“5E教學模式”應用于“促胰液素的發現”的教學策略

陳曉穎

摘 要 以“促胰液素的發現”一節為例，概述如何利用建構主義的“五E教學模式”充分挖掘科學史的教育價值。課堂上通過教師設置的一系列有效而到位的提問，學生對引發的認知沖突通過思考討論、合作探究的學習方式尋求答案解構迷思，成為課堂的主體，真正體驗探究的樂趣。

關鍵詞 5E教學模式 科學史教學 探究性教學

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1 “5E教學模式”的概述及選課的初衷

“5E教學模式”是美國生物學課程研究機構于1989年開發的一種建構主義教學模式。其教學過程突出強調學生的主體地位，學生通過思考討論、合作探究的學習方式，尋求答案，解構迷思概念，并靈活地遷移運用，從而建構認知。5E代表了5個E字母開頭的單詞，分別是吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）。

現行高中生物教材中不乏大量科學史的資料，這些素材不僅包含了知識目標，也蘊藏著過程與方法和情感、態度、價值觀等多方面的教育價值。如若這些科學史能被教師善加利用，充分挖掘其教育價值，不僅能一改沉悶的課堂氣氛，激發學生強烈的探究欲望，而且能讓學生更多地參與進來，在體驗科學探究的樂趣中更好地理解科學本質并內化掌握科學方法，以提高課堂效率。“促胰液素的發現”是人教版高中生物教材必修三第二章第二節“通過激素的調節”一節中的“資料分析”。對于這段科學史，筆者套用“5E教學模式”進行了嘗試，就教學過程及教學意圖進行具體說明。

2 “5E教學模式”于“促胰液素的發現”的具體應用

第一個E——Engagement吸引：教師在充分探測學生的認知結構和了解學生已有背景知識的前提下，創設問題情境，激發學生對學習任務產生興趣，使學生進入學習狀態，通過設問引發認知沖突。

鑒于學生可能對初中教材中消化器官的位置及功能的相關知識存在欠缺或遺忘現象，倘若教師一開始就拋出“胰腺分泌胰液是如何調節”的問題則顯得生硬晦澀，故可先從學生熟悉的進食和消化現象入手，先復習消化系統的相關知識。例如：“我們進食后，食物從口腔進入，食物殘渣由肛門排出，其間依次經過了哪些器官？消化系統除了由上述器官組成的消化道，還包括什么？”這樣一步步引出消化腺之一的胰腺，并讓學生明確胰腺是位于消化道外的腺體。接著，教師繼續設問：“當食物到達胃部時，胃部會發生什么反應？”學生不難答出，胃液能對食物進行初步消化，形成酸性食糜。教師進一步啟發：“胃通過蠕動將食物送往小腸，與此同時位于胃后方的胰腺立即分泌胰液，胰液通過導管注入小腸，有利于食糜在小腸內進一步消化。”講到這里，學生才能對1850年法國實驗生理學家克勞德·伯爾納提出的“酸性食糜進入小腸會引起胰液分泌”這一現象有個大致的概念。然后，教師繼續引導學生思考：“酸性食糜并沒有直接接觸胰腺，那么促使胰腺分泌胰液的信息是通過什么途徑送達到胰腺的？”通過這個問題引起學生的認知沖突。

第二個E——Exploration探究：根據前一個環節產生的認知沖突，教師引導學生進行探究尋找問題的答案，解構迷思概念。

教師呈現19世紀學術界的普遍觀點：“由于當時人們信奉人和動物體的一切生理活動都是由神經系統調節的，故在胰液分泌的調節問題上，自然也認為是‘胃酸刺激小腸的神經，神經將興奮傳給胰腺，使胰腺分泌胰液。”此時，教師可以啟發學生借鑒遺傳學中學過的“假說-演繹”的科學研究方法，把19世界學術界“神經調節”的觀點視為假說一，引導學生嘗試通過演繹推理的手段，驗證假說一的正確性。

