運(yùn)用5E教學(xué)模式發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的策略與路徑

馬建興

摘要 結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，探討如何在課堂教學(xué)中合理運(yùn)用5E教學(xué)模式發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的策略與路徑，最終達(dá)成促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)形成與發(fā)展的教育愿景。

關(guān)鍵詞 5E教學(xué)模式 核心素養(yǎng) 生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng) 概念教學(xué) 教學(xué)策略

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 問(wèn)題的提出

5E教學(xué)模式是美國(guó)生物學(xué)課程研究所（BSCS）開(kāi)發(fā)出的一種基于建構(gòu)主義教學(xué)理論和概念轉(zhuǎn)變理論的教學(xué)模式，在科學(xué)教育領(lǐng)域受到了高度的關(guān)注。5E教學(xué)模式包括引入（engage）、探究（explore）、解釋?zhuān)╡x-plain）、精致（elaborate）和評(píng)價(jià)（evaluate）5個(gè)環(huán)節(jié)。“核心素養(yǎng)為宗旨，內(nèi)容聚焦大概念”是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》）的兩大理念。學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。在科學(xué)教育領(lǐng)域，“大概念”是指在一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中最精華、最有價(jià)值的內(nèi)容?？茖W(xué)教育課程應(yīng)盡可能用“大概念”來(lái)統(tǒng)整學(xué)科知識(shí)。這里的“大概念”包括學(xué)科核心概念和跨學(xué)科的共通概念。生命科學(xué)領(lǐng)域的大概念包括“從分子到生命體：結(jié)構(gòu)和功能”“生態(tài)系統(tǒng)：相互作用、能量和動(dòng)力”“遺傳：性狀的傳遞和變異”“生物進(jìn)化：統(tǒng)一性和多樣性”4個(gè)方面。

那么，在高中生物學(xué)課程實(shí)踐中，如何合理運(yùn)用5E教學(xué)模式，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)呢？下面結(jié)合具體實(shí)踐，談?wù)劰P者的看法。

2 合理運(yùn)用5E教學(xué)模式，發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的策略與路徑

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是核心素養(yǎng)在生物學(xué)課程中的具體體現(xiàn)，是聯(lián)系核心素養(yǎng)與課程實(shí)踐間的紐帶，也為教學(xué)策略的選擇指明了方向。

2.1 巧用5E教學(xué)模式，凝練生命觀念

生命觀念是指對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過(guò)實(shí)證后的觀點(diǎn)，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識(shí)、觀念和思想方法，也可指系統(tǒng)觀、生態(tài)觀、進(jìn)化觀與適應(yīng)觀，以及生命的復(fù)雜性、獨(dú)特性、多樣性與統(tǒng)一性，而非專(zhuān)指“結(jié)構(gòu)與功能觀”“進(jìn)化與適應(yīng)觀”“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”“物質(zhì)與能量觀”。概念具有抽象性的特點(diǎn)，很多時(shí)候?qū)W生可能了解一些具體事例，但對(duì)抽象的概念往往難以理解掌握。教學(xué)中，教師可以充分利用5E教學(xué)模式，合理創(chuàng)設(shè)引入環(huán)節(jié)的問(wèn)題情境，激起學(xué)生對(duì)前概念的懷疑與不滿，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，同時(shí)也是修正前概念的基礎(chǔ)。后續(xù)的解釋和精致環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)相關(guān)事實(shí)、證據(jù)進(jìn)行歸納與概括、演繹與推理、模型與建模，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變，建構(gòu)科學(xué)概念;再通過(guò)對(duì)不同的學(xué)科核心概念及跨學(xué)科核心概念的歸納與概括、演繹與推理，幫助學(xué)生形成諸如“生物體的結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的”“物質(zhì)循環(huán)中伴隨著能量流動(dòng)，存在多向的信息傳遞”“生物是進(jìn)化而來(lái)的，是長(zhǎng)期自然選擇的產(chǎn)物，能適應(yīng)環(huán)境，也會(huì)影響環(huán)境”“生命具有復(fù)雜性，同一生命現(xiàn)象可能存在不同的機(jī)理及原因”等生命觀念。

