“5-E學(xué)習(xí)環(huán)”在生物探究實驗教學(xué)中的運用——以“探究酸雨對種子萌發(fā)的影響”一課為例

●居曄

隨著基礎(chǔ)教育改革的不斷深入，人們的科學(xué)教育理念發(fā)生了很大轉(zhuǎn)變。 “人人具有科學(xué)素養(yǎng)”正日益成為一項重要的教育目標。 加強學(xué)生科學(xué)實踐能力和自主設(shè)計探究實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，能理解和運用科學(xué)知識解決實際問題等是實現(xiàn)這一目標的重要途徑。“5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”模式在初中生物學(xué)實驗教學(xué)中，能有效地引導(dǎo)學(xué)生主動參與，自主探究，提升素養(yǎng)。

“5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”模式主要由五個階段構(gòu)成，即引入、探究、解釋、擴展、評價[1]。 下面以“探究酸雨對種子萌發(fā)的影響”一課為例介紹“5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”模式在生物探究實驗教學(xué)中的應(yīng)用。

一、導(dǎo)入——創(chuàng)設(shè)情境，激疑導(dǎo)課

“5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”模式引入階段的重要任務(wù)是讓學(xué)生產(chǎn)生好奇心并提出問題。 教師可以根據(jù)學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生自己提出想要探究的、能探究的并且可以解決的問題。

如關(guān)于環(huán)境污染對生物的影響，學(xué)生已有一定的認識，但是學(xué)生所知多為間接經(jīng)驗，且對酸雨對生物的影響所知較少，因此，教師先展示各地區(qū)因遭受酸雨，森林、莊稼被毀，建筑、文物被腐蝕、破壞等圖片，介紹這些環(huán)境問題是由酸雨引起的。教師進一步解釋，酸雨即是pH 值小于5.65 的雨，并解釋近些年酸雨問題越來越嚴重， 與大量使用的化石燃料在燃燒的過程中會釋放出酸性氣體有關(guān)。教師提問：你知道酸雨給我們?nèi)祟惿顜淼奈：τ心男?提示學(xué)生聯(lián)系前面所學(xué)的 “影響種子萌發(fā)的外界條件”，思考能提出什么問題。 學(xué)生思考并經(jīng)小組討論可提出問題：酸雨能否影響種子的萌發(fā)？

二、探索——設(shè)計實驗、自主探究

探索環(huán)節(jié)的關(guān)鍵是學(xué)生自主進行探究，包括材料的選擇、方案的設(shè)計、結(jié)果的記錄等。學(xué)生之間的交流可以解決他們遇到的大部分問題。教師在學(xué)生的方案設(shè)計或?qū)嶒灢僮饔惺杪⑹д`時，應(yīng)及時作為指導(dǎo)者提醒學(xué)生，以免嚴重影響實驗的結(jié)果。

在學(xué)生設(shè)計實驗前， 教師補充溶液酸堿性、pH的測定和計算等化學(xué)基礎(chǔ)知識。

教師引導(dǎo)學(xué)生組成探究小組， 小組內(nèi)每個人都先獨立設(shè)計實驗方案，然后小組內(nèi)交流。有些同學(xué)實驗設(shè)計不夠完善，只考慮到給種子噴灑酸雨，然后觀察種子的萌發(fā)情況，忽略了對照實驗的設(shè)計。有的同學(xué)可能還會在設(shè)計實驗時提出新的問題，例如，不同污染程度的雨水（酸度不同）對種子萌發(fā)的影響是否相同？小組互相交流后，討論整合優(yōu)化小組的實驗方案，并由組長向全班展示。 各小組之間進行交流，并提出了一些新的疑問。 例如， 選擇哪些種子進行實驗？ 實驗種子的數(shù)量是選擇一粒，還是多粒？ 溶液的pH 梯度設(shè)置幾個？ 針對這些問題全班再進行討論，各組完善探究方案。教師給出一個可參考的方案，但不要求所有學(xué)生都進行同樣的實驗。

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)， 多數(shù)學(xué)生只考慮了實驗的設(shè)計和操作步驟，而沒有考慮結(jié)果的記錄，教師及時提示學(xué)生，除了設(shè)計實驗方案，還需要考慮：①實驗要觀察的現(xiàn)象是什么？②實驗的注意事項有哪些？③如何操作并記錄？學(xué)生可能會想到諸如測量法，拍照法等記錄方式。關(guān)于如何記錄實驗現(xiàn)象，教師要引導(dǎo)學(xué)生考慮：記錄哪些指標？ 僅僅記錄種子發(fā)芽率夠不夠？ 如果還測量芽的長度，多長時間記錄一次？ 等等。

