基于“5E+P&P智慧課堂”下的“探究花生果實(shí)大小的變異”教學(xué)設(shè)計(jì)*

吳東平 （佛山市順德區(qū)倫教匯賢實(shí)驗(yàn)學(xué)校 廣東佛山 528308）

“探究花生果實(shí)大小的變異”一節(jié)要對(duì)學(xué)生進(jìn)行完整的科學(xué)探究的訓(xùn)練，同時(shí)要分析總結(jié)出生物的性狀既受遺傳物質(zhì)的控制，又與環(huán)境有關(guān)，進(jìn)而得出生物的變異是普遍存在的，有些可遺傳，有些不能遺傳等結(jié)論。這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)為訓(xùn)練學(xué)生數(shù)據(jù)測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、分析推理與交流表達(dá)提供了機(jī)會(huì)。運(yùn)用5E教學(xué)模式，借助P&P智慧課堂平臺(tái)，采用問題驅(qū)動(dòng)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究和深度思考，借助信息化技術(shù)讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的完整過程。

1 教材分析

“探究花生果實(shí)大小的變異”是人教版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《生物學(xué)》8年級(jí)下冊(cè)第7單元第2章第5節(jié)“生物的變異”中的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過測(cè)量與分析，提高學(xué)生處理數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)的能力；通過交流與探討，可使學(xué)生體會(huì)到變異普遍存在于自然界中；通過總結(jié)與歸納，幫助學(xué)生深入理解變異的原因，加深對(duì)遺傳與變異的認(rèn)識(shí)；通過拓展與延伸，能進(jìn)一步促使學(xué)生了解生物多樣性的原因，也有助于學(xué)生后續(xù)對(duì)生物進(jìn)化原因的深度理解。

花生果實(shí)大小的變異，屬于數(shù)量性狀，通過一定量的數(shù)值表現(xiàn)不同品種花生的性狀差異。因此，本探究實(shí)驗(yàn)主要基于數(shù)據(jù)的測(cè)量、統(tǒng)計(jì)和分析推理，學(xué)生需要有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)整理與分析能力。同時(shí)，通過探究實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)“變異”這一概念從感性認(rèn)識(shí)提升到理性認(rèn)識(shí)。對(duì)數(shù)據(jù)分析能力不是很強(qiáng)、缺乏深度科學(xué)思維的8年級(jí)學(xué)生而言存在一定的難度。

2 教學(xué)策略

本節(jié)課采用“5E+P&P智慧課堂”開展探究性學(xué)習(xí)。5E教學(xué)模式是一種基于建構(gòu)主義理論的探究式教學(xué)模式。5E教學(xué)將課堂分為5個(gè)環(huán)節(jié)，分別是引入（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、精致（elaboration）和評(píng)價(jià)（evaluation），能有效提升自然科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和效果[1]。P&P智慧課堂是以智能手寫板為載體，保持傳統(tǒng)紙（paper）筆（pen）書寫的形式，但融合了現(xiàn)代技術(shù)，能進(jìn)行多元立體互動(dòng)、學(xué)生筆跡可視化、即時(shí)反饋評(píng)價(jià)等信息化和智能化功能，實(shí)現(xiàn)預(yù)知（prevision）和深度（profundity）學(xué)習(xí)的課堂[2]。借用P&P智慧課堂，運(yùn)用信息化及時(shí)了解5E教學(xué)各環(huán)節(jié)的學(xué)情，動(dòng)態(tài)跟進(jìn)并調(diào)整教學(xué)；利用可視化使課堂教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式緊密結(jié)合，提高學(xué)習(xí)的有效性；使用多元立體互動(dòng)與及時(shí)反饋評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)積極性。

3 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》“舉例說出生物的遺傳變異”這一內(nèi)容要求，以及“觀察某種生物的變異現(xiàn)象”活動(dòng)建議[3]，并圍繞生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展，制定如下教學(xué)目標(biāo)。

1）通過探究花生果實(shí)大小的變異，體驗(yàn)科學(xué)探究的完整過程，提高處理、分析數(shù)據(jù)等科學(xué)探究能力與科學(xué)思維。

2）運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和所得數(shù)據(jù)分析生物變異的原因，認(rèn)同“生物的變異普遍存在，是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)，是生物多樣性的主要來源”等生命觀念。

4 教學(xué)過程

課前準(zhǔn)備：1）學(xué)生分組，4人一組，在組長(zhǎng)的引領(lǐng)下做好任務(wù)分工，熟悉電子游標(biāo)卡尺的使用；2）實(shí)驗(yàn)材料及用具：不同品種的花生各50顆、電子游標(biāo)卡尺、筆、智能手寫板（教師板和學(xué)生板）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄紙等。

