例谈5E教学模式在高中生物实验教学中的应用

李盛丰 胡超

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》将生物学科核心素养凝练为生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，并强调了培养学生的生物学核心素养。以建构主义为基础的5E教学模式可以多方面培养学生的科学思维和科学探究能力，促进核心素养的落地。

1 5E教学模式简介

5E教学模式是美国生物学研究会（BSCS）在由初步探究（exploration）、概念引入（term introduction）和概念应用（concept application）三个环节构成的Atkin-Karplus学习环教学模式的基础上，基于建构主义理论和概念转变理论提出的一种新的教学模式。该教学模式包括5个教学環节，即吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation），如图1所示。其中，探究、解释和迁移与Atkin-Karplus学习环中的三个环节相对应，而吸引和评价则是新增的两个环节。在进行吸引、探究、解释、迁移四个阶段后，也可根据需求再次进行探索、解释、迁移等步骤，或评价后再次循环探索、解释、精致化等环节，以达到教学目的。

2 5E教学模式在“探究影响酶活性的条件”实验教学中的应用

生物学是一门以实验为基础的科学，探究性实验是落实科学探究能力培养的重要抓手。“探究影响酶活性的条件”是人教版高中生物《必修1·分子与细胞》第五章第一节的内容，是高中生物教材中为数不多的探究性实验之一。影响酶活性的因素有许多，如温度、pH、激活剂、抑制剂等。5E教学模式在实验教学中的应用过程如图1所示。

2.1创设情境，提出问题

联系学生的生活实际，针对生活中常见的生活现象提出问题。例如，学生在洗碗时，发现热水清洗油污的效果远远好于凉水。因此，许多学生在洗衣服时，加入加酶洗衣粉后，习惯先用热水浸泡一段时间再洗。教师可就此现象提问：使用加酶洗衣粉时，用热水浸泡效果真得好吗？学生通过初中阶段的学习，已经知道胃液的pH为0.9-1.5，小肠液的pH为7.6。教师可提出问题：胃蛋白酶随食糜进入小肠后，能继续发挥作用吗？从而引导学生结合酶的作用和本质，思考并讨论温度、pH对酶的活性是否有影响，使学生意识到探究温度和pH对酶活性的影响的必要性。教师针对学生日常生活中习以为常的现象提出质疑，能引起学生强烈的认知冲突，激发学生强烈的探究欲望。

2.2设计实验，亲历探究

结论的得出需要实验结果的支持。教师要求学生分组，讨论实验设计，思考下列问题：如何设计实验探究温度和pH对酶的活性是否有影响？自变量和因变量是什么？用什么指标来反应酶活性的变化？然后，各组汇报自己的设计思路，教师对思路进行评价，并在总结各组设计方案的基础上，整理出较为科学的实验思路，如图2、图3所示。教师给学生提供唾液淀粉酶和过氧化氢酶以及其他的实验材料与用具，并组织学生分组讨论：探究温度和pH对酶活性影响时，分别采用哪种酶作为实验材料较合适？为什么？如何控制实验的自变量，检测因变量？实验的预期结果与结论是什么？在学生讨论、交流、互相评价的基础上，教师完善统一的实验方案并组织学生进行实验：以唾液淀粉酶为材料，设计温度梯度，以反应后剩余的淀粉与碘液反应的颜色深浅为观测指标探究温度对酶活性的影响;以H202酶为材料，设计pH梯度，以反应过程中气泡数量的多少为观测指标探究pH对酶活性的影响。

全班学生分成两个大组进行实验：一组探究温度对酶活性的影响，另一组探究pH对酶活性的影响。将每个大组按3或4人一小组，分成若干个小组，各小组独立进行实验操作。由于实验过程所涉及的温度或pH数据较多，操作过程较复杂，教师要提醒学生对操作过程统筹安排，组员间做好分工合作。实验过程中，教师不断巡视、观察各组学生实验进展情况，对实验过程中出现的典型问题及时给予指导，并解答学生的疑惑，同时提醒学生及时记录实验数据。教师还要注意提醒学生：在探究温度对酶活性的影响实验中，在酶与底物混合前，要先分别保温然后再混合;在探究pH对酶活性的影响时，可以采用排水法收集气体，定期记录实验数据。

2.3结果展示，分享交流

实验结束后，各小组分别汇报实验数据，并指出实验结果与预期结果是否一致、实验结论是什么。教师及时对学生的实验结果进行归纳整理，并在学生汇报结束后对实验过程、实验结果及结论进行点评分析，着重分析无关变量对实验结果的影响。例如，在探究温度对酶活性的影响实验中，全班各组都能得出唾液淀粉酶的最适温度为37℃左右，但各小组在不同温度下所得到的实验结果并不完全相同。由此，引导学生讨论实验过程，并分析对实验结果造成影响的无关变量的设置情况，如酶的用量、反应时间、淀粉用量、检测结果时碘的用量等。并在分析事实的基础上，引导学生归纳总结科学探究实验中如何设置自变量、控制无关变量、检测因变量。

2.4融会贯通，举一反三

经历探究温度和pH对酶活性的影响，学生已初步掌握科学探究实验设计的单一变量原则：无关变量应适宜且相同，自变量应具有可操作性，因变量应客观可测。教师要结合对照原则，引导学生进一步设计实验探究激活剂Cl-和抑制剂Cu2+对唾液淀粉酶活性的影响，同时设计实验记录表（表1），进行实验探究，并得出实验结果及结论。

2.5 多元评价，总结提高

实验教学评价应贯穿于整个实验教学过程：在实验教学之前，需要对学生的学情进行诊断性评价，有助于确定教学的起点，实验教学活动应基于学生已有的知识储备开展。本节实验教学之前，学生已学习自变量、因变量、无关变量的概念，并学习了实验设计的单一变量原则。因此，教学前，教师应对学生进行个别提问，以了解学生对相关基础知识的掌握情况。在实验教学过程中，教师需要对加样、保温操作、pH的调节与测定、结果观测等实验操作的各个环节进行形成性评价，及时了解实验进展并发现实验过程中存在的问题，及时进行反馈和指导，提高学生的动手实践能力。在实验结束时，应对实验结果进行终结性评价，关注实验结果与预期结果是否一致、能否支持实验结论，有助于了解学习目标的达成情况。同时，还需要引导学生对自己的实验设计、实验操作、结果分析等环节进行反思与评估，提高学生的实验探究能力。

3小结

教师灵活运用5E教学模式的五个基本环节进行高中生物实验教学，能帮助学生主动构建科学概念，提高学生的实验探究能力。本实验教学过程在吸引环节，通过洗碗、洗衣服等常见的生活情境激发学生的认知冲突，吸引学生的学习兴趣，引发学生的探究欲望。在探究环节，为学生提供实验探究所需要的材料用具，引导学生自主设计实验并进行实验探究，用丰富的实验结果支撑“酶的作用条件温和”这一概念。在解释环节，引导学生对各组出现不同的实验结果的原因进行交流讨论，总结出无关变量对实验结果的影响。在迁移环节，鼓励学生运用已经掌握的实验设计思路与方法，设计实验进一步探究“激活剂和抑制剂对淀粉酶的影响”，进一步丰富了“酶的作用条件温和”概念的内涵。评价环节贯穿实验教学的始终，教师通过参与、观察、倾听、提问等环节，对学生的实验设计、实验操作、实验结果等进行全方面评价并及时提供反馈信息，提高实验教学的效果。