動運輸?shù)倪\輸方式。

教學(xué)難點：主動運輸?shù)姆较蚣疤攸c。

2.5教學(xué)過程

2.5.1引入——生活化實驗，暴露前概念

教師演示實驗，要求學(xué)生觀察紅墨水滴入清水中變化，并提出問題：這是一種什么現(xiàn)象？類似于剛剛講過的哪種運輸方式？教師解釋：這些現(xiàn)象都是順濃度運輸?shù)?，是不會逆濃度梯度進(jìn)行的，但在人體細(xì)胞中，卻能夠出現(xiàn)逆濃度梯度運輸?shù)那闆r。那么，這種運輸方式究竟是如何發(fā)生的？需要哪些條件呢？

設(shè)計意圖：引入環(huán)節(jié)是科學(xué)概念掌握的重要基礎(chǔ)和前提。教師通過事實情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，聯(lián)系學(xué)生之前學(xué)習(xí)的被動運輸是順濃度梯度來進(jìn)行運輸?shù)?，以及?xì)胞中卻能夠出現(xiàn)逆濃度梯度運輸?shù)氖聦嵡闆r，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，暴露前概念，產(chǎn)生探究的欲望，進(jìn)入學(xué)習(xí)新知識的狀態(tài)。

2.5.2探究——推理探究，提出猜想

教師通過兩則資料的呈現(xiàn)，以問題串的形式，引導(dǎo)學(xué)生對事實進(jìn)行分析探究。

資料1：人工合成的無蛋白質(zhì)的脂雙層膜對不同物質(zhì)的通透性的示意圖（圖2）。

教師提出問題：根據(jù)資料1分析哪些物質(zhì)可以通過人工合成的脂雙層？哪些物質(zhì)不能通過呢？教師引導(dǎo)學(xué)生利用分類歸納的形式回答這個問題，并繼續(xù)提問：離子不能通過人工合成的脂雙層，但是在人體細(xì)胞中離子必不可少，帶電離子可能借助什么物質(zhì)進(jìn)行運輸呢？教師結(jié)合細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)以及協(xié)助擴散的特點，引導(dǎo)學(xué)生做出猜測1：離子的運輸可能與載體蛋白有關(guān)。教師繼續(xù)提問：如果有了載體蛋白，離子能順利進(jìn)行運輸嗎？以此激發(fā)學(xué)生探求欲望：主動運輸還可能需要哪些條件。教師呈現(xiàn)資料2（參考人教版高中生物必修一教材第71頁表4-1），學(xué)生通過分析做出猜測2。

資料2：麗藻細(xì)胞與池水的離子濃度比的表（表2）。

教師對表格內(nèi)容簡單講解，設(shè)置問題串：細(xì)胞中離子的來源？細(xì)胞中離子濃度與池水濃度之比與1的大小比較？說明運輸方向是什么？如果利用協(xié)助擴散的方式可以完成運輸嗎？猜測離子要想完成逆濃度梯度的運輸，需要什么提供動力呢？學(xué)生通過小組合作探討這些問題的答案。學(xué)生知道細(xì)胞不斷從外界吸收離子。學(xué)生通過分析表格中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)濃度比大于1，進(jìn)而得出結(jié)論：細(xì)胞液離子濃度要高于池水離子濃度，細(xì)胞吸收離子是逆濃度的。教師提示學(xué)生從動力的角度分析離子利用協(xié)助擴散的方式如何完成運輸。學(xué)生根據(jù)提示分析出，離子逆濃度梯度沒有濃度差為其提供動力。教師引導(dǎo)學(xué)生做出大膽猜測，做出猜測2：離子要想完成逆濃度梯度的運輸，需要能量提供動力。

設(shè)計意圖：探究是5E教學(xué)模式的中心環(huán)節(jié)。學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突后，結(jié)合教師呈現(xiàn)的資料以及設(shè)置的問題串，開始探究的過程，利用小組合作的方式，積極尋找問題的答案，大膽做猜測。學(xué)生通過探究，能夠猜測主動運輸需要的條件，整個探究過程，提升學(xué)生的探究能力，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維。

2.5.3解釋——動畫模擬，形成概念

學(xué)生結(jié)合猜想，利用自己的語言描述離子跨膜運輸過程，在頭腦中對概念形成初步認(rèn)識。教師播放Na+、K+的跨膜運輸過程模擬動畫，學(xué)生驗證猜想，完善自己的概念描述。教師呈現(xiàn)精確的概念文字，引出本節(jié)課的重難點——主動運輸，并引導(dǎo)學(xué)生將文字轉(zhuǎn)變?yōu)槭疽鈭D，便于學(xué)生理解新知識。教師結(jié)合定義對相關(guān)實例進(jìn)行解釋，對小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖這一實例進(jìn)行補充完善，呈現(xiàn)資料3，并提出問題：從這則資料中你發(fā)現(xiàn)小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖是通過什么方式呢？