《課標(biāo)》要求學(xué)生“能夠用生命觀念認(rèn)識(shí)生物的多樣性、統(tǒng)一性、獨(dú)特性和復(fù)雜性，形成科學(xué)的自然觀和世界觀，并以此指導(dǎo)探究生命活動(dòng)規(guī)律，解決實(shí)際問(wèn)題”。這就意味著基于素養(yǎng)立意的生命觀念，不僅是要掌握“是什么”的事實(shí)性知識(shí)以及“為什么”的概念性知識(shí)，還要掌握“怎么做”的程序性知識(shí)，在此基礎(chǔ)上，凝練概念形成生命觀念，能用生命觀念認(rèn)識(shí)生命世界，解釋生命現(xiàn)象，并運(yùn)用生命規(guī)律和原理解決真實(shí)生活中的劣構(gòu)問(wèn)題。

例如，在“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”一節(jié)的教學(xué)中，在“引入”環(huán)節(jié)，教師可以向?qū)W生展示滲透系統(tǒng)的模型及相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)液面逆重力勢(shì)能上升——這與學(xué)生原有生活經(jīng)驗(yàn)之間出現(xiàn)了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突。繼而，分別以“紗布”“半透膜”“蛋殼膜”等為實(shí)驗(yàn)材料，探究滲透作用與膜的關(guān)系，并采用“功能一結(jié)構(gòu)一材料”的思維方法解釋滲透現(xiàn)象的機(jī)理，以幫助學(xué)生地更好理解滲透系統(tǒng)的作用條件和原理，建構(gòu)滲透作用的概念，這就是“探究”和“解釋”環(huán)節(jié)。在“延伸”環(huán)節(jié)，教師分別以哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞以及紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，引導(dǎo)學(xué)生探究動(dòng)、植物細(xì)胞的失水和吸水的機(jī)理。學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施操作、觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論的過(guò)程中，進(jìn)一步理解了細(xì)胞滲透作用吸水、失水的原理，即存在原生質(zhì)層，在原生質(zhì)層兩側(cè)存在溶液的濃度差。這樣可以使學(xué)生進(jìn)一步明確“生物體的結(jié)構(gòu)是與其功能相適應(yīng)”的這一生命觀念。在“評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)，學(xué)生選擇材料構(gòu)建滲透模型的過(guò)程有利于其進(jìn)一步理解STEM的“材料一結(jié)構(gòu)一功能”相統(tǒng)一的思想，進(jìn)而有助于學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用生命觀念去分析、解釋具體的生命現(xiàn)象，發(fā)展自我認(rèn)知以及對(duì)世界的認(rèn)知。

實(shí)踐表明：正確運(yùn)用5E教學(xué)模式，是能促進(jìn)對(duì)概念群的建構(gòu)聚合與理解的，并通過(guò)歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學(xué)思維方法，促進(jìn)生命觀念的形成與發(fā)展。

2.2 活用5E教學(xué)模式，助推科學(xué)思維發(fā)展

科學(xué)思維是出于“崇尚真知，追求科學(xué)知識(shí)、原理和方法”的認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)，基于事實(shí)和證據(jù)基礎(chǔ)上的認(rèn)識(shí)事物、解決問(wèn)題的習(xí)慣及方法，需要思維者采用“正確的邏輯分析和推理”，運(yùn)用質(zhì)疑和批判的精神去認(rèn)識(shí)事物與事物間的聯(lián)系，進(jìn)而建構(gòu)科學(xué)概念，凝練生命觀念?？茖W(xué)思維應(yīng)聚焦于“懷疑是審視的出發(fā)點(diǎn)，實(shí)證是鑒別的尺度，邏輯是辯論的武器，是科學(xué)的美”。中學(xué)生物學(xué)課程中主要的科學(xué)思維方法是邏輯思維，包括比較與分類(lèi)、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括、批判性思維，是形成概念、建構(gòu)模型的重要思維方法?？茖W(xué)思維是形成生命觀念的重要途徑，也是科學(xué)探究的重要組成部分。

