SE教學模式在高中生物學實驗教學中的應用

摘要：植物細胞的吸水和失水實驗是高中生接觸的第一個探究性實驗，該實驗的發(fā)生環(huán)境較為微觀，學生難以理解其操作。基于此，筆者以探究植物細胞的吸水和失水為例，采用5E教學模式推進實驗教學，該模式結合實驗教學能培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題的能力。

關鍵詞：5E教學模式；吸水和失水；實驗教學

文章編號：1003-7586（2024）02-0046-04 中國分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》對于必修1模塊的教學提示指出：教師要組織好觀察、實驗等探究性學習活動，幫助學生增加感性認識，克服對微觀結構認識的困難，使學生領悟科學研究的方法并習得相關的操作技能。結合生物個體水平的知識、化學和物理學知識以及學生的生活經驗，突破學習難點。鼓勵學生搜集有關細胞研究和應用方面的信息及研究進展進行交流，以豐富相關知識，加深對科學、技術、社會相互關系的認識。5E教學模式的教學指向與培養(yǎng)學生21世紀技能的目標相對應，有助于教師培養(yǎng)學生的能力，對于培養(yǎng)高中生物學核心素養(yǎng)有重要意義。該5E教學模式主要包含引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）5個教學環(huán)節(jié)。其開端環(huán)節(jié)是引入，即教師利用具體情境激發(fā)學生的學習興趣，引發(fā)學生的思考；關鍵環(huán)節(jié)是探究，即教師采取多樣的方式引導學生探究本節(jié)課程的重難點問題，了解知識的形成；解釋是5E教學的重要環(huán)節(jié)，主要是指在學生進行探究之后，教師對一些重要概念和比較抽象的問題進行總結歸納；遷移則是學生利用知識的環(huán)節(jié)，也是學生將新舊知識相聯(lián)系和重新組合的環(huán)節(jié)；評價是檢驗學生學習效果不可或缺的環(huán)節(jié)，利用提問、測驗和評價量表進行評價可以幫助教師快速診斷學生對于教學內容的把握。筆者以探究植物細胞的吸水和失水為例詳細說明5E教學模式在高中生物學實驗教學中的應用。

1教材分析

本節(jié)內容選自人教版《普通高中教科書生物學必修1分子與細胞》第4章“細胞的物質輸入和輸出”中第1節(jié)“被動運輸”中的探究性實驗。本實驗是在學生學習了細胞的結構等相關知識的基礎上進行的，同時該實驗可以為學生學習細胞代謝以及內環(huán)境穩(wěn)態(tài)等知識打下基礎。因此，本實驗在整本教材中起著承上啟下的作用。

2學情分析

高一的學生已經掌握了植物細胞的結構、滲透作用的原理和條件，已在過去的學習中了解了臨時裝片的制作和顯微鏡的使用，具備一定的動手操作能力，這些知識和技能為學生完成本次實驗奠定了較好的實踐基礎。但學生對質壁分離及質壁分離復原等抽象概念還存在一定的誤區(qū)，并且學生又是第一次接觸探究實驗，在實驗技能方面有所欠缺，探究思維還不成熟，因此，學生學習本節(jié)內容有一定的難度。

3教學目標

（1）通過對實驗的觀察分析，能夠說出植物細胞吸水和失水的原理，形成結構與功能相適應的觀念。

（2）能夠嘗試進行實驗設計，針對特定的實驗現(xiàn)象，能夠對其進行一定的分析闡述。

（3）能夠將所學運用于生活，解釋植物“燒苗”的原因，并提出一些治理方法。

4課前準備

教師準備：課前準備好紫色洋蔥鱗片葉、刀片、鑷子、滴管、載玻片、蓋玻片、吸水紙、顯微鏡、6％的KNO3溶液、15％的甘油溶液、質量濃度為0.3 g／mL的蔗糖溶液、清水。

