例談5E教學模式在高中生物實驗教學中的應用

李盛豐 胡超

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》將生物學科核心素養(yǎng)凝練為生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任，并強調了培養(yǎng)學生的生物學核心素養(yǎng)。以建構主義為基礎的5E教學模式可以多方面培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力，促進核心素養(yǎng)的落地。

1 5E教學模式簡介

5E教學模式是美國生物學研究會（BSCS）在由初步探究（exploration）、概念引入（term introduction）和概念應用（concept application）三個環(huán)節(jié)構成的Atkin-Karplus學習環(huán)教學模式的基礎上，基于建構主義理論和概念轉變理論提出的一種新的教學模式。該教學模式包括5個教學環(huán)節(jié)，即吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation），如圖1所示。其中，探究、解釋和遷移與Atkin-Karplus學習環(huán)中的三個環(huán)節(jié)相對應，而吸引和評價則是新增的兩個環(huán)節(jié)。在進行吸引、探究、解釋、遷移四個階段后，也可根據(jù)需求再次進行探索、解釋、遷移等步驟，或評價后再次循環(huán)探索、解釋、精致化等環(huán)節(jié)，以達到教學目的。

2 5E教學模式在“探究影響酶活性的條件”實驗教學中的應用

生物學是一門以實驗為基礎的科學，探究性實驗是落實科學探究能力培養(yǎng)的重要抓手。“探究影響酶活性的條件”是人教版高中生物《必修1·分子與細胞》第五章第一節(jié)的內容，是高中生物教材中為數(shù)不多的探究性實驗之一。影響酶活性的因素有許多，如溫度、pH、激活劑、抑制劑等。5E教學模式在實驗教學中的應用過程如圖1所示。

2.1創(chuàng)設情境，提出問題

聯(lián)系學生的生活實際，針對生活中常見的生活現(xiàn)象提出問題。例如，學生在洗碗時，發(fā)現(xiàn)熱水清洗油污的效果遠遠好于涼水。因此，許多學生在洗衣服時，加入加酶洗衣粉后，習慣先用熱水浸泡一段時間再洗。教師可就此現(xiàn)象提問：使用加酶洗衣粉時，用熱水浸泡效果真得好嗎？學生通過初中階段的學習，已經知道胃液的pH為0.9-1.5，小腸液的pH為7.6。教師可提出問題：胃蛋白酶隨食糜進入小腸后，能繼續(xù)發(fā)揮作用嗎？從而引導學生結合酶的作用和本質，思考并討論溫度、pH對酶的活性是否有影響，使學生意識到探究溫度和pH對酶活性的影響的必要性。教師針對學生日常生活中習以為常的現(xiàn)象提出質疑，能引起學生強烈的認知沖突，激發(fā)學生強烈的探究欲望。

2.2設計實驗，親歷探究

結論的得出需要實驗結果的支持。教師要求學生分組，討論實驗設計，思考下列問題：如何設計實驗探究溫度和pH對酶的活性是否有影響？自變量和因變量是什么？用什么指標來反應酶活性的變化？然后，各組匯報自己的設計思路，教師對思路進行評價，并在總結各組設計方案的基礎上，整理出較為科學的實驗思路，如圖2、圖3所示。教師給學生提供唾液淀粉酶和過氧化氫酶以及其他的實驗材料與用具，并組織學生分組討論：探究溫度和pH對酶活性影響時，分別采用哪種酶作為實驗材料較合適？為什么？如何控制實驗的自變量，檢測因變量？實驗的預期結果與結論是什么？在學生討論、交流、互相評價的基礎上，教師完善統(tǒng)一的實驗方案并組織學生進行實驗：以唾液淀粉酶為材料，設計溫度梯度，以反應后剩余的淀粉與碘液反應的顏色深淺為觀測指標探究溫度對酶活性的影響;以H202酶為材料，設計pH梯度，以反應過程中氣泡數(shù)量的多少為觀測指標探究pH對酶活性的影響。

