“5E”教學模式下“捕獲光能的色素和結構”的教學設計

尹 濤 張佳藝 朱 梅（北華大學理學院 吉林吉林 132013）

1 教材分析及設計思路

“捕獲光能的色素和結構”是人教版生物《必修1·分子與細胞》第五章“細胞的能量供應和利用”第四節“能量之源——光與光合作用”第一課時的內容。該教學內容主要包括“綠葉中色素的提取和分離”實驗、葉綠體的結構、葉綠體的功能，在本章中起著承前啟后的作用，前承細胞能量的直接來源ATP的相關內容，后啟光合作用的原理和應用，是高中生物課程標準明確指出的重點內容。本節知識以實驗探究活動為主線，較易調動課堂氛圍，適合運用“5E”教學模式開展教學。筆者的教學設計依據“5E”教學模式，從“吸引”“探究”“解釋”“精致”和“評價”五個環節進行了教學嘗試，旨在引導學生運用科學的思維領會探究學習的內容。

2 教學目標

（1）能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等方法討論葉綠素的功能和結構。

（2）能夠針對“葉綠素的提取和分離”實驗，進行觀察提問、實驗分析以及結果的交流與討論；樂于投入到學習任務中，善于團隊合作。

3 教學過程

3.1 吸引（Engagenment）

教師營造一個良好的學習氛圍，吸引學生的注意力，啟發學生思考，使學生積極參與到學習任務中，暴露學生已有概念中認識的不足，這是構建新概念的前提。

教師提問：同學們，你們知道農民在選擇塑料薄膜覆蓋大棚時偏愛哪種顏色的薄膜嗎？學生聯系生活經驗，很容易答出是透明的薄膜。然后，教師接著追問：“為什么會這樣選擇？有什么意義呢？”學生通過自己的認知，發散思維并回答。教師依據學生的答案，繼續追問：“能通過更多的光是怎樣影響植物的生長情況的？”接著，教師用多媒體展示一組圖片：大棚蓋有透明的薄膜；大棚蓋有藍紫色的薄膜；大棚在A的基礎上懸掛了一枚藍紫色的燈，在大棚蓋有透明薄膜的基礎上懸掛了一枚紅色的燈。教師說明：“同學們，你們覺得農民伯伯為什么要這么做？在初中階段，已經知道植物能進行光合作用，是因為其中含有一些能吸收光能的色素，這些色素可能位于哪里呢？這些問題都將在本節的學習過程中逐一攻破。”

設計意圖：教師立足于學生日常生活經驗，創設聯系生活的問題情境，引起學生的學習興趣，誘發學生主動思考，激發學生的探究意識，并使學生通過一組圖片獲取感性認識，從而導出本節課的學習任務——捕獲光能的色素和結構。

3.2 探究（Exploration）

教師要把課堂還給學生，讓學生做課堂的主人。這樣學生的智慧和潛能才會得以激發，才能在探究中觀察、分析、發現并解決問題。

步驟（1）：明確實驗原理，了解相關藥品。

根據學生們的猜測——色素很可能存在于葉片中的葉綠體，教師提問：怎樣把色素提取出來呢？并引導學生說出：研碎葉片，將濾液過濾后可得色素。教師追問：色素會被濾出嗎？教師引導學生說出：用能溶解色素的溶劑。課前教師有要求學生進行預習，所以學生能答出溶劑為100%酒精。教師補充：“其他的有機溶劑也可以，如石油醚、丙酮、苯。本節課使用的是純酒精。過濾后得到色素的濾液，如何讓各種色素分離呢？”興趣小組的學生由于課前做了充分的準備，做了很好的回答：因為色素在層析液中溶解度不同而在濾紙上擴散速度不同，色素就可以在濾紙上被分開。

實驗材料用的是興趣小組帶來的菠菜葉；藥品有純酒精、層析液、SiO2和CaCO3。加入SiO2是為了使研磨更充分。加CaCO3的目的是保護色素，以防研磨過程破壞葉綠素。教師通過對實驗原理的解讀，讓學生由感性認識上升到理性認識。

步驟（2）：掌握實驗的操作流程，參與實驗探究。

①提取色素。在加藥品時，有學生提出：是否酒精加的越多效果越好？研磨的速度應該如何把握？對著光看濾液的顏色應該是什么顏色？學生帶著各種不解，開始親自動手進行“色素的提取”實驗，教師在一旁指導。實驗中，學生通過小組討論得出：研磨過程時間越短越好；藥品酌量添加，并不是越多越好；色素提取液的顏色是綠色。

②分離色素。為使實驗成功得到色素帶，學生需要解決：如何在濾紙條上劃一條細、齊、直的線。教師為學生提供蓋破片和毛細吸管。學生討論后得到兩個方案：用毛細吸管吸取濾液，再劃到濾紙上；用蓋玻片蘸取少量濾液，再將其印到濾紙上，劃和印都要重復三次，每次劃和印都有一定的時間間隔。每個小組都嘗試兩種方法，并比較哪種方法更好。接下來，各小組將濾紙條放在層析管中開始層析實驗。這個過程中需注意：試管口要塞好棉花；層析液的液面不能高過濾液線。教師對學生不熟悉的操作進行悉心指導，讓學生在活動中掌握紙層析的方法。學生在實驗過程中提高了生物學實驗研究技能，培養了用實驗驗證科學結論的習慣。通過學生對實驗的親身體會實現由理性認識到實踐的飛躍。

