基于5E教學(xué)模式進行中學(xué)生物學(xué)開放式實驗教學(xué)的探索

宋少東 金麗

【內(nèi)容摘要】依據(jù)5E教學(xué)模式吸引、探究、解釋、精致和評價五個環(huán)節(jié)，設(shè)計了“綠葉中色素的提取和分離”一節(jié)的開放式教學(xué)方案，探索了在中學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用。實踐可知，5E教學(xué)模式能為教師在中學(xué)生物學(xué)開放式實驗教學(xué)的設(shè)計中提供有效支持，也能夠培養(yǎng)學(xué)生觀察思考和探究的良好習(xí)慣。

【關(guān)鍵詞】5E教學(xué)模式中學(xué)生物學(xué)開放式實驗教學(xué)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中指出，生物學(xué)課程要求學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中獲取生物學(xué)知識，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，強調(diào)學(xué)生的主動參與，讓學(xué)生積極參與動手動腦的活動，通過探究性活動加深對概念的理解，提升知識的應(yīng)用能力，能用科學(xué)的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現(xiàn)實生活中的某些問題[1]。

5E教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義和概念轉(zhuǎn)變理論提出的，內(nèi)容包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、精致（Elaboration）和評價（Evaluation）五個環(huán)節(jié)，提出后在教學(xué)實踐中得到了廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可[2]。該模式最大的優(yōu)點是允許學(xué)生探究并深入地學(xué)習(xí)，對學(xué)生認(rèn)知能力的提高，探究精神的培養(yǎng)，科學(xué)概念的構(gòu)建和知識的應(yīng)用等方面具有很高的價值，適用于開放性問題的教學(xué)[3]。

綜合以上，將5E模式應(yīng)用于高中生物學(xué)教學(xué)中的方案設(shè)計與實施指導(dǎo)，對于完成課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和培養(yǎng)學(xué)生積極主動的精神，應(yīng)有比較好的效果。根據(jù)這一模式的原理，本文將以實驗課“綠葉中色素的提取和分離”為例探索5E模式在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用。

一、教材與學(xué)情分析

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版高中生物學(xué)教材必修一中的核心實驗之一，承接前一節(jié)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，既突出了實驗在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的基礎(chǔ)性地位，又很好地加深了學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和升華。該實驗既要求學(xué)生能熟練掌握實驗技能，又能夠深入理解實驗原理，并且能利用實驗的原理和方法解決一些實際問題。該實驗按照常規(guī)要求屬于驗證性實驗，驗證綠葉中色素的種類、含量及顏色，為了符合課程標(biāo)準(zhǔn)的理念要求，將此實驗改為探究性實驗，并加大其開放性，這樣既可以使學(xué)生掌握原理與方法，也可以激發(fā)學(xué)生對探究的興趣和解決實際問題的能力。

從學(xué)生方面考慮，通過以前的學(xué)習(xí)，此時已經(jīng)初步掌握了探究實驗的基本原則和思路，可以自己設(shè)計一些探究實驗。課前要求學(xué)生預(yù)習(xí)實驗的基本操作方法，上課時通過設(shè)置適當(dāng)情境，略加引導(dǎo)，能夠激發(fā)學(xué)生進行思考，學(xué)生也能夠設(shè)計并完成實驗。這樣可以使學(xué)生對實驗原理和相關(guān)知識的掌握直接上升到應(yīng)用層面。

二、教學(xué)目標(biāo)

（1）掌握并理解色素提取和分離的原理與方法，了解葉綠體中的色素種類、含量、顏色;（2）培養(yǎng)學(xué)生觀察分析現(xiàn)象和提出問題、解決問題的能力，提高積極思考與創(chuàng)新的能力;（3）通過開放性實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和嚴(yán)密的邏輯思維，使學(xué)生學(xué)會分析實驗的現(xiàn)象和結(jié)果，進行拓展性思考，推出結(jié)論。

三、教學(xué)準(zhǔn)備

實驗材料：實驗前五天購買菠菜，非保鮮條件下室內(nèi)陰涼處保存;實驗當(dāng)天購買新鮮菠菜、萵筍葉，洗凈、晾干表面水分備用。其他實驗藥品與器具按照教材要求準(zhǔn)備。

四、教學(xué)過程

1.吸引

教師首先創(chuàng)設(shè)有意義的學(xué)習(xí)情境，以吸引學(xué)生的注意，并且引導(dǎo)學(xué)生對教師提供的現(xiàn)象、情境或問題進行思考，結(jié)合已有的基本知識和生活經(jīng)驗，得出初步的假設(shè)，這是學(xué)習(xí)和探究科學(xué)概念的重要前提。在“引入”環(huán)節(jié)，要激發(fā)學(xué)生探究的欲望，學(xué)生開始對習(xí)以為常的現(xiàn)象進行關(guān)注和思索，這是實現(xiàn)科學(xué)探索的重要前提。

