以5E教學模式為支撐聚焦核心素養的教學設計

陳瓊

1引言

2016年9月，教育部正式公布《中國學生發展核心素養》，指出核心素養是學生適應個人和社會發展不可或缺的品格與能力。生物學學科核心素養涵蓋生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四方面，每方面的素養不是彼此孤立而是具有內在邏輯與統一整體性。下面以5E教學模式為支撐，進行“細胞與能量”一課的教學設計，以期探索發展學生生物學核心素養，實現生物學課程價值追求的有效途徑。5E教學模式是美國生物科學課程研究所（BSCS）于20世紀90年代提出的由“引入（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、遷移（Elaborate）、評價（Evaluate）”五個教學環節組成的一種教學模式，在國內已得到教育界普遍認可。它強調在引入環節創設有趣情境，吸引學生學習興趣;通過開展探究活動來引出新概念的學習;師生共同努力完成對探究結果的解釋分析，掌握新概念或新技能;遷移環節重在知識的拓展，以求學生在新情境和新問題中能運用新學內容;評價的形式亦是多樣化。

2教學目標

①通過探究活動，知曉ATP的功能，發展物質與能量觀，提高實驗探究能力;②利用紙片模型搭建ATP的結構，對應ATP功能，發展結構與功能觀，提升建模、思辨等思維能力;③分析ATP—ADP的循環及其對細胞供能的意義，提高問題解決能力，能運用歸納概括、批判性思維等科學思想探討生命現象;④通過認識醫用ATP片劑理解ATP的重要意義，體驗生物學原理在生產實踐中的應用價值。

3教學過程

3.1引入環節——創設情境，知情結合

教師以晉朝車胤囊螢的故事和杜牧的詩《秋夕》引入能量的話題，并展示古代戰爭“滾木雷石”防敵技術的圖片，讓學生思考螢火蟲光能的來源，體會能量之間的相互轉化，最終使學生理解化學能是細胞內最主要的能量形式。

核心素養指向點：熒光流溢的夏夜美景讓學生感受生命的美感，了解生物特點，發展生命觀念。

3.2探究環節——實驗探究，引發新知

教師提出問題：螢火蟲體內何種物質的化學能可直接轉化為光能？是否是前面所學的能源物質——葡萄糖、貯能物質——脂肪？教師通過提供螢火蟲發光的背景資料，課件展示實驗材料（包括磨成粉末的螢火蟲尾部發光器、葡萄糖溶液、油脂溶液、ATP溶液、試管等），為學生搭好腳手架后，再讓其分組充分討論，設計實驗步驟。在教師的引導下，學生開展討論，獲得完善的實驗步驟。教師展示實驗結果的動畫，表明只有加入ATP溶液的試管發出淡黃色的熒光。此時，學生討論得出結論：ATP中的化學能可轉化為光能。

核心素養指向點：通過提供資料，培養學生的實驗設計與探究能力。問題的提出、資料的分析與討論需要學生的質疑、綜合分析、判斷、歸納等科學思維能力。

3.3解釋環節——深入會意，聯系生活

掌握ATP的化學組成與結構是理解其功能的最佳途徑，教師展示片剪好的分別代表腺嘌呤（正方形）、核糖（五邊形）、磷酸基團（圓形）、普通磷酸鍵（加粗橫線）、高能磷酸鍵（加粗波浪線）、能量（爆炸形）的紙片。各學習小組通過閱讀教科書，討論各成分之間的連接順序，派代表在黑板上搭建模型并講解、分析結構特點。教師需進一步解釋：普通磷酸鍵水解的自由能只有2～5kJ/tool，而高能磷酸鍵水解時釋放的能量約為30kJ/mool，自由能高，易水解釋放能量或轉化成其他形式能量。接著，聯系實際，展示購買的ATP藥劑，請學生朗讀說明書中的藥理作用，讓學生直觀體驗。

核心素養指向點：運用“模型與建模”來探討生命現象及規律是重要的科學思維，構建ATP的分子結構模型可解決認知與記憶難題。學生所形成的結構與功能觀是：ATP含高能磷酸鍵，易水解快速釋放大量能量，所以是細胞內直接的能源物質。

3.4遷移環節——制造沖突，拓展外延

教師指出：成人體內ATP總量約為2 mg，只夠劇烈運動時維持3 s，因此依賴于ATP與ADP分子之間的快速轉化，ATP水解產生ADP，釋放能量用于生命所需。而生物的呼吸作用與光合作用產生的能量可使ADP快速再生為ATP，二者不停轉化且處于動態平衡之中。若ATP是小額鈔票，葡萄糖則像大額鈔票，脂肪似銀行卡，蛋白質如不動產，它們氧化分解釋放的能量，可通過ATP的合成與分解用于其他生命活動。由此，幫助學生理解ATP是細胞代謝的“能量通貨”。

核心素養指向點：學生所形成的物質與能量觀是：營養物質氧化分解產生能量，通過ATP用于各項生命活動，能源物質是細胞的生命燃料。教師利用類比思維方法，幫助學生快速把握ATP、葡萄糖、脂肪與蛋白質的關系。

3.5評價環節——開拓思維，學以致用

在《名偵探柯南》等懸疑片中會出現抑制ATP形成的氰化物等藥品。教師可請學生聯系電影，大膽思考ATP再生過程受阻的后果：氰化物的毒理在于阻擋ATP的形成，使神經元等細胞的生理活動無法繼續，人在3～6min內就會失去知覺而死亡。由此，學生便能領會ATP對維持生命的重要性。最后，教師展示題目進行檢測評價。

核心素養指向點：ATP與ADP的循環是細胞完成各項生命活動的保障，也是穩態的體現。因此，ATP合成受阻會有生命危險。這樣可提高學生利用所學知識解決生活問題的能力，培養其社會責任感，關愛自己，關愛生命。

4教學反思

以核心素養為導向的課堂教學是我國課程改革和教學實踐中面臨的全新課題與挑戰。而5E教學模式注重科學探究，在幫助學生掌握知識、構建和運用科學概念的同時，強調提高學生質疑、思辨、推理等思維能力。其五大環節與核心素養的四個方面可以有多水平多層次的對接與掛鉤，是實現課程目標的有效策略。