5E教学模式在培育生物学社会责任素养中的应用——以“厨余垃圾寻出路”主题研学旅行为例

杨 慧 杨京举

(安徽省铜陵中学 安徽铜陵 244100)

《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称《课程标准》)正式提出生物学学科四大核心素养,其中,“生命观念”“科学思维”和“科学探究”是践行和落实“社会责任”的基础。《课程标准》对“社会责任”这一核心素养给出了包括“结合本地资源开展科学实践”“形成生态意识,参与环境保护实践”等释义,同时也提出了“注意探究性学习活动的课内、外结合”的教学实施建议。研学旅行作为一种新型有组织的出校园、近自然、亲社会、重实地体验与探究的校外课堂形态,其真实的学习实践情境更有利于激发学生运用学科知识进行有效迁移,进而使学生能正确分析和解释社会实际问题,实现对学生社会责任的培育。下文以“厨余垃圾寻出路”生物学主题研学活动为例,尝试将研学旅行与倡导“探究式”的5E教学模式进行有效结合,综合落实生物学核心素养的培养,从而最终促进学生担当社会责任。

1 “5E 模式”应用在生物学研学旅行中的价值

“5E 模式”是一种兴趣与探究并存的教学模式,包括“吸引(Engagement)”“探究(Exploration)”“解释(Explanation)” “ 迁移(Elaboration)” 和“ 评价(Evaluation)”五个既独立又统一的环节,学生可在好奇心的驱动下开启“质疑—探索—实证—纠错—新建”的逻辑认证过程,因此,“5E 模式”契合了《课程标准》倡导的“组织以探究为特点的主动学习”的教学理念,同时也在新知的构建与迁移应用中,有效地落实了对学生生物学核心素养的培养。

生物学研学旅行是“研学”与“旅行”的结合体,是一种以贯穿生物学知识为主体的校外课程,但其在实施过程中易产生一些问题。一方面,相对于传统课堂,“研学旅行”虽能较好地激发学生兴趣,但受限于资源和时间的安排,它容易造成偏重“旅”而轻“研”的现象,会使“研学”在落到实处时大打折扣;另一方面,如果研学环节不够系统,“实地研学”环节重于“前、后期的准备和总结”环节,容易造成“观后即忘”的现象,降低了“行与知”融合的效果。而5E 模式契合于生物学科特点及研学活动的本质,可在有限的实践时间内使研学课堂最大系统化,既利于研学目标的达成,又突显落实生物学核心素养的优势。

2 “5E 模式”下的生物学研学旅行实践案例

2.1 确定研学主题

“健康环境、垃圾分类与资源化”是当前热点议题之一,而“厨余垃圾”在城市生活垃圾中占比较高,因其富含营养物质和水分等特点而独成一类,它在对人们健康生活和环境造成严重危害的同时,也是一种较大的错位资源。本市隆中环保有限公司所掌握的厌氧发酵等先进技术可对餐厨垃圾进行无害再利用处理,为了让学生近距离感知科学处理“厨余垃圾”对保护生活环境和资源再利用有着重要的生态学意义,同时增强学生绿色环保意识的社会责任感,教师确立了以“厨余垃圾寻出路”为目标主题的实地研学活动。

2.2 制定研学方案

教师针对实地研学所具有的“吸引性”“探究性”及“迁移性”等特点,设计了以“5E 模式”为主体贯穿整个研学活动的教学方案(图1)和活动报告单(图2)。本方案主要将“5E 模式”的五个环节有机地嵌合于研学课程的“行前”“行中”和“行后”三个阶段,一方面为学生构建新知体系搭建平台,促使学生“行与知”的有效融合,另一方面也引导学生在“行”“思”“学”的过程中自觉树立生态文明意识和担当建设绿色家园的社会责任。

图1 “5E 模式”下的研学旅行方案流程

2.3 研学前实施“吸引—探究”环节

研学前教师划分学习小组,发放研学报告单并引导组内学生相互合作完成问题探究:①厨余垃圾的特点及对生活环境的影响? ②本市厨余垃圾传统处理方式及其产生的影响有哪些?

小组学生通过生活观察、查找资料了解到:平日里家庭和餐饮业产生的剩菜剩饭及瓜果壳等易腐垃圾属于厨余垃圾,厨余垃圾虽富含有机物(如淀粉、纤维素、蛋白质等)和无机物(水、无机盐),但也极易滋生致病微生物。因此,厨余垃圾堆放时易腐烂产生异味污染大气和生活环境,若其再以地沟油的方式进入食物链回到人体,则对人体健康危害极大。此外,学生通过走访问询了解到本市生活垃圾传统的处理方式以矿坑填埋为主,但众多堆放的垃圾极易因高温自燃而产生有害气体,同时也会导致有害液体下渗而污染地下水源,从而对环境产生危害。

设计意图:教师通过调查探究使学生认识到生活中厨余垃圾的现状和危害性,使学生为即将开展的研学活动储备知识,同时也激发学生为“厨余垃圾寻出路”的好奇心。

2.4 研学中5E 实施的过程

2.4.1 吸引

教师带领学生观察厂区内种植的菜地与绿化植物的分布,在学生了解所施用的肥料种类后,教师及时提出疑问:人工种植的农作物,种群的空间特征是何种类型? 有机肥的原料是什么? 有机肥料与化学肥料间有什么区别?