資料3：最新研究表明，若腸腔葡萄糖濃度很低，葡萄糖通過主動運輸進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞。主動運輸所需能量來自離子電化學(xué)梯度中的勢能，要載體蛋白SGLT1。若腸腔葡萄糖濃度很高，葡萄糖則借助另一種載體蛋白——GLUT2協(xié)助擴散進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞。

通過分析資料，學(xué)生發(fā)現(xiàn)小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的方式不僅有主動運輸也有協(xié)助擴散，學(xué)會辯證地看待問題。

教師講解主動運輸?shù)囊饬x，對概念進(jìn)一步完善，引出細(xì)胞膜功能特點——選擇透過性。

設(shè)計意圖：解釋是5E教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)生通過思考探究有了自己的成果，以教師提供的平臺展示成果，表達(dá)對主動運輸?shù)睦斫狻＿@一過程也為教師提供解釋概念、講解過程的機會。教師完善主動運輸?shù)母拍?，并對概念進(jìn)行精致，同時以結(jié)構(gòu)生物學(xué)發(fā)展史中的熱點問題為題材，補充小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的其他方式，培養(yǎng)學(xué)生對待科學(xué)的辯證態(tài)度。

2.5.4擴展——拓展應(yīng)用，完善概念

教師提出問題：科學(xué)家利用放射性同位素標(biāo)記法標(biāo)記¹⁴C葡萄糖，結(jié)合小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖這一現(xiàn)象驗證主動運輸所需要的條件。科學(xué)家設(shè)計了三組實驗，甲組用“C葡萄糖的動物細(xì)胞培養(yǎng)液和生理鹽水。假如你是科學(xué)家，請設(shè)計另外兩組實驗，驗證主動運輸所需要的基本條件。

學(xué)生先明確主動運輸需要的基本條件有載體蛋白和能量，教師引導(dǎo)學(xué)生從這兩方面著手設(shè)計實驗。再結(jié)合對照組的設(shè)計，學(xué)生想到可以通過抑制條件來達(dá)到實驗?zāi)康?。學(xué)生小組合作，設(shè)計乙、丙兩組實驗。教師給予科學(xué)家的正確做法：乙組用¹⁴C葡萄糖的動物細(xì)胞培養(yǎng)液和呼吸酶抑制劑；丙組用¹⁴C葡萄糖的動物細(xì)胞培養(yǎng)液和蛋白質(zhì)載體抑制劑。處理一段時間后，分別加入小腸上皮細(xì)胞并放在適宜條件下培養(yǎng)后檢測每組的放射性，觀察最終的實驗結(jié)果。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生站在科學(xué)家的角度設(shè)計實驗驗證主動運輸需要的基本條件，進(jìn)一步將概念拓展，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識在新情境下解決問題的能力，加深對新概念的認(rèn)知。

2.5.5評價——習(xí)題檢測，完善概念

教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合主動運輸?shù)奶攸c與被動運輸比較完成表格，在課堂上檢驗學(xué)生對重難點的學(xué)習(xí)情況。學(xué)生通過課后習(xí)題進(jìn)一步鞏固新知，加深理解。

設(shè)計意圖：通過學(xué)生填寫表格以及課后習(xí)題的形式對學(xué)生概念掌握情況進(jìn)行檢測評價，教師也可以進(jìn)一步反思改進(jìn)。

4教學(xué)反思

5E教學(xué)模式應(yīng)用于概念教學(xué)能夠引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)科學(xué)概念，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。引入環(huán)節(jié)能夠引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，暴露前概念；探究環(huán)節(jié)以小組合作的方式自主構(gòu)建新概念；在解釋環(huán)節(jié)中，學(xué)生能夠根據(jù)探究的結(jié)論闡述學(xué)習(xí)的新概念，為教師引導(dǎo)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變提供機會；擴展環(huán)節(jié)中，教師將新知識應(yīng)用于新情境解決新問題，促進(jìn)前概念轉(zhuǎn)化為新概念；評價環(huán)節(jié)能夠檢驗學(xué)生對新概念的掌握程度，完成概念的內(nèi)化。此外，將最新研究“GLUT2載體蛋白”在解釋環(huán)節(jié)引入，滲透科學(xué)前沿知識，培養(yǎng)學(xué)生辯證看待問題的能力。5E教學(xué)模式對于概念的教學(xué)以及學(xué)生探究能力的培養(yǎng)是具有重要意義的，教師可以探求合適的課例將其應(yīng)用于此模式，促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的學(xué)習(xí)以及科學(xué)思維的提升。