“5E教学法”对高中生物实验探究学习力的提升

杨祎

摘 要：“5E”教学模式的5个步骤是：吸引、探究、解释、迁移和评价，这5个步骤是基于建构主义的5个步骤，在高中生物实验中采用“5E”教学模式能够有效提高学生的生物实验探究学习能力。将微课的微视频手段融入“5E”教学法的5个步骤中能够使“5E”教学法的拓展性更强。以“洋葱质壁分离和复原实验条件与材料的探究”为例，阐述基于微课背景的“5E”教学法在学生生物实验探究学习力提升中的应用。

关键词：“5E”教学法;微课;探究学习力;质壁分离

高中生物核心素养的关键能力之一是生物实验的探究能力，美国生物课程研究专家贝尔开发提出的5E教学模式，倡导以激发学生的探究兴趣为起点，通过吸引、探究、解释、迁移和评价5个阶段开展探究学习。

一、教学思路分析

质壁分离和复原实验是苏教版高中生物学教材必修1《分子与细胞》中的经典探究实验，也是高中生物必修阶段重点考查的典型实验之一。蔗糖质量分数浓度为0.3 g/mL，在该蔗糖浓度下质壁分离和质壁分离复原实验的效果好，如果实验时间过长或蔗糖浓度过高会造成植物细胞的死亡，如何设置蔗糖溶液的浓度梯度，探究哪一个浓度的蔗糖溶液能够在保证实验效果的情况下，实验时间最短成为学生新的探究起点。

洋葱外表皮有紫色的大液泡容易观察到质壁分离现象，但是洋葱的刺激味道太强，是否可选用身边的植物获得和洋葱一样的实验效果成为学生感兴趣的又一探究热点。

从已有的实验现象中提出问题，由问题驱动学生开展新的探究，可以有效地激发学生的探究学习热情，这两个问题都是关于同一个实验的不同探究点，可以结合起来让学生分组开展探究，采用“5E”教学法引导每一组学生运用一种材料在一种浓度下开展植物细胞质壁分离的实验，通过微视频的记录以后分析交流实验结果。结合“5E”教学法通过自己动手开展探究实验，能提高学生的实验探究学习力。在探究实验过程中采用微课的手段进行学习和记录能有效地缩短探究实验的时间，促进学生之间的合作与交流。

二、基于“5E”模式的教学流程设计

（一）吸引——创设情境

播放生活中的视频，腌制的西红柿有大量的水分逐渐渗出。启发学生思考是什么原因导致了植物细胞失水？学生通过思考后回答，当外界溶液浓度高于细胞液浓度会导致细胞失水。在日常生活中，还有萝卜条在盐水中逐渐变软。植物细胞失水在显微镜下能观察到怎样的现象呢？学生都能回答出是质壁分离现象，并能够回答出观察植物细胞质壁分离实验的相关实验步骤。

播放学生以洋葱外表皮为实验材料做植细胞质壁分离与复原实验的视频，在看自己动手操作实验的视频的过程中，学生又回顾了实验操作的具体步骤，回忆起当时操作的各种细节。特别是对洋葱气味刺鼻，要觀察质壁分离操作时间很长这个细节记忆犹新。引导学生思考能否运用身边的植物材料来探究什么浓度的溶液条件下植物细胞质壁分离的时间比较短，有利于实验的观察。

（二）探究——依托教材

通过视频回顾自己做过的实验，学生提出可以利用校园植物为材料，通过对比实验探究不同植物材料在系列浓度蔗糖溶液条件下，发生质壁分离与复原的程度不同，从而探究更好的植物材料和蔗糖溶液实验浓度。为了有效地开展实验可以依据材料的不同分小组进行蔗糖溶液密度实验的探究，在实验过程中每小组可以通过视频的拍摄将结果记录下来，最终通过视频的记录绘制表格，统计数据得到所希望的实验结果。

1.仪器：数码显微镜（带拍摄功能）、剪刀、镊子、滴管、烧杯、目镜测微尺、镊子、刀片、载玻片、盖玻片、吸水纸等。

2.材料与方法：紫鸭趾草、金鱼藻、红枫叶、蒸馏水等。

3.试剂配制：通过资料查阅得知与洋葱细胞液等渗的蔗糖溶液质量分数为0.19 g/mL～0.27 g/mL，教材中采用的蔗糖溶液浓度为0.3 g/mL，根据实验要求依次配制质量浓度为0.3 g/mL、0.35g/mL、

0.4 g/mL、0.45 g/mL、0.5 g/mL 的蔗糖溶液。

4.观察与制片：

（1）制片：根据实验植物材料的不同，每种材料制作临时装片各3张，依次进行编号。用低倍镜观察植物细胞液泡的大小及原生质层的位置拍照做记录。（2）引流分离：保持镜头与装片的位置不变，对不同植物材料的3张临时装片分别用质量浓度0.3 g/mL、0.35g/mL、0.4 g/mL、0.45 g/mL、0.5 g/mL蔗糖溶液进行引流分离操作，同时开始录像记录不同植物材料在不同浓度的蔗糖溶液条件下发生质壁分离的时间，然后迅速用清水引流，在显微镜下观察植物细胞质壁分离与复原的现象。

如果数码显微镜带有显微标尺，还可以采用测定B/A比值来判别植物细胞发生质壁分离的程度。具体的操作步骤如下：打开数码显微镜和计算机设备，先用低倍镜观察未发生质壁分离前各种植物材料细胞的形态和结构，再用不同浓度的蔗糖溶液滴加在玻片一侧，用吸水纸在另一侧引流，观察记录不同植物材料发生质壁分离的时间，截取视频图像，用显微镜测微尺测量植物细胞长度A和原生质纵向长度B，记录数据计算 B/A 的值。

