“5-E學習環”在生物探究實驗教學中的運用——以“探究酸雨對種子萌發的影響”一課為例

●居曄

隨著基礎教育改革的不斷深入，人們的科學教育理念發生了很大轉變。 “人人具有科學素養”正日益成為一項重要的教育目標。 加強學生科學實踐能力和自主設計探究實驗能力的培養，能理解和運用科學知識解決實際問題等是實現這一目標的重要途徑。“5-E 學習環”模式在初中生物學實驗教學中，能有效地引導學生主動參與，自主探究，提升素養。

“5-E 學習環”模式主要由五個階段構成，即引入、探究、解釋、擴展、評價[1]。 下面以“探究酸雨對種子萌發的影響”一課為例介紹“5-E 學習環”模式在生物探究實驗教學中的應用。

一、導入——創設情境，激疑導課

“5-E 學習環”模式引入階段的重要任務是讓學生產生好奇心并提出問題。 教師可以根據學生已有的知識和經驗創設情境，激發學生自己提出想要探究的、能探究的并且可以解決的問題。

如關于環境污染對生物的影響，學生已有一定的認識，但是學生所知多為間接經驗，且對酸雨對生物的影響所知較少，因此，教師先展示各地區因遭受酸雨，森林、莊稼被毀，建筑、文物被腐蝕、破壞等圖片，介紹這些環境問題是由酸雨引起的。教師進一步解釋，酸雨即是pH 值小于5.65 的雨，并解釋近些年酸雨問題越來越嚴重， 與大量使用的化石燃料在燃燒的過程中會釋放出酸性氣體有關。教師提問：你知道酸雨給我們人類生活帶來的危害有哪些？ 提示學生聯系前面所學的 “影響種子萌發的外界條件”，思考能提出什么問題。 學生思考并經小組討論可提出問題：酸雨能否影響種子的萌發？

二、探索——設計實驗、自主探究

探索環節的關鍵是學生自主進行探究，包括材料的選擇、方案的設計、結果的記錄等。學生之間的交流可以解決他們遇到的大部分問題。教師在學生的方案設計或實驗操作有疏漏、失誤時，應及時作為指導者提醒學生，以免嚴重影響實驗的結果。

在學生設計實驗前， 教師補充溶液酸堿性、pH的測定和計算等化學基礎知識。

教師引導學生組成探究小組， 小組內每個人都先獨立設計實驗方案，然后小組內交流。有些同學實驗設計不夠完善，只考慮到給種子噴灑酸雨，然后觀察種子的萌發情況，忽略了對照實驗的設計。有的同學可能還會在設計實驗時提出新的問題，例如，不同污染程度的雨水（酸度不同）對種子萌發的影響是否相同？小組互相交流后，討論整合優化小組的實驗方案，并由組長向全班展示。 各小組之間進行交流，并提出了一些新的疑問。 例如， 選擇哪些種子進行實驗？ 實驗種子的數量是選擇一粒，還是多粒？ 溶液的pH 梯度設置幾個？ 針對這些問題全班再進行討論，各組完善探究方案。教師給出一個可參考的方案，但不要求所有學生都進行同樣的實驗。

教學中發現， 多數學生只考慮了實驗的設計和操作步驟，而沒有考慮結果的記錄，教師及時提示學生，除了設計實驗方案，還需要考慮：①實驗要觀察的現象是什么？②實驗的注意事項有哪些？③如何操作并記錄？學生可能會想到諸如測量法，拍照法等記錄方式。關于如何記錄實驗現象，教師要引導學生考慮：記錄哪些指標？ 僅僅記錄種子發芽率夠不夠？ 如果還測量芽的長度，多長時間記錄一次？ 等等。

各小組確定了實驗設計方案后開展實驗。 實驗過程中，各小組每天固定時段，將觀察到的現象如實記錄。

三、解釋——分析結果，得出結論

解釋環節主要是讓學生對觀察、 記錄的實驗結果進行綜合分析和解釋， 能夠說出實驗現象出現的原因是什么，實驗結果說了什么問題等。通過科學的分析、邏輯的推理和合理的解釋，訓練學生的思維能力，此環節教師應注意追問和點撥，幫助學生理清思路。

第四小組黃豆種子的萌發情況記錄 室溫：20℃注：觀察5 天記錄出芽的數量和長度，填到表格內，最后求平均出芽率和長度，并分析結果。

例如第四小組根據他們的實驗記錄，得出如下結論：種子的出芽率是指種子在適宜的條件下， 在規定的時期內出芽種子數占供試種子總數的百分比， 是反映種子品質優劣的重要指標， 也可從中看出外界因素對種子萌發的影響。 通過5天實驗的觀察以及測量， 學生發現清水和pH5 的溶液中，種子的萌發率85%、90%， 隨著溶液pH 值降低萌發率也在降低，pH2 和pH3 時種子萌發率分別是52.5%和57.5%。溶液pH 值過低也會影響種子萌發的長度，pH2 和 pH3 時的平均芽長是 2.8cm 和3.6cm，隨著pH 升高平均芽長也在增長，清水中平均芽長最長為5.2cm。

學生對結果的記錄基本準確， 對數據的統計也可以做得比較合適。不過，對數據分析、得出結論，需要教師的幫助。例如，種子未能完全萌發的原因是什么？ 教師引導學生從外界溫度和自身條件的影響等方面思考，學生就可以較好地理解實驗中現象。 最后，教師和學生一起分析、得出結論：酸雨會對黃豆種子的萌發產生不利影響。

