“5E” 教學(xué)模式在高中生物學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

王銘志

摘要 通過(guò)“5E”教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生聚焦概念問(wèn)題、構(gòu)建概念內(nèi)涵、明確概念外延、加深概念理解、反思概念構(gòu)建過(guò)程，有效完成了“細(xì)胞呼吸”概念的知識(shí)構(gòu)建，使學(xué)生獲得深層次的概念性理解，提升了學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞? “5E”教學(xué)模式高中生物學(xué)概念教學(xué)細(xì)胞呼吸

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號(hào)：1003-7586（2023）03-0058-03

“5E”教學(xué)模式是由美國(guó)生物科學(xué)課程研究會(huì)（BSCS）提出的一種教學(xué)模式，該教學(xué)模式包括5個(gè)環(huán)節(jié)，即參與（engage）、探究（explore）、解釋?zhuān)╡xplain）、精制（elaborate）、評(píng)價(jià)（evaluate），五個(gè)環(huán)節(jié)的首字母都是“e”，所以又被稱(chēng)為“5E”教學(xué)模式。“5E”教學(xué)模式是一種基于建構(gòu)主義的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)教學(xué)過(guò)程要以學(xué)生為中心，重視學(xué)生的探究性活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解和知識(shí)構(gòu)建?！?E”教學(xué)模式所倡導(dǎo)的學(xué)生主動(dòng)參與探究以及多元評(píng)價(jià)等方面契合我國(guó)新課程標(biāo)準(zhǔn)中的基本理念，通過(guò)開(kāi)展“5E”教學(xué)能夠有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的深層次理解，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)水平。

以“細(xì)胞呼吸”的概念教學(xué)為例，“5E”教學(xué)模式的教學(xué)過(guò)程如下。

1 參與（engage）：先聲奪人，激發(fā)學(xué)生探究欲望，聚焦概念問(wèn)題

參與（engage）是“5E”教學(xué)模式的第一個(gè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)主要是激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引出學(xué)習(xí)主題，確立學(xué)習(xí)任務(wù)，將學(xué)生引入到具體的探究問(wèn)題中，同時(shí)要求探究的問(wèn)題與相關(guān)概念具有一定的聯(lián)系，問(wèn)題要具有一定的難度但又能讓學(xué)生通過(guò)探究活動(dòng)解決。

在進(jìn)行“細(xì)胞呼吸”的概念教學(xué)時(shí)，教師可以課前帶領(lǐng)學(xué)生制作葡萄酒，上課時(shí)教師打開(kāi)發(fā)酵瓶橡木塞時(shí)會(huì)發(fā)出清脆的“嘭”的聲音，一下子吸引了學(xué)生，接下來(lái)教師將葡萄酒分裝到杯子中讓學(xué)生聞一下氣味，“聲音”和“酒精氣味”激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)一步探究的求知欲。學(xué)生根據(jù)初中所學(xué)知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)了解酵母菌可以用于釀酒，此時(shí)教師向?qū)W生說(shuō)明：酵母菌的釀酒過(guò)程是一個(gè)細(xì)胞呼吸的過(guò)程。

教師進(jìn)一步引導(dǎo)小組同學(xué)提出想要探究的問(wèn)題，然后匯總各小組的探究問(wèn)題：發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的氣體是什么？發(fā)酵過(guò)程中除了產(chǎn)生氣體和酒精，是否還產(chǎn)生了其他物質(zhì)？酵母菌在有氧條件和無(wú)氧條件的產(chǎn)物是否都能產(chǎn)生酒精？“細(xì)胞呼吸”的概念是什么？前三個(gè)問(wèn)題指向的是酵母菌的呼吸方式，第四個(gè)問(wèn)題則需要學(xué)生進(jìn)行抽象概括。

通過(guò)“參與”環(huán)節(jié)教師讓學(xué)生真實(shí)直觀地體驗(yàn)到生活中的酒精發(fā)酵現(xiàn)象，吸引學(xué)生對(duì)生物學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)進(jìn)行深入思考，從而引導(dǎo)學(xué)生明確探究的具體問(wèn)題，為下一步的具體探究實(shí)踐做好鋪墊。

