基于5E教學(xué)模式的初中生物學(xué)模型教學(xué)實(shí)踐
——以“眼球成像的探究”為例

許岳鋒 唐僑穎 崔 鴻

（1.廣東省深圳市光明中學(xué) 廣東深圳 518107）

（2.華中師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 湖北武漢 430079）

建構(gòu)和運(yùn)用模型是科學(xué)思維的重要組成，能夠有效揭示事物的本質(zhì)、特征或規(guī)律，使復(fù)雜抽象的內(nèi)容形象化、具體化，幫助學(xué)生描述、解釋科學(xué)現(xiàn)象或預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）在“生物學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”主題中亦設(shè)置了“模型制作類”跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，以提升學(xué)生制作和運(yùn)用模型的科學(xué)實(shí)踐能力。下文基于5E教學(xué)模式，運(yùn)用自制眼球成像模型開展眼球成像探究教學(xué)，以探索中學(xué)生物學(xué)模型教學(xué)的實(shí)施路徑，并為眼球模型制作的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)開展提供參考。

1 5E教學(xué)模式

5E教學(xué)模式是美國(guó)生物學(xué)課程研究（BSCS）開發(fā)的一種建構(gòu)主義教學(xué)模式，包括吸引（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、精致（Elaborate）、評(píng)價(jià)（Evaluate）五大環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容見表1。5E教學(xué)模式是一種在真實(shí)的問題情境下，學(xué)生聯(lián)系自身已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，開展探究活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)概念的構(gòu)建，最終遷移運(yùn)用于新情境的學(xué)習(xí)過程，有效培養(yǎng)了探究實(shí)踐能力，促進(jìn)對(duì)概念的深度理解。

表1 5E教學(xué)模式的主要內(nèi)容

2 自制眼球成像模型

科學(xué)合理的眼球成像模型是開展“眼球成像探究活動(dòng)”的重要前提。在講授眼球的結(jié)構(gòu)和基本成像原理后，教師組織學(xué)生利用廢棄牛奶箱、塑料透膜等簡(jiǎn)易材料進(jìn)行眼球成像模型的制作。學(xué)生在制作模型前，著重思考以下問題：①眼球成像過程主要涉及的眼球結(jié)構(gòu)有哪些？②應(yīng)該以什么材料作為眼球的主體？鞏膜應(yīng)涂什么顏色？如何觀察眼球成像結(jié)果？③如何設(shè)計(jì)一個(gè)能夠調(diào)節(jié)大小的虹膜模型？虹膜應(yīng)涂什么顏色？④如何設(shè)計(jì)一個(gè)能夠調(diào)節(jié)曲度的晶狀體模型？這四個(gè)問題由易到難、由整體到局部，層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生形成對(duì)眼球成像模型的初步構(gòu)想。

通過對(duì)以上問題的深入探討，學(xué)生最終確定了眼球成像模型的制作方案（圖1），并以小組為單位進(jìn)行制作。該模型以牛奶箱作為眼球主體，在右側(cè)中間剪出一個(gè)圓孔以放置透鏡，并在剪出的圓片畫上3個(gè)同心圓，沿同心圓裁剪成3個(gè)圓環(huán)，涂上黑色作為虹膜模型（圖2）。學(xué)生可以通過對(duì)圓環(huán)紙片的粘貼拼接調(diào)整瞳孔的大小。之后，再裁去牛奶箱的一部分正面，以便觀察紙箱左側(cè)的成像情況；而裁下的紙箱片又可制作一個(gè)標(biāo)有刻度的簡(jiǎn)易軌道，以方便描述光源的位置。而晶狀體模型則是由兩層塑料薄膜包裹圓環(huán)而制成的水透鏡，可以通過注射器改變水透鏡的曲度，模擬晶狀體的調(diào)節(jié)。在光源的選擇上，為了讓學(xué)生更明顯觀察到光屏成像的變化和考慮到實(shí)驗(yàn)的安全性，該模型采用了“L形”電燈光源替代常用的蠟燭光源。

3 基于5E教學(xué)模式的眼球成像探究教學(xué)

3.1 吸引：創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

教師播放近視科普宣傳短片，并調(diào)查學(xué)生中近視眼的情況，讓近視的學(xué)生談?wù)劷暤母惺?，從而提出問題：“近視眼如何形成？”教師利用科普短片，聯(lián)系學(xué)生對(duì)近視的親身經(jīng)歷，創(chuàng)設(shè)問題情境，吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。

3.2 探究：運(yùn)用模型，層層探究

3.2.1 模擬眼球正常成像

教師通過提問的方式，幫助學(xué)生回憶眼球成像模型的各部分結(jié)構(gòu)及作用。之后，學(xué)生調(diào)節(jié)光源的位置，直至光屏上呈現(xiàn)清晰的成像，記錄軌道上的刻度，以此模擬眼球的正常成像，并思考：“光屏上的像是什么樣？我們平?？吹降臇|西會(huì)是倒著的嗎？”學(xué)生從而認(rèn)識(shí)到物體成像和視覺產(chǎn)生的位置是不同的。

3.2.2 模擬瞳孔的調(diào)節(jié)