学生通过种群空间分布相关知识的迁移及信息的提取能很快得出答案,但对于“两种肥料的区别”,教师则不直接给出评价,而是引导学生带着疑问去自行探究。

设计意图:教师让学生直面实地情境,一方面使学生将其所学种群知识迁移应用,另一方面留白问题以吸引学生主动探究厨余废弃物的出路。

2.4.2 探究

首先,教师引导学生在展示大厅开展探究活动一。教师先组织学生自行浏览“餐厨废弃物预处理系统”“餐厨废弃物处理工艺流程图”“厌氧发酵和沼气利用系统”等展示图,并引导他们初步探究厨余垃圾被处理的流程。此后,再由工作人员带领学生一边参观垃圾处理设备和运作生产线,一边讲解废弃物的预处理技术、厌氧发酵等技术处理系统,同时,教师引导学生思考问题:①与传统垃圾处理方式相比,厌氧发酵技术的实质及优势体现在哪里? ②根据厌氧发酵工艺流程并结合所学知识,探讨影响发酵效率的因素可能有哪些? 在此过程中,教师通过适时提问引导学生主动探究,使学生及时将“所见所听”转化为新知,也为学生后续探究无废垃圾做知识铺垫。

在探究活动一后,教师继续带领学生在环保展示室开展探究活动二。学生先观看“厨余废弃物处理技术”的视频,随后,工作人员介绍所陈列的“三相分离”、厌氧发酵后的产物和腐生生物黑水虻。教师根据参观内容,先引导学生解决遗留问题“有机肥与化肥的区别”,而后提出新问题与新要求:①黑水虻属于生态系统中的何种组成成分? ②尝试构建“无废垃圾”循环利用模式图。③从物质与能量的角度分析,厨余垃圾“变废为宝”的生态学意义? 在此过程中,教师通过创设具体情境使学生的旧知得以有效迁移,并以构建模型的方式使学生将探究的新知内化为完整的知识体系。

设计意图:教师通过设疑激思的方式将学生的参观兴趣转化为探究新知的内驱力,并使学生在组内合作交流中探寻出厨余垃圾“变废为宝”的路径,同时提升了学生的学科思维和迁移应用新场景的能力。

2.4.3 解释—评价

解释主要是小组代表展示组内探究成果及小组间讨论交流的过程。评价主要是指学生针对同一探究问题先交换意见进行相互评价、再由教师及时点评完成过程性评价、最后教师总结探究问题的过程。

在探究活动一中,小组代表解释了传统的矿坑填埋对居住环境会造成二次严重污染,而厌氧发酵技术则是利用微生物的分解作用将厨余垃圾进行降解并最终产生甲烷等物质的过程,其会受到温度和pH 等因素的影响,其他小组进一步补充了发酵原料、微生物数量及活性等影响因素。教师点评后总结:厨余垃圾的劣势即危害性,优势即资源性,生产生活中可利用厌氧发酵技术通过多种微生物的共同作用将垃圾中的有机物逐步分解,产生可再利用的沼气和沼渣等物质,从而使厨余垃圾能再被利用。

在探究活动二中,小组代表先从营养成分和土壤受到的影响两个方面对比了两种肥料的优势和劣势,之后阐述了组内合作所构建的“无废垃圾”循环利用模式图,并在组间互评及教师点评中完善模型(图3),接着,教师引导学生领悟模型中“发酵罐中的微生物可利用有机废物中的能量和物质”“发酵产生的沼气作为能源被人类利用”“沼渣经发酵或被分解者黑水虻分解成营养元素全面的有机肥以用来栽培作物”所体现的生态学意义。最后,教师总结:废弃物中的能量通过不同途径被人类所利用,提高了能量被多级利用的效率;有机肥在栽培作物时还田进而实现了物质的循环再利用。

图3 “无废垃圾”循环利用模式图

设计意图:在学生的汇报交流和生生互评过程中,教师的适时点评和总体评价一方面推动学生自我反思,帮助学生构建完整的知识体系,另一方面也使学生领悟到“能量多级利用”和“物质循环再生”在生活实践中的重大意义,从而强化了学生建设绿色家园的社会责任。

2.4.4 迁移

在研学归途时,教师要求学生整理并完善研习报告单,撰写研习成果及体会;同时,教师介绍了本市“可回收垃圾”和“其他垃圾”的无害处理方式以及资源再利用的途径,让学生体会垃圾的源头及末端分类具有重要的意义。

设计意图:教师开展迁移活动,旨在培养学生归整资料的能力,帮助学生树立垃圾分类的意识,提升学生的社会责任核心素养。

2.5 研学后实施“迁移—评价”环节

研学结束后,学生进行了研学成果及心得体会的汇报交流活动。通过这些活动,教师一方面帮助学生进行知识的巩固及有效迁移,使学生在汇报中锻炼及丰富自我表达的能力;另一方面,教师根据学生所写的报告及体会对学生进行综合性评价,指出学生在研学中的不足之处并给予指导,为学生以后研习效率的提高做铺垫。

3 总结反思

“厨余垃圾的出路”中所运用的生物学原理分布在新教材的不同模块中,如厌氧发酵涉及“微生物特性与呼吸作用”、沼渣制肥还田涉及“生态系统的物质循环”等。对于这些知识,传统课堂多偏重概念的讲授,脱离真实情境的同时使学生难以进行实际应用。因此,教师开展贯穿5E 教学环节的生物学主题研学活动,一方面打破了理论与实际间的隔阂,使学生的学以致用得以强化;另一方面在促使学生主动探究“厨余垃圾再利用途径”的同时,使课程渗入了承担与构建健康环境职责的生态意识教育,最终使学生的社会责任核心素养得以达成及提升。