設計意圖：通過以上的教學引導，學生體驗探究過程并且樂于思考問題，培養了科學思維能力。學生在合作與交流中能力得到了提升，生物學核心素養得到了發展。

3.3 解釋（Explanation）

探究結束后，教師要求學生用自己的話解釋探究結果，形成初步概念。然后，教師給出相關的科學的解釋，幫助學生精準掌握新知識。

各小組展示實驗結果，并派代表到講臺板演。多數小組可得四種顏色的色素帶，教師向提問學生各色素帶寬窄情況。學生對實驗結果進行展示。教師引導學生說出：從下到上依次為黃綠色、藍綠色、黃色、橙黃色。教師提問：色帶的寬窄體現了什么？多數學生認為是由于色素中的含量不同而引起的。教師追問：色素帶的順序體現了什么？此時，僅少數學生能正確地說出是由于色素分子在層析液中的溶解度不同而擴散速度不同。教師進行補充，并要求每組都進行組內自我評價、小組間相互評價，最后給出評價。

設計意圖：科學探究最重要的是探究過程。學生能夠從探究活動中學到知識、鍛煉能力、發展生物學核心素養。

3.4 精致（Elaboration）

教師安排一個學習任務，并對學生進行提問，從而精致和發展知識，加強學生對新概念的理解，產生解決方案內化到學生的認知結構中。這是一個不斷完善的過程。

學習“葉綠體的功能”時，教師介紹了恩格爾曼的水綿實驗。學生閱讀資料1和資料2，并思考：

①實驗中可以得出怎樣的結論？

學生認真讀圖1，可知：葉綠體產生了氧氣，光合作用在植物細胞的葉綠體中進行。

圖1 恩格爾曼的水綿實驗示意

②學生開始對整個實驗的材料和條件控制等因素分析：首先實驗材料選得好，水綿的葉綠體呈帶狀，通過好氧菌可確定釋放氧氣多的部位，容易觀察。其次條件控制得好，在沒有空氣的黑暗中實驗，排除氧氣和光的影響；由于水綿獨特的葉綠體形態，在葉綠體上會形成光照不均的自身對照。然后教師引導學生閱讀資料2內容，學生頭腦中便會產生葉綠體是進行光合作用的場所這樣的概念。師生在共同來總結葉綠體的功能：吸收光能，進行光合作用。

③具有這些功能的結構基礎是什么？學生經過教師的啟發后，可以答出：類囊體薄膜上分布著色素，基質和基粒中都含有光合作用相關的酶。

在此基礎上，教師再拋給學生兩個問題，引發學生思考：

①植物葉片的顏色隨著季節會出現怎樣的變化？這其中蘊含了什么道理？

②海洋中的綠色植物的垂直分布與光照有什么關系？

設計意圖：通過在課堂教學中設置問題串來激發學生的探究熱情。在學生已獲得的概念“葉綠體的結構”的基礎上，教師利用恩格爾曼的實驗讓學生體會生物體結構與功能相適應，從原有的感性認識上升為理性認識，將理論知識與實踐應用相結合，有效地落實了課堂教學內容。教師要檢測學生對知識點的領會狀況，是否可以對學習內容進行學以致用。

3.5 評價（Evaluation）

教師要重視學生對課程內容的把握，了解學生是如何運用新的概念和方法來解決問題的。同時，教師應鼓勵學生及時進行相互評價和自我評價，可以通過提問、小組討論和板演、記錄學生動手能力等來評價學生。

本節課在多個環節對學生進行著評價，既有相對獨立的評價環節，又有與其他環節相融合的評價，如在解釋環節要求學生到講臺上進行實驗方案和實驗結果的展示。作為本節內容的獨立評價環節，筆者運用的是正式評價和非正式評價相結合，正式評價要求學生以小組為單位撰寫綠葉中色素的提取和分離實驗的實驗報告，而非正式評價則是以教師引導學生回顧課堂學習內容，在進行知識點梳理時，根據學生的表現進行的口頭評價。

設計意圖：通過實驗報告的書寫情況反饋學生在實踐中遇到的障礙，幫助教師了解學生，利于解決學生的問題，更好地落實課堂教學內容。

4 教學反思

本節課的教學設計中，在“吸引”階段，通過大棚薄膜的選取創設了良好的情境，激發學習興趣，吸引學生關注新內容。在“探究”階段，教師引導學生回答綠葉中色素的提取和分離方法，引領學生體會實驗流程，實現學生認知發展的兩次飛躍。在“解釋”階段，教師引導學生對“綠葉中色素的提取和分離”實驗的流程和方法進行解釋，師生互動交流、表達觀點。在“精致”階段，教師引導學生分析恩格爾曼的水綿實驗，并拋給學生新的問題，讓學生對葉綠素結構和功能的理解更加深入。在“評價”階段，考慮到學生學情，采用正式評價和非正式評價相結合的方式及時反饋學習效果。

由此可見，運用5E教學模式開展教學活動符合學生的認知發展水平，有利于學生積極參與到教學活動中來，促進學生的自主學習。通過這樣的探究教學，學生對每一個環節都留下了深刻的印象，個人能力也因教師的精心組織和引導得到大幅度提升。