2 探究（explore）：設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建概念內(nèi)涵

探究（explore）是“5E”教學(xué)模式的主體環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中教師需要給學(xué)生提供自主探究的機(jī)會(huì)和條件，促使學(xué)生開(kāi)展小組合作學(xué)習(xí)和具體的探究活動(dòng)。

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)前面提出的探究問(wèn)題，設(shè)計(jì)并進(jìn)行“探究酵母菌的細(xì)胞呼吸方式”的實(shí)驗(yàn)。教師首先介紹酵母菌，然后讓學(xué)生根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)材料、試劑和器具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。其中本實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供葡萄糖溶液和重鉻酸鉀溶液、二氧化碳傳感器和數(shù)據(jù)采集器用于測(cè)定二氧化碳的含量。學(xué)生通過(guò)設(shè)置有氧條件和無(wú)氧條件，探究酵母菌在不同條件下的產(chǎn)物。

本實(shí)驗(yàn)使用二氧化碳傳感器和數(shù)據(jù)采集器可快速將實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀呈現(xiàn)給學(xué)生，通過(guò)在電腦中自動(dòng)生成“二氧化碳─時(shí)間”曲線圖，學(xué)生能夠快速清晰地判斷相同時(shí)間內(nèi)有氧條件下二氧化碳生成量高于無(wú)氧條件下二氧化碳生成量。

教師提出問(wèn)題：有氧條件下酵母菌將葡萄糖徹底氧化分解除了產(chǎn)生二氧化碳，推斷還有什么產(chǎn)物？教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)初中所學(xué)質(zhì)量守恒定律和氧化反應(yīng)的知識(shí)，利用化學(xué)反應(yīng)方程式得出葡萄糖在有氧條件下可徹底氧化分解產(chǎn)生二氧化碳和水。

教師進(jìn)一步追問(wèn)：根據(jù)本實(shí)驗(yàn)中“二氧化碳─時(shí)間”曲線圖推斷葡萄糖在無(wú)氧條件下除了產(chǎn)生二氧化碳，還可能產(chǎn)生什么物質(zhì)？教師引導(dǎo)學(xué)生從質(zhì)量守恒定律的角度進(jìn)行小組討論，最終得出葡萄糖在無(wú)氧條件下除了產(chǎn)生二氧化碳，還可能產(chǎn)生了其他含碳元素的物質(zhì)。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步進(jìn)行酒精的檢驗(yàn)，最終學(xué)生可以歸納得出無(wú)氧條件下酵母菌將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精。

接下來(lái)教師讓各小組從物質(zhì)變化和能量變化兩個(gè)角度歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果，各小組之間補(bǔ)充修正，最終形成比較全面的概括：①物質(zhì)變化：有氧條件下酵母菌可將葡萄糖分解為二氧化碳和水；無(wú)氧條件下酵母菌可將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精。②能量變化：有氧條件和無(wú)氧條件下酵母菌分解葡萄糖的過(guò)程都會(huì)有能量釋放出來(lái)。此時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生給“細(xì)胞呼吸”下一個(gè)定義，學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和概括可以初步給出概念內(nèi)容：細(xì)胞呼吸是在細(xì)胞內(nèi)將糖類(lèi)分解為有機(jī)物或無(wú)機(jī)物并釋放能量的過(guò)程。教師追問(wèn)其他物質(zhì)分解為有機(jī)物或無(wú)機(jī)物并釋放能量的過(guò)程能不能稱(chēng)之為細(xì)胞呼吸？為了進(jìn)一步幫助學(xué)生明確細(xì)胞呼吸的底物可以是多種類(lèi)有機(jī)物，教師可以呈現(xiàn)糖類(lèi)、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物分解的過(guò)程示意圖，最終幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，形成正確的認(rèn)識(shí)。

