例談“參與”環節在5E教學模式中的應用

譚 鵑

(西南大學附屬中學 重慶 400700)

霍 靜

(西南大學生命科學學院 重慶 400715)

通過實踐幫助學生理解科學概念，是科學教育改革中的一個重要的內容。如何在中學生物學課堂教學中利用“實踐”展開教學，是一個非常有意義的課題。對此，美國生物學課程研究提出了參與(engagement)、探究(exploration)、解釋(explanation)、拓展(elaboration)和評價(evaluation)5個教學環節，取英文首字母 “E”，故將其命名為5E教學模式。其中“參與”階段需要通過學生實踐，激發學生的好奇心，由親身實踐暴露出學生的前概念，幫助學生將已有經驗與學習內容之間建立聯系。因此，“參與”是一節課的開場，好的“參與”能在較短的教學時間內暴露學生的迷思概念，為“探究”形成新概念做好準備[1]。本文以教學過程中幾個“參與”環節的實踐為例，談談5E教學模式中的“參與”環節在教學中的應用，為培養學生主動思考、積極探究生物學的奧秘提供參考。

1 查一查，一張“舊表”突破“基因突變”概念

1.1 “密碼子表”在參與環節中的應用 學生學習“密碼子”后，可通過查閱密碼子表查到一個密碼子對應的氨基酸種類。學生利用這個已經掌握的“舊表”動手實踐，就能建立新舊知識的聯系。

開課的“參與”階段，課件依次給出密碼子CUA、GUA、GAA、CAA、CAG(每個密碼子與后一個密碼子之間，僅有一個堿基發生變化)，讓學生查閱教材中的密碼子表，得出對應的氨基酸為亮氨酸、纈氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、谷氨酰胺。學生通過查表，可發現密碼子中的堿基發生替換有可能使對應的氨基酸發生改變，也有可能不發生改變。

假設一段mRNA的序列就是這5個密碼子組成：CUAGUAGAACAACAG，針對這段序列，讓學生完成以下任務：①在這條mRNA鏈上第三個堿基“A”后插入一個堿基C后，翻譯后將得到怎樣的肽鏈？②在這條mRNA鏈上將第三個堿基“A”去掉，序列變為CUGUAGAACAACAG，請把改變后的信息翻譯為肽鏈。

據此，教師可以根據學生的學習特點，指導展開學生實踐：第①個任務，教師引導學生完成密碼子序列重排后，得到序列CUACGUAGAACAACAG，讓學生查閱密碼子表，得到肽鏈中的氨基酸分別為亮氨酸、精氨酸、精氨酸、蘇氨酸、蘇氨酸；完成第②個任務時，學生已經能較熟練地查閱密碼子表，匯報結果：亮氨酸之后即為終止密碼子。完成這2個任務后，引導學生回顧“參與”實踐中有哪些發現。這時學生已經通過自己的實踐，開始探究“基因突變”的概念。

1.2 實踐與實例結合、突破“基因突變”的概念 學生在不知道什么是基因突變的概念前，通過“參與”已經理解堿基的改變有可能引起蛋白質肽鏈的改變。利用“鐮刀形細胞貧血癥”的實例，適時將肽鏈與性狀的關系聯系起來。由于有了“參與”環節的實踐，學生很容易分析出鐮刀型細胞貧血癥的直接原因和根本原因，即直接原因是密碼子中一個堿基改變使得谷氨酸被纈氨酸替代，根本原因是該密碼子對應的基因中發生了堿基對的替換[2]。在此基礎上，讓學生進一步認同在生物體中有一些這樣小小的變化，就可能產生嚴重的，甚至致命的后果。

良好的“參與”能使學生有興趣投入探索“基因突變”概念的學習，最終形成了“DNA分子中發生堿基對的替換、增添和缺失引起的基因結構的改變”的基因突變概念。

2 擺一擺，將“一堆”染色體重新分組，突破 “染色體組”概念

2.1 “染色體”教具在參與環節的應用 課前準備染色體的教具，每種形態2條，共4種形態和顏色，每種形態的顏色相同，注意每組同源染色體的形狀和顏色要易于區分。背面粘上磁鐵，能將這些染色體粘貼在黑板上。

開課的“參與”階段，用磁鐵將這些染色體雜亂無序地粘貼在黑板上，染色體可以在黑板上任意移動。提問：黑板上有幾條染色體？如果相同形態相同顏色的染色體代表同源染色體，那么這里有幾對同源染色體?若將同源染色體分成一組，請問這些染色體可以分成幾組？

請一位學生到黑板前整理，學生會將相同形態相同顏色的染色體兩兩擺放在一起，即分成4組，復習同源染色體的概念。

圖1 同源染色體的復習

圖2 染色體組的認識

繼續請學生完成以下任務：①將給出的這些染色體重新分組，要求:每一組里包括所有形態和顏色，但不能有重復的形態和顏色 。請一位學生到黑板前整理，學生會根據要求將這些染色體擺成2組(圖1)。②將相同形態和顏色的染色體增加一條，你是否能快速判斷分成幾組？為什么？學生很快會回答出來可以分成3組(圖2)。

