利用5E教学模式突破“主动运输”教学重难点

常方圆　李金月　李韶山

摘要 应用5E教学模式五个环节开展高中生物“主动运输”重难点的教学，通过问题串引导学生的合作探究，引发学生認知冲突，提升学生的科学思维能力，加深学生对重要概念的理解，进而提高学生的生物学科核心素养。

关键词 5E教学模式 主动运输 科学思维

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》强调生物学科核心素养的“落地”（以下简称标准），强调培养学生根据事实和证据运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的能力。标准也将内容聚焦大概念做为生物学教学的基本理念，强调探究式、概念转化式教学。

5E教学模式是一种以建构主义和概念转变为教学理论基础的教学模式，主要应用于探究式教学。5E教学模式由美国科学课程研究所开发并在国内外科学教育中得到广泛应用。这种教学模式突出学生的主体地位，通过小组合作学习的方式促进学生形成“头脑风暴”，通常用于概念转变教学、实验探究教学中，旨在让学生获得知识的深入理解。5E教学模式包括引入（engage）、探究（explore）、解释（explain）、扩展（elaborate）和评价（evaluate）5个环节，也称为“5E”学习环。每个教学环节都有其特定的功能，缺一不可，整个教学过程体现了是师生之间的相互协调统一。教师做为指挥者和引导者，应积极发挥引导功能，激发学生学习的兴趣、提出有价值的问题、梳理探究的思路、收集相关素材资料并对情境进行解释和迁移应用。

1利用5E教学模式突破“主动运输”教学重难点

“主动运输”是高中生物人教版《必修1·分子与细胞》第四章第三节的重难点，如何将抽象知识形象化、将细胞膜的结构与功能相联系、将新知识内化到学生原有的认知结构中是本节课的重点。5E教学模式做为探究式教学模式，补充适当科学前沿知识，助于学生对概念的深入学习。以“主动运输”为教学案例，利用5E教学模式，通过图表资料分析，运用归纳与概括的方法逐步发展学生的科学思维（图1）。

2教学设计

2.1教材分析

“主动运输”是高中生物人教版《必修1·分子与细胞》第四章第三节的重难点，前面的内容从细胞膜结构与功能入手，介绍了渗透作用、生物膜的流动镶嵌模型以及被动运输的内容。主动运输能重点体现细胞膜的功能特点——选择透过性，将细胞膜的结构与功能紧密联系，既是对细胞膜结构与功能的深层次学习也为后面细胞呼吸等知识做铺垫。

2.2学情分析

本节内容的教学对象为高一的学生，这个阶段学生有较强好奇心以及学习新知识的积极性。学生对细胞膜的结构和功能较为熟悉，但是对于分子与细胞微观层面的现象理解不到位。因此教师需要对相关机理的知识进行补充，并结合前沿知识，给学生提供充分探究的思考机会。

2.3教学目标

（1）通过对图表资料以及事实证据的归纳概括，说出主动运输所需要的基本条件。

（2）能够结合被动运输的知识，列出主动运输与被动运输的异同。

（3）认同细胞膜和跨膜运输的重要性以及生物体结构的精巧。

2.4教学重难点

教学重点：主动运输的运输方式。

教学难点：主动运输的方向及特点。

2.5教学过程

2.5.1引入——生活化实验，暴露前概念

教师演示实验，要求学生观察红墨水滴入清水中变化，并提出问题：这是一种什么现象？类似于刚刚讲过的哪种运输方式？教师解释：这些现象都是顺浓度运输的，是不会逆浓度梯度进行的，但在人体细胞中，却能够出现逆浓度梯度运输的情况。那么，这种运输方式究竟是如何发生的？需要哪些条件呢？

设计意图：引入环节是科学概念掌握的重要基础和前提。教师通过事实情境激发学生的学习兴趣，联系学生之前学习的被动运输是顺浓度梯度来进行运输的，以及细胞中却能够出现逆浓度梯度运输的事实情况，让学生产生认知冲突，暴露前概念，产生探究的欲望，进入学习新知识的状态。

2.5.2探究——推理探究，提出猜想

教师通过两则资料的呈现，以问题串的形式，引导学生对事实进行分析探究。

资料1：人工合成的无蛋白质的脂双层膜对不同物质的通透性的示意图（图2）。

教师提出问题：根据资料1分析哪些物质可以通过人工合成的脂双层？哪些物质不能通过呢？教师引导学生利用分类归纳的形式回答这个问题，并继续提问：离子不能通过人工合成的脂双层，但是在人体细胞中离子必不可少，带电离子可能借助什么物质进行运输呢？教师结合细胞膜的结构以及协助扩散的特点，引导学生做出猜测1：离子的运输可能与载体蛋白有关。教师继续提问：如果有了载体蛋白，离子能顺利进行运输吗？以此激发学生探求欲望：主动运输还可能需要哪些条件。教师呈现资料2（参考人教版高中生物必修一教材第71页表4-1），学生通过分析做出猜测2。