實施過程中，首先展示菠菜、萵筍的新鮮成葉（綠色深淺不同），再展示菠菜深綠色葉片和發(fā)黃的葉片，并視頻播放葉片由綠變黃的過程。讓學(xué)生交流發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么同是綠葉，顏色有深有淺;葉片變黃的內(nèi)在原因是什么。經(jīng)討論，學(xué)生提出兩個假設(shè)：（1）不同植物的綠葉顏色深淺不一可能是色素種類或含量不同導(dǎo)致的;（2）綠葉變黃可能是色素的種類或含量發(fā)生了變化。

這一環(huán)節(jié)重要的是引發(fā)學(xué)生的注意和思考，鼓勵學(xué)生大膽假設(shè)，對學(xué)生的思考偏差不急于否定，而是通過引導(dǎo)使其自己發(fā)現(xiàn)問題，回到正確的思路上。

2.探究

這一過程中，教師的主要任務(wù)是促進學(xué)生的探究，鼓勵學(xué)生大膽思考，謹(jǐn)慎操作，必要時以問題或建議的方式給學(xué)生做出指導(dǎo)，尤其是對流程的優(yōu)化和操作的規(guī)范方面，以提高實驗的效率。

將學(xué)生分為兩個大組，分別做兩個對比試驗：第一大組的各小組用等質(zhì)量的新鮮菠菜葉片和萵筍葉片探究不同植物葉片顏色深淺不同的原因;第二大組的各小組用等質(zhì)量新鮮菠菜葉片和不新鮮、顏色略微發(fā)黃的菠菜葉片探究葉片變黃的原因。按照教材實驗流程，無水乙醇提取并用紙層析法分離色素。

“探究”環(huán)節(jié)是5E教學(xué)的中心環(huán)節(jié)，教師的任務(wù)是觀察，引導(dǎo)和幫助，了解探究的進度和深度，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生出現(xiàn)的錯誤并給予提示糾正，使學(xué)生在糾錯過程中建立正確的觀點和概念[4]。

3.解釋

探究過程完成后，要求學(xué)生自己解釋探究實驗的結(jié)果，形成初步結(jié)論。之后，再由教師給出科學(xué)的解釋、結(jié)論或原理。這是使新概念、新理論或新方法明確化和內(nèi)在轉(zhuǎn)化的過程[2]。本實驗中，設(shè)置了交流發(fā)言的方法來完成該過程。

實驗操作結(jié)束后，請各小組展示實驗結(jié)果，并交流發(fā)言。

小組代表1：我們小組用等質(zhì)量的菠菜葉片和萵筍葉片做探究不同植物綠葉顏色深淺不同的原因的實驗，菠菜葉片的綠色要比萵筍的深一些。對色素進行提取和分離后，我們發(fā)現(xiàn)兩種葉片都含有四種色素，而且留在濾紙條上的色素帶顏色基本相同，說明菠菜和萵筍葉片中的色素種類是相同的。但是用菠菜葉片得到的四條色素帶比萵筍的顏色更深，寬度也更寬，說明菠菜葉片顏色比萵筍深是因為色素含量更高導(dǎo)致的，而不是因為色素種類不同。

小組代表2：我們小組用新鮮的和發(fā)黃的菠菜葉片做了探究綠葉變黃原因的對比試驗，新鮮葉片是濃綠色的，不新鮮的葉片顏色略微發(fā)黃。經(jīng)提取和分離，并進行對比后，發(fā)現(xiàn)不新鮮的葉片四條色素帶顏色均變淺，說明各種色素均有減少，進一步觀察發(fā)現(xiàn)胡蘿卜素和葉黃素顏色變化較小，而葉綠素a和葉綠素b的藍綠色和黃綠色色素帶變淺得非常明顯。（教師追問：為什么葉綠素顏色變淺得更加明顯呢？）這可能是兩種葉綠素化學(xué)性質(zhì)不夠穩(wěn)定，分解程度較嚴(yán)重造成的。

這一過程的進行，能鍛煉學(xué)生分析現(xiàn)象，推導(dǎo)結(jié)論的能力，能幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識和基本理論，并提高交流能力。交流過程中，教師適時給予肯定或引導(dǎo)思考，使學(xué)生在交流中碰撞思維，不斷延伸思考，獲取新的知識。