通過參與“擺一擺”的實踐，讓學生建立感性認識，能總結出規律：同源染色體有幾條就可以分成幾組。

2.2 實踐與練習結合，突破“染色體組”的概念 給出雌果蠅體細胞的染色體組成圖(圖3)。提問：雌果蠅的體細胞有幾條染色體？幾對同源染色體？如果按照染色體分組的要求，雌果蠅體細胞中的染色體可以分成幾組？學生聯系參與環節的活動容易知道可以分成2組(圖4)。

圖3 染色體的組成

圖4 染色體分組

繼續提問：①這些染色體在形態、結構和功能上是否相同？②這些染色體之間有什么關系？③它們是否攜帶著控制生物生長發育的全部遺傳信息？如果把這樣的一組染色體稱作染色體組，請嘗試給染色體組下一個定義。

及時練習：雄果蠅的體細胞含有幾個染色體組？雄果蠅經過減數分裂形成的精子有幾個染色體組？由哪幾條組成?

使學生通過聯系參與環節的活動突破“染色體組”的概念。此后師生可用一些實例類比染色體組的概念，還可用識別染色體組的圖像、基因組成、曲線等題目來辨析染色體組，觸類旁通，記憶鞏固[3]。

3 數一數，“紙上談兵”樣方法估算種群密度，突破種群密度的概念

3.1 “紙上談兵”活動在“參與”環節的應用 課前為學生每人準備一張A4紙，紙上畫有一個100cm2大正方形，隨機分布著圓形和三角形，左下側有一個1cm2小正方形(圖5)。

圖5 隨機分布的△和○示意圖

活動：用自己的方法，算出大正方形中圓形的數量，和每平方厘米的圓形個數(教師提醒，可以將A4紙上的小正方形剪下來使用)。學生根據自己的數學知識，有多種方法計算每平方厘米的圓形數量。絕大部分學生使用方法如下：剪下教師提供的1cm2的小正方形，用這個小正方形去框(套)大正方形里面的任意區域，然后直接計數被小正方形框(套)住的面積中圓形的數量。接下來，由學生公布自己的統計結果和方法。

不同學生取樣的位置不同，會得到不完全一致的數據。此時教師指出，用小正方形去框的過程實際上就是取樣估算的過程，被框住的部分即是取的樣方，用樣方里的圓形個數去估算整個大正方形中每平方厘米的圓形個數。

引導學生進一步“參與”：①怎樣取樣才能使估算值更加接近真實值？(學生思考得到答案：隨機取樣，適當多取幾個樣方)接著追問：②怎樣才能做到隨機取樣？(提示學生閱讀教材，得到等距取樣和五點取樣的具體方法)再問：③如何統計每一個樣方內圓形數量？

(強調樣方內數量統計的要求：樣方內的圓形要全部統計；壓在樣方邊上的計數一般是：取上不取下、取左不取右)④假如取了多個樣方，得到不同的值，那么哪一個樣方的統計值才能代表真實值呢？(學生利用已有的數學知識，得出求平均值的具體方法)

3.2 與現實生活相聯系，突破“種群密度”和“樣方法”的概念 如果把剛才這個活動中的大正方形看作一個草原；圓形看作蒲公英；三角形代表其他植物，那么，剛才同學們所做的工作就是在估算蒲公英的種群密度，所用的方法就是樣方法。

教師引導學生用自己的語言歸納“種群密度”和“樣方法”的概念。師生總結歸納：種群在單位面積或單位體積中的個體數就是種群密度。在被調查種群的分布范圍內，隨機選取若干個樣方，通過計數每個樣方內的個體數，求得每個樣方的種群密度，以所有樣方種群密度的平均值作為該種群的種群密度估計值，這種方法就叫樣方法。

在學生弄清種群密度的概念和樣方法之后，再引導學生思考，如何調查一個草原上某種羊的種群密度呢？順利進入標志重捕法的學習。

4 教學反思

在中學生物學教學中，需要學生掌握較多的概念和研究的方法，例如本文探討的“基因突變”，“染色體組”，“種群密度”和“樣方法”估算種群密度等等，這些概念比較抽象，單純講解，學生不容易理解，傾向對生物學知識的死記硬背，無法將所學知識運用來解決實際問題，最終可能導致學生興趣不足，學習效率降低，不關注生物學中的重要概念。

然而生物學中的這些重要概念對于學生理解并掌握其他知識點，形成生物學科的核心概念都是十分重要的。例如，理解基因突變的概念是學習基因突變的特點及基因對性狀的影響的基礎；染色體組的概念是聯系其他概念的核心，二倍體、多倍體、單倍體、單倍體育種、多倍體育種等概念的形成都要以突破染色體組的概念為基礎[3]。

5E教學模式中的“參與”環節，能夠很好地吸引學生對所要學習內容的興趣，很快將學生的注意力轉移到一個事物、問題、情境或事情上來。教師通過設置規則和程序，引導學生參與到具體的實踐中，通過實踐活動來呈現學習的問題，幫助學生確定學習的任務。成功的“參與”會吸引學生投身于實踐活動，并積極主動地進入“探究”和其他環節的學習。學生通過參與，把過去和現在的學習經歷建立起聯系，暴露出前概念，與舊概念產生沖突，對新概念產生求知欲，從而實現概念轉變，在學習中建構起科學的概念[4]。