各小組確定了實驗設(shè)計方案后開展實驗。 實驗過程中，各小組每天固定時段，將觀察到的現(xiàn)象如實記錄。

三、解釋——分析結(jié)果，得出結(jié)論

解釋環(huán)節(jié)主要是讓學(xué)生對觀察、 記錄的實驗結(jié)果進行綜合分析和解釋， 能夠說出實驗現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是什么，實驗結(jié)果說了什么問題等。通過科學(xué)的分析、邏輯的推理和合理的解釋，訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，此環(huán)節(jié)教師應(yīng)注意追問和點撥，幫助學(xué)生理清思路。

第四小組黃豆種子的萌發(fā)情況記錄 室溫：20℃注：觀察5 天記錄出芽的數(shù)量和長度，填到表格內(nèi)，最后求平均出芽率和長度，并分析結(jié)果。

例如第四小組根據(jù)他們的實驗記錄，得出如下結(jié)論：種子的出芽率是指種子在適宜的條件下， 在規(guī)定的時期內(nèi)出芽種子數(shù)占供試種子總數(shù)的百分比， 是反映種子品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標， 也可從中看出外界因素對種子萌發(fā)的影響。 通過5天實驗的觀察以及測量， 學(xué)生發(fā)現(xiàn)清水和pH5 的溶液中，種子的萌發(fā)率85%、90%， 隨著溶液pH 值降低萌發(fā)率也在降低，pH2 和pH3 時種子萌發(fā)率分別是52.5%和57.5%。溶液pH 值過低也會影響種子萌發(fā)的長度，pH2 和 pH3 時的平均芽長是 2.8cm 和3.6cm，隨著pH 升高平均芽長也在增長，清水中平均芽長最長為5.2cm。

學(xué)生對結(jié)果的記錄基本準確， 對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計也可以做得比較合適。不過，對數(shù)據(jù)分析、得出結(jié)論，需要教師的幫助。例如，種子未能完全萌發(fā)的原因是什么？ 教師引導(dǎo)學(xué)生從外界溫度和自身條件的影響等方面思考，學(xué)生就可以較好地理解實驗中現(xiàn)象。 最后，教師和學(xué)生一起分析、得出結(jié)論：酸雨會對黃豆種子的萌發(fā)產(chǎn)生不利影響。

四、擴展——總結(jié)反思，提升應(yīng)用

得出結(jié)論后，教師引導(dǎo)學(xué)生反思整個的實驗過程。學(xué)生在反思時提出在實驗過程中的困惑，提升探究技能，獲得進一步認識。

①不同濃度的酸雨如何配置？ （pH 試紙顏色不容易辨清，難以區(qū)分pH 梯度很近的酸溶液）。 我們討論的改進方案是先配制pH2 的溶液（取1ml37%的鹽酸兌成1000ml 溶液），然后逐個稀釋10 倍，配成（pH2～pH5）的實驗用液。

②pH 為4 的溶液一組里有一粒種子芽長得很長，明顯長于其他溶液中的種子，怎么解釋？討論后，大家認為：可能因種子自身條件不同，萌發(fā)長度和數(shù)目也會有差異。 由此我們總結(jié)，正是因為如此，每組實驗我們都各要用40 粒種子，最后萌發(fā)情況（萌發(fā)率和長度）要求平均值，從而得出更準確的結(jié)果。

③由于不同種類的種子本身特性不同， 那么酸雨對不同種類作物種子發(fā)芽率的影響是否相同？ 綜合全班各小組的實驗，對比用綠豆、水稻、玉米、小麥等種子開展實驗的結(jié)果，最后，全班共同得出的結(jié)論是：酸雨對綠豆、黃豆、玉米、小麥等種子的萌發(fā)有明顯的抑制作用， 說明酸雨對植物的生長有不利影響。 有學(xué)生提出新的問題：怎樣開展探究酸雨對動物生活的影響呢？ 就這個問題，教師組織討論新的探究方案。

五、評價——適時評價，貫穿始終

探究學(xué)習(xí)在強調(diào)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上， 并不能忽視教師的主導(dǎo)作用， 而且特別強調(diào)教師應(yīng)適時的、必要的、謹慎的、有效地指導(dǎo)，使學(xué)生的探究活動得到不斷完善和提高。 評價是“5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”模式中的一個重要環(huán)節(jié)，貫穿于學(xué)習(xí)活動的始終。在上述引入、探究、解釋、擴展的過程中，教師都適時進行指導(dǎo)，及時評價。

