运用5E教学模式进行科学解释教学的实践——以“现代生物进化理论的由来”一节为例*

卢镇岳 谢 旼

（1广州市教育研究院 广东广州 510030 2广州市南武中学 广东广州 510220）

1 教学目标

本节课为高一年级新授课。采用“5E”教学模式，通过吸引→探究→解释→拓展→评价等环节，让学生了解生物进化理论的历史，明确科学解释的3个基本特征：与已知事实相符、能作出预测且预测可被验证。在处理不同学者观点、生物学事实和证据的过程中，促使学生从被动学习向主动学习转变，尝试培养学生理性思维能力及判断问题的思维习惯。

2 课前准备

学生课前讨论“科学解释的基本特征（3个左右）”，纸笔记录。教师分类统计，了解学生对此内容背景知识的认识状况。

3 教学过程

3.1 吸引（engage）

本环节的基本目标：引起学生对生物多样性和统一性形成原因的兴趣和求知欲望。

教师用课件展示必修1教材“细胞的多样性和统一性”内容，引导学生回顾细胞多样性和统一性的概念。通过扼要的讲解让学生完成从细胞的多样性和统一性到生物多样性和统一性的知识迁移，并提问：人们对于生物多样性、统一性的形成是如何解释的？

学生完成知识迁移，思考教师的提问。

3.2 探究（explore）

本环节的基本目标：让学生分析不同时期学者对生物多样性、统一性形成的解释，在此过程训练理性思维的运用，逐渐了解科学解释的特征，以及如何用这些特征评价学者的观点。

3.2.1 学生阅读材料1，分析学者的观点，思考科学解释的特征

材料1：引自古希腊的恩培多克勒（公元前500—430年）的观点。

“地球上，曾经有许多额部在没有脖子的情况下突然登场，手臂无需肩膀牵绊、自行闲逛，眼睛孤独流浪，留得额头和四肢独自游荡。

这些东西经过一次次的偶然逐渐凑为一体，在此基础上其他东西渐次增替，出现了拥有无数只手的生物，其步伐如车轮滚动。身体两侧都有胸部和脸的生物被创造出来，后代中还出现了上半身为人下半身为畜的，或者人头兽身的生物，还有拥有毛茸茸四肢的雌雄同体的生物。”

教师用PPT展示材料中描绘的几个古希腊神话中的角色，提问：“恩培多克勒是如何解释生物的多样性和统一性的？”

学生回答举例：“恩培多克勒把生物的形成类比成元件的组合，不同的元件用不同方式构成了不同生命。”

教师进一步提问这个解释科学吗？科学解释应具备哪些基本特征？并展示课前搜集的学生关于科学解释的观点，通过讨论和师生交流，教师进行归纳，在黑板上板书：“科学解释的基本特征”——与已知事实相符；对未知事件作出预测；预测是可验证的。

教师提问：恩培多克勒的观点是否能满足科学解释的特征？

学生回答举例：不能，第1点已经不符合，那些神话中的生物在自然界中并不存在。

教师给出对科学解释3个特征的层次关系的说明，如果第1层次就不符合（与已知事实不符），则无需继续探讨后2项了，3项之间是一种逻辑递进的关系，并引导学生阅读分析第2段材料。

3.2.2 学生阅读材料2，分析学者的观点，尝试运用科学解释的特征判断观点

材料2：19世纪博物学家让·巴蒂斯特·拉马克（1744—1829）的文章。

“我将表明，当意志指挥着一只动物采取某种行动时，执行该行动的器官会立即受到微量的、某种液体的刺激，这成为了决定行动的因素。

因此随之而来的是，这些有组织的活动的增强、延伸和发展得以大量重复，甚至创造出了完成这些活动所需的器官。我们只需认真观察在我们周边发生的一切，便会深信，这就是器官得以发展和改变的原因。

如今，经习惯性地反复使用而导致器官出现的改变，会通过繁殖下一代而被保留。如果这个变化对于某种在一起繁衍后代的物种个体是普遍存在的，则在相同环境中，这种改变会传递给后续的个体，后续的个体无需再像一开始那样（大量重复活动的方式）重新获得这些改变。

自然界渐次创造了所有动物物种，从不完美、简单的到最完美的，渐渐创造了越发复杂的组织结构。这些动物在全球各种生境繁衍，就如我们观察到的，这些生物从它们的环境中习得了与之相应的、经修饰的结构和习性。

第2个结论是我自己的总结：假定动物的习性受环境的影响。动物的部分或总体上的习性、结构和组织器官都在不断被修饰，这种修饰甚至是巨大的。而出现这些修饰的原因都可以通过所有动物所在的环境条件得以解释。

生活习性、生活方式以及环境中所有其他的影响，都在一定程度上促进了动物体型和各个部分的形成。随着新的体型的出现，动物也获得了新的能力，渐渐地，大自然成功地改造了动物，使它们成为我们现在所看到的样子。”

学生分组阅读材料，分组讨论，完成表1。

表1 拉马克解释的科学性分析表

3.3 解释（explain）

本环节的基本目标：承接上一环节，通过教师和学生的互动过程，让学生理解科学解释的特征，并能明确什么是科学的解释。

教师提问：拉马克是如何解释生命的多样性和统一性的形成的？该解释是否符合科学解释的特征。

学生回答举例：“环境引起动物的行动意志，意志通过某种刺激指挥器官，器官在反复刺激之后会增强发展，而这种增强发展能通过繁衍传递给后代。”“这个解释符合拉马克所知道的事实，能作出预测，而且预测可验证，比如反复举重物，肌肉变发达，发达的肌肉可以传递给后代，通过观察亲代和子代的肌肉发达的情况就可验证。”