那么如何展開驗證呢？結合剛剛學習的神經調節的知識，教師可以提出一系列的問題：神經調節的基本方式是什么？反射的結構基礎是什么？如果胰液的分泌屬于神經調節，那么這個反射弧的感受器是什么？效應器是什么？引起該反射的刺激物是什么？并引導學生寫出這個反射弧的完整反射路徑。學生很容易分析得出：鹽酸（刺激物）→小腸（感受器）→傳入神經→神經中樞→傳出神經→胰腺（效應器）。

接下來呈現法國“神經論”支持者沃泰默于1901～1902年進行的幾組實驗（表1）。

“若胰液分泌的調節完全是神經反射，那與沃泰默的這一系列實驗是否存在矛盾之處？”教師拋出這個問題后，學生必然會在好奇心的驅使下積極思考。教師還可以進一步啟發學生：“如果切斷小腸的神經，神經調節的反射是否還能正常發生？”學生可從第一組和第三組的對照結果分析得出，胰液的分泌不單是神經調節，應該還存在其他的調節方式。另外，教師要求學生注意到這里的實驗結果只能確定存在神經調節以外的其他調節方式，而無法排除神經調節。

于是學生在教師的引領下，借助沃泰默的實驗實際上完成了演繹推理的過程，推翻了“胰液的分泌完全是神經調節”的假說一。既然假說一不成立，那么就要嘗試建立其他假說。教師順勢提出問題：那么這個消化現象到底還存在什么調節方式呢？胰腺究竟是怎樣得到信息的？接下來的任務是繼續解決認知沖突，建構科學概念。

第三個E——Explanation解釋：在教師的引導幫助下，學生嘗試從自己的理解出發，闡述對概念的認知，用新知識回答最初提出的問題。

教師可給予學生必要的問題引導：“小腸和胰腺之間除了通過神經聯系，還有其他聯系方式嗎？在我們的身體里，除了神經系統這條信息高速公路外，還有一條交通運輸干線，即遍布全身的血液循環系統，它承載運送著體液中的化學物質。所以我們可以嘗試著考慮體液調節。”

這時回到沃泰默的實驗。“這三組的實驗操作和現象，我們還能從中得出什么結論？”為了讓學生有效地思考，教師設置的提問要鋪墊好每一層臺階，并且環環相扣。教師提示：“鹽酸是怎么起作用的呢？我們既然推測除了神經調節，應該還存在其他的調節方式——體液調節，刺激物很可能是通過血液的運送到達胰腺。鹽酸是否通過血液的運送到達胰腺并作用于胰腺呢？”但是第二組中，將鹽酸直接注入血液并沒有引起胰腺分泌，可見鹽酸本身不會刺激胰腺分泌，即鹽酸不是直接的刺激物。“那引發信息的刺激物又是什么呢？”從第一組和第二組的實驗結果對照分析，鹽酸應該結合小腸才能起作用。小腸中與酸性食糜直接接觸的結構是小腸黏膜，所以胰腺的分泌應該是鹽酸刺激小腸黏膜引起的。

教師給學生留一些時間，讓他們整理思路。然后，學生嘗試用自己的理解闡述完整的假說二“可能是鹽酸刺激了小腸黏膜后，產生了某種化學物質。這種化學物質通過血液循環到達胰腺（即胰腺是這種物質的靶器官），促使胰腺分泌胰液。”如果一個學生表述得不完整，還可以由其他學生補充和修正。

第四個E——Elaboration遷移：學生運用新的知識和概念，解釋新情境或解決新問題。

剛才新建立起來的假說二的推測是否正確呢？需要實踐的檢驗。教師可以出示一道題：“設計實驗，探究小腸黏膜在稀鹽酸的作用下是否產生了促進胰液分泌的某種物質，并預測實驗結果。提供的實驗材料和儀器有：生長發育狀況相近的正常小狗若干只、稀鹽酸、生理鹽水、研磨工具、小刀、過濾工具、注射器、培養皿、試管若干等。”通過該實驗設計方案來驗證假說二。

