基于5E教学模式进行中学生物学开放式实验教学的探索

宋少东 金丽

【内容摘要】依据5E教学模式吸引、探究、解释、精致和评价五个环节，设计了“绿叶中色素的提取和分离”一节的开放式教学方案，探索了在中学生物学实验教学中的应用。实践可知，5E教学模式能为教师在中学生物学开放式实验教学的设计中提供有效支持，也能够培养学生观察思考和探究的良好习惯。

【关键词】5E教学模式中学生物学开放式实验教学

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中指出，生物学课程要求学生主动参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中获取生物学知识，养成科学思维的习惯，强调学生的主动参与，让学生积极参与动手动脑的活动，通过探究性活动加深对概念的理解，提升知识的应用能力，能用科学的观点、知识、思路和方法，探讨或解决现实生活中的某些问题[1]。

5E教学模式是基于建构主义和概念转变理论提出的，内容包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、精致（Elaboration）和评价（Evaluation）五个环节，提出后在教学实践中得到了广泛的应用和认可[2]。该模式最大的优点是允许学生探究并深入地学习，对学生认知能力的提高，探究精神的培养，科学概念的构建和知识的应用等方面具有很高的价值，适用于开放性问题的教学[3]。

综合以上，将5E模式应用于高中生物学教学中的方案设计与实施指导，对于完成课程标准的要求和培养学生积极主动的精神，应有比较好的效果。根据这一模式的原理，本文将以实验课“绿叶中色素的提取和分离”为例探索5E模式在高中生物学实验教学中的应用。

一、教材与学情分析

“绿叶中色素的提取和分离”是人教版高中生物学教材必修一中的核心实验之一，承接前一节捕获光能的色素和结构的内容，既突出了实验在中学生物学教学中的基础性地位，又很好地加深了学生对基础知识的理解和升华。该实验既要求学生能熟练掌握实验技能，又能够深入理解实验原理，并且能利用实验的原理和方法解决一些实际问题。该实验按照常规要求属于验证性实验，验证绿叶中色素的种类、含量及颜色，为了符合课程标准的理念要求，将此实验改为探究性实验，并加大其开放性，这样既可以使学生掌握原理与方法，也可以激发学生对探究的兴趣和解决实际问题的能力。

从学生方面考虑，通过以前的学习，此时已经初步掌握了探究实验的基本原则和思路，可以自己设计一些探究实验。课前要求学生预习实验的基本操作方法，上课时通过设置适当情境，略加引导，能够激发学生进行思考，学生也能够设计并完成实验。这样可以使学生对实验原理和相关知识的掌握直接上升到应用层面。

二、教学目标

（1）掌握并理解色素提取和分离的原理与方法，了解叶绿体中的色素种类、含量、颜色;（2）培养学生观察分析现象和提出问题、解决问题的能力，提高积极思考与创新的能力;（3）通过开放性实验探究，培养学生严谨的科学态度和严密的逻辑思维，使学生学会分析实验的现象和结果，进行拓展性思考，推出结论。

三、教学准备

实验材料：实验前五天购买菠菜，非保鲜条件下室内阴凉处保存;实验当天购买新鲜菠菜、莴笋叶，洗净、晾干表面水分备用。其他实验药品与器具按照教材要求准备。

四、教学过程

1.吸引

教师首先创设有意义的学习情境，以吸引学生的注意，并且引导学生对教师提供的现象、情境或问题进行思考，结合已有的基本知识和生活经验，得出初步的假设，这是学习和探究科学概念的重要前提。在“引入”环节，要激发学生探究的欲望，學生开始对习以为常的现象进行关注和思索，这是实现科学探索的重要前提。

实施过程中，首先展示菠菜、莴笋的新鲜成叶（绿色深浅不同），再展示菠菜深绿色叶片和发黄的叶片，并视频播放叶片由绿变黄的过程。让学生交流发现的现象，引导学生思考为什么同是绿叶，颜色有深有浅;叶片变黄的内在原因是什么。经讨论，学生提出两个假设：（1）不同植物的绿叶颜色深浅不一可能是色素种类或含量不同导致的;（2）绿叶变黄可能是色素的种类或含量发生了变化。

这一环节重要的是引发学生的注意和思考，鼓励学生大胆假设，对学生的思考偏差不急于否定，而是通过引导使其自己发现问题，回到正确的思路上。

2.探究

这一过程中，教师的主要任务是促进学生的探究，鼓励学生大胆思考，谨慎操作，必要时以问题或建议的方式给学生做出指导，尤其是对流程的优化和操作的规范方面，以提高实验的效率。

将学生分为两个大组，分别做两个对比试验：第一大组的各小组用等质量的新鲜菠菜叶片和莴笋叶片探究不同植物叶片颜色深浅不同的原因;第二大组的各小组用等质量新鲜菠菜叶片和不新鲜、颜色略微发黄的菠菜叶片探究叶片变黄的原因。按照教材实验流程，无水乙醇提取并用纸层析法分离色素。

“探究”环节是5E教学的中心环节，教师的任务是观察，引导和帮助，了解探究的进度和深度，及时发现学生出现的错误并给予提示纠正，使学生在纠错过程中建立正确的观点和概念[4]。