學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)分析、歸納和概括最終構(gòu)建起來(lái)“細(xì)胞呼吸”的概念內(nèi)容，親歷了概念轉(zhuǎn)變和概念內(nèi)涵的自我構(gòu)建過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生的物質(zhì)與能量觀，提高了學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。

3 解釋?zhuān)╡xplain）：解釋不同細(xì)胞呼吸類(lèi)型出現(xiàn)的原因和意義，明確概念外延

解釋?zhuān)╡xplain）環(huán)節(jié)是指學(xué)生對(duì)之前探究活動(dòng)獲得的感性經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行抽象，成為一種可以在小組間進(jìn)行交流的形式，形成對(duì)一些具體問(wèn)題的科學(xué)解釋。

教師呈現(xiàn)地球大氣成分的歷史演化圖（圖1），然后讓學(xué)生解釋?zhuān)?.為什么地球上最先出現(xiàn)的生物不能夠利用氧氣進(jìn)行細(xì)胞呼吸？2.利用氧氣進(jìn)行細(xì)胞呼吸的生物是如何出現(xiàn)的？教師提供資料：由于需氧呼吸比厭氧呼吸產(chǎn)生更多的ATP，可以為生物體提供更多的可做功的自由能，需氧呼吸逐漸成為絕大多數(shù)生物的主要呼吸形式，而有些生物的厭氧呼吸能力一直保留至今。然后教師讓學(xué)生解釋?zhuān)簩?duì)于一些同時(shí)存在需氧呼吸和厭氧呼吸的生物而言，厭氧呼吸存在的意義是什么？

教師讓各小組給出自己的解釋?zhuān)龑?dǎo)學(xué)生從生物適應(yīng)環(huán)境的角度分析不同細(xì)胞呼吸類(lèi)型出現(xiàn)的原因和意義，此過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生的進(jìn)化與適應(yīng)觀，讓學(xué)生在生命觀念的層面明確細(xì)胞呼吸的概念外延：根據(jù)細(xì)胞呼吸過(guò)程中是否有氧氣參與，將細(xì)胞呼吸分為需氧呼吸和厭氧呼吸。為了幫助學(xué)生拓展對(duì)細(xì)胞呼吸的認(rèn)識(shí)，教師可以給學(xué)生補(bǔ)充產(chǎn)甲烷菌和乳酸菌等專(zhuān)性厭氧菌以及銅綠假單胞菌和醋桿菌等專(zhuān)性好氧菌的資料。另外，教師還可提供細(xì)胞呼吸的科學(xué)史資料，讓學(xué)生了解需氧呼吸和厭氧呼吸的生化反應(yīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)程。

在“解釋”環(huán)節(jié)中各小組對(duì)比其他小組的解釋?zhuān)麄儠?huì)重新思考自己提出的解釋是否合理、推理過(guò)程是否有缺陷以及論證是否嚴(yán)謹(jǐn)，從而形成科學(xué)的解釋?zhuān)罱K明確了概念的外延。

4 精制（elaborate）：運(yùn)用新概念解釋新情境問(wèn)題，加深概念理解

精制（elaborate）環(huán)節(jié)需要學(xué)生擴(kuò)展學(xué)習(xí)到的新概念，并能夠與其他概念相聯(lián)系，運(yùn)用所構(gòu)建的新概念解釋周?chē)澜缁蛐虑榫硢?wèn)題，并在概念的遷移應(yīng)用中加深對(duì)概念的理解。