在此，為了避免學生一片茫然無從入手，教師可以適當給學生一點思路的提示和點撥：① 實驗中要特別注意排除神經的干擾，所以應該在離體條件下。② 設法提取鹽酸刺激小腸黏膜后產生的那種物質，用什么方法提取？可參照必修一做過的實驗“葉綠體色素的提取“以及“關于酶本質的探索”的科學史資料中化學家畢希納提取酵母細胞中的酶均提及到的物質提取方法——研磨過濾法。③ 由于血漿是內環境的重要組成成分，它可以和組織液、淋巴相互轉化，血液中的化學成分最終可能會擴散到胰腺從而引起胰腺分泌。

在教師步步引導和提示下，學生可以細化具體的實驗設計方案，并預測可能出現的實驗結果及相應的結論。設計實驗的訓練環節能促進學生內化和掌握科學研究的方法。教師對學生的設計方案進行點評歸納，并還原1902年英國生理學家斯他林和貝利斯發現促胰液素的那一段科學歷史，將他們的實驗操作與學生的設計方案進行比較，肯定學生的設計思路與科學家的大體一致，讓學生充分體驗到探究的滿足感。同時，教師尊重科學發展歷史的事實，引導學生客觀地評價眾位科學家的得失，分析討論這些經驗教訓給自己帶來的啟迪。學生定能侃侃而談，學會辯證而恰當地看待科學發展的歷程，實現情感、態度與價值觀的教學目標。

第五個E——Evaluation評價：通過實踐練習，評價學生對新知識、新概念的理解及應用能力，以判斷教學目標的落實情況，同時也可加深拓展學生對概念的理解。

教師幫助學生在“促胰液素的發現”的基礎上，歸納出激素的概念和激素調節的特點，并通過一道思考題結束本節課的同時，評價學生對新知識的遷移和應用能力——“當人們知道胰島細胞能分泌胰島素后，試圖從磨碎的狗胰腺組織中直接提取胰島素，卻未成功，可能的原因是什么？”

3 對本節課教學策略的反思和總結

對于“促胰液素的發現”這部分科學史的教學，本節課在運用“5E教學模式”的基礎上，教師引導學生先后建立不同的假說，通過演繹推理進行實驗驗證，或推翻或支持假說，最后得出結論。學生通過這節課的學習，能夠闡明促胰液素的發現過程，在教師的帶領下，體驗科學探索過程中的思維和方法，并通過討論環節領悟科學態度和科學精神促進科學發現的重要性。本節課的難點在于：弄清胃、小腸和胰腺三者之間的位置關系和各自的消化功能;推測促胰液素的分泌機制;嘗試設計實驗方案證明胰液的分泌可通過體液來調節。筆者在教學中采取提問的方式化解和突破難點，故課堂上教師設置問題的有效性顯得尤為關鍵，有時還要根據學生的具體學情隨機應變，臨時增設小問題給學生一定的提示和點撥，從而更好地駕馭和掌控課堂。這些挑戰學生思考的問題環環相扣、層層深入，也是5個“E”之間的橋梁和紐帶，從而成為貫穿整節課的內在線索。

對同樣的科學史，若教師只以落實知識點為目的、簡單介紹發現過程或轉述科學事實，然后告知學生實驗結論，就不可能為學生提供充分的思考空間，學生也不可能真正深入到科學史探究中。“5E教學模式”也強調，在探究的過程中，學生才是課堂的主體。教師應該把課堂的舞臺還給學生，從主角的身份退居為幕后的導演，制定問題腳本，引導學生體會科學家的困惑，通過小組討論合作探究解構迷思概念。教師在學生發言和討論時，認真觀察、用心聆聽，了解學生探究的進程和遇到的困難，給予適當的指導和提示以幫助學生得出結論。

在“5E教學模式”的課堂上，學生帶著明確的目標和濃厚的學習興趣開展有意義的探究活動，在問題的引領下思考問題，充分發表自己的觀點。教師不直接評價某個見解正確與否，讓學生相互討論質疑評價，最后自己得出正確的結論，這樣能夠較好地幫助學生在深刻理解知識的基礎上明晰思路、構建認知結構，使獲取的知識富有意義，并且能夠靈活地遷移運用。這樣的課堂充滿著活力和魅力，充分調動了學生學習的積極性和主動性，令學生深刻感悟科學探究的歷程，內化科學研究方法，提高生物科學素養。