張椰莉 梁雪微

【摘 要】7E教學模式包括“激發(fā)”“參與”“探究”“解釋”“精致”“評價”“延伸”七個環(huán)節(jié)，是一種雙向互動的教學模式。文章以“探究環(huán)境因素對光合作用的影響”為例，將7E教學模式應用于實驗教學，并用實驗工作單進行輔助，組織學生設(shè)計和實施實驗，引導學生發(fā)現(xiàn)實驗不足，并改進實施實驗的過程，培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計能力，從而落實生物學核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】7E教學模式 高中生物學 實驗設(shè)計能力

【中圖分類號】G633.91 ? ?【文獻標識碼】A? 【文章編號】1002-3275（2023）22-55-03

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（本文簡稱課程標準）強調(diào)學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。其中，科學探究是高中生物學學科核心素養(yǎng)之一，它要求學生具備發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、實施實驗、作出解釋、得出結(jié)論、表達交流的能力。由此可知，實驗設(shè)計包含于科學探究，且是其重要一環(huán)。此外，在近3年生物學高考試題中，實踐操作部分著重考查學生的實驗設(shè)計能力。由此可見，發(fā)展學生的實驗設(shè)計能力是落實高中生物學學科核心素養(yǎng)的重要一環(huán)。本文試圖基于7E教學模式，即激發(fā)（elicit）、參與（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、精致（elaborate）、評價（evaluate）和延伸（extend），以“探究環(huán)境因素對光合作用的影響”實驗為例進行教學，以期提升學生的實驗設(shè)計能力。

一、7E教學模式的適用性

生物學作為一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學，在教學中需要將理論與實際相結(jié)合。只有通過實驗探究，學生才能對理論形成過程有更深刻的理解，培養(yǎng)獨立思考的習慣，以及質(zhì)疑精神、創(chuàng)新意識、動手實踐等能力。高中生生物學實驗設(shè)計能力體現(xiàn)為能夠運用生物學知識、實驗技能對實驗結(jié)果進行預測、分析和討論。［1］可見，學生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)不應以被動、機械地接受知識為主。

7E教學模式是雙向互動的教學模式，在5E教學模式的基礎(chǔ)上拓展而來。［2］該教學模式具有兩個重要特點：一是以學生活動為中心，將學生觀察現(xiàn)象、教師引導、同學之間的合作聯(lián)系在一起；二是鼓勵學生直接參與科學探究，主動建構(gòu)生物學知識體系，利用所學知識解決實際問題。其中，7E教學模式的“探究”“解釋”和“評價”等環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了以上特點。由此可見，7E教學模式可應用于培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計能力。

二、7E教學模式應用于實驗教學的流程

本文基于7E教學模式，就高中生物學實驗教學展開研究，并在7E教學模式的七個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)加以補充相應的教學細節(jié)，即①激發(fā)——創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣；②參與——建立聯(lián)系，做好準備；③探究——問題引導，設(shè)計實驗；④解釋——查缺補漏，完善實驗；⑤精致——知識深化，實施實驗；⑥評價——交流討論，共同進步；⑦延伸——拓展遷移，與時俱進。7E教學模式涉及教學全過程，包括教學前、教學中、教學后。其中，教學中是7E教學模式應用的主要場景。除此之外，可在整個教學過程中加入實驗工作單輔助教學，具體流程如圖1所示。

三、基于7E教學模式的生物學實驗教學設(shè)計

（一）內(nèi)容選擇與教學目標的確定

“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”中探究·實踐的“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”是高中階段定量分析實驗之一，該實驗內(nèi)容豐富，要求學生具備較強的動手操作能力和一定的數(shù)據(jù)分析能力，并聯(lián)系生活實際。同時，考慮到光合作用作為高中生物學教學的重難點、高考熱點，該實驗通過培養(yǎng)學生實驗設(shè)計、分析實驗能力，有助于促使學生深入理解光合作用知識。

本節(jié)課授課對象是高一學生，他們已經(jīng)具備一定的邏輯思維和動手實踐能力。此外，在“探究植物細胞的吸水和失水”“影響酶活性的條件”等實驗中，他們初步掌握了探究實驗設(shè)計的基本原則和方法。然而，學生對本實驗的原理（真空滲水法）了解不足，并且實驗設(shè)計實踐經(jīng)驗較少。因此，教師在教學過程中應積極培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計能力。