教师追问：“这个与我们知道的事实相符吗？”学生共同回答：“不相符。”

教师总结：科学的解释要和提出者所知的事实相符，并且能提出可以被验证的关于可能事件的预测，若被最新证据证实是错的，这个解释就需要调整发展，但这个不影响原来解释的科学性。同时补充板书拉马克部分内容，扼要归纳拉马克“用进废退”和“获得性遗传”的基本观点。

3.4 精致（elaborate）

本环节的基本目标：学生阅读材料3，分析学者的观点，进一步提升运用科学解释的特征判断观点的基本过程。承接前面的环节，让学生明确科学家接受达尔文进化学说的最重要原因是其解释的科学性，以及能经得起实证的检验，并明确指出，随着科学家不断发现更多的事实，很多过去不完善的理论会被进一步完善，科学发现是一个永无止境的过程。

材料3：查尔斯·达尔文的文章（1809—1882）。

“由于每个个体都需要在生存斗争中努力获取生存资源，任何细微的变异，无论是结构、习性还是本能上的，只要有利于个体适应新的环境，就是对个体的活力和健康的合理解释。至此，这难道还需要怀疑吗？在生存斗争中，拥有这些变异的个体有更好的机会能生存下来，而它们的后代继承了这些变异，即使是很细小的，但也拥有更好的生存机会。经年累月，能存活下来的便能继续繁衍，从长远来看，即使是平衡的轻微改变，也会导致一些变异因死亡而减少，或因存活而增加。一方面是对生存的选择，另一方面是对死亡的淘汰，还记得在短短数年间，Bakewell（18世纪英国农学家）对牛和Western对绵羊的培育的结果吗？千百代之后，谁还能自欺地坚持这一模一样的选择原理不会在自然界产生任何效果？

假如有一群主要捕食兔子、但有时也捕食野兔（大型的兔子）的犬科动物，让其组织器官发生轻微的变化（变异），让这个变化使被捕食者兔子的数量慢慢下降并让野兔数量增加。这将驱使狐狸和狗去捕猎更多的野兔。然而，它（狐狸或狗）的组织（身体结构）也轻微地发生了改变，那些具有最轻盈的体格、最长的四肢、最好视力的个体，即使差异是如此地细微，也会获得轻微的优势。这些个体会活得更久，并在食物稀缺的年月存活下来，也会养育更多能继承这些细微变化的后代。而那些没有那么敏捷的个体会被无情地摧毁。毫无疑问，千百代之后这会产生瞩目的效果，即使与经人工精心繁育的灵缇犬（世界上奔跑速度最快的犬）相比，狐狸或狗的体格也能更好地适应于捕猎野兔而不是兔子。同样情况下，植物也将是如此。”

学生：分组阅读材料，分组讨论，完成表2。

表2 达尔文解释的科学性分析表

教师提问：达尔文的学说是否符合科学解释的3个基本特征？

学生回答举例：“符合，达尔文的解释与已知事实是相符的，根据他的解释可以预测生物与生物、或者生物与环境之间应该存在着相互适应，而且这种现象是可以通关观察进行验证的。”

教师一边肯定学生的回答，一边补充板书，扼要归纳达尔文自然选择学生的基本观点。

教师请学生进一步思考讨论：为什么今天大多数的科学家接受达尔文对于多样性、统一性的解释？在多样性和统一性的哪些方面达尔文未能作出完满的解释？教师引导学生自主阅读教材中的相关内容，让学生明确科学理论发展过程的基本规律，了解科学解释的提出和实证过程是科学探究的2个最为重要的因素。

3.5 评价（evaluate）

本环节的基本目标：布置任务让学生运用科学解释特征分析此前已经学过的孟德尔的学说，由此，对学生本节课学习的总体效果进行评价。

作为课后作业，让学生分析孟德尔通过假说—演绎法提出其遗传规律的过程中，哪些方面体现了科学解释的基本特征，并写在材料4的分析表格中（表3）。

表3 孟德尔假说的科学性分析表

教师通过学生之间的互评交流，以及批改作业和作业反馈完成本教学过程的学生评价环节。

4 板书设计（表4）

表4 现代生物进化理论的由来

5 运用5E教学模式进行科学解释教学的讨论

在给学生的材料中，每页的页脚部分会印有一行小字“我们往往记住了许多正确的知识，却没想过这些知识为什么是正确的”。这是本节课的核心思想。

传统教学重在对知识的落实，能力落实也往往拘泥于解题能力，而这都忽略了让学生理解科学本质的一些教学过程。教师不但应让学生记住正确的科学发现和结论，更应让学生真正理解科学的正确性的本质，即不仅让学生知道正确的知识，还应引导学生思考为什么这些知识是正确的，通过培养这种思考能力，学生可进一步分析哪些观点或陈述是错误的，还有哪些是无法进行科学判断正误的，有些问题属于价值取向，需要科学以外的因素进行判断。

本节教学实践采用5E教学模式，借用了BSCS提供的课堂活动素材，结合中国学生和课程标准的特点，对素材进行了编译，提高了材料的可读性，并通过一些课堂手段弥补学生文化背景上的不足，通过这些举措铺平学生思考的道路。而这个过程是漫长且比较艰辛的，简单告诉学生很容易，但要筑好台阶，让学生乐意且可以登上高台则不是一件容易的事。