5E教學模式在高中生物核心概念教學中的實踐探索——以“染色體變異”教學為例

◎福建省廈門市集美中學 高小燕

《普通高中生物課程標準（實驗稿）》（下面簡稱《課程標準》）要求學生要“獲得生物學基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識”。2011年版義務教育生物課程標準明確倡導“關注重要概念的學習”。美國地平線研究組經過了18個月的觀察，對364節課詳細分析，發現優質課堂主要特征是：（1）在課堂教學過程中，教師善用多種策略為某個科學概念提供清晰的闡釋；（2）吸引學生參加動腦筋的活動；（3）幫助學生理解學科的核心概念等。可見，高中生物教學應重視生物核心概念的教學，核心概念的教學效果直接關系到學生對附屬概念的理解，從而影響學生知識網絡的構建。

5E教學模式是基于建構主義理論和概念轉變理論所開發的一種教學模式，該模式包括5個環節，即參與（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、遷移（elaboration）和評價（evaluate），簡稱5E教學模式。5E教學模式強調學生的主體性，通過探究活動解決學生對新舊概念的認知沖突，使學生能建構并應用新概念。現以“染色體變異”一節教學為例闡述5E教學模式在高中生物學教學中的實踐。

一、分析教學內容，把握核心概念

美國著名教育學家赫德（Hurd）認為，“組成科學課程中的概念和原理應該能夠展現當代學科圖景，是學科結構的主干部分，它們被稱為核心概念”。核心概念必須具備兩個特質：第一，是對核心問題的反映；第二，具有統領性和包攝性。“染色體變異”一節中提到的概念有染色體變異、染色體結構變異、染色體數目變異、染色體組、二倍體、單倍體、多倍體、單倍體育種、多倍體育種等,且與學生已學的減數分裂、同源染色體、非同源染色體等概念有交叉。根據核心概念的兩個特質，染色體結構變異和染色體數目個別的增加和減少具有不確定性，而以“染色體組”為單位的染色體數量的增加或減少在育種領域具有較高價值，是染色體變異的核心所在；同時“染色體組”這一概念又是二倍體、單倍體、多倍體等概念的基礎，具有統領作用；另外，“染色體組”這一概念的理解還有利于減數分裂、同源染色體、非同源染色體等概念的深度理解，“染色體組”可以理解為本節課的核心概念。

二、應用5E教學模式，開展核心概念教學

1.激發學生參與學習

參與環節的教學活動形式多樣，可以是教師提問、展示相異事件或提供問題情境，主要目的在于吸引學生的注意力和激發學習興趣。學生通過“減數分裂”一節的學習，已經學習了“同源染色體”概念，但這一概念在學習“染色體組”概念時存在隱蔽性。因此，在教學中教師應該為學生提供暴露這些已有知識的機會。首先教師呈現雄果蠅體細胞染色體圖解，引導學生分析雄果蠅體細胞中同源染色體的對數。緊接著引導學生發現不同編號染色體之間大小、形態的差異，復習“非同源染色體”概念。學生在問題情境中不斷對易混淆概念“同源染色體”“非同源染色體”進行識別與復習，以此激發學生的學習興趣，積極參與本課學習，這是構建科學概念的重要前提。

2.實施探究學習活動

《課程標準》倡導探究性學習，促進學生在師生互動、生生互動的過中不斷完善、重組或細化自己的最初認識，使得某科學概念的認識更加清晰與準確。科學探究活動要求學生能夠提出和識別問題、設計和實施方案、分析資料和證據、運用證據進行解釋，表達和交流。當學生閱讀完果蠅體細胞染色體圖解后，開展探究學習活動，請學生在學案中繪出果蠅經減數分裂形成的精子中的染色體的組成。也可以給每位學生分發橡皮泥，讓他們動手制作精子中染色體的組成。大多數學生能正確畫出或制作出精子中染色體組成。少數學生由于對減數分裂本質理解不到位導致無法完成，這時教師要恰當點撥：同源染色體分離，非同源染色體自由組合；引導學生尋找精子染色體在大小、形態上的區別，學生很容易得出“精子中染色體大小、形態不同”的結論，甚至有些學生能得出“精子中染色體均為非同源染色體”結論。學生通過探究已隱約得出“非同源染色體”與“染色體組”這一核心概念的本質聯系。接著，教師將基因標在染色體上，如A、a標于Ⅱ號染色體上，B、b標于Ⅲ號染色體上，再請學生畫出精子中染色體上基因的情況。通過動腦或動手操作學生不僅復習了減數分裂過程，而且對“染色體組”染色體組成、染色體以及“染色體組包含全部遺傳信息”有了較為深層次的理解。在探究過程中，教師是學習的促進者、觀察者、聆聽者，盡量不直接說答案，必要時通過問題或建議形式給予引導。雖然學生對于“染色體組”這一核心概念有了較為深層次的領會，但僅停留在感性認識階段，只是初步獲得染色體組的認識。