根據(jù)課程標準的要求，基于上述教材和學情分析，制訂以下實驗教學目標：①理解光合作用強度概念，理解并掌握實驗原理——真空滲水法；②運用定量方法處理和解釋數(shù)據(jù)，學會建構(gòu)相應的數(shù)學模型；③通過設(shè)計實驗方案，進一步掌握實驗設(shè)計的原理和方法，并體會生物學實驗的嚴謹性和科學性；④通過小組合作的形式培養(yǎng)學生相互協(xié)作的能力和集體意識。

（二）課前準備

在做實驗之前需要進行預實驗，準備好實驗材料。除此之外，根據(jù)探究任務設(shè)計實驗工作單，包括四個部分：①提出問題；②設(shè)計實驗思路，包括實驗目的、作出假設(shè)、確定變量、陳述關(guān)系、具體實驗步驟、實驗結(jié)果預測及結(jié)論；③實施實驗，分析實驗現(xiàn)象；④表達交流，對整個實驗過程中遇到的問題進行反思總結(jié)。

（三）具體教學過程

【環(huán)節(jié)一】激發(fā)：創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

教師播放智能植物工廠視頻，學生認真聽視頻中專家的介紹，隨后教師提問：可以采取哪些措施來提高智能植物工廠中蔬菜的產(chǎn)量？這些措施蘊含了哪些生物學原理？

設(shè)計意圖：從生活實際出發(fā)，激發(fā)學生的好奇心與興趣，引導學生思考，回顧光合作用發(fā)生的條件和原理，為學習新的內(nèi)容打下基礎(chǔ)。

【環(huán)節(jié)二】參與：建立聯(lián)系，做好準備

教師根據(jù)學生前期學習情況，以問題引導：光合作用受哪些環(huán)境因素的影響？這些環(huán)境因素對光合作用有什么影響？具體的調(diào)控水平需要借助實驗來探究。如果給你一些材料（打孔器、注射器、菠菜、水、5W LED臺燈、NaHCO3溶液、燒杯、黑色紙盒），你可以探究哪些環(huán)境因素對光合作用的影響？

設(shè)計意圖：引導學生從光合作用發(fā)生的條件和原理出發(fā)，思考影響光合速率的因素有哪些，在原有知識的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識。通過實驗材料與問題引導，讓學生初步思考如何設(shè)計實驗。

【環(huán)節(jié)三】探究：問題引導，設(shè)計實驗

教師利用實驗工作單引導學生完成探究，具體包括以下七點：①明確實驗目的，選擇感興趣、可探究的實驗課題加以說明；②作出假設(shè)；③確定實驗自變量及施加措施；④確定實驗因變量及檢測措施；⑤討論無關(guān)變量及控制方法；⑥設(shè)計實驗思路，小組組間討論，選擇可行方案并寫出具體步驟；⑦猜測預期結(jié)果與結(jié)論：光合速率能一直增大嗎？你能以自變量為橫坐標、因變量為縱坐標，嘗試畫出曲線圖嗎？學生可通過閱讀教材中的案例尋找靈感。

設(shè)計意圖：教師以問題串的形式引導學生回顧實驗設(shè)計中光合作用的基礎(chǔ)知識，為本節(jié)課奠定相關(guān)知識基礎(chǔ)。學生閱讀教材中的案例，有助于提升實驗設(shè)計能力、信息提取能力和知識總結(jié)能力。用實驗工作單加以引導，讓學生將思考和討論的內(nèi)容記錄下來，可以加深學生對探究過程和實驗設(shè)計過程的印象，同時發(fā)散思維，發(fā)展探究能力。

【環(huán)節(jié)四】解釋：查缺補漏，完善實驗

教師組織學生進行組間交流，對于學生提出的問題，可由其他組學生補充，如果全體學生都無法解答，則由教師加以補充。另外，教師提供探究光照強度對光合作用影響的完整實驗視頻，對照視頻講解本實驗的原理及注意事項，引導學生完善方案。

設(shè)計意圖：通過觀看視頻，促使學生對實驗過程和規(guī)范操作產(chǎn)生科學認識，教師對學生存在的問題進行解釋，引導學生積極思考、開拓思路，培養(yǎng)學生的團隊合作、自主學習、總結(jié)歸納、邏輯表達等能力。

