基于5E教學模式的機能實驗學教學實踐
--以家兔呼吸運動調(diào)節(jié)為例

周 華 方 瓊 姜文濤

安徽醫(yī)學高等專科學?；A醫(yī)學院生理學教研室 安徽合肥 230601

醫(yī)學機能實驗學是整個醫(yī)學教學過程中不可缺少的橋梁課程,它通過基本知識技能、基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗的“四階段遞進式”教學體系,目的是使學生掌握動物或人體的機能活動規(guī)律及其在病理狀態(tài)或藥物干預下的變化,有助于幫助學生理論聯(lián)系實際,提高學生綜合科學素質(zhì),培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和能力,主動構(gòu)建科學的知識體系等[1]。

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在傳統(tǒng)的課堂教學中,授課教師首先對實驗目的、實驗原理及實驗操作步驟進行簡單介紹,組織學生觀看實驗教學視頻;之后,將學生分組進行實踐操作,學生通過“菜譜式”實驗操作流程進行操作;課后,學生按要求書寫實驗報告。在這樣的課堂教學模式下,實驗成功率較低,學生無體驗感、參與感及成就感。另外,即使實驗成功,學生也是“知其然而不知其所以然”,不知實驗基于什么樣的原理,不知如何解釋出現(xiàn)的實驗結(jié)果,不知做這樣的實驗有什么實際意義,學生對整個實驗知識體系建構(gòu)效果較差。在這樣的教學模式下培養(yǎng)出來的大學生不能適應社會需要,學非所用,這與培養(yǎng)高水平的醫(yī)學專業(yè)人才背道而馳。

教學方法對于促進有意義的學習和消除誤解具有重要意義[2]。5E教學模式是由美國生物科學課程(BSCS)研究者于1987年開發(fā)的一種科學教學和學習方法。5E教學模式是一種基于建構(gòu)主義方法的教學模式,它促進了概念上的變革,它包括五個環(huán)節(jié):吸引(Engagement)、探究(Exploration)、解釋(Explanation)、遷移(Elaboration)、評價(Evaluation)。每個環(huán)節(jié)都有一個特殊的功能,總體目標是幫助教師提供連貫的指導,并幫助學習者參與適當?shù)幕顒?以促進學生更好地理解和保留科學知識[3]。

一、教學內(nèi)容分析及思路設計

“家兔呼吸運動調(diào)節(jié)”屬于機能實驗中較為復雜的一個實驗項目,理論性較強,操作步驟復雜。

知識目標:掌握血液PO2、PCO2、H+濃度變化對呼吸運動的調(diào)節(jié)。

教師:通過雨課堂發(fā)起討論,人在高海拔地區(qū),為什么呼吸急促,甚至呼吸困難?

素養(yǎng)目標:通過實踐操作,培養(yǎng)嚴謹求實的科研態(tài)度;通過學習,深刻理解機體內(nèi)、外環(huán)境緊密相連,“綠水青水,就是金山銀山”;幫助學生樹立正確的世界觀,“同呼吸,共命運”。

該實驗對大學一年級的醫(yī)學新生來說是個極大的挑戰(zhàn)。我們采用5E教學模式(圖1)對本節(jié)內(nèi)容進行教學設計,探討如何幫助學生構(gòu)建知識體系,主動、快速地掌握本節(jié)知識,并能用所學知識解決新的問題。

圖1 基于5E教學模式的教學思路

二、5E教學模式的教學設計

5E教學模式將整個教學過程分為課前(pre-class)、課中(in-class)和課后(after-class)三個部分,通過5E學習周期進行教學。

(一)環(huán)節(jié)一 吸引(Engagement)

吸引,5E學習周期的起始環(huán)節(jié)。目的:設置情境,促進好奇心,激發(fā)學習欲望。

[教師活動]:課前開放“家兔呼吸運動調(diào)節(jié)”虛擬實驗平臺,給每位學生分配賬號和密碼,課前通過雨課堂發(fā)放實驗操作視頻。

單因素試驗數(shù)據(jù)處理使用Excel 2016、Origin 8.5軟件進行，差異顯著性分析使用DPS 9.5軟件進行，P<0.05有統(tǒng)計學意義，中心組合法試驗數(shù)據(jù)處理使用Design Expert 8.0.5 軟件進行。

響應譜分析一般作為結(jié)構(gòu)的抗震分析，在得知當?shù)氐牡卣痦憫V曲線后，根據(jù)結(jié)構(gòu)進行抗震計算，計算結(jié)構(gòu)在指定的地震加速度曲線下是否存在較大的應力、彎矩及位移，從而通過對結(jié)構(gòu)進行局部的加強來增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

解釋,5E學習周期的關鍵環(huán)節(jié)。目的:教師引導,解決疑難困惑。

[學生活動]:學生結(jié)合日常生活現(xiàn)象,進行總結(jié),并通過教材、網(wǎng)絡查找資源,積極參與討論。

[教師活動]:通過雨課堂發(fā)放短視頻,向?qū)W生展示人在安靜時,劇烈運動/勞動時,疾病狀態(tài)(如支氣管哮喘)時,呼吸運動的情況(呼吸頻率、胸廓起伏的幅度及其他表現(xiàn))。發(fā)起討論:在不同的生理或病理情況下,呼吸運動形式發(fā)生什么樣的變化?影響呼吸運動的因素有哪些?

