5E教学模式在高中生物概念教学中的实践应用

张新红

1概念教学与5E教学模式

概念是各学科知识的“细胞”，是反映事物对象本质属性的思维形式。概念是人们在对事物从感性认识上升到理性认识的过程中，把事物的本质属性和特点加以抽象、概括后形成的。生物学的概念反映了生物学科知识的本质属性。通过教师设计合理的教学活动并组织实施，学生在建立、理解和应用生物学概念的过程中，逐渐学会科学思维，形成科学探究能力，从而树立生命观念，尝试体验运用生物学概念解决问题的社会责任担当，达到最终提升学生的生物学学科核心素养的目的。由此可见，概念教学是当前生物学教学的核心问题，也是实现生物学科育人价值的重要途径之一。

5E教学模式是美国生物学课程研究开发的一种基于建构主义教学理论的模式，该模式中教师所做的一切都是为了促进学生如何更好地主动建构而获取科学的概念，它包括的五个环节是吸引（engagement）、探究（exploration）、解释（explanation）、迁移（elabora-tion）和评价（evaluation），简称5E教学模式。高中生物概念教学强调通过教学活动促进学生对生物学概念的建立、理解和应用即概念的主动建构。5E教学模式正是围绕着帮助学生主动建构新的科学概念，很好地体现了高中生物概念教学的思想，也非常符合高中生物新课程标准的要求。

2应用5E教学模式进行概念教学的实例

“DNA复制”是人教版《必修2·遗传与进化》第三章“基因本質”的第三节。下面以“DNA复制”这一重要概念为例，阐述如何将5E教学模式应用于高中生物概念教学。

2.1吸引

为“吸引”学生对学习任务产生兴趣，激发学生主动进行探究，教师应充分探测学生的认知结构、了解学生已掌握的背景知识，然后通过提供问题情境等多种形式，激发学生对学习任务的兴趣，并与已有的知识或生活经验产生认知冲突，使其进入学习状态。

在学习本节核心概念之前，学生已有的知识及生活经验有：（1）DNA是一种遗传物质，细胞分裂的间期会进行DNA复制；（2）DNA的结构及结构特点；（3）复印机可以复印纸张。

教师根据以上信息，可以提出如下问题：

（1）细胞分裂前为何要进行核DNA复制？DNA复制有何意义？

（2）DNA是如何复制的？与复印机复印纸张一样吗？

解答问题（1）时，教师可以引导学生结合前面学习的有丝分裂和DNA结构、遗传信息的含义来理解，这样可以把DNA复制这一重要概念置于上级概念“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”之下，加深学生对各级相关概念的理解，使其理解生物学科的本质。通过问题（2），学生会思考回想：复印一张A4纸张的文件的过程，复印得到的文件与原文本内容上虽然是一样的，但是纸张完全是全新的，可以称为完全复制。那么DNA复制也是这样的吗？这里的问题情境既与课程任务相关，又与学生的生活经验相联系，因此能够吸引学生，引发其产生概念冲突，从而激发学生主动探究、主动建构概念的兴趣和欲望。

2.2探究

根据上一环节产生的概念冲突，教师引导学生进行探究。在教师的引导下，学生主动探究，寻找问题的答案，解构迷思概念，建构科学概念。

教师要求：学生阅读必修二课本P52-53内容，思考下列问题：

（1）有关DNA复制的假说有哪几种情况？

（2）如何设计实验验证假说？如何区分亲代和子代的DNA分子？

（3）在设计实验过程中需要用到哪些科学研究方法？

通过“吸引”环节和以上问题引发学生主动探究，可提出三种假说即半保留复制、全保留复制和分散复制，根据三种假说进行演绎推理（图1）。

接着，学生思考：这三种假说到底哪种情况是对的呢？如何设计实验证明？如何区分亲代和子代DNA？如何检测子代DNA？

教师提供材料：科学家以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记和密度梯度离心技术设计实验。

学生质疑：既然用了同位素标记就可直接检测其放射性，为何还要进行密度梯度离心？前面所学的赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验不就是这样检测的吗？原来这里的¹⁴N和¹⁵N都没有放射性（也就是说同位素标记法有无放射性和有放射性两种），同位素标记的目的是为了造成亲代和子代DNA的密度不同，以便于密度梯度离心。

由于时间、学校条件及技术操作等方面的制约，学生很难亲自完成本实验的过程。经过学生的思考后，教师可以图示的形式呈现科学家的研究过程及结果。

教师以大肠杆菌为实验材料进行实验的实验结果（图2），并提出问题：

（1）联系三种假说，说说子一代DNA的情况说明了什么？子二代DNA的情况说明了什么？

（2）若将本实验继续进行下去，离心后条带的数量和位置将如何变化？

（3）若将子一代DNA解开成单链，离心后会出现什么结果呢？

在教师的引导下，学生对该实验结果进行分析和推理：由于子一代中亲代的条带（¹⁵N/¹⁵-DNA）消失，可排除全保留复制，子二代DNA中¹⁴N/¹⁴N-DNA条带和¹⁵N/¹⁴N-DNA条带几乎等量，可排除分散复制。若将本实验继续进行下去，¹⁵N/¹⁴N-DNA条带始终存在而且量不变，但¹⁴N/¹⁴N-DNA条带的量越来越多，这一

