基于5E教學模式進行中學生物學開放式實驗教學的探索

宋少東 金麗

【內容摘要】依據5E教學模式吸引、探究、解釋、精致和評價五個環節，設計了“綠葉中色素的提取和分離”一節的開放式教學方案，探索了在中學生物學實驗教學中的應用。實踐可知，5E教學模式能為教師在中學生物學開放式實驗教學的設計中提供有效支持，也能夠培養學生觀察思考和探究的良好習慣。

【關鍵詞】5E教學模式中學生物學開放式實驗教學

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中指出，生物學課程要求學生主動參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程中獲取生物學知識，養成科學思維的習慣，強調學生的主動參與，讓學生積極參與動手動腦的活動，通過探究性活動加深對概念的理解，提升知識的應用能力，能用科學的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現實生活中的某些問題[1]。

5E教學模式是基于建構主義和概念轉變理論提出的，內容包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、精致（Elaboration）和評價（Evaluation）五個環節，提出后在教學實踐中得到了廣泛的應用和認可[2]。該模式最大的優點是允許學生探究并深入地學習，對學生認知能力的提高，探究精神的培養，科學概念的構建和知識的應用等方面具有很高的價值，適用于開放性問題的教學[3]。

綜合以上，將5E模式應用于高中生物學教學中的方案設計與實施指導，對于完成課程標準的要求和培養學生積極主動的精神，應有比較好的效果。根據這一模式的原理，本文將以實驗課“綠葉中色素的提取和分離”為例探索5E模式在高中生物學實驗教學中的應用。

一、教材與學情分析

“綠葉中色素的提取和分離”是人教版高中生物學教材必修一中的核心實驗之一，承接前一節捕獲光能的色素和結構的內容，既突出了實驗在中學生物學教學中的基礎性地位，又很好地加深了學生對基礎知識的理解和升華。該實驗既要求學生能熟練掌握實驗技能，又能夠深入理解實驗原理，并且能利用實驗的原理和方法解決一些實際問題。該實驗按照常規要求屬于驗證性實驗，驗證綠葉中色素的種類、含量及顏色，為了符合課程標準的理念要求，將此實驗改為探究性實驗，并加大其開放性，這樣既可以使學生掌握原理與方法，也可以激發學生對探究的興趣和解決實際問題的能力。

從學生方面考慮，通過以前的學習，此時已經初步掌握了探究實驗的基本原則和思路，可以自己設計一些探究實驗。課前要求學生預習實驗的基本操作方法，上課時通過設置適當情境，略加引導，能夠激發學生進行思考，學生也能夠設計并完成實驗。這樣可以使學生對實驗原理和相關知識的掌握直接上升到應用層面。

二、教學目標

（1）掌握并理解色素提取和分離的原理與方法，了解葉綠體中的色素種類、含量、顏色;（2）培養學生觀察分析現象和提出問題、解決問題的能力，提高積極思考與創新的能力;（3）通過開放性實驗探究，培養學生嚴謹的科學態度和嚴密的邏輯思維，使學生學會分析實驗的現象和結果，進行拓展性思考，推出結論。

三、教學準備

實驗材料：實驗前五天購買菠菜，非保鮮條件下室內陰涼處保存;實驗當天購買新鮮菠菜、萵筍葉，洗凈、晾干表面水分備用。其他實驗藥品與器具按照教材要求準備。

四、教學過程

1.吸引

教師首先創設有意義的學習情境，以吸引學生的注意，并且引導學生對教師提供的現象、情境或問題進行思考，結合已有的基本知識和生活經驗，得出初步的假設，這是學習和探究科學概念的重要前提。在“引入”環節，要激發學生探究的欲望，學生開始對習以為常的現象進行關注和思索，這是實現科學探索的重要前提。

實施過程中，首先展示菠菜、萵筍的新鮮成葉（綠色深淺不同），再展示菠菜深綠色葉片和發黃的葉片，并視頻播放葉片由綠變黃的過程。讓學生交流發現的現象，引導學生思考為什么同是綠葉，顏色有深有淺;葉片變黃的內在原因是什么。經討論，學生提出兩個假設：（1）不同植物的綠葉顏色深淺不一可能是色素種類或含量不同導致的;（2）綠葉變黃可能是色素的種類或含量發生了變化。

這一環節重要的是引發學生的注意和思考，鼓勵學生大膽假設，對學生的思考偏差不急于否定，而是通過引導使其自己發現問題，回到正確的思路上。

2.探究

這一過程中，教師的主要任務是促進學生的探究，鼓勵學生大膽思考，謹慎操作，必要時以問題或建議的方式給學生做出指導，尤其是對流程的優化和操作的規范方面，以提高實驗的效率。

將學生分為兩個大組，分別做兩個對比試驗：第一大組的各小組用等質量的新鮮菠菜葉片和萵筍葉片探究不同植物葉片顏色深淺不同的原因;第二大組的各小組用等質量新鮮菠菜葉片和不新鮮、顏色略微發黃的菠菜葉片探究葉片變黃的原因。按照教材實驗流程，無水乙醇提取并用紙層析法分離色素。

“探究”環節是5E教學的中心環節，教師的任務是觀察，引導和幫助，了解探究的進度和深度，及時發現學生出現的錯誤并給予提示糾正，使學生在糾錯過程中建立正確的觀點和概念[4]。

