基于“5E”教學模式的高中生物學概念教學實踐
——以“基因指導蛋白質的合成”一課為例

黃靜娜 張 鋒

（1.福建省漳州第一中學 福建漳州 363000）

（2.福建省普通教育教學研究室 福建福州 350000）

1 前言

“5E”教學模式是美國生物學課程研究（BSCS）開發出的一種建構主義教學模式，是目前國內外影響較為廣泛的一種教學模式。“基因指導蛋白質合成”一課中，學生需要掌握“轉錄”和“翻譯”的概念，了解“轉錄”及“翻譯”的過程、意義并運用新概念解決新問題。如果教師直接將概念告知學生，不僅會給學生帶來困惑，也不利于發展學生的學科核心素養。采用“5E”教學模式，通過“吸引—探究—解釋—精致—評價”這五個環環相扣的環節，能激發學生深度思考，有效突破概念教學的難點，有利于幫助學生形成科學概念。

2 運用“5E”教學模式突破“基因指導蛋白質合成”概念教學難點

2.1 吸引——增趣激疑，暴露問題，引出概念

此環節的目標是通過激發學生的學習興趣，在較短時間內暴露學生的前概念，促進學生產生認知沖突，為下一步探究形成新的科學概念埋下伏筆。

教師創設“猜父子”的游戲情境，激發學生學習興趣，使學生明白父親遺傳給兒子的基因是通過控制蛋白質的合成來影響兒子的性狀的。接著，教師設置一系列的問題激發學生思考：①基因主要位于哪里？蛋白質合成的場所位于哪里？②細胞核中的基因如何指導細胞質中蛋白質合成？③基因中堿基的排列順序代表遺傳信息，堿基的排列順序如何轉變成蛋白質中氨基酸的排列順序？通過對系列問題的思考，學生明白“基因指導蛋白質的合成”要解決的的兩大問題——“距離障礙”和“語言障礙”，從而引出接下來所要探究的問題。

2.2 探究——進行探究，突破學習難點，構建概念

此環節的目標是讓學生通過論證式探究，突破“距離障礙”和“語言障礙”難點，自主構建“轉錄”和“翻譯”的概念。

針對表達過程的“距離障礙”，教師鼓勵學生大膽提出自己的猜想并進行論證式探究。學生提出猜想：①是不是基因可以穿過細胞核進入細胞質去指導蛋白質合成？②是不是核糖體可以進入細胞核去進行蛋白質的合成？③是不是存在某種物質游走在細胞核與細胞質之間，充當信使，促成了這個過程的完成？

接著，教師提供事實資料，幫助學生完成探究過程：

資料一：DNA直徑約2 nm，核糖體一般呈圓形顆粒，約29 nm；細胞核的核孔只有0.9 nm。

資料二：科學家布拉舍用變形蟲和洋蔥根尖為實驗材料進行實驗：①用RNA酶分解細胞中的核糖核酸（RNA），蛋白質合成就停止。②如果將從酵母中抽提的RNA再次加入，蛋白質的合成便有一定程度的恢復。

資料三：科學家拉斯特做的變形蟲實驗：①A組變形蟲放在含15N標記的尿嘧啶核糖核苷酸培養液中培養。一段時間，發現標記的RNA首先在細胞核中出現，之后在其細胞質中也出現。②B組變形蟲放在不含15N標記的尿嘧啶核糖核苷酸培養液中培養，B組始終未出現相應標記。③將A組變形蟲的細胞核移植到B組變形蟲的細胞質中，將重組的細胞放于未標記的尿嘧啶核苷酸培養液中培養。結果細胞質中發現有標記的RNA。

根據資料一，學生明白基因很難從細胞核中出來，核糖體也無法進入細胞核，從而推測應該存在某種物質游走在細胞核與細胞質之間，充當信使。通過資料二、資料三探究，學生初步認定，RNA充當了DNA和蛋白質之間的信使，將遺傳信息從細胞核傳遞到細胞質，這也就解決了“距離障礙”的難點。教師總結，將DNA上的遺傳信息傳遞到RNA的過程就是“轉錄”。但學生對轉錄的具體過程還比較模糊，教師啟發學生從轉錄場所、條件和結果等方面完善概念。最終，學生得歸納總結：“轉錄是在細胞核中，以DNA的一條鏈為模板，利用核糖核苷酸合成RNA的過程”。

針對表達過程中的“語言障礙”，教師先通過類比讓學生明白突破語言障礙需要“翻譯”，“翻譯”的過程需要“翻譯官”。接著，引發學生思考“翻譯”過程需要的工具：“翻譯官”是誰？“翻譯官”必需具備哪些條件？通過對教材的閱讀和探究，學生明白翻譯過程所需要的“翻譯官”是tRNA。tRNA需要精通兩種“語言”，即既要承載堿基序列，又要能攜帶氨基酸。接著，教師通過自制磁性拼貼教具將tRNA的結構模型展示在黑板上，并誘發學生進一步思考問題：構成tRNA的4種堿基如何對應構成蛋白質的20種氨基酸？教師提供論事實資料供學生進一步探究解決“語言障礙”所需的工具：