學生準備：預習“探究植物細胞的吸水和失水”的實驗。

5教學過程

5.1引入：創(chuàng)設情境，引出問題

教師演示“小蔥燙頭發(fā)”的實驗（見圖1）導人新課，激發(fā)學生的好奇心，引導學生思考并討論：為什么放置在清水中的小蔥會出現(xiàn)向外卷曲的現(xiàn)象，而在糖水中的小蔥則表現(xiàn)萎蔫？3 min后，隨機抽取學生代表進行發(fā)言，借此引出“植物細胞進行失水和吸水”。

設計意圖：生動有趣的“小蔥燙頭發(fā)”實驗結合生活中的真實場景，激發(fā)了學生探索植物細胞吸水和失水的興趣，將生活經驗與生物學課本內容融合起來，引導學生關注生活中的有趣現(xiàn)象，同時也能夠引導學生用課堂所學去解釋生活中的現(xiàn)象。

5.2探究：進行探究，構建概念

師生共同回顧滲透作用發(fā)生的兩個條件，即需要半透膜和具有濃度差。教師通過PPT展示問題：假如植物細胞是通過滲透作用進行吸水和失水的，那么細胞中的什么結構相當于半透膜？如何在細胞內外設置濃度差？怎樣操作才能觀察到植物細胞的失水和吸水的全過程？

教師鼓勵學生以生物興趣小組為單位，思考、討論并通過實驗來解決上述問題。學生經過討論后，有學生會假設植物細胞的細胞壁相當于一層半透膜，細胞內外的濃度差可以利用蔗糖溶液來實現(xiàn)，同時提出實驗方案：先用清水制作植物細胞的臨時裝片，之后將清水換成蔗糖溶液，然后再將蔗糖溶液換成清水，觀察記錄全過程中植物細胞的形態(tài)變化。引導學生對實驗結果做出預期：植物細胞在清水中會吸水，從而體積變大，在蔗糖溶液中會失水，從而體積會變小。通過師生互評，對實驗步驟進行修正和完善，對于學生做出的假設暫不糾正。

教師引導學生按照修改后的實驗方案開展實驗，展示實驗操作的關鍵步驟：①從蓋玻片一側滴加溶液，在另一側用吸水紙吸引；②取材的實驗步驟，厚度是實驗成功的關鍵；③裝片制作時，減少氣泡產生的措施；④觀察時利用低倍鏡，并且及時捕捉實驗圖像，做好實驗記錄，并將現(xiàn)象填入表1中。

由于不同學生的動手操作能力不同，教師可鼓勵學生小組之間交換觀看實驗結果，并及時捕捉記錄實驗現(xiàn)象，同時教師可以將成像較好的實驗現(xiàn)象通過PPT進行投屏展示，并對其進行過程性評價。

設計意圖：本實驗是高中階段第一個探究性實驗，學生通過自行設計實驗進行合作探究，初步體會和建立探究思維，明確探究性實驗的步驟，培養(yǎng)學生提出問題、設計實驗、實施實驗以及收集和處理數(shù)據(jù)的能力。同時，小組合作可以培養(yǎng)學生合作學習的能力以及交流傾聽的能力。

5.3解釋：歸納總結，明確概念

教師投屏植物細胞失水現(xiàn)象（質壁分離）和植物細胞吸水現(xiàn)象（質壁分離復原），引導學生分析實驗結果。接著教師提出問題：質壁分離中的“質”和“壁”分別代表什么？在學生回答的基礎上，教師展示植物細胞的結構掛圖并對其進行講解，明確“質”是指原生質體，“壁”是指細胞壁，質壁分離的原因是細胞壁的伸縮性較小，在吸水和失水的時候變化不大，而原生質體伸縮性較大，吸水和失水時變化明顯。隨后，教師再進一步講解原生質體的結構，糾正學生在假設中的錯誤，明確植物細胞吸水和失水時，半透膜是植物細胞的原生質層。然后，教師對學生討論的實驗結果進行歸納，得出實驗結論，解釋植物細胞通過滲透作用吸水和失水的原理。