結(jié)語：

生物學(xué)是一門自然學(xué)科，它的很多結(jié)論是在觀察和實驗中提取的，可謂“從探究中來”，但是，學(xué)生所進行的探究與科學(xué)家所做的探究既有相同點，也有一定的區(qū)別。 科學(xué)家所從事的科學(xué)探究是科學(xué)知識生成、驗證和發(fā)展的過程，面對的是開放性的問題，需要探究者的科學(xué)知識、 有關(guān)科學(xué)的知識、直覺、想象力、創(chuàng)造性以及個性品質(zhì)的介入，不存在一套普適性的、 正確的方法和邏輯；教學(xué)中的科學(xué)探究不是讓學(xué)生生成和驗證新的科學(xué)知識，而是理解科學(xué)知識及其產(chǎn)生的過程，學(xué)習(xí)過程性科學(xué)技能，培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)理解，形成合理的科學(xué)本質(zhì)和價值觀[2]。 學(xué)生從事的探究，表面上看是一個活動過程，但更為本質(zhì)的是隱含在活動背后的學(xué)生的積極思維和知識的建構(gòu)過程， 所以有效探究不是看表面的活動和熱鬧程度，而是要能引起學(xué)生積極的內(nèi)在的認知活動[3]。 因此，生物學(xué)教學(xué)中，不但要讓學(xué)生充滿興趣地參與學(xué)習(xí)，更要讓學(xué)生們在探究中獲取知識， 從而親身經(jīng)歷知識的形成過程， 在探究過程中自主建構(gòu)知識。 這種以“思中做，做中思”為特征的思維參與過程，是“探究”屬性中較易被人忽略而又最值得重視的一個屬性，甚至是“探究”的本質(zhì)屬性[4]。

從現(xiàn)有的學(xué)生探究活動本身來看， 探究從提出問題開始，到得出結(jié)論、表達交流結(jié)束。 如果僅僅是按照這樣的流程、環(huán)節(jié)來機械地開展教學(xué)，最后很容易異化為程序的操練、方法的記憶，學(xué)生既缺乏參與的興趣，也沒有多少主動探索的空間，更談不上有概念的習(xí)得和技能的提升。因此，探究實驗的教學(xué)不能機械地按照探究的流程來操作。

“5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”是一種事實證明比較有效的探究教學(xué)促進概念轉(zhuǎn)變的模式。 “5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”與探究過程的整合，如果做得恰當，有助于學(xué)生在探究過程中積極主動參與實驗并獲得體驗得出正確結(jié)論， 為我們課堂探究教學(xué)的有效實施提供了很好地操作平臺。在本課的教學(xué)過程中，嘗試用“5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”模式開展教學(xué)，從導(dǎo)入時的激發(fā)興趣、提出問題，到探索階段的激發(fā)學(xué)生自主確定探究方案開展探究，到解釋階段師生共同分析結(jié)果、得出結(jié)論，再到擴展階段的教師引導(dǎo)學(xué)生反思整個的實驗過程，并在全過程貫穿教師的指導(dǎo)和評價，將探究的流程與 “5-E 學(xué)習(xí)環(huán)”各階段實現(xiàn)了有機整合。 在整個實驗教學(xué)過程中，學(xué)生能主動積極參與實驗方案的設(shè)計，并始終處于“動腦，動手，動口”的狀態(tài)，課堂氛圍積極、活躍、愉快，達到了預(yù)期的實驗教學(xué)效果。課堂上，學(xué)生在自主設(shè)計并實施探究的過程中獲得了探究的過程體驗， 也能形成“環(huán)境污染對生物的生活有不利影響”這一概念。 這一學(xué)習(xí)模式在初中生物探究教學(xué)中可以適當借用。

[1]高瀟怡.科學(xué)教育中的探究教學(xué)模式發(fā)展述評[J].外國教育研究，2007，（3）：76-80.

[2]楊向東.教育中的科學(xué)探究：理論問題與實踐策略[J].全球教育展望，2011，（5）：18-26.

[3]劉大華.探究性學(xué)習(xí)與探究性教學(xué)之要義分析[J].教學(xué)與管理，2007，（12）：73-74.

[4]陳琴，龐麗娟.科學(xué)探究：本質(zhì)、特征與過程的思考[J].教育科學(xué)，2005（1）：1-5.