“5E”教学模式下“捕获光能的色素和结构”的教学设计

尹 涛 张佳艺 朱 梅（北华大学理学院 吉林吉林 132013）

1 教材分析及设计思路

“捕获光能的色素和结构”是人教版生物《必修1·分子与细胞》第五章“细胞的能量供应和利用”第四节“能量之源——光与光合作用”第一课时的内容。该教学内容主要包括“绿叶中色素的提取和分离”实验、叶绿体的结构、叶绿体的功能，在本章中起着承前启后的作用，前承细胞能量的直接来源ATP的相关内容，后启光合作用的原理和应用，是高中生物课程标准明确指出的重点内容。本节知识以实验探究活动为主线，较易调动课堂氛围，适合运用“5E”教学模式开展教学。笔者的教学设计依据“5E”教学模式，从“吸引”“探究”“解释”“精致”和“评价”五个环节进行了教学尝试，旨在引导学生运用科学的思维领会探究学习的内容。

2 教学目标

（1）能够运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等方法讨论叶绿素的功能和结构。

（2）能够针对“叶绿素的提取和分离”实验，进行观察提问、实验分析以及结果的交流与讨论；乐于投入到学习任务中，善于团队合作。

3 教学过程

3.1 吸引（Engagenment）

教师营造一个良好的学习氛围，吸引学生的注意力，启发学生思考，使学生积极参与到学习任务中，暴露学生已有概念中认识的不足，这是构建新概念的前提。

教师提问：同学们，你们知道农民在选择塑料薄膜覆盖大棚时偏爱哪种颜色的薄膜吗？学生联系生活经验，很容易答出是透明的薄膜。然后，教师接着追问：“为什么会这样选择？有什么意义呢？”学生通过自己的认知，发散思维并回答。教师依据学生的答案，继续追问：“能通过更多的光是怎样影响植物的生长情况的？”接着，教师用多媒体展示一组图片：大棚盖有透明的薄膜；大棚盖有蓝紫色的薄膜；大棚在A的基础上悬挂了一枚蓝紫色的灯，在大棚盖有透明薄膜的基础上悬挂了一枚红色的灯。教师说明：“同学们，你们觉得农民伯伯为什么要这么做？在初中阶段，已经知道植物能进行光合作用，是因为其中含有一些能吸收光能的色素，这些色素可能位于哪里呢？这些问题都将在本节的学习过程中逐一攻破。”

设计意图：教师立足于学生日常生活经验，创设联系生活的问题情境，引起学生的学习兴趣，诱发学生主动思考，激发学生的探究意识，并使学生通过一组图片获取感性认识，从而导出本节课的学习任务——捕获光能的色素和结构。

3.2 探究（Exploration）

教师要把课堂还给学生，让学生做课堂的主人。这样学生的智慧和潜能才会得以激发，才能在探究中观察、分析、发现并解决问题。

步骤（1）：明确实验原理，了解相关药品。

根据学生们的猜测——色素很可能存在于叶片中的叶绿体，教师提问：怎样把色素提取出来呢？并引导学生说出：研碎叶片，将滤液过滤后可得色素。教师追问：色素会被滤出吗？教师引导学生说出：用能溶解色素的溶剂。课前教师有要求学生进行预习，所以学生能答出溶剂为100%酒精。教师补充：“其他的有机溶剂也可以，如石油醚、丙酮、苯。本节课使用的是纯酒精。过滤后得到色素的滤液，如何让各种色素分离呢？”兴趣小组的学生由于课前做了充分的准备，做了很好的回答：因为色素在层析液中溶解度不同而在滤纸上扩散速度不同，色素就可以在滤纸上被分开。

实验材料用的是兴趣小组带来的菠菜叶；药品有纯酒精、层析液、SiO2和CaCO3。加入SiO2是为了使研磨更充分。加CaCO3的目的是保护色素，以防研磨过程破坏叶绿素。教师通过对实验原理的解读，让学生由感性认识上升到理性认识。

步骤（2）：掌握实验的操作流程，参与实验探究。

①提取色素。在加药品时，有学生提出：是否酒精加的越多效果越好？研磨的速度应该如何把握？对着光看滤液的颜色应该是什么颜色？学生带着各种不解，开始亲自动手进行“色素的提取”实验，教师在一旁指导。实验中，学生通过小组讨论得出：研磨过程时间越短越好；药品酌量添加，并不是越多越好；色素提取液的颜色是绿色。

②分离色素。为使实验成功得到色素带，学生需要解决：如何在滤纸条上划一条细、齐、直的线。教师为学生提供盖破片和毛细吸管。学生讨论后得到两个方案：用毛细吸管吸取滤液，再划到滤纸上；用盖玻片蘸取少量滤液，再将其印到滤纸上，划和印都要重复三次，每次划和印都有一定的时间间隔。每个小组都尝试两种方法，并比较哪种方法更好。接下来，各小组将滤纸条放在层析管中开始层析实验。这个过程中需注意：试管口要塞好棉花；层析液的液面不能高过滤液线。教师对学生不熟悉的操作进行悉心指导，让学生在活动中掌握纸层析的方法。学生在实验过程中提高了生物学实验研究技能，培养了用实验验证科学结论的习惯。通过学生对实验的亲身体会实现由理性认识到实践的飞跃。