5.数据统计：将实验过程中拍摄的视频，按照编号统计相关的实验数据填写在实验报告的表格中，主要对比不同实验材料在不同浓度的蔗糖溶液条件下发生质壁分离的时间的不同。

（三）解释——层层推进

通过表格中的数据分析可以得知，不同质量浓度梯度的蔗糖溶液处理15分钟以后各植物细胞都发生了质壁分离现象。相比较而言，0.3 g/mL～0.35 g/mL蔗糖溶液处理15 min 后，装片边角细胞均发生质壁分离现象，装片中央细胞有的还没有发生质壁分离现象，发生质壁分离现象细胞的原生质层收缩程度比较小。而质量浓度0.4 g/mL 到0.5 g/mL蔗糖溶液处理15 min 后，视野中的细胞都发生了质壁分离现象。

因此，植物细胞质壁分离现象存在浓度—时间效应，从数据分析中可以看出同种植物在相同时间内发生质壁分离现象的细胞比例与蔗糖浓度成正比，同种植物细胞发生质壁分离所需要的时间与蔗糖溶液浓度成反比。当蔗糖溶液为0.5 g / mL时，8 min 后发生了质壁分离植物细胞比例为100%。观察质壁分离现象的效果较好，0.4 g/mL～0.45 g/mL蔗糖溶液处理所需时长大约在10～12分钟之间。而当蔗糖溶液浓度为0.3 g/mL时，15分钟后发生质壁分离的细胞比例为60%～85%。

蔗糖溶液浓度越高，植物细胞发生质壁分离复原的时间越快，当蔗糖溶液为0.3 g/m L～0.35 g/mL时，8～20分钟后植物细胞发生质壁分离复原，当蔗糖溶液浓度为0.4 g/mL～0.45 g/mL时，7～10分钟后植物细胞发生质壁分离复原，当蔗糖溶液浓度为0.5 g/mL时，处理后的植物细胞几乎不发生质壁分离复原。0.5 g/mL

蔗糖因为实验组不发生质壁分离的原因，该组实验的植物细胞几乎都是死亡的。通过实验数据的比较分析发现，0.45 g/mL 蔗糖溶液完成质壁分离和复原整个过程所需的时间相对较少，发生质壁分离的细胞也都复原。

不同实验材料对观察植物细胞质壁分离现象也有一定的影响。紫鸭趾草细胞液泡紫色，细胞大小适中，0.45 g/mL 蔗糖溶液浓度下发生质壁分离的时间在1 min 左右，质壁分离程度明显，10分钟左右100%的细胞发生质壁分离。紫鸭趾草细胞保卫细胞数量比较多，而且分离以后原生质层形状不规则，影响到质壁分离实验现象的观察和原生质层测量的准确性。

金鱼藻细胞含有丰富的叶绿体，相同质量浓度的蔗糖溶液条件下，发生质壁分离时间最短。当蔗糖溶液为30%时， 在35 s 内金鱼藻细胞发生质壁分离。但是由于金鱼藻细胞原生质層是无色，含有大量的叶绿体，观察质壁分离的效果不是太理想。

红枫叶液泡颜色鲜艳，细胞原生质层形状规则大小适中，有利于实验数据的采集和测量，在相同浓度的蔗糖溶液条件下，发生质壁分离的时间没有紫鸭趾草外表皮细胞快，当蔗糖溶液浓度为0.45 g/mL时，2 min内发生质壁分离，质壁分离程度明显，12分钟左右100%的细胞发生质壁分离，能够满足缩短实验时间保证实验效果的需要。

总体分析紫鸭趾草外表皮细胞和红枫叶细胞质壁分离效果较好，但前者细胞太小，气孔和色素多，影响观察;红枫叶细胞形态规则，颜色明显，发生质壁分离所需的时间较短，质壁分离程度明显，原生质层形态规则近椭圆形，是可以替代洋葱外表皮细胞作为实验的理想材料。

（四）迁移——联系生活

通过一系列实验，学生认识到不同植物细胞发生质壁分离和质壁分离复原现象的外界溶液浓度是不同的，当外界溶液浓度高于植物细胞液浓度的时候就会引起植物细胞的失水现象，这也就是我们刚开始所观看到的生活视频中腌制的西红柿出水和盐水浸泡的萝卜条变软的原因。

（五）评价——多元评价

通过微视频的记录，不同小组之间能够通过相互的讨论反思交流自己在实验中间所存在的不足之处，以及实验过程中还有待改进的地方。微视频为学生开展探究实验提供了有力的实验数据记录工具和过程性的评价手段，让学生能够更加形象直观地改进实验设计，深刻体会实验探究的过程。

通过微视频的反思记录，让学生成为整个评价过程的主体，并且在评价过程中得到实验探究学习力的提升和发展，也为其他同学开展生物实验探究实验提供第一手的资料，让生物探究实验能够在已有基础上不断地深入和拓展。

结合微课的“5E教学法”开展生物探究实验，为学生提供了清晰的高中生物实验探究路径，有效提高了学生开展生物实验探究学习的实验设计水平和实际动手能力。

参考文献：

刘娜.微课在高中生物实验教学中的应用探讨[J].中国校外教育，2018（28）：106，121.