例谈“参与”环节在5E教学模式中的应用

谭 鹃

(西南大学附属中学 重庆 400700)

霍 静

(西南大学生命科学学院 重庆 400715)

通过实践帮助学生理解科学概念，是科学教育改革中的一个重要的内容。如何在中学生物学课堂教学中利用“实践”展开教学，是一个非常有意义的课题。对此，美国生物学课程研究提出了参与(engagement)、探究(exploration)、解释(explanation)、拓展(elaboration)和评价(evaluation)5个教学环节，取英文首字母 “E”，故将其命名为5E教学模式。其中“参与”阶段需要通过学生实践，激发学生的好奇心，由亲身实践暴露出学生的前概念，帮助学生将已有经验与学习内容之间建立联系。因此，“参与”是一节课的开场，好的“参与”能在较短的教学时间内暴露学生的迷思概念，为“探究”形成新概念做好准备[1]。本文以教学过程中几个“参与”环节的实践为例，谈谈5E教学模式中的“参与”环节在教学中的应用，为培养学生主动思考、积极探究生物学的奥秘提供参考。

1 查一查，一张“旧表”突破“基因突变”概念

1.1 “密码子表”在参与环节中的应用 学生学习“密码子”后，可通过查阅密码子表查到一个密码子对应的氨基酸种类。学生利用这个已经掌握的“旧表”动手实践，就能建立新旧知识的联系。

开课的“参与”阶段，课件依次给出密码子CUA、GUA、GAA、CAA、CAG(每个密码子与后一个密码子之间，仅有一个碱基发生变化)，让学生查阅教材中的密码子表，得出对应的氨基酸为亮氨酸、缬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、谷氨酰胺。学生通过查表，可发现密码子中的碱基发生替换有可能使对应的氨基酸发生改变，也有可能不发生改变。

假设一段mRNA的序列就是这5个密码子组成：CUAGUAGAACAACAG，针对这段序列，让学生完成以下任务：①在这条mRNA链上第三个碱基“A”后插入一个碱基C后，翻译后将得到怎样的肽链？②在这条mRNA链上将第三个碱基“A”去掉，序列变为CUGUAGAACAACAG，请把改变后的信息翻译为肽链。

据此，教师可以根据学生的学习特点，指导展开学生实践：第①个任务，教师引导学生完成密码子序列重排后，得到序列CUACGUAGAACAACAG，让学生查阅密码子表，得到肽链中的氨基酸分别为亮氨酸、精氨酸、精氨酸、苏氨酸、苏氨酸；完成第②个任务时，学生已经能较熟练地查阅密码子表，汇报结果：亮氨酸之后即为终止密码子。完成这2个任务后，引导学生回顾“参与”实践中有哪些发现。这时学生已经通过自己的实践，开始探究“基因突变”的概念。

1.2 实践与实例结合、突破“基因突变”的概念 学生在不知道什么是基因突变的概念前，通过“参与”已经理解碱基的改变有可能引起蛋白质肽链的改变。利用“镰刀形细胞贫血症”的实例，适时将肽链与性状的关系联系起来。由于有了“参与”环节的实践，学生很容易分析出镰刀型细胞贫血症的直接原因和根本原因，即直接原因是密码子中一个碱基改变使得谷氨酸被缬氨酸替代，根本原因是该密码子对应的基因中发生了碱基对的替换[2]。在此基础上，让学生进一步认同在生物体中有一些这样小小的变化，就可能产生严重的，甚至致命的后果。

良好的“参与”能使学生有兴趣投入探索“基因突变”概念的学习，最终形成了“DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失引起的基因结构的改变”的基因突变概念。

2 摆一摆，将“一堆”染色体重新分组，突破 “染色体组”概念

2.1 “染色体”教具在参与环节的应用 课前准备染色体的教具，每种形态2条，共4种形态和颜色，每种形态的颜色相同，注意每组同源染色体的形状和颜色要易于区分。背面粘上磁铁，能将这些染色体粘贴在黑板上。

开课的“参与”阶段，用磁铁将这些染色体杂乱无序地粘贴在黑板上，染色体可以在黑板上任意移动。提问：黑板上有几条染色体？如果相同形态相同颜色的染色体代表同源染色体，那么这里有几对同源染色体?若将同源染色体分成一组，请问这些染色体可以分成几组？

请一位学生到黑板前整理，学生会将相同形态相同颜色的染色体两两摆放在一起，即分成4组，复习同源染色体的概念。

图1 同源染色体的复习

图2 染色体组的认识

继续请学生完成以下任务：①将给出的这些染色体重新分组，要求:每一组里包括所有形态和颜色，但不能有重复的形态和颜色 。请一位学生到黑板前整理，学生会根据要求将这些染色体摆成2组(图1)。②将相同形态和颜色的染色体增加一条，你是否能快速判断分成几组？为什么？学生很快会回答出来可以分成3组(图2)。