3.引導學生解釋概念

解釋是5E教學模式的關鍵環節，是考驗探究學習活動有效性的階段,這是使新概念、過程或方法明確化和可理解化的過程。教師可通過學生練習、解釋等形式，給學生表達其對核心概念理解的機會，從而了解學生對核心概念的掌握程度。如在本節解釋階段設置以下兩道習題。

習題1：圖中細胞含有幾個染色體組？

學生1：習題1中細胞包括3個染色體組。因為，細胞中含有的3條染色體大小、形態不同，為非同源染色體，每條非同源染色體為一組，故有3個染色體組。

學生2：我不太同意你的觀點。如果每條染色體為一組，那么你所說的“染色體組”并沒有包含這種生物體“全部遺傳信息”，我認為應該是一個染色體組，因為它符合兩個條件：均由非同源染色體組成，且包含全部遺傳信息。

經過兩位學生的解釋、分析，其他學生對“染色體組”的概念清晰了許多。解釋過程中需要一定的邏輯推理，教師在這過程中應恰當給予輔助，學生在教師的引導下積極思考，并形成對概念的理解和應用的技巧。

緊接著拋出更為復雜一些的習題2：某生物的基因型為AAaaBbbbCCCc，那么它有多少個染色體組？

學生1：標著1，2，3的染色體均含有4條大小、形態一致的同源染色體，既然染色體組由非同源色體體構成，一共可以組成4個染色體組。

這個學生的判斷方法獲得了同學們的認同，并一起歸納出如染色體組的判斷方法：圖形題就看同源染色體的條數；基因型題就數讀音重復次數。接著，教師利用學生的闡述進行簡潔、清晰和直接的歸納：細胞中一組非同源染色體，攜帶全部遺傳信息，叫做染色體組。

4.促進概念遷移

學生初步掌握“染色體組”核心概念后，教師應創設問題情境，讓學生明確核心概念的內涵及外延，促進概念的應用與遷移。教師先將教材中的4個材料進行整合并呈現于學案中。

材料1：人、果蠅、玉米體細胞中各含2個染色體組，都屬于二倍體。在自然界中，幾乎全部的動物和過半數的高等植物均是二倍體。

材料2：普通小麥體內有6個染色體組，馬鈴薯體內有4個染色體組，香蕉體內有3個染色體組，這些生物都稱為多倍體。

材料3：在初中生物學中學過蜜蜂中的工蜂和蜂王由受精卵發育而成，屬于二倍體，而雄蜂由未受精的卵直接發育而成，體細胞中的染色體數是工蜂和蜂王的一半，稱為單倍體。自然條件下，玉米、高粱、水稻、番茄等二倍體高等植物，偶爾也會出現由未受精的卵細胞發育而成的單倍體植物。

材料4：普通小麥體細胞中有6個染色體組，用其花藥離體培養形成的植株叫單倍體，其體細胞中含有3個染色體組。

學生閱讀了以上材料后，教師提出兩個問題：歸納二倍體、多倍體、單倍體的概念。判斷某一個體是單倍體還是多倍體的依據是什么？

學生利用材料1，2對二倍體、多倍體概念的回答通常是正確的，但對于單倍體的回答他們幾乎異口同聲答道：體細胞中有1個染色體組的個體叫單倍體。顯然他們只是初步將染色體組和二倍體、多倍體概念聯系在一起，但如何判斷單倍體和多倍體還比較迷茫。教師不著急指出他們對單倍體判斷的錯誤，給出下圖并提問：該圖所代表的生物個體是幾倍體？

這時，學生對多倍體、單倍體、染色體組這幾個概念之間的關聯和矛盾進一步激化。此時，教師應給予學生思考、討論、理清概念的時間。很快地，學生利用材料4得知上圖代表的生物可能是二倍體也可能是單倍體，很自然地完成了對多倍體、單倍體兩個概念的比較分析，得出區別單倍體與多倍體的關鍵：個體發育的起點是受精卵還是配子、體細胞中染色體數目等。

5.進行概念學習評價

通過前面4個環節的教學，學生對于核心概念及其統領的普通概念的理解已經較為深刻，這時以下列練習題觀察學生如何應用新學的概念，并進行綜合評價，這樣既保證概念教學目標的達成，也助于發現、改進概念教學。

右圖是果蠅的染色體組成，請根據圖回答下面的問題。

（1）這是_______性果蠅。

（2）圖中共有______個染色體組，是_____倍體。

（3）圖中有_____對同源染色體，____對常染色體。_____對等位基因，1和3是染色體，B和b是_____基因。在產生配子時，含AbCD的配子占_____。

（4）圖中不可表示果蠅哪一類細胞中的染色體組成？（ ）

A.受精卵 B.精原細胞 C.體細胞 D.卵原細胞

5E教學模式注重學生的活動，以學生為本，它要求學生在與學習內容、教師和其他同學等互動過程中構建、重組與修正自己對生物學概念的認識，這種互動不僅僅是動手活動，還包括動腦思考，最終達到提高學生生物科學素養這一核心目標。