例如，在“植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)教學(xué)中，對(duì)于生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論之間關(guān)系的探究，就是對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的最好訓(xùn)練。為什么在黑暗環(huán)境或均勻散射光照條件下的胚芽鞘是直立生長(zhǎng)，而單側(cè)光照射的胚芽鞘會(huì)向光彎曲生長(zhǎng)？為什么切去尖端的胚茅鞘既不生長(zhǎng)也不彎曲？為什么用錫箔紙?zhí)自谂呙┣始舛酥簧L(zhǎng)不彎曲？為什么接觸過(guò)尖端的瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘一側(cè)，會(huì)向?qū)?cè)彎曲生長(zhǎng)？為什么用單側(cè)光照射透明水槽中水稻的根尖，發(fā)會(huì)現(xiàn)其背光生長(zhǎng)？這些問(wèn)題的解答均需以事實(shí)為證據(jù)，通過(guò)邏輯推理尋找自變量與因變量之間的因果關(guān)系，嘗試建立模型，去解釋相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再通過(guò)“不同濃度的NAA對(duì)于插條生根的影響”等探究實(shí)驗(yàn)形成的結(jié)論，最終得出“生長(zhǎng)素從產(chǎn)生部位運(yùn)輸至作用部位，產(chǎn)生促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)的生理效應(yīng)，生長(zhǎng)素的生理作用具有兩重性的特點(diǎn)”的結(jié)論，并構(gòu)建生長(zhǎng)素的合成、運(yùn)輸、作用機(jī)理及其特點(diǎn)的模型。這種運(yùn)用科學(xué)思維的方法展開(kāi)生物學(xué)問(wèn)題探討、審視或論證的過(guò)程，形成了真正意義上的深度學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生歸納與概括、演繹與推理、模型與建模及批判性思維等科學(xué)思維能力水平。

科學(xué)思維是形成概念的重要途徑與方法，而概念也是一種重要的模型。概念的形成過(guò)程就是建立模型的過(guò)程。從5E教學(xué)模式本身來(lái)看，探究、解釋和精致的環(huán)節(jié)中都充分體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的要求。在探究與解釋環(huán)節(jié)中，需要學(xué)生針對(duì)特定內(nèi)容進(jìn)行探究活動(dòng)，建立事物之間的聯(lián)系，運(yùn)用演繹與推理、模型與建模、批判性思維與直覺(jué)等思維方法，概括復(fù)雜生命現(xiàn)象背后的一般規(guī)律，作出科學(xué)合理的解釋。精致（延伸）環(huán)節(jié)則強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生運(yùn)用概念去嘗試解決問(wèn)題或解釋新的現(xiàn)象，驗(yàn)證并強(qiáng)化對(duì)概念的理解，促進(jìn)科學(xué)思維習(xí)慣的養(yǎng)成與能力的提升。

2.3 實(shí)用5E教學(xué)模式，提升科學(xué)探究能力

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究，要求學(xué)生能夠針對(duì)日常生產(chǎn)和生活中的真實(shí)情境，提出明確的、有價(jià)值的生物學(xué)問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)施恰當(dāng)可行的方案，開(kāi)展探究實(shí)踐，并運(yùn)用科學(xué)原理、規(guī)律和理論闡釋實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。這些要求與5E教學(xué)模式的理念不謀而合。5E教學(xué)模式倡導(dǎo)以學(xué)生為中心組織探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，尤其是探究和精致兩個(gè)環(huán)節(jié)更加注重學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與組織。學(xué)生要在與自然現(xiàn)象、教師及其他學(xué)習(xí)者等周?chē)h(huán)境因素的互動(dòng)中，不斷修正、重組和細(xì)化他們的最初想法。這種互動(dòng)過(guò)程不僅僅是動(dòng)手活動(dòng)，更包括動(dòng)腦思考活動(dòng)。這正是科學(xué)探究的主要形式。

例如，在探究“酵母細(xì)胞的固定化實(shí)驗(yàn)”一節(jié)的教學(xué)中，在學(xué)生已掌握利用海藻酸鈉固定化酵母細(xì)胞的基本操作步驟后，在精致環(huán)節(jié)，教師可引導(dǎo)學(xué)生如何通過(guò)“誤操作”探究實(shí)驗(yàn)變量對(duì)結(jié)果的影響。如，設(shè)立海藻酸鈉濃度過(guò)高、過(guò)低，CaCl2濃度過(guò)高、過(guò)低的材料對(duì)照;還可嘗試注射器推進(jìn)過(guò)快、滴定液面距離較近的操作對(duì)照，通過(guò)觀察凝膠珠的大小、性狀、顏色等特征，以小組形式進(jìn)行對(duì)比分析。這樣的活動(dòng)設(shè)計(jì)及實(shí)施，幫助學(xué)生熟練掌握了實(shí)驗(yàn)的操作技能，豐富了科學(xué)探究的思路和方法，是對(duì)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施操作及交流表達(dá)等能力素養(yǎng)的全面提升。