通过参与“摆一摆”的实践，让学生建立感性认识，能总结出规律：同源染色体有几条就可以分成几组。

2.2 实践与练习结合，突破“染色体组”的概念 给出雌果蝇体细胞的染色体组成图(图3)。提问：雌果蝇的体细胞有几条染色体？几对同源染色体？如果按照染色体分组的要求，雌果蝇体细胞中的染色体可以分成几组？学生联系参与环节的活动容易知道可以分成2组(图4)。

图3 染色体的组成

图4 染色体分组

继续提问：①这些染色体在形态、结构和功能上是否相同？②这些染色体之间有什么关系？③它们是否携带着控制生物生长发育的全部遗传信息？如果把这样的一组染色体称作染色体组，请尝试给染色体组下一个定义。

及时练习：雄果蝇的体细胞含有几个染色体组？雄果蝇经过减数分裂形成的精子有几个染色体组？由哪几条组成?

使学生通过联系参与环节的活动突破“染色体组”的概念。此后师生可用一些实例类比染色体组的概念，还可用识别染色体组的图像、基因组成、曲线等题目来辨析染色体组，触类旁通，记忆巩固[3]。

3 数一数，“纸上谈兵”样方法估算种群密度，突破种群密度的概念

3.1 “纸上谈兵”活动在“参与”环节的应用 课前为学生每人准备一张A4纸，纸上画有一个100cm2大正方形，随机分布着圆形和三角形，左下侧有一个1cm2小正方形(图5)。

图5 随机分布的△和○示意图

活动：用自己的方法，算出大正方形中圆形的数量，和每平方厘米的圆形个数(教师提醒，可以将A4纸上的小正方形剪下来使用)。学生根据自己的数学知识，有多种方法计算每平方厘米的圆形数量。绝大部分学生使用方法如下：剪下教师提供的1cm2的小正方形，用这个小正方形去框(套)大正方形里面的任意区域，然后直接计数被小正方形框(套)住的面积中圆形的数量。接下来，由学生公布自己的统计结果和方法。

不同学生取样的位置不同，会得到不完全一致的数据。此时教师指出，用小正方形去框的过程实际上就是取样估算的过程，被框住的部分即是取的样方，用样方里的圆形个数去估算整个大正方形中每平方厘米的圆形个数。

引导学生进一步“参与”：①怎样取样才能使估算值更加接近真实值？(学生思考得到答案：随机取样，适当多取几个样方)接着追问：②怎样才能做到随机取样？(提示学生阅读教材，得到等距取样和五点取样的具体方法)再问：③如何统计每一个样方内圆形数量？

(强调样方内数量统计的要求：样方内的圆形要全部统计；压在样方边上的计数一般是：取上不取下、取左不取右)④假如取了多个样方，得到不同的值，那么哪一个样方的统计值才能代表真实值呢？(学生利用已有的数学知识，得出求平均值的具体方法)

3.2 与现实生活相联系，突破“种群密度”和“样方法”的概念 如果把刚才这个活动中的大正方形看作一个草原；圆形看作蒲公英；三角形代表其他植物，那么，刚才同学们所做的工作就是在估算蒲公英的种群密度，所用的方法就是样方法。

教师引导学生用自己的语言归纳“种群密度”和“样方法”的概念。师生总结归纳：种群在单位面积或单位体积中的个体数就是种群密度。在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值，这种方法就叫样方法。

在学生弄清种群密度的概念和样方法之后，再引导学生思考，如何调查一个草原上某种羊的种群密度呢？顺利进入标志重捕法的学习。

4 教学反思

在中学生物学教学中，需要学生掌握较多的概念和研究的方法，例如本文探讨的“基因突变”，“染色体组”，“种群密度”和“样方法”估算种群密度等等，这些概念比较抽象，单纯讲解，学生不容易理解，倾向对生物学知识的死记硬背，无法将所学知识运用来解决实际问题，最终可能导致学生兴趣不足，学习效率降低，不关注生物学中的重要概念。

然而生物学中的这些重要概念对于学生理解并掌握其他知识点，形成生物学科的核心概念都是十分重要的。例如，理解基因突变的概念是学习基因突变的特点及基因对性状的影响的基础；染色体组的概念是联系其他概念的核心，二倍体、多倍体、单倍体、单倍体育种、多倍体育种等概念的形成都要以突破染色体组的概念为基础[3]。

5E教学模式中的“参与”环节，能够很好地吸引学生对所要学习内容的兴趣，很快将学生的注意力转移到一个事物、问题、情境或事情上来。教师通过设置规则和程序，引导学生参与到具体的实践中，通过实践活动来呈现学习的问题，帮助学生确定学习的任务。成功的“参与”会吸引学生投身于实践活动，并积极主动地进入“探究”和其他环节的学习。学生通过参与，把过去和现在的学习经历建立起联系，暴露出前概念，与旧概念产生冲突，对新概念产生求知欲，从而实现概念转变，在学习中建构起科学的概念[4]。