李盛豐 胡超

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將生物學(xué)科核心素養(yǎng)凝練為生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任，并強(qiáng)調(diào)了培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。以建構(gòu)主義為基礎(chǔ)的5E教學(xué)模式可以多方面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)的落地。

1 5E教學(xué)模式簡(jiǎn)介

5E教學(xué)模式是美國(guó)生物學(xué)研究會(huì)（BSCS）在由初步探究（exploration）、概念引入（term introduction）和概念應(yīng)用（concept application）三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成的Atkin-Karplus學(xué)習(xí)環(huán)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，基于建構(gòu)主義理論和概念轉(zhuǎn)變理論提出的一種新的教學(xué)模式。該教學(xué)模式包括5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，即吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評(píng)價(jià)（Evaluation），如圖1所示。其中，探究、解釋和遷移與Atkin-Karplus學(xué)習(xí)環(huán)中的三個(gè)環(huán)節(jié)相對(duì)應(yīng)，而吸引和評(píng)價(jià)則是新增的兩個(gè)環(huán)節(jié)。在進(jìn)行吸引、探究、解釋、遷移四個(gè)階段后，也可根據(jù)需求再次進(jìn)行探索、解釋、遷移等步驟，或評(píng)價(jià)后再次循環(huán)探索、解釋、精致化等環(huán)節(jié)，以達(dá)到教學(xué)目的。

2 5E教學(xué)模式在“探究影響酶活性的條件”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，探究性實(shí)驗(yàn)是落實(shí)科學(xué)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(xì)胞》第五章第一節(jié)的內(nèi)容，是高中生物教材中為數(shù)不多的探究性實(shí)驗(yàn)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(xué)模式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用過(guò)程如圖1所示。

2.1創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題

聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，針對(duì)生活中常見(jiàn)的生活現(xiàn)象提出問(wèn)題。例如，學(xué)生在洗碗時(shí)，發(fā)現(xiàn)熱水清洗油污的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于涼水。因此，許多學(xué)生在洗衣服時(shí)，加入加酶洗衣粉后，習(xí)慣先用熱水浸泡一段時(shí)間再洗。教師可就此現(xiàn)象提問(wèn)：使用加酶洗衣粉時(shí)，用熱水浸泡效果真得好嗎？學(xué)生通過(guò)初中階段的學(xué)習(xí)，已經(jīng)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(wèn)題：胃蛋白酶隨食糜進(jìn)入小腸后，能繼續(xù)發(fā)揮作用嗎？從而引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合酶的作用和本質(zhì)，思考并討論溫度、pH對(duì)酶的活性是否有影響，使學(xué)生意識(shí)到探究溫度和pH對(duì)酶活性的影響的必要性。教師針對(duì)學(xué)生日常生活中習(xí)以為常的現(xiàn)象提出質(zhì)疑，能引起學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望。

2.2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，親歷探究

結(jié)論的得出需要實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持。教師要求學(xué)生分組，討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，思考下列問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究溫度和pH對(duì)酶的活性是否有影響？自變量和因變量是什么？用什么指標(biāo)來(lái)反應(yīng)酶活性的變化？然后，各組匯報(bào)自己的設(shè)計(jì)思路，教師對(duì)思路進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在總結(jié)各組設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，整理出較為科學(xué)的實(shí)驗(yàn)思路，如圖2、圖3所示。教師給學(xué)生提供唾液淀粉酶和過(guò)氧化氫酶以及其他的實(shí)驗(yàn)材料與用具，并組織學(xué)生分組討論：探究溫度和pH對(duì)酶活性影響時(shí)，分別采用哪種酶作為實(shí)驗(yàn)材料較合適？為什么？如何控制實(shí)驗(yàn)的自變量，檢測(cè)因變量？實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果與結(jié)論是什么？在學(xué)生討論、交流、互相評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，教師完善統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)方案并組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：以唾液淀粉酶為材料，設(shè)計(jì)溫度梯度，以反應(yīng)后剩余的淀粉與碘液反應(yīng)的顏色深淺為觀測(cè)指標(biāo)探究溫度對(duì)酶活性的影響;以H202酶為材料，設(shè)計(jì)pH梯度，以反應(yīng)過(guò)程中氣泡數(shù)量的多少為觀測(cè)指標(biāo)探究pH對(duì)酶活性的影響。