本環(huán)節(jié)中教師介紹甜米酒的制作過(guò)程：將米煮熟后冷卻至30℃左右時(shí)加入適量“酒藥”（實(shí)為菌種）與米飯混合，然后置于瓷壇內(nèi)，在中間挖一個(gè)洞并加蓋置于適當(dāng)?shù)胤奖兀?8℃）12小時(shí)即成。然后教師讓學(xué)生從細(xì)胞呼吸角度思考并回答以下問(wèn)題：為什么在利用酵母菌釀制米酒時(shí)并不是一開(kāi)始就密封釀制？米酒釀制過(guò)程中酵母菌的呼吸類(lèi)型發(fā)生了怎樣的變化？教師引導(dǎo)學(xué)生從能量角度分析需氧呼吸對(duì)酵母菌增殖的重要意義，并讓學(xué)生從代謝產(chǎn)物的角度認(rèn)識(shí)到隨著需氧呼吸產(chǎn)生的水不斷增多，隨之為酵母菌的無(wú)氧呼吸創(chuàng)造了一個(gè)無(wú)氧環(huán)境。解決這種開(kāi)放性的問(wèn)題促進(jìn)了學(xué)生對(duì)“細(xì)胞呼吸”的深層次理解，同時(shí)也使學(xué)生認(rèn)識(shí)到勞動(dòng)人民在生活實(shí)踐中的智慧。

接下來(lái)讓各小組分別從生活實(shí)踐、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)健康等角度搜集細(xì)胞呼吸原理應(yīng)用的實(shí)例，然后各小組匯總實(shí)例并對(duì)每一具體實(shí)例進(jìn)行分析解釋?zhuān)〗M間補(bǔ)充修正最終形成對(duì)具體實(shí)例的科學(xué)解釋。

“精致”環(huán)節(jié)中學(xué)生運(yùn)用所學(xué)概念去解釋生產(chǎn)生活中具體的實(shí)際問(wèn)題，在概念的遷移應(yīng)用中加深了對(duì)概念的理解，構(gòu)建起全面的概念認(rèn)知框架。

5 評(píng)價(jià)（evaluate）：開(kāi)展多元評(píng)價(jià)，反思概念構(gòu)建過(guò)程

評(píng)價(jià)（evaluate）環(huán)節(jié)是指教師和學(xué)生都要作為評(píng)價(jià)者參與評(píng)價(jià)，既要評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)的結(jié)果又要評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)的過(guò)程，從而形成比較全面的多元評(píng)價(jià)。

學(xué)生學(xué)習(xí)新概念的過(guò)程是學(xué)生內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)自組織的過(guò)程，概念圖作為一種可視化的評(píng)價(jià)途徑，可以反映學(xué)生的概念認(rèn)知水平。教師讓各小組通過(guò)組內(nèi)討論交流、小組合作的方式畫(huà)出“細(xì)胞呼吸”的概念圖，然后小組之間補(bǔ)充、修正，最終形成完整的概念圖（圖2）。教師可對(duì)各小組的概念圖進(jìn)行評(píng)價(jià)，也可以讓各小組進(jìn)行自我評(píng)價(jià)以及對(duì)其他各小組進(jìn)行具體評(píng)價(jià)。

教師還可讓各小組從提出探究問(wèn)題、設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、回答問(wèn)題次數(shù)和有效性等方面讓各小組進(jìn)行自我評(píng)價(jià)以及對(duì)其他各小組進(jìn)行評(píng)價(jià)。

“評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)促使學(xué)生反思整個(gè)概念學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生重新審視自己構(gòu)建概念和概念轉(zhuǎn)變過(guò)程，提升了學(xué)生的元認(rèn)知能力，有利于幫助學(xué)生對(duì)概念形成更加穩(wěn)定的理解。

6 小結(jié)

“5E”教學(xué)模式作為一種強(qiáng)調(diào)探究的教學(xué)模式，在概念教學(xué)中首先通過(guò)讓學(xué)生依托探究實(shí)驗(yàn)獲取感性認(rèn)識(shí)，然后逐步抽象概括形成理論認(rèn)知，最終構(gòu)建起對(duì)概念的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，能夠高效地幫助學(xué)生獲得對(duì)生物概念的全面深入的理解，在小組合作學(xué)習(xí)中學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)水平也得到了提高。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉澤羽，虞馳.論證探究式教學(xué)模型在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用——以“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”為例[J].生物學(xué)教學(xué)，2022，47（05）：57-59.