5E教学模式在高中生物核心概念教学中的实践探索——以“染色体变异”教学为例

◎福建省厦门市集美中学 高小燕

《普通高中生物课程标准（实验稿）》（下面简称《课程标准》）要求学生要“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”。2011年版义务教育生物课程标准明确倡导“关注重要概念的学习”。美国地平线研究组经过了18个月的观察，对364节课详细分析，发现优质课堂主要特征是：（1）在课堂教学过程中，教师善用多种策略为某个科学概念提供清晰的阐释；（2）吸引学生参加动脑筋的活动；（3）帮助学生理解学科的核心概念等。可见，高中生物教学应重视生物核心概念的教学，核心概念的教学效果直接关系到学生对附属概念的理解，从而影响学生知识网络的构建。

5E教学模式是基于建构主义理论和概念转变理论所开发的一种教学模式，该模式包括5个环节，即参与（engage）、探究（explore）、解释（explain）、迁移（elaboration）和评价（evaluate），简称5E教学模式。5E教学模式强调学生的主体性，通过探究活动解决学生对新旧概念的认知冲突，使学生能建构并应用新概念。现以“染色体变异”一节教学为例阐述5E教学模式在高中生物学教学中的实践。

一、分析教学内容，把握核心概念

美国著名教育学家赫德（Hurd）认为，“组成科学课程中的概念和原理应该能够展现当代学科图景，是学科结构的主干部分，它们被称为核心概念”。核心概念必须具备两个特质：第一，是对核心问题的反映；第二，具有统领性和包摄性。“染色体变异”一节中提到的概念有染色体变异、染色体结构变异、染色体数目变异、染色体组、二倍体、单倍体、多倍体、单倍体育种、多倍体育种等,且与学生已学的减数分裂、同源染色体、非同源染色体等概念有交叉。根据核心概念的两个特质，染色体结构变异和染色体数目个别的增加和减少具有不确定性，而以“染色体组”为单位的染色体数量的增加或减少在育种领域具有较高价值，是染色体变异的核心所在；同时“染色体组”这一概念又是二倍体、单倍体、多倍体等概念的基础，具有统领作用；另外，“染色体组”这一概念的理解还有利于减数分裂、同源染色体、非同源染色体等概念的深度理解，“染色体组”可以理解为本节课的核心概念。

二、应用5E教学模式，开展核心概念教学

1.激发学生参与学习

参与环节的教学活动形式多样，可以是教师提问、展示相异事件或提供问题情境，主要目的在于吸引学生的注意力和激发学习兴趣。学生通过“减数分裂”一节的学习，已经学习了“同源染色体”概念，但这一概念在学习“染色体组”概念时存在隐蔽性。因此，在教学中教师应该为学生提供暴露这些已有知识的机会。首先教师呈现雄果蝇体细胞染色体图解，引导学生分析雄果蝇体细胞中同源染色体的对数。紧接着引导学生发现不同编号染色体之间大小、形态的差异，复习“非同源染色体”概念。学生在问题情境中不断对易混淆概念“同源染色体”“非同源染色体”进行识别与复习，以此激发学生的学习兴趣，积极参与本课学习，这是构建科学概念的重要前提。

2.实施探究学习活动

《课程标准》倡导探究性学习，促进学生在师生互动、生生互动的过中不断完善、重组或细化自己的最初认识，使得某科学概念的认识更加清晰与准确。科学探究活动要求学生能够提出和识别问题、设计和实施方案、分析资料和证据、运用证据进行解释，表达和交流。当学生阅读完果蝇体细胞染色体图解后，开展探究学习活动，请学生在学案中绘出果蝇经减数分裂形成的精子中的染色体的组成。也可以给每位学生分发橡皮泥，让他们动手制作精子中染色体的组成。大多数学生能正确画出或制作出精子中染色体组成。少数学生由于对减数分裂本质理解不到位导致无法完成，这时教师要恰当点拨：同源染色体分离，非同源染色体自由组合；引导学生寻找精子染色体在大小、形态上的区别，学生很容易得出“精子中染色体大小、形态不同”的结论，甚至有些学生能得出“精子中染色体均为非同源染色体”结论。学生通过探究已隐约得出“非同源染色体”与“染色体组”这一核心概念的本质联系。接着，教师将基因标在染色体上，如A、a标于Ⅱ号染色体上，B、b标于Ⅲ号染色体上，再请学生画出精子中染色体上基因的情况。通过动脑或动手操作学生不仅复习了减数分裂过程，而且对“染色体组”染色体组成、染色体以及“染色体组包含全部遗传信息”有了较为深层次的理解。在探究过程中，教师是学习的促进者、观察者、聆听者，尽量不直接说答案，必要时通过问题或建议形式给予引导。虽然学生对于“染色体组”这一核心概念有了较为深层次的领会，但仅停留在感性认识阶段，只是初步获得染色体组的认识。