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)疑導(dǎo)入

活動(dòng)1：展示變色龍的變色、羽化成蝶、蝌蚪變成青蛙及不同品種的花生圖片，學(xué)生借助智能手寫板，判斷上述現(xiàn)象是否屬于變異現(xiàn)象。以此引導(dǎo)學(xué)生回顧“變異是指親子間及子代個(gè)體間的差異”這一概念，鞏固所學(xué)的知識(shí)，也為本節(jié)課的學(xué)習(xí)作鋪墊。

活動(dòng)2：學(xué)生在桌面擺放大、小2個(gè)不同品種的花生，教師介紹花生的一些知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生觀察花生并分析問題：如何區(qū)分這2個(gè)不同品種的花生？學(xué)生可能回答“根據(jù)大小不同”。接著，教師順勢(shì)提出問題：花生果實(shí)大小是否是生物的一種性狀？引導(dǎo)學(xué)生對(duì)花生大小的性狀分析。并進(jìn)一步深入質(zhì)疑：不同品種花生果實(shí)大小存在差別，同一品種花生果實(shí)大小也有差別，如何比較這2個(gè)品種花生的大??？最后，提出本節(jié)課的核心問題：花生果實(shí)大小是否存在變異？

通過活動(dòng)1檢測(cè)學(xué)生已有的知識(shí)儲(chǔ)備，加深對(duì)變異這一概念的理解，為探究花生果實(shí)大小的變異作好鋪墊。利用活動(dòng)2充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生探究的欲望，為探究實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

4.2 問題驅(qū)動(dòng)，合作探究

4.2.1 自主思考，作出假設(shè) 在各小組已明確要探究問題的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生自主思考，作出相關(guān)假設(shè)，并寫在智能手寫板上。教師點(diǎn)評(píng)并完善學(xué)生作出的假設(shè)：花生果實(shí)的大小存在變異，且同一品種花生果實(shí)的大小或不同品種花生果實(shí)的大小均存在變異。

4.2.2 多元互動(dòng)，制定計(jì)劃 本探究實(shí)驗(yàn)基于數(shù)據(jù)的測(cè)量、統(tǒng)計(jì)和分析推理，學(xué)生需要有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)整理和分析能力。學(xué)生平時(shí)接觸此類實(shí)驗(yàn)少，認(rèn)為難度較大。因此，制定計(jì)劃成為順利開展本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵所在。在此階段，教師提前預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可能遇到的問題，設(shè)計(jì)成問題鏈（表1），借助P&P智慧課堂，采用師生、生生和人機(jī)等多元立體互動(dòng)形式，驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與解決問題。

表1 制定計(jì)劃所設(shè)計(jì)的問題鏈

通過問題引領(lǐng)、多元互動(dòng)的形式，層層引領(lǐng)學(xué)生制定嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的計(jì)劃，為后續(xù)計(jì)劃實(shí)施作好充分的鋪墊，也借此提升學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

4.2.3 小組合作，實(shí)施計(jì)劃 此環(huán)節(jié)是學(xué)生真正動(dòng)手實(shí)踐的環(huán)節(jié)，也是最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)小組依據(jù)分工，借助電子游標(biāo)卡尺測(cè)量大、小2個(gè)不同品種的花生各30顆的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，并利用智能手寫板記錄數(shù)據(jù)（表2），統(tǒng)計(jì)并整理數(shù)據(jù)（表3）。

表2 花生果實(shí)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表（單位：mm）

表3 花生果實(shí)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)整理表（單位：mm）

由于學(xué)生對(duì)涉及數(shù)據(jù)處理的探究實(shí)驗(yàn)接觸得不多，探究過程中出現(xiàn)的問題也會(huì)很多。因此，教師應(yīng)充分關(guān)注學(xué)生在測(cè)量、統(tǒng)計(jì)和整理數(shù)據(jù)過程中可能出現(xiàn)的問題，當(dāng)好引導(dǎo)者和幫助者。同時(shí)，制定專門的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表格，協(xié)助學(xué)生完成數(shù)據(jù)的收集和整理。此外，充分利用P&P智慧課堂實(shí)時(shí)傳輸功能，動(dòng)態(tài)掌控各小組的實(shí)驗(yàn)情況與進(jìn)度；借助P&P智慧課堂真實(shí)筆跡功能，動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)學(xué)生數(shù)據(jù)整理過程，使學(xué)生的思維過程可視化，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，有針對(duì)性地跟進(jìn)并調(diào)整各小組實(shí)驗(yàn)。

通過組內(nèi)協(xié)作、動(dòng)手實(shí)踐等活動(dòng)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)探究活動(dòng)的完整過程，過程中有質(zhì)疑、有批判，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、數(shù)據(jù)處理和科學(xué)探究能力，進(jìn)一步形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和求真的科學(xué)精神。

