5E教學(xué)模式在高中生物概念教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用

張新紅

1概念教學(xué)與5E教學(xué)模式

概念是各學(xué)科知識的“細(xì)胞”，是反映事物對象本質(zhì)屬性的思維形式。概念是人們在對事物從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識的過程中，把事物的本質(zhì)屬性和特點(diǎn)加以抽象、概括后形成的。生物學(xué)的概念反映了生物學(xué)科知識的本質(zhì)屬性。通過教師設(shè)計合理的教學(xué)活動并組織實(shí)施，學(xué)生在建立、理解和應(yīng)用生物學(xué)概念的過程中，逐漸學(xué)會科學(xué)思維，形成科學(xué)探究能力，從而樹立生命觀念，嘗試體驗運(yùn)用生物學(xué)概念解決問題的社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)，達(dá)到最終提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。由此可見，概念教學(xué)是當(dāng)前生物學(xué)教學(xué)的核心問題，也是實(shí)現(xiàn)生物學(xué)科育人價值的重要途徑之一。

5E教學(xué)模式是美國生物學(xué)課程研究開發(fā)的一種基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的模式，該模式中教師所做的一切都是為了促進(jìn)學(xué)生如何更好地主動建構(gòu)而獲取科學(xué)的概念，它包括的五個環(huán)節(jié)是吸引（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、遷移（elabora-tion）和評價（evaluation），簡稱5E教學(xué)模式。高中生物概念教學(xué)強(qiáng)調(diào)通過教學(xué)活動促進(jìn)學(xué)生對生物學(xué)概念的建立、理解和應(yīng)用即概念的主動建構(gòu)。5E教學(xué)模式正是圍繞著幫助學(xué)生主動建構(gòu)新的科學(xué)概念，很好地體現(xiàn)了高中生物概念教學(xué)的思想，也非常符合高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2應(yīng)用5E教學(xué)模式進(jìn)行概念教學(xué)的實(shí)例

“DNA復(fù)制”是人教版《必修2·遺傳與進(jìn)化》第三章“基因本質(zhì)”的第三節(jié)。下面以“DNA復(fù)制”這一重要概念為例，闡述如何將5E教學(xué)模式應(yīng)用于高中生物概念教學(xué)。

2.1吸引

為“吸引”學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)產(chǎn)生興趣，激發(fā)學(xué)生主動進(jìn)行探究，教師應(yīng)充分探測學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、了解學(xué)生已掌握的背景知識，然后通過提供問題情境等多種形式，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)的興趣，并與已有的知識或生活經(jīng)驗產(chǎn)生認(rèn)知沖突，使其進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。

在學(xué)習(xí)本節(jié)核心概念之前，學(xué)生已有的知識及生活經(jīng)驗有：（1）DNA是一種遺傳物質(zhì)，細(xì)胞分裂的間期會進(jìn)行DNA復(fù)制；（2）DNA的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（3）復(fù)印機(jī)可以復(fù)印紙張。

教師根據(jù)以上信息，可以提出如下問題：

（1）細(xì)胞分裂前為何要進(jìn)行核DNA復(fù)制？DNA復(fù)制有何意義？

（2）DNA是如何復(fù)制的？與復(fù)印機(jī)復(fù)印紙張一樣嗎？

解答問題（1）時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面學(xué)習(xí)的有絲分裂和DNA結(jié)構(gòu)、遺傳信息的含義來理解，這樣可以把DNA復(fù)制這一重要概念置于上級概念“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”之下，加深學(xué)生對各級相關(guān)概念的理解，使其理解生物學(xué)科的本質(zhì)。通過問題（2），學(xué)生會思考回想：復(fù)印一張A4紙張的文件的過程，復(fù)印得到的文件與原文本內(nèi)容上雖然是一樣的，但是紙張完全是全新的，可以稱為完全復(fù)制。那么DNA復(fù)制也是這樣的嗎？這里的問題情境既與課程任務(wù)相關(guān)，又與學(xué)生的生活經(jīng)驗相聯(lián)系，因此能夠吸引學(xué)生，引發(fā)其產(chǎn)生概念沖突，從而激發(fā)學(xué)生主動探究、主動建構(gòu)概念的興趣和欲望。

2.2探究

根據(jù)上一環(huán)節(jié)產(chǎn)生的概念沖突，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生主動探究，尋找問題的答案，解構(gòu)迷思概念，建構(gòu)科學(xué)概念。

教師要求：學(xué)生閱讀必修二課本P52-53內(nèi)容，思考下列問題：

（1）有關(guān)DNA復(fù)制的假說有哪幾種情況？

（2）如何設(shè)計實(shí)驗驗證假說？如何區(qū)分親代和子代的DNA分子？

（3）在設(shè)計實(shí)驗過程中需要用到哪些科學(xué)研究方法？

通過“吸引”環(huán)節(jié)和以上問題引發(fā)學(xué)生主動探究，可提出三種假說即半保留復(fù)制、全保留復(fù)制和分散復(fù)制，根據(jù)三種假說進(jìn)行演繹推理（圖1）。