2.4迁移

继续发展学生对概念的理解和应用能力，教师扩充概念的基本内涵，提供新概念解释新的情境或问题，使学生加深或拓展对概念的理解。

新问题情境1：已知真核生物一条染色体DNA长度约为108～109 bp，而真核生物核DNA复制的速度约为103 bp/min（仅为原核生物的1/10）。理论上一个DNA分子复制要经历几个月时间，但实际用时只需要几小时。请推测真核生物核DNA的复制有何特点。

通过以上数据及信息的分析，学生可推测得出：真核生物核DNA复制起始点可能有多个。然后，教师可以简单介绍相关科学家的实验过程，并呈现相关的实验证据（图4），最后重点引导分析如何从图解中获取有效信息，并要求学生思考：真核生物的DNA复制过程中，两条链复制的方向相同吗？从起点开始的复结果更加说明了不可能是分散复制。进而，学生推论得出：DNA的复制是半保留复制。学通过对实验结果的逐层分析思考，主动探究、建构科学概念，培养逻辑推理和分析问题的能力。

2.3解释

通过以上两个环节的学习，学生对于DNA复制这一概念已经形成一定基础的认识.接着，教师要求学生根据以上的实验探究及结果分析，尝试给“DNA复制”这一重要概念下一个定义：DNA复制是指分别以亲代DNA的两条链为模板，合成子代DNA的过程。学生很自然地会产生疑问：DNA复制的具体过程是怎样的呢？需要哪些条件？场所在哪里？然后，教师引导学生阅读课本P54中：DNA分子的复制图解及相关段落，自主归纳总结出DNA复制的场所、时期、模板、原料、酶和能量等具體概念。最后，学生通过以上分析和解释，主动绘制“DNA复制”这一重要概念的思维导图（图3）。制是单向的还是双向的？如果从多个位点开始复制，各位点开始的时间有没有先后顺序？DNA复制的这一系列特点有什么重要意义？

新问题情境2：已知M13噬菌体是一种单链环状DNA病毒，利福平是一种RNA聚合酶抑制剂。在相关科学研究过程中有人做了如下实验（图5），请问由此实验及实验结果，你能得出什么实验结论呢？

在实验结果分析的过程中考查到转录中的RNA聚合酶，学生将三组实验的结果进行对比分析，说明DNA复制需要RNA引物，启动DNA的复制。

通过以上新问题情境的深入分析与思考，学生对于DNA复制这一重要概念会有更加深入的理解和掌握。

2.5评价

在最后一环节中，教师通过纸笔测验和表现性任务等评价形式，评价学生对新知识、新概念的理解及综合运用能力，以此判断本节内容的教学目标的达成情况。同时，评价也为教师提供了一个评估自己教学过程和效果的机会。

试题1：将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用³²P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有³²P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（n个）并释放，则其中含有³²P的噬菌体所占比例为2/n，原因是______。

参考答案：一个含有³²P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记。

试题2：某研究小组用同位素标记法验证DNA分子的半保留复制，实验材料选择蚕豆根尖（2n=12）。首先用含³H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液处理根尖，标记DNA分子的双链，然后将这些根尖细胞（2n=12）移入普通培养液中，再让细胞连续进行有丝分裂。在普通培养液中第一次、第二次、第三次有丝分裂中期，细胞中染色体的标记情况依次是____。

A.12个a

B.12个b

C.6个a、6个b

D.6个b、6个c

E.b+c=12个，但b和c数目不确定

参考答案：ABE。

两道试题中，第一道试题以噬菌体侵染大肠杆菌的实验为基础，涉及到相关实验设计的方法、结果及其分析等，考查了DNA的半保留复制的过程特点。第二道试题结合有丝分裂的过程及各时期中染色体和DNA的数目变化，考查了学生对这部分知识及相关概念的分析综合、概念的迁移及文字的表述等能力，以此判断和评价学生对“DNA复制”这一重要概念及相关知识的掌握情况。

3总结与反思

对于“DNA复制”这一重要概念的教学，本节课尝试运用5E教学模式展开教学，先在引入环节提出问题：DNA为何复制？DNA怎样复制？与复印机复印纸张一样吗？这一有逻辑关系的问题链可以引发学生认知上的冲突，激发学生探究的欲望和兴趣。探究环节中，学生在教师的引导下，以问题为驱动，展开主动探究的过程，从而体验科学探究的思维和方法。解释环节中，学生分析归纳出DNA复制这一核心概念的定义，阅读教材相关内容及图解，总结出DNA复制这一核心概念的部分内涵和外延，如场所、时期、模板、原料、酶和能量等，并引导学生构建DNA复制的思维导图。接着，在迁移环节，教师利用新问题情境，加深学生对概念的理解，扩充概念的基本内涵。最后，在评价环节，检验学生对“DNA复制”这一核心概念的理解和掌握情况，提升学生对概念的深度分析和理解能力。

在采用5E教学模式的核心概念教学中，学生在教师的引导下，以问题为任务驱动，开展有意义的探究活动，主动思考，相互讨论、质疑和评价，构建了正确的科学概念，提升了科学探究能力，也有助于对大概念的深入理解和形成，发展了生命观念。同时，学生在深刻理解和应用概念的基础上也提高了抽象与概括、分析与综合、归纳与演绎等科学思维能力，在拓展和应用概念的过程中培养了社会责任感，从而达到提升生物学学科核心素养的目标。