[教師活動]:教師概述整個實驗流程:動物準備,儀器準備,搭建實驗平臺→記錄正常呼吸運動→觀察實驗項目→記錄實驗結(jié)果→分析實驗現(xiàn)象→書寫實驗報告(圖2);將學生分小組,提供所需的實驗儀器;強調(diào)實驗注意事項。并要求學生觀察并總結(jié)以下問題:家兔呼吸運動形式發(fā)生怎樣的變化?該實驗證明有哪些因素影響呼吸運動?教師引導和促進學生思維。

[學生活動]:根據(jù)已學知識,在移動學習平臺積極參與討論。

根據(jù)計算目的的不同，可結(jié)合工程實際靈活選取，一般選取實測大壩最大橫斷面；已形成變形破壞的，則在相應破壞壩段內(nèi)進行選取，即選取已出現(xiàn)裂縫或滑坡的壩段橫斷面進行分析計算。計算斷面邊界、材料分區(qū)根據(jù)地質(zhì)勘探揭示的地層界線、原設計資料以及實測的斷面數(shù)據(jù)確定。

設計意圖:先驗知識(prior knowledge)的激活在記憶更新中起著關鍵作用。激活先驗知識是觸發(fā)動機原因?qū)е碌母拍钭兓年P鍵[4]。當學習者意識到他們不能用當前的概念來解釋新問題時,產(chǎn)生認知沖突,基于好奇心,激起學生的學習欲望,為小組討論和合作學習提供了有趣的機會,并能導致更富有成效的教學和學習環(huán)境。參與階段,旨在提供一個激勵性推動。

(二)環(huán)節(jié)二 探究(Exploration)

探究,5E學習周期的中心環(huán)節(jié)。目的:合作探究,探索知識和技能。

在封建社會當中，女性的地位一直非常低下，她們的一言一行通常都受到整個社會的制約，封建思想將她們變成奴隸，強迫她們服從，無論是她們的婚姻、感情還是生命，都很大程度上受到封建思想的束縛。祥林嫂原本是一個淳樸善良的女子，她只想在社會當中尋一處安身之所，本本分分地過自己的生活，但是殘酷的社會現(xiàn)實連這樣的機會都不給她，一步步將她逼上死路。祥林嫂年輕時也曾反抗過，但漸漸開始迷茫，開始將自己所有的遭遇歸結(jié)于命運。

圖2 家兔呼吸運動實驗流程

[學生活動]:認真記錄實驗流程,理清邏輯;組內(nèi)成員協(xié)商進行工作分配;檢查器械、試劑的完整性;按照實驗流程進行探究,記錄實驗結(jié)果,討論機制;總結(jié)教師提出的問題。

設計意圖:探究階段為學生提供通過從新的經(jīng)歷和觀察中推斷并重新建構(gòu)概念的機會;為學生提供基于自身的理解提出新的解釋,并進行實證檢驗的機會;為學生提供抓取與學習目標相關的特殊信息的機會。當學生被提示以有意義的方式連接信息時,學生可以更好地學習和記憶。在此過程中,教師仔細地指導和廣泛地引導,確保學生通過建立彼此的知識,通過提出問題進行解釋,通過推動團隊實現(xiàn)其目標的途徑,互相幫助解決問題。探究階段,旨在促進學生的先驗知識和需要學習的新信息之間的聯(lián)系[5]。

(三)環(huán)節(jié)三 解釋(Explanation)

[教師活動]:通過雨課堂,發(fā)起討論--呼吸的意義?呼吸的過程是什么?呼吸過程的起始環(huán)節(jié)是肺通氣,肺通氣的動力是什么?

[教師活動]:讓各實驗小組對實驗結(jié)果進行整理、實驗組結(jié)果與正常呼吸運動曲線對比并分析,各小組派代表說明呼吸運動曲線發(fā)生什么變化?讓學生思考為什么各實驗組呼吸運動曲線發(fā)生變化,并派出代表基于所學的知識以及課前查找的資料進行解釋?

[學生活動]:各實驗小組整理實驗結(jié)果,觀察實驗組與正常呼吸運動曲線區(qū)別,討論呼吸運動變化機制。小組代表發(fā)言回答問題,其他同學進行補充。

[教師活動]:教師點評學生的回答。向?qū)W生解釋呼吸運動調(diào)節(jié)的化學感受性反射,血液中PO2、PCO2、H+濃度引起呼吸運動發(fā)生改變的機制;肺牽張反射的途徑。

[學生活動]:學生認真聽講,記錄筆記,整理各實驗組呼吸運動曲線發(fā)生變化的機制。

設計意圖:當學生理解新信息的必要性及與他們探索的實踐相關時,及時的解釋可以促進知識構(gòu)建,使其能夠在相關環(huán)境中使用。在解釋階段,為教師提供直接和正式介紹這些概念的機會,以有利于檢索的方式幫助學生組織他們的新知識[6]。