最后，教師提出問題：若將蔗糖溶液換成6％的KNO3溶液和15％的甘油溶液，植物細胞在兩種溶液中是否還會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象？同時引導學生分成A、B兩組分別對兩種溶液進行探究。通過實驗，學生可以清晰地看到植物細胞在特殊的溶液中可以發(fā)生質壁分離的自動復原現(xiàn)象。

設計意圖：本環(huán)節(jié)中給予學生充足的機會和時間對實驗結果進行交流和討論，學生可以利用自己的語言來解釋植物細胞發(fā)生的質壁分離及質壁分離復原現(xiàn)象的原理。同時通過學生互相補充、互相評價的環(huán)節(jié)可以提高學生的評價能力，使學生能夠取長補短，進而完善自己的答案，在此基礎上教師對其進行一定的解釋與歸納，幫助學生將原理概念書面化，成功實現(xiàn)學生對于新概念的構建。

5.4遷移：遷移應用，拓展概念

教師展示“燒苗”圖片，提出問題，種植莊稼的時候，為什么肥料放多了就會造成植物根系壞死的現(xiàn)象？如果農民發(fā)現(xiàn)“燒苗”應該如何進行補救？在學生回答完之后，教師再次進行拓展，提出三個遞進式的問題：植物細胞吸水和失水必須具備的基本條件有哪些？沒有中央大液泡的植物細胞是否會發(fā)生質壁分離現(xiàn)象？某同學配制了一瓶質量濃度為0.3g／mL的蔗糖溶液和一瓶質量濃度為0.8g／mL的蔗糖溶液，但是忘記了貼上標簽，如何幫助該同學鑒別這兩瓶蔗糖溶液的濃度？

學生課后自行查閱資料，在下節(jié)課中與教師和同學進行分享與探索。

設計意圖：本環(huán)節(jié)中注重引導學生將知識運用于現(xiàn)實生活，引導學生從科學探究的角度解決真實存在的問題，提升學生的社會責任感，避免學生陷入“重知識不重技能”的困境。同時通過三個遞進式問題的探索，加強學生對本節(jié)知識的理解和鞏固，課后學生自行查閱資料也能夠提高學生的信息提取能力。

5.5評價：綜合評價，鞏固概念

評價環(huán)節(jié)貫穿于整節(jié)課堂，比如教師可以在引入環(huán)節(jié)設置問題，評價學生的回答，了解學生對于該知識的前概念以及存在的誤區(qū)；在探究環(huán)節(jié)，教師可以根據(jù)學生對于探究活動的參與及完成程度，進行過程性評價，了解學生在探究活動設計時存在的困難，同時還可以通過評價為學生提供關鍵步驟的操作指南；在解釋環(huán)節(jié)，教師可以展示與知識有關的習題，檢驗學生對于知識的掌握程度，肯定學生的學習成果；在遷移環(huán)節(jié)，教師可以設置開放性的題目，讓學生暢所欲言，將自己置身于對應的真實生活情境中，并利用所學知識解決實際問題，提升學生的情感態(tài)度和社會責任。

基于此，本節(jié)課設置了評價量表（見表2）。

設計意圖：利用評價量表對本節(jié)課程進行評價，既可以為學生在操作的過程中提供參考，提高實驗效率，又可以幫助教師科學合理地評價學生在各環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，還可以根據(jù)評價量表進行綜合評價，便于學生查缺補漏，有助于高效課堂的建立。

6總結

采用5E教學模式開展“探究植物細胞的吸水和失水”實驗的教學，能夠讓學生直觀地感受到生活中的實際問題，從而進行探究，且在學生的興趣上展開探究有效避免了傳統(tǒng)教學中生硬地將任務布置給學生，單純地為了探究而探究的現(xiàn)象。除此之外，本教學設計中全程采用評價量表的方式對學生進行評價，使不同學習水平的學生能夠獲得不一樣的學習成果，同時教師也能夠清晰地了解學生各個素養(yǎng)的發(fā)展情況。