學(xué)生調(diào)整虹膜模型，以模擬瞳孔的大小變化，觀察光屏上成像的變化，并思考：瞳孔的變化會(huì)對(duì)光屏成像的清晰度產(chǎn)生影響嗎？當(dāng)瞳孔變大（或變?。r(shí)，光屏成像是變亮了？還是變暗了？這樣可以幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)虹膜的功能，并排除虹膜對(duì)成像清晰度的影響。

3.2.3 近視眼成像的探究

學(xué)生利用注射器向水透鏡中注入水，增加水透鏡的曲度，以模擬近視眼的晶狀體，并記錄注射器刻度變化值。之后，調(diào)整光源的位置，直至光屏成像清晰，記錄光屏的位置刻度。然后，用注射器再次加大水透鏡的曲度，重復(fù)以上過程多次，以模擬近視眼逐步加深的過程，并記錄注射器刻度變化值與光源的位置刻度（表2）。

表2 近視眼成像探究結(jié)果記錄表

3.2.4 模擬近視眼的矯正

在第三次近視眼成像的探究結(jié)束后，學(xué)生保持水透鏡曲度不變，將光源還原到初始位置，并在水透鏡與光源中間增添一個(gè)焦距合適的凹透鏡（圖3），調(diào)整位置，觀察光屏成像的變化，以此模擬近視眼的矯正。

3.3 解釋：數(shù)學(xué)分析，探討歸納

注射器刻度的變化值是水透鏡曲度變化的重要參考指標(biāo)：當(dāng)刻度變化值為負(fù)數(shù)時(shí)，注射器注水，數(shù)值越小，水透鏡的曲度越大；當(dāng)刻度變化值為正數(shù)時(shí)，注射器抽水，數(shù)值越大，水透鏡的曲度越小。學(xué)生利用表2所記錄的數(shù)據(jù)，以注射器刻度變化值作為橫坐標(biāo)，光源位置刻度作為縱坐標(biāo)，繪制散點(diǎn)圖（圖4），并利用該數(shù)學(xué)模型解釋“為什么近視度數(shù)越深，看東西就得越近”。教師引導(dǎo)學(xué)生探討歸納，結(jié)合模擬近視眼矯正探究過程與物理光學(xué)的知識(shí)，總結(jié)近視眼的成因以及矯正方法，并讓學(xué)生在學(xué)案中繪制光路圖（圖5），以鞏固知識(shí)，及時(shí)反饋學(xué)生對(duì)眼球成像原理的掌握情況。

3.4 精致：遷移運(yùn)用，完善概念

教師詢問學(xué)生家中的爺爺、奶奶有無老花眼，讓學(xué)生聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行交流。教師追問學(xué)生對(duì)遠(yuǎn)視眼的理解以及老花眼的成因。學(xué)生模仿近視眼成像的探究過程，開展“遠(yuǎn)視眼成像探究”與“模擬遠(yuǎn)視眼矯正”，完善眼球成像探究數(shù)學(xué)模型（圖6），并繪制遠(yuǎn)視眼及矯正光路圖（圖7），將新學(xué)的方法和技能遷移運(yùn)用于新問題情境的解決中，以此幫助深化對(duì)眼球成像原理的理解，提升探究實(shí)踐能力和模型思維能力。

3.5 評(píng)價(jià)：多元主體，全面評(píng)價(jià)

本研究將教學(xué)評(píng)價(jià)貫穿于教學(xué)過程，注重評(píng)價(jià)主體的多元化，做到過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)并舉。學(xué)生以小組為單位開展眼球成像探究，完成探究實(shí)驗(yàn)報(bào)告，交流討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和組內(nèi)互評(píng)，在自我反思中發(fā)現(xiàn)不足，在小組互評(píng)中彼此促進(jìn)。而教師綜合學(xué)生在小組合作、舉手發(fā)言、實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫等多方面的表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)。此外，教師還讓學(xué)生嘗試解釋“激光近視手術(shù)是如何治療近視的”，并以此作為終結(jié)性評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解與應(yīng)用，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物學(xué)與社會(huì)的緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的“教、學(xué)、評(píng)”一體化。最后，教師向?qū)W生強(qiáng)調(diào)激光近視手術(shù)可能帶來的副作用，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到保護(hù)視力的重要性，并讓學(xué)生課后宣傳預(yù)防近視的措施，滲透生命安全與健康教育。

4 總結(jié)與反思

本研究基于5E教學(xué)模式，運(yùn)用自制眼球成像模型開展近視眼和遠(yuǎn)視眼的眼球成像探究活動(dòng)，并利用數(shù)據(jù)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，幫助學(xué)生理解眼球成像原理，提升學(xué)生的探究實(shí)踐能力和模型思維能力。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①在探究開始前，教師應(yīng)準(zhǔn)備好眼球成像模型與導(dǎo)學(xué)案等相關(guān)材料，并在“吸引”環(huán)節(jié)中充分激發(fā)學(xué)生探究的欲望，從而保障探究活動(dòng)的順利開展。②在探究過程中，教師應(yīng)積極觀察各組成員的表現(xiàn)，掌握學(xué)生的進(jìn)度，及時(shí)反饋學(xué)生的求助信息，成為學(xué)生探究活動(dòng)的參與者、共謀者。③在探究結(jié)束后，教師應(yīng)組織學(xué)生對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行討論交流，引導(dǎo)建構(gòu)眼球成像的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)概念的深度建構(gòu)。