利用5E教學模式突破“主動運輸”教學重難點

常方圓　李金月　李韶山

摘要 應用5E教學模式五個環節開展高中生物“主動運輸”重難點的教學，通過問題串引導學生的合作探究，引發學生認知沖突，提升學生的科學思維能力，加深學生對重要概念的理解，進而提高學生的生物學科核心素養。

關鍵詞 5E教學模式 主動運輸 科學思維

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》強調生物學科核心素養的“落地”（以下簡稱標準），強調培養學生根據事實和證據運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的能力。標準也將內容聚焦大概念做為生物學教學的基本理念，強調探究式、概念轉化式教學。

5E教學模式是一種以建構主義和概念轉變為教學理論基礎的教學模式，主要應用于探究式教學。5E教學模式由美國科學課程研究所開發并在國內外科學教育中得到廣泛應用。這種教學模式突出學生的主體地位，通過小組合作學習的方式促進學生形成“頭腦風暴”，通常用于概念轉變教學、實驗探究教學中，旨在讓學生獲得知識的深入理解。5E教學模式包括引入（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、擴展（elaborate）和評價（evaluate）5個環節，也稱為“5E”學習環。每個教學環節都有其特定的功能，缺一不可，整個教學過程體現了是師生之間的相互協調統一。教師做為指揮者和引導者，應積極發揮引導功能，激發學生學習的興趣、提出有價值的問題、梳理探究的思路、收集相關素材資料并對情境進行解釋和遷移應用。

1利用5E教學模式突破“主動運輸”教學重難點

“主動運輸”是高中生物人教版《必修1·分子與細胞》第四章第三節的重難點，如何將抽象知識形象化、將細胞膜的結構與功能相聯系、將新知識內化到學生原有的認知結構中是本節課的重點。5E教學模式做為探究式教學模式，補充適當科學前沿知識，助于學生對概念的深入學習。以“主動運輸”為教學案例，利用5E教學模式，通過圖表資料分析，運用歸納與概括的方法逐步發展學生的科學思維（圖1）。

2教學設計

2.1教材分析

“主動運輸”是高中生物人教版《必修1·分子與細胞》第四章第三節的重難點，前面的內容從細胞膜結構與功能入手，介紹了滲透作用、生物膜的流動鑲嵌模型以及被動運輸的內容。主動運輸能重點體現細胞膜的功能特點——選擇透過性，將細胞膜的結構與功能緊密聯系，既是對細胞膜結構與功能的深層次學習也為后面細胞呼吸等知識做鋪墊。

2.2學情分析

本節內容的教學對象為高一的學生，這個階段學生有較強好奇心以及學習新知識的積極性。學生對細胞膜的結構和功能較為熟悉，但是對于分子與細胞微觀層面的現象理解不到位。因此教師需要對相關機理的知識進行補充，并結合前沿知識，給學生提供充分探究的思考機會。

2.3教學目標

（1）通過對圖表資料以及事實證據的歸納概括，說出主動運輸所需要的基本條件。

（2）能夠結合被動運輸的知識，列出主動運輸與被動運輸的異同。

（3）認同細胞膜和跨膜運輸的重要性以及生物體結構的精巧。

2.4教學重難點

教學重點：主動運輸的運輸方式。

教學難點：主動運輸的方向及特點。

2.5教學過程

2.5.1引入——生活化實驗，暴露前概念

教師演示實驗，要求學生觀察紅墨水滴入清水中變化，并提出問題：這是一種什么現象？類似于剛剛講過的哪種運輸方式？教師解釋：這些現象都是順濃度運輸的，是不會逆濃度梯度進行的，但在人體細胞中，卻能夠出現逆濃度梯度運輸的情況。那么，這種運輸方式究竟是如何發生的？需要哪些條件呢？

設計意圖：引入環節是科學概念掌握的重要基礎和前提。教師通過事實情境激發學生的學習興趣，聯系學生之前學習的被動運輸是順濃度梯度來進行運輸的，以及細胞中卻能夠出現逆濃度梯度運輸的事實情況，讓學生產生認知沖突，暴露前概念，產生探究的欲望，進入學習新知識的狀態。

2.5.2探究——推理探究，提出猜想

教師通過兩則資料的呈現，以問題串的形式，引導學生對事實進行分析探究。

資料1：人工合成的無蛋白質的脂雙層膜對不同物質的通透性的示意圖（圖2）。

教師提出問題：根據資料1分析哪些物質可以通過人工合成的脂雙層？哪些物質不能通過呢？教師引導學生利用分類歸納的形式回答這個問題，并繼續提問：離子不能通過人工合成的脂雙層，但是在人體細胞中離子必不可少，帶電離子可能借助什么物質進行運輸呢？教師結合細胞膜的結構以及協助擴散的特點，引導學生做出猜測1：離子的運輸可能與載體蛋白有關。教師繼續提問：如果有了載體蛋白，離子能順利進行運輸嗎？以此激發學生探求欲望：主動運輸還可能需要哪些條件。教師呈現資料2（參考人教版高中生物必修一教材第71頁表4-1），學生通過分析做出猜測2。