乳腺癌是我國女性高發(fā)的惡性腫瘤之一，目前臨床上以手術(shù)、放療、化療、內(nèi)分泌治療、生物靶向治療等作為治療乳腺癌的重要手段。雖然乳腺癌的治療水平日益提高，但其死亡率仍居高不下。而導致乳腺癌患者病情惡化和預后不良的主要原因就是腫瘤轉(zhuǎn)移?？梢灶A見的是：有效抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移，可以提高治療效果，延長生存時間。隨著免疫治療的逐漸興起，本課題組希望篩選特異性表達在乳腺癌細胞上、且與乳腺癌轉(zhuǎn)移密切相關的抗原作為靶點，開展免疫攻擊治療，從而達到抑制乳腺癌細胞浸潤和遷移的目的。

(四)環(huán)節(jié)四 遷移(Elaboration)

遷移,5E學習周期的應用環(huán)節(jié)。目的:進一步參與活動,應用/拓展知識和技能。

[學生活動]:學生登錄“家兔呼吸運動調(diào)節(jié)”虛擬實驗平臺,反復操作,尤其關注較難操作步驟,預測可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果,觀看實驗操作視頻,熟悉操作步驟。

能力目標:掌握家兔耳緣靜脈麻醉、氣管插管、迷走神經(jīng)分離術(shù);呼吸運動曲線的描記;正確解釋呼吸運動變化機制。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件包進行數(shù)據(jù)分析。計量資料采用均數(shù)±標準差表示，采用t檢驗，率的比較采用χ2檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

學生:應用所學的知識,分析機制,繪制自己的思維導圖,在移動學習平臺積極討論。

設計意圖:要求學生應用他們所學的概念和程序在新的環(huán)境下解決新問題。遷移階段,為學生提供了將他們的新知識轉(zhuǎn)移到廣泛環(huán)境的機會,在這里,這些新概念將有機會證明它們是“富有成效的”。讓學生暴露在多種環(huán)境中促進更深層次的理解。遷移階段,旨在讓新知識被保留并轉(zhuǎn)移到新的情況中。

(五)環(huán)節(jié)五 評價(Evaluation)

評價,5E學習周期的反饋環(huán)節(jié)。目的:評估學習,提供及時反饋;檢索記憶,加強學習。

李瓊等［26］用樣品 10 g，萃取壓力 25 MPa，溫度60℃，配合劑二乙氨基二硫代甲酸鈉2 g，萃取時間3 h，帶劑乙醇用量10 mL，銅、鉛、砷離子的脫除率為53%～60%，萃取后重金屬的量可達到美國FDA標準。

教師:組織設計與本學習內(nèi)容相關的測試題,課后通過雨課堂發(fā)放至移動學習平臺。

在科拉科夫斯基看來，所有可能的認識對象都限制在實踐的范圍之內(nèi)，幻想擺脫實踐關系而認識“純粹的自我”或“純粹的‘外物’”，這根本是不可能的。因此，離開實踐而談論思維的現(xiàn)實性或非現(xiàn)實性是無意義的虛假問題?！皩嵺`功效不是用以證實知識之獨立于人的真理性的工具，而是創(chuàng)造真理的東西。”[10]實踐是構(gòu)成真理概念的因素。

2.3 艾滋病相關行為 不同職業(yè)間最近一次與配偶或同居者發(fā)生性行為時使用安全套的比例差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），建筑工人的最低，餐飲賓館服務從業(yè)人員的最高。三種職業(yè)流動人口發(fā)生商業(yè)性行為、臨時性行為、肛交行為、吸毒的比例以及發(fā)生高危行為時安全套的使用比例、出現(xiàn)性病癥狀會到醫(yī)院接受正規(guī)治療的比例差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表1。

學生:通過所學知識認真答題,加深記憶。

設計意圖:5E教學模式的目標是促進具有理解性的學習,設計相應的評價活動,了解學生是否真正理解是必須的。評價階段為學生提供利用他們所獲得的知識,評估自己是否理解的機會。評價階段,旨在評估學習,提供及時的反饋;檢索記憶,加強學習[7]。

結(jié)語

與接受傳統(tǒng)教學的學生相比,接受5E教學模式的學生對概念理解的正確反應顯著增加[8]。研究表明,5E教學模式是有效的,因為它遵循以下原則[9]:(1)學習者應該要解決現(xiàn)實世界中的問題;(2)在先驗知識基礎上激活新知識;(3)新知識被展示給學習者,而不是被告知;(4)新知識被學習者應用;(5)新知識整合到學習者的世界中。學生得到時間、提示和機會來深入?yún)⑴c學習對象,促進先驗知識和新的知識之間的聯(lián)系;它基于建構(gòu)主義的學習理論,學生從親身經(jīng)歷中建構(gòu)知識。

傳統(tǒng)的以講座為基礎的教學方法形成將記憶等同于學習的認知,而5E教學模式是基于一個自然的探究過程,人們探索資源來解決手頭的問題,它促進學生主動學習,促進同伴輔助學習,這些都已被證明可以提高學生在多個學科的表現(xiàn)[10]。