科學(xué)探究的形式是多樣的，除實(shí)驗(yàn)探究外，文本分析、模擬實(shí)驗(yàn)、科學(xué)調(diào)查、模型建構(gòu)等也是科學(xué)探究的重要形式，體現(xiàn)了科學(xué)探究的一般原則和思路。5E教學(xué)模式將“探究”作為學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在探究、精致和解釋等環(huán)節(jié)中，學(xué)生或開(kāi)展實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐以獲取事實(shí)與證據(jù)，或收集、分析、整理資料，根據(jù)邏輯嘗試對(duì)生命現(xiàn)象或特定問(wèn)題進(jìn)行推理、分析或解釋?zhuān)诤献鳌⒔煌^(guò)程中也在不斷錘煉表達(dá)和交流的能力。

2.4 利用5E教學(xué)模式，助推社會(huì)責(zé)任意識(shí)提升

從教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)看，似乎5E教學(xué)模式并沒(méi)有直接促進(jìn)學(xué)生“社會(huì)責(zé)任”的提升。但生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面之間是立體交錯(cuò)、彼此依存而非簡(jiǎn)單并列的線性關(guān)系。某一維度上素養(yǎng)發(fā)展將促進(jìn)其他維度上素養(yǎng)的提升。社會(huì)責(zé)任是通過(guò)生物學(xué)概念的學(xué)習(xí)逐漸滲入到學(xué)生的思維和意識(shí)之中的，生命觀念、科學(xué)探究和科學(xué)思維是培育學(xué)生責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)的“搖籃”，社會(huì)責(zé)任意識(shí)的提升也進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)生其他三個(gè)維度學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

例如，在“獲得純凈的微生物培養(yǎng)物是發(fā)酵工程的基礎(chǔ)”這部分內(nèi)容的教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)微生物的分離、培養(yǎng)、純化和計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到：無(wú)菌技術(shù)除了用來(lái)保持無(wú)菌物品與無(wú)菌區(qū)域不被外來(lái)微生物污染外，還能有效避免操作者自身被微生物污染：同時(shí)，為了避免培養(yǎng)物污染環(huán)境，對(duì)廢棄的培養(yǎng)物必須做滅菌處理及無(wú)害化處理，防止微生物的擴(kuò)散導(dǎo)致生態(tài)問(wèn)題或健康安全問(wèn)題的發(fā)生。了解微生物與人類(lèi)的關(guān)系，正確看待微生物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生以及科學(xué)研究等領(lǐng)域的價(jià)值，不僅有助于理解和掌握微生物的分離、純化、培養(yǎng)和計(jì)數(shù)，更有助于提升學(xué)生形成正確的價(jià)值觀。

從5E教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)來(lái)看，其引入和評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)可以直接融入社會(huì)責(zé)任要素，而在探究、精致和解釋環(huán)節(jié)中也可間接滲透社會(huì)責(zé)任意識(shí)。在5E教學(xué)模式的實(shí)踐過(guò)程中，當(dāng)學(xué)生具備了相應(yīng)的生命觀念以及科學(xué)思維、科學(xué)探究的能力時(shí)，還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生鑒別并自覺(jué)地抵制不良的生活習(xí)慣，辨別迷信和偽科學(xué)，根據(jù)科學(xué)知識(shí)和正確的價(jià)值觀作出合理的決策，樹(shù)立綠色的生態(tài)意識(shí)和正確的生物學(xué)倫理道德觀，通過(guò)這種“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的方式發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提升社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

3 結(jié)語(yǔ)

學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期、曲折和協(xié)同發(fā)展的過(guò)程。在教學(xué)中，教師惟有堅(jiān)持核心素養(yǎng)為宗旨、教學(xué)過(guò)程重實(shí)踐等課程理念，始終將提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)而非單一的應(yīng)試技巧作為課堂教學(xué)的目標(biāo)，始終堅(jiān)持“以學(xué)為中心”，而非“以教為中心”來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)，合理運(yùn)用5E教學(xué)模式的各個(gè)環(huán)節(jié)，才能達(dá)成發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的課程愿景，并發(fā)展學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力。

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