【環(huán)節(jié)五】精致：知識深化，實施實驗

首先，教師進一步指導學生完善實驗方案，講解實驗中需要注意的事項。其次，請學生按照小組完善后的實驗設(shè)計思路進行實驗操作，教師給予適當指導，讓小組代表展示本組的實驗結(jié)果，闡述是否能夠驗證假設(shè)，并將實驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型，與前期預測結(jié)果進行對比、解釋原因。最后，教師帶領(lǐng)學生進行總結(jié)。

設(shè)計意圖：讓學生熟悉實驗中的注意事項，在提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗思路、開展實驗操作、呈現(xiàn)結(jié)果等環(huán)節(jié)中體會完整的實驗設(shè)計流程，培養(yǎng)學生猜想與假設(shè)、實踐動手、處理信息、語言表達、圖文轉(zhuǎn)化、數(shù)學建模等能力。

【環(huán)節(jié)六】評價：交流討論，共同進步

評價是教學過程中必不可少的提升環(huán)節(jié)，應貫穿課堂始終。在教學過程中采用師生評價、組間互評和組員互評相結(jié)合的多元評價方式，既評價學生的學習結(jié)果也評價學習過程，如實驗設(shè)計方案的合理程度、實驗實施情況、交流討論是否積極等，從多個角度評價學生的課堂表現(xiàn)、思維表達和分析能力，激發(fā)學生科學探究的欲望。教師可通過課堂觀察、紙筆測驗、實驗工作單等形式來評價學生的學習情況，在評價中要適當鼓勵學生，并對其實驗中不恰當?shù)牡胤教岢鼋ㄗh。

【環(huán)節(jié)七】延伸：拓展遷移，與時俱進

要求學生根據(jù)所學知識收集資料，探索本節(jié)課內(nèi)容在日常生活中的應用，并根據(jù)實驗結(jié)果提出在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可能增產(chǎn)的措施，延伸思維。如果時間允許，可以讓學生以小組為單位，根據(jù)探究過程制作PPT進行展示，檢驗學生的學習效果。

（四）課后反思

上述教學設(shè)計中，在激發(fā)階段，結(jié)合生活實際創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學生興趣，回顧舊知識，為學習新知識奠定基礎(chǔ)；在參與階段，以問題串引導學生自主思考和提出問題，培養(yǎng)學生提出問題的能力；在探究階段，利用實驗工作單引導學生回顧實驗設(shè)計的基本原則，結(jié)合教材內(nèi)容自主設(shè)計實驗方案，培養(yǎng)學生實驗設(shè)計能力；在解釋階段，通過呈現(xiàn)視頻、教師講解、學生互相交流，引導學生口述實驗步驟，培養(yǎng)學生團隊合作、自主學習、總結(jié)歸納、邏輯表達等能力；在精致階段，引導學生思考和了解實驗中的注意事項，運用所學知識解決新問題，教師在實驗過程中指導學生明確實驗規(guī)范性，培養(yǎng)學生動手操作、收集實驗數(shù)據(jù)、分析、整理、建構(gòu)模型能力；在評價階段，運用多元化評價手段，評價學生在教學過程中各個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，幫助學生建立學習自信，激發(fā)學生學習生物學的興趣；在延伸階段，引導學生利用所學知識解決現(xiàn)實生活問題，增強社會責任意識。

本實驗注重培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析能力，并強調(diào)讓學生掌握科學探究的一般流程。如果要充分鍛煉學生這些能力，至少要用2個課時來進行相關(guān)活動。除此之外，本實驗還涉及其他單因素、多因素組合實驗，學生可以利用課余時間完成預實驗、選擇材料、設(shè)計改進實驗裝置等，將未完成的實驗做一遍，有助于充分理解和體驗科學探究的嚴謹性，進一步促進核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

7E教學模式注重以學生為主體，對培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計能力有一定的作用。需要注意的是，7E教學模式各環(huán)節(jié)并不是相互割裂的，而是相互聯(lián)系的。教師在教學過程中要厘清課程與課程、環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)、環(huán)節(jié)與能力的關(guān)系，根據(jù)課堂內(nèi)容的性質(zhì)有所側(cè)重。

【參考文獻】

［1］任建升．基于科學探究能力的高中生物學實驗設(shè)計初探［J］．中學生物教學，2020（15）：7-8．

［2］EISENKRAFT A．Expanding the 5E model：a proposed 7E model emphasizes“transfer of learning”and the importance of eliciting prior understanding［J］．The Science Teacher，2003，6（7）：56-59．