四、擴展——總結反思，提升應用

得出結論后，教師引導學生反思整個的實驗過程。學生在反思時提出在實驗過程中的困惑，提升探究技能，獲得進一步認識。

①不同濃度的酸雨如何配置？ （pH 試紙顏色不容易辨清，難以區分pH 梯度很近的酸溶液）。 我們討論的改進方案是先配制pH2 的溶液（取1ml37%的鹽酸兌成1000ml 溶液），然后逐個稀釋10 倍，配成（pH2～pH5）的實驗用液。

②pH 為4 的溶液一組里有一粒種子芽長得很長，明顯長于其他溶液中的種子，怎么解釋？討論后，大家認為：可能因種子自身條件不同，萌發長度和數目也會有差異。 由此我們總結，正是因為如此，每組實驗我們都各要用40 粒種子，最后萌發情況（萌發率和長度）要求平均值，從而得出更準確的結果。

③由于不同種類的種子本身特性不同， 那么酸雨對不同種類作物種子發芽率的影響是否相同？ 綜合全班各小組的實驗，對比用綠豆、水稻、玉米、小麥等種子開展實驗的結果，最后，全班共同得出的結論是：酸雨對綠豆、黃豆、玉米、小麥等種子的萌發有明顯的抑制作用， 說明酸雨對植物的生長有不利影響。 有學生提出新的問題：怎樣開展探究酸雨對動物生活的影響呢？ 就這個問題，教師組織討論新的探究方案。

五、評價——適時評價，貫穿始終

探究學習在強調了學生自主學習的基礎上， 并不能忽視教師的主導作用， 而且特別強調教師應適時的、必要的、謹慎的、有效地指導，使學生的探究活動得到不斷完善和提高。 評價是“5-E 學習環”模式中的一個重要環節，貫穿于學習活動的始終。在上述引入、探究、解釋、擴展的過程中，教師都適時進行指導，及時評價。

結語：

生物學是一門自然學科，它的很多結論是在觀察和實驗中提取的，可謂“從探究中來”，但是，學生所進行的探究與科學家所做的探究既有相同點，也有一定的區別。 科學家所從事的科學探究是科學知識生成、驗證和發展的過程，面對的是開放性的問題，需要探究者的科學知識、 有關科學的知識、直覺、想象力、創造性以及個性品質的介入，不存在一套普適性的、 正確的方法和邏輯；教學中的科學探究不是讓學生生成和驗證新的科學知識，而是理解科學知識及其產生的過程，學習過程性科學技能，培養科學思維和科學理解，形成合理的科學本質和價值觀[2]。 學生從事的探究，表面上看是一個活動過程，但更為本質的是隱含在活動背后的學生的積極思維和知識的建構過程， 所以有效探究不是看表面的活動和熱鬧程度，而是要能引起學生積極的內在的認知活動[3]。 因此，生物學教學中，不但要讓學生充滿興趣地參與學習，更要讓學生們在探究中獲取知識， 從而親身經歷知識的形成過程， 在探究過程中自主建構知識。 這種以“思中做，做中思”為特征的思維參與過程，是“探究”屬性中較易被人忽略而又最值得重視的一個屬性，甚至是“探究”的本質屬性[4]。

從現有的學生探究活動本身來看， 探究從提出問題開始，到得出結論、表達交流結束。 如果僅僅是按照這樣的流程、環節來機械地開展教學，最后很容易異化為程序的操練、方法的記憶，學生既缺乏參與的興趣，也沒有多少主動探索的空間，更談不上有概念的習得和技能的提升。因此，探究實驗的教學不能機械地按照探究的流程來操作。

“5-E 學習環”是一種事實證明比較有效的探究教學促進概念轉變的模式。 “5-E 學習環”與探究過程的整合，如果做得恰當，有助于學生在探究過程中積極主動參與實驗并獲得體驗得出正確結論， 為我們課堂探究教學的有效實施提供了很好地操作平臺。在本課的教學過程中，嘗試用“5-E 學習環”模式開展教學，從導入時的激發興趣、提出問題，到探索階段的激發學生自主確定探究方案開展探究，到解釋階段師生共同分析結果、得出結論，再到擴展階段的教師引導學生反思整個的實驗過程，并在全過程貫穿教師的指導和評價，將探究的流程與 “5-E 學習環”各階段實現了有機整合。 在整個實驗教學過程中，學生能主動積極參與實驗方案的設計，并始終處于“動腦，動手，動口”的狀態，課堂氛圍積極、活躍、愉快，達到了預期的實驗教學效果。課堂上，學生在自主設計并實施探究的過程中獲得了探究的過程體驗， 也能形成“環境污染對生物的生活有不利影響”這一概念。 這一學習模式在初中生物探究教學中可以適當借用。

[1]高瀟怡.科學教育中的探究教學模式發展述評[J].外國教育研究，2007，（3）：76-80.

[2]楊向東.教育中的科學探究：理論問題與實踐策略[J].全球教育展望，2011，（5）：18-26.

[3]劉大華.探究性學習與探究性教學之要義分析[J].教學與管理，2007，（12）：73-74.

[4]陳琴，龐麗娟.科學探究：本質、特征與過程的思考[J].教育科學，2005（1）：1-5.