4.3 小組展示，得出結(jié)論 運(yùn)用P&P智慧課堂教師板的搶答功能，抽取2～3個(gè)小組展示其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。各小組推薦一名組員對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并嘗試得出本小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在匯報(bào)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生從最大值、最小值、平均值、中位數(shù)及花生果實(shí)長(zhǎng)度的集中區(qū)域等數(shù)據(jù)（表4）證實(shí)花生果實(shí)大小變異情況。小組展示完畢，借助P&P智慧課堂發(fā)起投票，全班學(xué)生對(duì)匯報(bào)的小組進(jìn)行投票點(diǎn)贊，根據(jù)投票結(jié)果對(duì)匯報(bào)的小組進(jìn)行激勵(lì)性評(píng)價(jià)。最后，教師歸納各小組的匯報(bào)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生得出本實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)論：花生的果實(shí)大小存在變異。不同品種花生果實(shí)大小存在差異，同一品種花生果實(shí)大小也存在差異，生物性狀的變異是普遍存在的，從而驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的假設(shè)。

表4 花生果實(shí)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度數(shù)據(jù)分析表

利用小組展示、匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的形式，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和表達(dá)能力，同時(shí)借助P&P智慧課堂的投票和評(píng)價(jià)功能，激發(fā)學(xué)習(xí)小組展示交流的欲望，提升學(xué)生的參與度。

4.4 提煉概念，拓展升華 學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)已了解“花生果實(shí)大小存在變異”，但對(duì)變異的原因尚不清楚，未認(rèn)識(shí)到變異的本質(zhì)原因。因此，從“環(huán)境因素、遺傳因素、概念整合和延伸拓展”4個(gè)梯度設(shè)計(jì)如下問題鏈（表5），驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行小組討論以解決問題，使學(xué)生對(duì)“生物的變異”概念有更深刻的理解，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

表5 總結(jié)環(huán)節(jié)所設(shè)計(jì)的問題鏈

通過小組討論與總結(jié)歸納，加深對(duì)變異的理解，同時(shí)利用開放式問題“生物的變異為生物圈帶來哪些變化，如何看待生物的變異現(xiàn)象？”回顧生物多樣性的原因，并延伸至生物進(jìn)化原因的探討，幫助學(xué)生構(gòu)建生物學(xué)知識(shí)間的聯(lián)系，初步形成進(jìn)化與適應(yīng)的生命觀念。

4.5 實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，檢測(cè)反饋 借助P&P智慧課堂，評(píng)價(jià)貫穿于教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，有對(duì)個(gè)人的評(píng)價(jià)，也有對(duì)小組的評(píng)價(jià)，個(gè)人評(píng)價(jià)納入小組評(píng)價(jià)。引入環(huán)節(jié)，通過抽答、搶答了解學(xué)生對(duì)變異概念的淺層次理解，評(píng)價(jià)學(xué)生依據(jù)情境提出問題的能力。制定計(jì)劃時(shí)，通過多元互動(dòng)，針對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，借助教師板，開展實(shí)時(shí)的個(gè)人評(píng)價(jià)和小組評(píng)價(jià)；實(shí)施計(jì)劃時(shí)，利用搶答、投票等實(shí)現(xiàn)生生互評(píng)對(duì)小組展示進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)；總結(jié)環(huán)節(jié)，通過開放式問題評(píng)價(jià)學(xué)生的理解和應(yīng)用情況；設(shè)計(jì)隨堂檢測(cè)題目，通過P&P智慧課堂系統(tǒng)的反饋及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)達(dá)成度；最后，布置課后拓展題目，要求學(xué)生以果實(shí)的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為橫軸，樣品的個(gè)數(shù)為縱軸繪制曲線圖，分析花生果實(shí)大小變異的情況，提升學(xué)生舉一反三、拓展思維的能力。

5 教學(xué)反思

運(yùn)用5E教學(xué)模式，同時(shí)借助P&P智慧課堂，有效完成了探究實(shí)驗(yàn)過程的探究活動(dòng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與呈現(xiàn)、概念整合與延伸、即時(shí)評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)的教學(xué)，達(dá)到了較為理想的教學(xué)效果。5E教學(xué)模式的各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣、承前啟后，有效促進(jìn)學(xué)生在探究花生果實(shí)大小變異的過程中逐步構(gòu)建、完善并深度理解生物的變異這一概念，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究和生命觀念等核心素養(yǎng)的發(fā)展。P&P智慧課堂為5E教學(xué)提供多元立體互動(dòng)、可視化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、即時(shí)評(píng)價(jià)與反饋等信息化、智能化功能，突出了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、教學(xué)的深度和課堂的高效性。