3.解釋

探究過程完成后，要求學生自己解釋探究實驗的結果，形成初步結論。之后，再由教師給出科學的解釋、結論或原理。這是使新概念、新理論或新方法明確化和內在轉化的過程[2]。本實驗中，設置了交流發言的方法來完成該過程。

實驗操作結束后，請各小組展示實驗結果，并交流發言。

小組代表1：我們小組用等質量的菠菜葉片和萵筍葉片做探究不同植物綠葉顏色深淺不同的原因的實驗，菠菜葉片的綠色要比萵筍的深一些。對色素進行提取和分離后，我們發現兩種葉片都含有四種色素，而且留在濾紙條上的色素帶顏色基本相同，說明菠菜和萵筍葉片中的色素種類是相同的。但是用菠菜葉片得到的四條色素帶比萵筍的顏色更深，寬度也更寬，說明菠菜葉片顏色比萵筍深是因為色素含量更高導致的，而不是因為色素種類不同。

小組代表2：我們小組用新鮮的和發黃的菠菜葉片做了探究綠葉變黃原因的對比試驗，新鮮葉片是濃綠色的，不新鮮的葉片顏色略微發黃。經提取和分離，并進行對比后，發現不新鮮的葉片四條色素帶顏色均變淺，說明各種色素均有減少，進一步觀察發現胡蘿卜素和葉黃素顏色變化較小，而葉綠素a和葉綠素b的藍綠色和黃綠色色素帶變淺得非常明顯。（教師追問：為什么葉綠素顏色變淺得更加明顯呢？）這可能是兩種葉綠素化學性質不夠穩定，分解程度較嚴重造成的。

這一過程的進行，能鍛煉學生分析現象，推導結論的能力，能幫助學生鞏固基礎知識和基本理論，并提高交流能力。交流過程中，教師適時給予肯定或引導思考，使學生在交流中碰撞思維，不斷延伸思考，獲取新的知識。

4.精致

這一過程指新概念、新知識不斷精致化的過程，指的是學生獲得新原理、新概念或新方法后，運用新原理、新概念、新方法來解決新問題或解釋新現象。所以教師需要提供足夠的機會讓學生深入探討，更多參與，實驗教學尤其如此。

實驗結束后，引導學生思考生活中有關植物色素的現象。經過思考，學生又提出了一些新的想法：如，橙色或黃色的花瓣、橘皮、枸杞所含色素是否就是類胡蘿卜素;紫色洋蔥鱗片葉中的色素與綠葉中的色素有哪些區別，等等。在此基礎上，鼓勵學生在課后寫出實驗方案，準備實驗材料，約定實驗室開放時間，在課后完成相關實驗，并得出相應結論。整個過程中，著重引導學生對相應的概念、原理和方法進行歸納總結，使其從方法到理論全方位地內化新知識。

5.評價

在開放式實驗教學中，適時評價對鼓勵學生養成探索的習慣，發展科學的思維具有重要意義。對該實驗課的評價包括過程性評價和結果性評價。教學過程中要對各個環節，包括學生發現并提出問題，確定實驗目的，設計實驗方案，操作過程，實驗后對實驗結果的分析和最終得出的結論都進行適時評價。在時間充足的條件下，還可以讓學生展開自評和互評，讓思維在不斷沖撞的情況下，加深對概念的理解深度，完善知識掌握的準確度。

“評價”環節既能加強學生對概念的理解與鞏固，也能強化探究精神，培養實驗素養和科學思維。

五、教學反思與結語

本節教學中，以“5E”為理論基礎，按照實驗教學的具體特點，設計了實施方案，取得了良好效果。在“吸引”環節，利用生活中常見現象，引導學生思考，并提出問題，有助于養成學生觀察現象并提出問題的習慣。“探究”環節，直接應用教材中的實驗技能解決新的問題，有利于基礎知識的鞏固和基本技能的應用。“解釋”環節，交流結果過程中，能夠進行思維的碰撞，激發新的科學靈感，還能夠延伸所學，上升到理論層次。“精致”環節，引起學生進一步探究的興趣，讓學生更加積極地參與動手動腦的活動，這是開放式實驗的最終目的所在。“評價”環節，能強化學生的求知欲望和探究興趣，也可以及時糾正思維偏差和操作錯誤，構建準確概念，在開放式實驗中，該環節會面對很大的不確定性，要求教師有非常充分的準備。

通過實踐可知，5E教學模式能為教師在中學生物學開放式實驗教學的設計和實施中提供有效支持，也能夠激發學生的探究興趣，使學生在實驗過程中培養觀察和思考的習慣，強化科學思維，提高探究能力，在對知識和概念的理解鞏固方面也有很大幫助。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：1-2.

[2]王健，李秀菊.5E教學模式的內涵及其對我國理科教育的啟示[J].生物學通報，2012，47（3）：39-41.

[3]張杏娟，劉恩山.5E教學模式在發展學生能力和課程建設中的價值及作用[J].生物學通報，2015，50（2）：21-23.

[4]吳成軍，張敏.美國生物學“5E”教學模式的內涵、實例及其本質特征[J].課程·教材·教法，2010，30（6）：108-112.

作者簡介：宋少東，男，漢族，西南大學附屬中學校，教育碩士學位，高級教師;金麗，女，漢族，西南大學生命科學學院，博士，副教授，碩士生導師。

（作者單位：1.西南大學附屬中學校;2.西南大學生命科學學院）