4.精致

這一過程指新概念、新知識不斷精致化的過程，指的是學(xué)生獲得新原理、新概念或新方法后，運用新原理、新概念、新方法來解決新問題或解釋新現(xiàn)象。所以教師需要提供足夠的機會讓學(xué)生深入探討，更多參與，實驗教學(xué)尤其如此。

實驗結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生思考生活中有關(guān)植物色素的現(xiàn)象。經(jīng)過思考，學(xué)生又提出了一些新的想法：如，橙色或黃色的花瓣、橘皮、枸杞所含色素是否就是類胡蘿卜素;紫色洋蔥鱗片葉中的色素與綠葉中的色素有哪些區(qū)別，等等。在此基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生在課后寫出實驗方案，準(zhǔn)備實驗材料，約定實驗室開放時間，在課后完成相關(guān)實驗，并得出相應(yīng)結(jié)論。整個過程中，著重引導(dǎo)學(xué)生對相應(yīng)的概念、原理和方法進行歸納總結(jié)，使其從方法到理論全方位地內(nèi)化新知識。

5.評價

在開放式實驗教學(xué)中，適時評價對鼓勵學(xué)生養(yǎng)成探索的習(xí)慣，發(fā)展科學(xué)的思維具有重要意義。對該實驗課的評價包括過程性評價和結(jié)果性評價。教學(xué)過程中要對各個環(huán)節(jié)，包括學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問題，確定實驗?zāi)康?，設(shè)計實驗方案，操作過程，實驗后對實驗結(jié)果的分析和最終得出的結(jié)論都進行適時評價。在時間充足的條件下，還可以讓學(xué)生展開自評和互評，讓思維在不斷沖撞的情況下，加深對概念的理解深度，完善知識掌握的準(zhǔn)確度。

“評價”環(huán)節(jié)既能加強學(xué)生對概念的理解與鞏固，也能強化探究精神，培養(yǎng)實驗素養(yǎng)和科學(xué)思維。

五、教學(xué)反思與結(jié)語

本節(jié)教學(xué)中，以“5E”為理論基礎(chǔ)，按照實驗教學(xué)的具體特點，設(shè)計了實施方案，取得了良好效果。在“吸引”環(huán)節(jié)，利用生活中常見現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生思考，并提出問題，有助于養(yǎng)成學(xué)生觀察現(xiàn)象并提出問題的習(xí)慣?！疤骄俊杯h(huán)節(jié)，直接應(yīng)用教材中的實驗技能解決新的問題，有利于基礎(chǔ)知識的鞏固和基本技能的應(yīng)用?！敖忉尅杯h(huán)節(jié)，交流結(jié)果過程中，能夠進行思維的碰撞，激發(fā)新的科學(xué)靈感，還能夠延伸所學(xué)，上升到理論層次?！熬隆杯h(huán)節(jié)，引起學(xué)生進一步探究的興趣，讓學(xué)生更加積極地參與動手動腦的活動，這是開放式實驗的最終目的所在。“評價”環(huán)節(jié)，能強化學(xué)生的求知欲望和探究興趣，也可以及時糾正思維偏差和操作錯誤，構(gòu)建準(zhǔn)確概念，在開放式實驗中，該環(huán)節(jié)會面對很大的不確定性，要求教師有非常充分的準(zhǔn)備。

通過實踐可知，5E教學(xué)模式能為教師在中學(xué)生物學(xué)開放式實驗教學(xué)的設(shè)計和實施中提供有效支持，也能夠激發(fā)學(xué)生的探究興趣，使學(xué)生在實驗過程中培養(yǎng)觀察和思考的習(xí)慣，強化科學(xué)思維，提高探究能力，在對知識和概念的理解鞏固方面也有很大幫助。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：1-2.

[2]王健，李秀菊.5E教學(xué)模式的內(nèi)涵及其對我國理科教育的啟示[J].生物學(xué)通報，2012，47（3）：39-41.

[3]張杏娟，劉恩山.5E教學(xué)模式在發(fā)展學(xué)生能力和課程建設(shè)中的價值及作用[J].生物學(xué)通報，2015，50（2）：21-23.

[4]吳成軍，張敏.美國生物學(xué)“5E”教學(xué)模式的內(nèi)涵、實例及其本質(zhì)特征[J].課程·教材·教法，2010，30（6）：108-112.

作者簡介：宋少東，男，漢族，西南大學(xué)附屬中學(xué)校，教育碩士學(xué)位，高級教師;金麗，女，漢族，西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。

（作者單位：1.西南大學(xué)附屬中學(xué)校;2.西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）