3.解释

探究过程完成后，要求学生自己解释探究实验的结果，形成初步结论。之后，再由教师给出科学的解释、结论或原理。这是使新概念、新理论或新方法明确化和内在转化的过程[2]。本实验中，设置了交流发言的方法来完成该过程。

实验操作结束后，请各小组展示实验结果，并交流发言。

小组代表1：我们小组用等质量的菠菜叶片和莴笋叶片做探究不同植物绿叶颜色深浅不同的原因的实验，菠菜叶片的绿色要比莴笋的深一些。对色素进行提取和分离后，我们发现两种叶片都含有四种色素，而且留在滤纸条上的色素带颜色基本相同，说明菠菜和莴笋叶片中的色素种类是相同的。但是用菠菜叶片得到的四条色素带比莴笋的颜色更深，宽度也更宽，说明菠菜叶片颜色比莴笋深是因为色素含量更高导致的，而不是因为色素种类不同。

小组代表2：我们小组用新鲜的和发黄的菠菜叶片做了探究绿叶变黄原因的对比试验，新鲜叶片是浓绿色的，不新鲜的叶片颜色略微发黄。经提取和分离，并进行对比后，发现不新鲜的叶片四条色素带颜色均变浅，说明各种色素均有减少，进一步观察发现胡萝卜素和叶黄素颜色变化较小，而叶绿素a和叶绿素b的蓝绿色和黄绿色色素带变浅得非常明显。（教师追问：为什么叶绿素颜色变浅得更加明显呢？）这可能是两种叶绿素化学性质不够稳定，分解程度较严重造成的。

这一过程的进行，能锻炼学生分析现象，推导结论的能力，能帮助学生巩固基础知识和基本理论，并提高交流能力。交流过程中，教师适时给予肯定或引导思考，使学生在交流中碰撞思维，不断延伸思考，获取新的知识。

4.精致

这一过程指新概念、新知识不断精致化的过程，指的是学生获得新原理、新概念或新方法后，运用新原理、新概念、新方法来解决新问题或解释新现象。所以教师需要提供足够的机会让学生深入探讨，更多参与，实验教学尤其如此。

实验结束后，引导学生思考生活中有关植物色素的现象。经过思考，学生又提出了一些新的想法：如，橙色或黄色的花瓣、橘皮、枸杞所含色素是否就是类胡萝卜素;紫色洋葱鳞片叶中的色素与绿叶中的色素有哪些区别，等等。在此基础上，鼓励学生在课后写出实验方案，准备实验材料，约定实验室开放时间，在课后完成相关实验，并得出相应结论。整个过程中，着重引导学生对相应的概念、原理和方法进行归纳总结，使其从方法到理论全方位地内化新知识。

5.评价

在开放式实验教学中，适时评价对鼓励学生养成探索的习惯，发展科学的思维具有重要意义。对该实验课的评价包括过程性评价和结果性评价。教学过程中要对各个环节，包括学生发现并提出问题，确定实验目的，设计实验方案，操作过程，实验后对实验结果的分析和最终得出的结论都进行适时评价。在时间充足的条件下，还可以让学生展开自评和互评，让思维在不断冲撞的情况下，加深对概念的理解深度，完善知识掌握的准确度。

“评价”环节既能加强学生对概念的理解与巩固，也能强化探究精神，培养实验素养和科学思维。

五、教学反思与结语

本节教学中，以“5E”为理论基础，按照实验教学的具体特点，设计了实施方案，取得了良好效果。在“吸引”环节，利用生活中常见现象，引导学生思考，并提出问题，有助于养成学生观察现象并提出问题的习惯。“探究”环节，直接应用教材中的实验技能解决新的问题，有利于基础知识的巩固和基本技能的应用。“解释”环节，交流结果过程中，能够进行思维的碰撞，激发新的科学灵感，还能够延伸所学，上升到理论层次。“精致”环节，引起学生进一步探究的兴趣，让学生更加积极地参与动手动脑的活动，这是开放式实验的最终目的所在。“评价”环节，能强化学生的求知欲望和探究兴趣，也可以及时纠正思维偏差和操作错误，构建准确概念，在开放式实验中，该环节会面对很大的不确定性，要求教师有非常充分的准备。

通过实践可知，5E教学模式能为教师在中学生物学开放式实验教学的设计和实施中提供有效支持，也能够激发学生的探究兴趣，使学生在实验过程中培养观察和思考的习惯，强化科学思维，提高探究能力，在对知识和概念的理解巩固方面也有很大帮助。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020：1-2.

[2]王健，李秀菊.5E教学模式的内涵及其对我国理科教育的启示[J].生物学通报，2012，47（3）：39-41.

[3]张杏娟，刘恩山.5E教学模式在发展学生能力和课程建设中的价值及作用[J].生物学通报，2015，50（2）：21-23.

[4]吴成军，张敏.美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其本质特征[J].课程·教材·教法，2010，30（6）：108-112.

作者简介：宋少东，男，汉族，西南大学附属中学校，教育硕士学位，高级教师;金丽，女，汉族，西南大学生命科学学院，博士，副教授，碩士生导师。

（作者单位：1.西南大学附属中学校;2.西南大学生命科学学院）