3.引导学生解释概念

解释是5E教学模式的关键环节，是考验探究学习活动有效性的阶段,这是使新概念、过程或方法明确化和可理解化的过程。教师可通过学生练习、解释等形式，给学生表达其对核心概念理解的机会，从而了解学生对核心概念的掌握程度。如在本节解释阶段设置以下两道习题。

习题1：图中细胞含有几个染色体组？

学生1：习题1中细胞包括3个染色体组。因为，细胞中含有的3条染色体大小、形态不同，为非同源染色体，每条非同源染色体为一组，故有3个染色体组。

学生2：我不太同意你的观点。如果每条染色体为一组，那么你所说的“染色体组”并没有包含这种生物体“全部遗传信息”，我认为应该是一个染色体组，因为它符合两个条件：均由非同源染色体组成，且包含全部遗传信息。

经过两位学生的解释、分析，其他学生对“染色体组”的概念清晰了许多。解释过程中需要一定的逻辑推理，教师在这过程中应恰当给予辅助，学生在教师的引导下积极思考，并形成对概念的理解和应用的技巧。

紧接着抛出更为复杂一些的习题2：某生物的基因型为AAaaBbbbCCCc，那么它有多少个染色体组？

学生1：标着1，2，3的染色体均含有4条大小、形态一致的同源染色体，既然染色体组由非同源色体体构成，一共可以组成4个染色体组。

这个学生的判断方法获得了同学们的认同，并一起归纳出如染色体组的判断方法：图形题就看同源染色体的条数；基因型题就数读音重复次数。接着，教师利用学生的阐述进行简洁、清晰和直接的归纳：细胞中一组非同源染色体，携带全部遗传信息，叫做染色体组。

4.促进概念迁移

学生初步掌握“染色体组”核心概念后，教师应创设问题情境，让学生明确核心概念的内涵及外延，促进概念的应用与迁移。教师先将教材中的4个材料进行整合并呈现于学案中。

材料1：人、果蝇、玉米体细胞中各含2个染色体组，都属于二倍体。在自然界中，几乎全部的动物和过半数的高等植物均是二倍体。

材料2：普通小麦体内有6个染色体组，马铃薯体内有4个染色体组，香蕉体内有3个染色体组，这些生物都称为多倍体。

材料3：在初中生物学中学过蜜蜂中的工蜂和蜂王由受精卵发育而成，属于二倍体，而雄蜂由未受精的卵直接发育而成，体细胞中的染色体数是工蜂和蜂王的一半，称为单倍体。自然条件下，玉米、高粱、水稻、番茄等二倍体高等植物，偶尔也会出现由未受精的卵细胞发育而成的单倍体植物。

材料4：普通小麦体细胞中有6个染色体组，用其花药离体培养形成的植株叫单倍体，其体细胞中含有3个染色体组。

学生阅读了以上材料后，教师提出两个问题：归纳二倍体、多倍体、单倍体的概念。判断某一个体是单倍体还是多倍体的依据是什么？

学生利用材料1，2对二倍体、多倍体概念的回答通常是正确的，但对于单倍体的回答他们几乎异口同声答道：体细胞中有1个染色体组的个体叫单倍体。显然他们只是初步将染色体组和二倍体、多倍体概念联系在一起，但如何判断单倍体和多倍体还比较迷茫。教师不着急指出他们对单倍体判断的错误，给出下图并提问：该图所代表的生物个体是几倍体？

这时，学生对多倍体、单倍体、染色体组这几个概念之间的关联和矛盾进一步激化。此时，教师应给予学生思考、讨论、理清概念的时间。很快地，学生利用材料4得知上图代表的生物可能是二倍体也可能是单倍体，很自然地完成了对多倍体、单倍体两个概念的比较分析，得出区别单倍体与多倍体的关键：个体发育的起点是受精卵还是配子、体细胞中染色体数目等。

5.进行概念学习评价

通过前面4个环节的教学，学生对于核心概念及其统领的普通概念的理解已经较为深刻，这时以下列练习题观察学生如何应用新学的概念，并进行综合评价，这样既保证概念教学目标的达成，也助于发现、改进概念教学。

右图是果蝇的染色体组成，请根据图回答下面的问题。

（1）这是_______性果蝇。

（2）图中共有______个染色体组，是_____倍体。

（3）图中有_____对同源染色体，____对常染色体。_____对等位基因，1和3是染色体，B和b是_____基因。在产生配子时，含AbCD的配子占_____。

（4）图中不可表示果蝇哪一类细胞中的染色体组成？（ ）

A.受精卵 B.精原细胞 C.体细胞 D.卵原细胞

5E教学模式注重学生的活动，以学生为本，它要求学生在与学习内容、教师和其他同学等互动过程中构建、重组与修正自己对生物学概念的认识，这种互动不仅仅是动手活动，还包括动脑思考，最终达到提高学生生物科学素养这一核心目标。