资料2：丽藻细胞与池水的离子浓度比的表（表2）。

教师对表格内容简单讲解，设置问题串：细胞中离子的来源？细胞中离子浓度与池水浓度之比与1的大小比较？说明运输方向是什么？如果利用协助扩散的方式可以完成运输吗？猜测离子要想完成逆浓度梯度的运输，需要什么提供动力呢？学生通过小组合作探讨这些问题的答案。学生知道细胞不断从外界吸收离子。学生通过分析表格中的数据发现浓度比大于1，进而得出结论：细胞液离子浓度要高于池水离子浓度，细胞吸收离子是逆浓度的。教师提示学生从动力的角度分析离子利用协助扩散的方式如何完成运输。学生根据提示分析出，离子逆浓度梯度没有浓度差为其提供动力。教师引导学生做出大胆猜测，做出猜测2：离子要想完成逆浓度梯度的运输，需要能量提供动力。

设计意图：探究是5E教学模式的中心环节。学生产生认知冲突后，结合教师呈现的资料以及设置的问题串，开始探究的过程，利用小组合作的方式，积极寻找问题的答案，大胆做猜测。学生通过探究，能够猜测主动运输需要的条件，整个探究过程，提升学生的探究能力，锻炼学生的科学思维。

2.5.3解释——动画模拟，形成概念

学生结合猜想，利用自己的语言描述离子跨膜运输过程，在头脑中对概念形成初步认识。教师播放Na+、K+的跨膜运输过程模拟动画，学生验证猜想，完善自己的概念描述。教师呈现精确的概念文字，引出本节课的重难点——主动运输，并引导学生将文字转变为示意图，便于学生理解新知识。教师结合定义对相关实例进行解释，对小肠上皮细胞吸收葡萄糖这一实例进行补充完善，呈现资料3，并提出问题：从这则资料中你发现小肠上皮细胞吸收葡萄糖是通过什么方式呢？

资料3：最新研究表明，若肠腔葡萄糖浓度很低，葡萄糖通过主动运输进入小肠上皮细胞。主动运输所需能量来自离子电化學梯度中的势能，要载体蛋白SGLT1。若肠腔葡萄糖浓度很高，葡萄糖则借助另一种载体蛋白——GLUT2协助扩散进入小肠上皮细胞。

通过分析资料，学生发现小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式不仅有主动运输也有协助扩散，学会辩证地看待问题。

教师讲解主动运输的意义，对概念进一步完善，引出细胞膜功能特点——选择透过性。

设计意图：解释是5E教学模式的关键环节。学生通过思考探究有了自己的成果，以教师提供的平台展示成果，表达对主动运输的理解。这一过程也为教师提供解释概念、讲解过程的机会。教师完善主动运输的概念，并对概念进行精致，同时以结构生物学发展史中的热点问题为题材，补充小肠上皮细胞吸收葡萄糖的其他方式，培养学生对待科学的辩证态度。

2.5.4扩展——拓展应用，完善概念

教师提出问题：科学家利用放射性同位素标记法标记¹⁴C葡萄糖，结合小肠上皮细胞吸收葡萄糖这一现象验证主动运输所需要的条件。科学家设计了三组实验，甲组用“C葡萄糖的动物细胞培养液和生理盐水。假如你是科学家，请设计另外两组实验，验证主动运输所需要的基本条件。

学生先明确主动运输需要的基本条件有载体蛋白和能量，教师引导学生从这两方面着手设计实验。再结合对照组的设计，学生想到可以通过抑制条件来达到实验目的。学生小组合作，设计乙、丙两组实验。教师给予科学家的正确做法：乙组用¹⁴C葡萄糖的动物细胞培养液和呼吸酶抑制剂；丙组用¹⁴C葡萄糖的动物细胞培养液和蛋白质载体抑制剂。处理一段时间后，分别加入小肠上皮细胞并放在适宜条件下培养后检测每组的放射性，观察最终的实验结果。

设计意图：教师引导学生站在科学家的角度设计实验验证主动运输需要的基本条件，进一步将概念拓展，培养学生利用所学知识在新情境下解决问题的能力，加深对新概念的认知。

2.5.5评价——习题检测，完善概念

教师引导学生结合主动运输的特点与被动运输比较完成表格，在课堂上检验学生对重难点的学习情况。学生通过课后习题进一步巩固新知，加深理解。

设计意图：通过学生填写表格以及课后习题的形式对学生概念掌握情况进行检测评价，教师也可以进一步反思改进。

4教学反思

5E教学模式应用于概念教学能够引导学生深入学习科学概念，培养学生的科学思维，提高学生的生物学科核心素养。引入环节能够引发学生的认知冲突，暴露前概念；探究环节以小组合作的方式自主构建新概念；在解释环节中，学生能够根据探究的结论阐述学习的新概念，为教师引导学生概念转变提供机会；扩展环节中，教师将新知识应用于新情境解决新问题，促进前概念转化为新概念；评价环节能够检验学生对新概念的掌握程度，完成概念的内化。此外，将最新研究“GLUT2载体蛋白”在解释环节引入，渗透科学前沿知识，培养学生辩证看待问题的能力。5E教学模式对于概念的教学以及学生探究能力的培养是具有重要意义的，教师可以探求合适的课例将其应用于此模式，促进学生概念转变的学习以及科学思维的提升。