设计意图：通过以上的教学引导，学生体验探究过程并且乐于思考问题，培养了科学思维能力。学生在合作与交流中能力得到了提升，生物学核心素养得到了发展。

3.3 解释（Explanation）

探究结束后，教师要求学生用自己的话解释探究结果，形成初步概念。然后，教师给出相关的科学的解释，帮助学生精准掌握新知识。

各小组展示实验结果，并派代表到讲台板演。多数小组可得四种颜色的色素带，教师向提问学生各色素带宽窄情况。学生对实验结果进行展示。教师引导学生说出：从下到上依次为黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色。教师提问：色带的宽窄体现了什么？多数学生认为是由于色素中的含量不同而引起的。教师追问：色素带的顺序体现了什么？此时，仅少数学生能正确地说出是由于色素分子在层析液中的溶解度不同而扩散速度不同。教师进行补充，并要求每组都进行组内自我评价、小组间相互评价，最后给出评价。

设计意图：科学探究最重要的是探究过程。学生能够从探究活动中学到知识、锻炼能力、发展生物学核心素养。

3.4 精致（Elaboration）

教师安排一个学习任务，并对学生进行提问，从而精致和发展知识，加强学生对新概念的理解，产生解决方案内化到学生的认知结构中。这是一个不断完善的过程。

学习“叶绿体的功能”时，教师介绍了恩格尔曼的水绵实验。学生阅读资料1和资料2，并思考：

①实验中可以得出怎样的结论？

学生认真读图1，可知：叶绿体产生了氧气，光合作用在植物细胞的叶绿体中进行。

图1 恩格尔曼的水绵实验示意

②学生开始对整个实验的材料和条件控制等因素分析：首先实验材料选得好，水绵的叶绿体呈带状，通过好氧菌可确定释放氧气多的部位，容易观察。其次条件控制得好，在没有空气的黑暗中实验，排除氧气和光的影响；由于水绵独特的叶绿体形态，在叶绿体上会形成光照不均的自身对照。然后教师引导学生阅读资料2内容，学生头脑中便会产生叶绿体是进行光合作用的场所这样的概念。师生在共同来总结叶绿体的功能：吸收光能，进行光合作用。

③具有这些功能的结构基础是什么？学生经过教师的启发后，可以答出：类囊体薄膜上分布着色素，基质和基粒中都含有光合作用相关的酶。

在此基础上，教师再抛给学生两个问题，引发学生思考：

①植物叶片的颜色随着季节会出现怎样的变化？这其中蕴含了什么道理？

②海洋中的绿色植物的垂直分布与光照有什么关系？

设计意图：通过在课堂教学中设置问题串来激发学生的探究热情。在学生已获得的概念“叶绿体的结构”的基础上，教师利用恩格尔曼的实验让学生体会生物体结构与功能相适应，从原有的感性认识上升为理性认识，将理论知识与实践应用相结合，有效地落实了课堂教学内容。教师要检测学生对知识点的领会状况，是否可以对学习内容进行学以致用。

3.5 评价（Evaluation）

教师要重视学生对课程内容的把握，了解学生是如何运用新的概念和方法来解决问题的。同时，教师应鼓励学生及时进行相互评价和自我评价，可以通过提问、小组讨论和板演、记录学生动手能力等来评价学生。

本节课在多个环节对学生进行着评价，既有相对独立的评价环节，又有与其他环节相融合的评价，如在解释环节要求学生到讲台上进行实验方案和实验结果的展示。作为本节内容的独立评价环节，笔者运用的是正式评价和非正式评价相结合，正式评价要求学生以小组为单位撰写绿叶中色素的提取和分离实验的实验报告，而非正式评价则是以教师引导学生回顾课堂学习内容，在进行知识点梳理时，根据学生的表现进行的口头评价。

设计意图：通过实验报告的书写情况反馈学生在实践中遇到的障碍，帮助教师了解学生，利于解决学生的问题，更好地落实课堂教学内容。

4 教学反思

本节课的教学设计中，在“吸引”阶段，通过大棚薄膜的选取创设了良好的情境，激发学习兴趣，吸引学生关注新内容。在“探究”阶段，教师引导学生回答绿叶中色素的提取和分离方法，引领学生体会实验流程，实现学生认知发展的两次飞跃。在“解释”阶段，教师引导学生对“绿叶中色素的提取和分离”实验的流程和方法进行解释，师生互动交流、表达观点。在“精致”阶段，教师引导学生分析恩格尔曼的水绵实验，并抛给学生新的问题，让学生对叶绿素结构和功能的理解更加深入。在“评价”阶段，考虑到学生学情，采用正式评价和非正式评价相结合的方式及时反馈学习效果。

由此可见，运用5E教学模式开展教学活动符合学生的认知发展水平，有利于学生积极参与到教学活动中来，促进学生的自主学习。通过这样的探究教学，学生对每一个环节都留下了深刻的印象，个人能力也因教师的精心组织和引导得到大幅度提升。