資料一：1954年，物理學家莫夫通過排列組合計算研究遺傳密碼，發現如果1個堿基編碼1個氨基酸，只能決定4種氨基酸；如果2個堿基編碼1個氨基酸，可以決定16種氨基酸；如果3個堿基編碼1個氨基酸，則能決定64種。就此莫夫提出了遺傳密碼的三聯體假說。

資料二：1961年，克里克利用吖啶黃引起的移碼突變證明了遺傳密碼確實是三聯體。

資料三：美國科學家尼倫伯格先合成了一條全部由尿嘧啶核苷酸（U）組成的多聚核苷酸鏈，即UUU……然后，將這種多聚U加入到含有20種氨基酸以及有關酶的緩沖液中，結果只產生了一種由苯丙氨酸組成的多肽鏈。于是，第一個遺傳密碼誕生了：與苯丙氨酸對應的遺傳密碼是UUU。

通過探究，學生明白，解決“語言障礙”還需要密碼子。教師總結，mRNA上的3個相鄰堿基稱為一個密碼子。有了密碼子和tRNA的存在，“語言障礙”也就迎刃而解了。解決“語言障礙”的過程就是實現“翻譯”的過程。教師引導學生從“翻譯”的場所、條件、結果等方面繼續進一步探究“翻譯”的過程并完善“翻譯”的概念，總結出“翻譯是在細胞質中，以mRNA為模板，利用游離的氨基酸合成具有一定氨基酸順序蛋白質的過程”。

2.3 解釋——通過模型構建，歸納總結，解釋概念

此環節的目標是引導學生通過動手構建“基因指導蛋白質的合成”的模型，闡述對新概念的理解，解釋概念。

教師提供以下模型：一段已知脫氧核苷酸序列的DNA雙鏈、tRNA、氨基酸、核糖體模型等，讓學生小組合作在學案上模擬完成“轉錄”和“翻譯”的過程，再嘗試用自己的語言闡述對新概念“轉錄”及“翻譯”的理解，內化概念。教師借助多媒體，從轉錄和翻譯的場所、原料、條件等內涵幫助學生將初步概念轉變成更為準確的科學概念。

2.4 精致——創設新情境，運用新概念解決新問題

此環節的目標是讓學生運用所學的新概念解決新情境的問題，實現概念的遷移應用。

教師提出問題：請根據教材P67“一個mRNA分子上結合多個核糖體，同時合成多條肽鏈”圖示思考以下問題：圖中所示核糖體移動方向如何？判斷依據是什么？一個mRNA分子上結合多個核糖體這種數量關系有何意義？

通過分析思考，學生明白核糖體移動的方向為從左向右，判斷依據是多肽鏈的長短，長的翻譯在前，明確少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白質。

2.5 評價——多方面評價促進學生發展

此環節的目標是通過紙質評價和過程性評價，了解學生對新概念的掌握和理解情況以及暴露的不足和缺陷，為下一步的教和學提供方向。

教師要求學生根據蛋白質合成中遺傳信息傳遞的規律，在表1中填入相應的字母。

表1 幾種物質的對應關系

學生利用教師提供的磁性拼貼教具，嘗試模擬構建轉錄和翻譯過程。在學生自評和互評的過程中，教師發現學生能從mRNA與tRNA的位置擺放、密碼子所編碼的氨基酸正確與否等方面進行評價，甚至還有學生提出了模擬過程存在的不足：“細胞中轉錄和翻譯的過程應該是高效的，而我們模擬的過程感覺太慢了，是不是還存在其他什么方式讓翻譯快起來？”這樣的評價過程有趣有效，能激發學生思考和共鳴，并為接下來的教學提供素材和方向，真正做到了評價促發展。

3 運用“5E”教學模式的課堂教學反思

教師運用“5E”教學模式開展“基因指導蛋白質的合成”一節教學，充分激發了學生學習的熱情和潛能。例如，在“探究”環節，學生自己發現問題，提出猜想，尋找證據論證探究，得出結論并概括出“轉錄”及“翻譯”的初步概念。在“解釋”環節，學生嘗試通過模型構建進一步解釋和完善概念。在“精致”環節，學生運用新概念解決新問題，發展了能力。在“評價”環節，學生自評互評過程中的思維碰撞將課堂推向高潮，學生的主體地位得到了充分體現。學生收獲滿滿，教師也感受頗豐。但是，教學過程也暴露了一些不足，主要體現在教師為了追求“5E”環節的完整性，無法讓每個環節做到精致。例如，在“探究”環節，由于時間問題導致探究未盡興便草草結束。在“解釋”環節，教師雖也鼓勵學生用自己的語言解釋探究結果，形成概念，但是只是停留在概念的內涵，概念的外延并未涉及。相信通過對“5E”教學模式的深入研究和多次嘗試，這些問題將會得到解決與完善。