資料2：麗藻細胞與池水的離子濃度比的表（表2）。

教師對表格內容簡單講解，設置問題串：細胞中離子的來源？細胞中離子濃度與池水濃度之比與1的大小比較？說明運輸方向是什么？如果利用協助擴散的方式可以完成運輸嗎？猜測離子要想完成逆濃度梯度的運輸，需要什么提供動力呢？學生通過小組合作探討這些問題的答案。學生知道細胞不斷從外界吸收離子。學生通過分析表格中的數據發現濃度比大于1，進而得出結論：細胞液離子濃度要高于池水離子濃度，細胞吸收離子是逆濃度的。教師提示學生從動力的角度分析離子利用協助擴散的方式如何完成運輸。學生根據提示分析出，離子逆濃度梯度沒有濃度差為其提供動力。教師引導學生做出大膽猜測，做出猜測2：離子要想完成逆濃度梯度的運輸，需要能量提供動力。

設計意圖：探究是5E教學模式的中心環節。學生產生認知沖突后，結合教師呈現的資料以及設置的問題串，開始探究的過程，利用小組合作的方式，積極尋找問題的答案，大膽做猜測。學生通過探究，能夠猜測主動運輸需要的條件，整個探究過程，提升學生的探究能力，鍛煉學生的科學思維。

2.5.3解釋——動畫模擬，形成概念

學生結合猜想，利用自己的語言描述離子跨膜運輸過程，在頭腦中對概念形成初步認識。教師播放Na+、K+的跨膜運輸過程模擬動畫，學生驗證猜想，完善自己的概念描述。教師呈現精確的概念文字，引出本節課的重難點——主動運輸，并引導學生將文字轉變為示意圖，便于學生理解新知識。教師結合定義對相關實例進行解釋，對小腸上皮細胞吸收葡萄糖這一實例進行補充完善，呈現資料3，并提出問題：從這則資料中你發現小腸上皮細胞吸收葡萄糖是通過什么方式呢？

資料3：最新研究表明，若腸腔葡萄糖濃度很低，葡萄糖通過主動運輸進入小腸上皮細胞。主動運輸所需能量來自離子電化學梯度中的勢能，要載體蛋白SGLT1。若腸腔葡萄糖濃度很高，葡萄糖則借助另一種載體蛋白——GLUT2協助擴散進入小腸上皮細胞。

通過分析資料，學生發現小腸上皮細胞吸收葡萄糖的方式不僅有主動運輸也有協助擴散，學會辯證地看待問題。

教師講解主動運輸的意義，對概念進一步完善，引出細胞膜功能特點——選擇透過性。

設計意圖：解釋是5E教學模式的關鍵環節。學生通過思考探究有了自己的成果，以教師提供的平臺展示成果，表達對主動運輸的理解。這一過程也為教師提供解釋概念、講解過程的機會。教師完善主動運輸的概念，并對概念進行精致，同時以結構生物學發展史中的熱點問題為題材，補充小腸上皮細胞吸收葡萄糖的其他方式，培養學生對待科學的辯證態度。

2.5.4擴展——拓展應用，完善概念

教師提出問題：科學家利用放射性同位素標記法標記¹⁴C葡萄糖，結合小腸上皮細胞吸收葡萄糖這一現象驗證主動運輸所需要的條件?？茖W家設計了三組實驗，甲組用“C葡萄糖的動物細胞培養液和生理鹽水。假如你是科學家，請設計另外兩組實驗，驗證主動運輸所需要的基本條件。

學生先明確主動運輸需要的基本條件有載體蛋白和能量，教師引導學生從這兩方面著手設計實驗。再結合對照組的設計，學生想到可以通過抑制條件來達到實驗目的。學生小組合作，設計乙、丙兩組實驗。教師給予科學家的正確做法：乙組用¹⁴C葡萄糖的動物細胞培養液和呼吸酶抑制劑；丙組用¹⁴C葡萄糖的動物細胞培養液和蛋白質載體抑制劑。處理一段時間后，分別加入小腸上皮細胞并放在適宜條件下培養后檢測每組的放射性，觀察最終的實驗結果。

設計意圖：教師引導學生站在科學家的角度設計實驗驗證主動運輸需要的基本條件，進一步將概念拓展，培養學生利用所學知識在新情境下解決問題的能力，加深對新概念的認知。

2.5.5評價——習題檢測，完善概念

教師引導學生結合主動運輸的特點與被動運輸比較完成表格，在課堂上檢驗學生對重難點的學習情況。學生通過課后習題進一步鞏固新知，加深理解。

設計意圖：通過學生填寫表格以及課后習題的形式對學生概念掌握情況進行檢測評價，教師也可以進一步反思改進。

4教學反思

5E教學模式應用于概念教學能夠引導學生深入學習科學概念，培養學生的科學思維，提高學生的生物學科核心素養。引入環節能夠引發學生的認知沖突，暴露前概念；探究環節以小組合作的方式自主構建新概念；在解釋環節中，學生能夠根據探究的結論闡述學習的新概念，為教師引導學生概念轉變提供機會；擴展環節中，教師將新知識應用于新情境解決新問題，促進前概念轉化為新概念；評價環節能夠檢驗學生對新概念的掌握程度，完成概念的內化。此外，將最新研究“GLUT2載體蛋白”在解釋環節引入，滲透科學前沿知識，培養學生辯證看待問題的能力。5E教學模式對于概念的教學以及學生探究能力的培養是具有重要意義的，教師可以探求合適的課例將其應用于此模式，促進學生概念轉變的學習以及科學思維的提升。