接著，學(xué)生思考：這三種假說到底哪種情況是對的呢？如何設(shè)計實(shí)驗證明？如何區(qū)分親代和子代DNA？如何檢測子代DNA？

教師提供材料：科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗材料，運(yùn)用同位素標(biāo)記和密度梯度離心技術(shù)設(shè)計實(shí)驗。

學(xué)生質(zhì)疑：既然用了同位素標(biāo)記就可直接檢測其放射性，為何還要進(jìn)行密度梯度離心？前面所學(xué)的赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗不就是這樣檢測的嗎？原來這里的¹⁴N和¹⁵N都沒有放射性（也就是說同位素標(biāo)記法有無放射性和有放射性兩種），同位素標(biāo)記的目的是為了造成親代和子代DNA的密度不同，以便于密度梯度離心。

由于時間、學(xué)校條件及技術(shù)操作等方面的制約，學(xué)生很難親自完成本實(shí)驗的過程。經(jīng)過學(xué)生的思考后，教師可以圖示的形式呈現(xiàn)科學(xué)家的研究過程及結(jié)果。

教師以大腸桿菌為實(shí)驗材料進(jìn)行實(shí)驗的實(shí)驗結(jié)果（圖2），并提出問題：

（1）聯(lián)系三種假說，說說子一代DNA的情況說明了什么？子二代DNA的情況說明了什么？

（2）若將本實(shí)驗繼續(xù)進(jìn)行下去，離心后條帶的數(shù)量和位置將如何變化？

（3）若將子一代DNA解開成單鏈，離心后會出現(xiàn)什么結(jié)果呢？

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生對該實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行分析和推理：由于子一代中親代的條帶（¹⁵N/¹⁵-DNA）消失，可排除全保留復(fù)制，子二代DNA中¹⁴N/¹⁴N-DNA條帶和¹⁵N/¹⁴N-DNA條帶幾乎等量，可排除分散復(fù)制。若將本實(shí)驗繼續(xù)進(jìn)行下去，¹⁵N/¹⁴N-DNA條帶始終存在而且量不變，但¹⁴N/¹⁴N-DNA條帶的量越來越多，這一

2.4遷移

繼續(xù)發(fā)展學(xué)生對概念的理解和應(yīng)用能力，教師擴(kuò)充概念的基本內(nèi)涵，提供新概念解釋新的情境或問題，使學(xué)生加深或拓展對概念的理解。

新問題情境1：已知真核生物一條染色體DNA長度約為108～109 bp，而真核生物核DNA復(fù)制的速度約為103 bp/min（僅為原核生物的1/10）。理論上一個DNA分子復(fù)制要經(jīng)歷幾個月時間，但實(shí)際用時只需要幾小時。請推測真核生物核DNA的復(fù)制有何特點(diǎn)。

通過以上數(shù)據(jù)及信息的分析，學(xué)生可推測得出：真核生物核DNA復(fù)制起始點(diǎn)可能有多個。然后，教師可以簡單介紹相關(guān)科學(xué)家的實(shí)驗過程，并呈現(xiàn)相關(guān)的實(shí)驗證據(jù)（圖4），最后重點(diǎn)引導(dǎo)分析如何從圖解中獲取有效信息，并要求學(xué)生思考：真核生物的DNA復(fù)制過程中，兩條鏈復(fù)制的方向相同嗎？從起點(diǎn)開始的復(fù)結(jié)果更加說明了不可能是分散復(fù)制。進(jìn)而，學(xué)生推論得出：DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制。學(xué)通過對實(shí)驗結(jié)果的逐層分析思考，主動探究、建構(gòu)科學(xué)概念，培養(yǎng)邏輯推理和分析問題的能力。

2.3解釋

通過以上兩個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對于DNA復(fù)制這一概念已經(jīng)形成一定基礎(chǔ)的認(rèn)識.接著，教師要求學(xué)生根據(jù)以上的實(shí)驗探究及結(jié)果分析，嘗試給“DNA復(fù)制”這一重要概念下一個定義：DNA復(fù)制是指分別以親代DNA的兩條鏈為模板，合成子代DNA的過程。學(xué)生很自然地會產(chǎn)生疑問：DNA復(fù)制的具體過程是怎樣的呢？需要哪些條件？場所在哪里？然后，教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本P54中：DNA分子的復(fù)制圖解及相關(guān)段落，自主歸納總結(jié)出DNA復(fù)制的場所、時期、模板、原料、酶和能量等具體概念。最后，學(xué)生通過以上分析和解釋，主動繪制“DNA復(fù)制”這一重要概念的思維導(dǎo)圖（圖3）。制是單向的還是雙向的？如果從多個位點(diǎn)開始復(fù)制，各位點(diǎn)開始的時間有沒有先后順序？DNA復(fù)制的這一系列特點(diǎn)有什么重要意義？