全班學生分成兩個大組進行實驗：一組探究溫度對酶活性的影響，另一組探究pH對酶活性的影響。將每個大組按3或4人一小組，分成若干個小組，各小組獨立進行實驗操作。由于實驗過程所涉及的溫度或pH數(shù)據(jù)較多，操作過程較復雜，教師要提醒學生對操作過程統(tǒng)籌安排，組員間做好分工合作。實驗過程中，教師不斷巡視、觀察各組學生實驗進展情況，對實驗過程中出現(xiàn)的典型問題及時給予指導，并解答學生的疑惑，同時提醒學生及時記錄實驗數(shù)據(jù)。教師還要注意提醒學生：在探究溫度對酶活性的影響實驗中，在酶與底物混合前，要先分別保溫然后再混合;在探究pH對酶活性的影響時，可以采用排水法收集氣體，定期記錄實驗數(shù)據(jù)。

2.3結果展示，分享交流

實驗結束后，各小組分別匯報實驗數(shù)據(jù)，并指出實驗結果與預期結果是否一致、實驗結論是什么。教師及時對學生的實驗結果進行歸納整理，并在學生匯報結束后對實驗過程、實驗結果及結論進行點評分析，著重分析無關變量對實驗結果的影響。例如，在探究溫度對酶活性的影響實驗中，全班各組都能得出唾液淀粉酶的最適溫度為37℃左右，但各小組在不同溫度下所得到的實驗結果并不完全相同。由此，引導學生討論實驗過程，并分析對實驗結果造成影響的無關變量的設置情況，如酶的用量、反應時間、淀粉用量、檢測結果時碘的用量等。并在分析事實的基礎上，引導學生歸納總結科學探究實驗中如何設置自變量、控制無關變量、檢測因變量。

2.4融會貫通，舉一反三

經歷探究溫度和pH對酶活性的影響，學生已初步掌握科學探究實驗設計的單一變量原則：無關變量應適宜且相同，自變量應具有可操作性，因變量應客觀可測。教師要結合對照原則，引導學生進一步設計實驗探究激活劑Cl-和抑制劑Cu2+對唾液淀粉酶活性的影響，同時設計實驗記錄表（表1），進行實驗探究，并得出實驗結果及結論。

2.5 多元評價，總結提高

實驗教學評價應貫穿于整個實驗教學過程：在實驗教學之前，需要對學生的學情進行診斷性評價，有助于確定教學的起點，實驗教學活動應基于學生已有的知識儲備開展。本節(jié)實驗教學之前，學生已學習自變量、因變量、無關變量的概念，并學習了實驗設計的單一變量原則。因此，教學前，教師應對學生進行個別提問，以了解學生對相關基礎知識的掌握情況。在實驗教學過程中，教師需要對加樣、保溫操作、pH的調節(jié)與測定、結果觀測等實驗操作的各個環(huán)節(jié)進行形成性評價，及時了解實驗進展并發(fā)現(xiàn)實驗過程中存在的問題，及時進行反饋和指導，提高學生的動手實踐能力。在實驗結束時，應對實驗結果進行終結性評價，關注實驗結果與預期結果是否一致、能否支持實驗結論，有助于了解學習目標的達成情況。同時，還需要引導學生對自己的實驗設計、實驗操作、結果分析等環(huán)節(jié)進行反思與評估，提高學生的實驗探究能力。

3小結

教師靈活運用5E教學模式的五個基本環(huán)節(jié)進行高中生物實驗教學，能幫助學生主動構建科學概念，提高學生的實驗探究能力。本實驗教學過程在吸引環(huán)節(jié)，通過洗碗、洗衣服等常見的生活情境激發(fā)學生的認知沖突，吸引學生的學習興趣，引發(fā)學生的探究欲望。在探究環(huán)節(jié)，為學生提供實驗探究所需要的材料用具，引導學生自主設計實驗并進行實驗探究，用豐富的實驗結果支撐“酶的作用條件溫和”這一概念。在解釋環(huán)節(jié)，引導學生對各組出現(xiàn)不同的實驗結果的原因進行交流討論，總結出無關變量對實驗結果的影響。在遷移環(huán)節(jié)，鼓勵學生運用已經掌握的實驗設計思路與方法，設計實驗進一步探究“激活劑和抑制劑對淀粉酶的影響”，進一步豐富了“酶的作用條件溫和”概念的內涵。評價環(huán)節(jié)貫穿實驗教學的始終，教師通過參與、觀察、傾聽、提問等環(huán)節(jié)，對學生的實驗設計、實驗操作、實驗結果等進行全方面評價并及時提供反饋信息，提高實驗教學的效果。