全班學(xué)生分成兩個(gè)大組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：一組探究溫度對(duì)酶活性的影響，另一組探究pH對(duì)酶活性的影響。將每個(gè)大組按3或4人一小組，分成若干個(gè)小組，各小組獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程所涉及的溫度或pH數(shù)據(jù)較多，操作過(guò)程較復(fù)雜，教師要提醒學(xué)生對(duì)操作過(guò)程統(tǒng)籌安排，組員間做好分工合作。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師不斷巡視、觀察各組學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的典型問(wèn)題及時(shí)給予指導(dǎo)，并解答學(xué)生的疑惑，同時(shí)提醒學(xué)生及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。教師還要注意提醒學(xué)生：在探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)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(duì)酶活性的影響時(shí)，可以采用排水法收集氣體，定期記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.3結(jié)果展示，分享交流

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各小組分別匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并指出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是否一致、實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么。教師及時(shí)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納整理，并在學(xué)生匯報(bào)結(jié)束后對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析，著重分析無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。例如，在探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果并不完全相同。由此，引導(dǎo)學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并分析對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的無(wú)關(guān)變量的設(shè)置情況，如酶的用量、反應(yīng)時(shí)間、淀粉用量、檢測(cè)結(jié)果時(shí)碘的用量等。并在分析事實(shí)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中如何設(shè)置自變量、控制無(wú)關(guān)變量、檢測(cè)因變量。

2.4融會(huì)貫通，舉一反三

經(jīng)歷探究溫度和pH對(duì)酶活性的影響，學(xué)生已初步掌握科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的單一變量原則：無(wú)關(guān)變量應(yīng)適宜且相同，自變量應(yīng)具有可操作性，因變量應(yīng)客觀可測(cè)。教師要結(jié)合對(duì)照原則，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究激活劑Cl-和抑制劑Cu2+對(duì)唾液淀粉酶活性的影響，同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表（表1），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。

2.5 多元評(píng)價(jià)，總結(jié)提高

實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程：在實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，需要對(duì)學(xué)生的學(xué)情進(jìn)行診斷性評(píng)價(jià)，有助于確定教學(xué)的起點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)應(yīng)基于學(xué)生已有的知識(shí)儲(chǔ)備開展。本節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量的概念，并學(xué)習(xí)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的單一變量原則。因此，教學(xué)前，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別提問(wèn)，以了解學(xué)生對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師需要對(duì)加樣、保溫操作、pH的調(diào)節(jié)與測(cè)定、結(jié)果觀測(cè)等實(shí)驗(yàn)操作的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)，及時(shí)了解實(shí)驗(yàn)進(jìn)展并發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行反饋和指導(dǎo)，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行終結(jié)性評(píng)價(jià)，關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是否一致、能否支持實(shí)驗(yàn)結(jié)論，有助于了解學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況。同時(shí)，還需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)果分析等環(huán)節(jié)進(jìn)行反思與評(píng)估，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

3小結(jié)

教師靈活運(yùn)用5E教學(xué)模式的五個(gè)基本環(huán)節(jié)進(jìn)行高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能幫助學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建科學(xué)概念，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程在吸引環(huán)節(jié)，通過(guò)洗碗、洗衣服等常見(jiàn)的生活情境激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生的探究欲望。在探究環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)探究所需要的材料用具，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，用豐富的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支撐“酶的作用條件溫和”這一概念。在解釋環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各組出現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因進(jìn)行交流討論，總結(jié)出無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在遷移環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)掌握的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路與方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究“激活劑和抑制劑對(duì)淀粉酶的影響”，進(jìn)一步豐富了“酶的作用條件溫和”概念的內(nèi)涵。評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)的始終，教師通過(guò)參與、觀察、傾聽、提問(wèn)等環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行全方面評(píng)價(jià)并及時(shí)提供反饋信息，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。