新問題情境2：已知M13噬菌體是一種單鏈環(huán)狀DNA病毒，利福平是一種RNA聚合酶抑制劑。在相關(guān)科學(xué)研究過程中有人做了如下實(shí)驗（圖5），請問由此實(shí)驗及實(shí)驗結(jié)果，你能得出什么實(shí)驗結(jié)論呢？

在實(shí)驗結(jié)果分析的過程中考查到轉(zhuǎn)錄中的RNA聚合酶，學(xué)生將三組實(shí)驗的結(jié)果進(jìn)行對比分析，說明DNA復(fù)制需要RNA引物，啟動DNA的復(fù)制。

通過以上新問題情境的深入分析與思考，學(xué)生對于DNA復(fù)制這一重要概念會有更加深入的理解和掌握。

2.5評價

在最后一環(huán)節(jié)中，教師通過紙筆測驗和表現(xiàn)性任務(wù)等評價形式，評價學(xué)生對新知識、新概念的理解及綜合運(yùn)用能力，以此判斷本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況。同時，評價也為教師提供了一個評估自己教學(xué)過程和效果的機(jī)會。

試題1：將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用³²P進(jìn)行標(biāo)記，并使其感染大腸桿菌，在不含有³²P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體（n個）并釋放，則其中含有³²P的噬菌體所占比例為2/n，原因是______。

參考答案：一個含有³²P標(biāo)記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復(fù)制后，標(biāo)記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標(biāo)記。

試題2：某研究小組用同位素標(biāo)記法驗證DNA分子的半保留復(fù)制，實(shí)驗材料選擇蠶豆根尖（2n=12）。首先用含³H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)液處理根尖，標(biāo)記DNA分子的雙鏈，然后將這些根尖細(xì)胞（2n=12）移入普通培養(yǎng)液中，再讓細(xì)胞連續(xù)進(jìn)行有絲分裂。在普通培養(yǎng)液中第一次、第二次、第三次有絲分裂中期，細(xì)胞中染色體的標(biāo)記情況依次是____。

A.12個a

B.12個b

C.6個a、6個b

D.6個b、6個c

E.b+c=12個，但b和c數(shù)目不確定

參考答案：ABE。

兩道試題中，第一道試題以噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗為基礎(chǔ)，涉及到相關(guān)實(shí)驗設(shè)計的方法、結(jié)果及其分析等，考查了DNA的半保留復(fù)制的過程特點(diǎn)。第二道試題結(jié)合有絲分裂的過程及各時期中染色體和DNA的數(shù)目變化，考查了學(xué)生對這部分知識及相關(guān)概念的分析綜合、概念的遷移及文字的表述等能力，以此判斷和評價學(xué)生對“DNA復(fù)制”這一重要概念及相關(guān)知識的掌握情況。

3總結(jié)與反思

對于“DNA復(fù)制”這一重要概念的教學(xué)，本節(jié)課嘗試運(yùn)用5E教學(xué)模式展開教學(xué)，先在引入環(huán)節(jié)提出問題：DNA為何復(fù)制？DNA怎樣復(fù)制？與復(fù)印機(jī)復(fù)印紙張一樣嗎？這一有邏輯關(guān)系的問題鏈可以引發(fā)學(xué)生認(rèn)知上的沖突，激發(fā)學(xué)生探究的欲望和興趣。探究環(huán)節(jié)中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，以問題為驅(qū)動，展開主動探究的過程，從而體驗科學(xué)探究的思維和方法。解釋環(huán)節(jié)中，學(xué)生分析歸納出DNA復(fù)制這一核心概念的定義，閱讀教材相關(guān)內(nèi)容及圖解，總結(jié)出DNA復(fù)制這一核心概念的部分內(nèi)涵和外延，如場所、時期、模板、原料、酶和能量等，并引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建DNA復(fù)制的思維導(dǎo)圖。接著，在遷移環(huán)節(jié)，教師利用新問題情境，加深學(xué)生對概念的理解，擴(kuò)充概念的基本內(nèi)涵。最后，在評價環(huán)節(jié)，檢驗學(xué)生對“DNA復(fù)制”這一核心概念的理解和掌握情況，提升學(xué)生對概念的深度分析和理解能力。

在采用5E教學(xué)模式的核心概念教學(xué)中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，以問題為任務(wù)驅(qū)動，開展有意義的探究活動，主動思考，相互討論、質(zhì)疑和評價，構(gòu)建了正確的科學(xué)概念，提升了科學(xué)探究能力，也有助于對大概念的深入理解和形成，發(fā)展了生命觀念。同時，學(xué)生在深刻理解和應(yīng)用概念的基礎(chǔ)上也提高了抽象與概括、分析與綜合、歸納與演繹等科學(xué)思維能力，在拓展和應(yīng)用概念的過程中培養(yǎng)了社會責(zé)任感，從而達(dá)到提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。