運用“5E”教學(xué)模式探索高效課堂新途徑

摘 要：5E教學(xué)模式是由引入、探究、解釋、精致和評價這5個教學(xué)環(huán)節(jié)組成的，基于建構(gòu)主義教學(xué)理論和概念轉(zhuǎn)變理論的教學(xué)模式。基于5E教學(xué)模式開展“DNA的復(fù)制”的課堂教學(xué)，嘗試通過探究、解釋和評價等多種方式，探索高效課堂的有效途徑。

關(guān)鍵詞：5E教學(xué)模式;DNA的復(fù)制;途徑

一、? 理論依據(jù)

5E教學(xué)模式是美國生物學(xué)課程研究（BSCS）開發(fā)的一種基于建構(gòu)主義教學(xué)理論和概念轉(zhuǎn)變理論的教學(xué)模式，通過協(xié)同方式組織和順序化學(xué)生的潛在學(xué)習(xí)經(jīng)歷，旨在讓學(xué)生通過科學(xué)探究獲得更加深入理解的知識。該教學(xué)模式共包括5個教學(xué)環(huán)節(jié)，即引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、精致（Elaboration）和評價（Evaluation）。筆者嘗試以人教版高中生物必修二第三章“基因的本質(zhì)”第3節(jié)的內(nèi)容《DNA的復(fù)制》為案例，基于“5E”教學(xué)模式，探索DNA的半保留復(fù)制方式，并突破DNA復(fù)制過程微觀、動態(tài)、連續(xù)、抽象的特點，從而提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的思維和方法。

二、 教學(xué)目標(biāo)

（一） 知識與能力目標(biāo)

1. 運用5E教學(xué)模式，嘗試讓學(xué)生探究DNA半保留復(fù)制和全保留復(fù)制的過程。

2. 通過觀看動畫、分析科學(xué)史，師生互動，能夠簡述DNA復(fù)制的過程，能夠識記DNA復(fù)制的概念。

（二） 學(xué)科素養(yǎng)

1. 基本技能（引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)假說-演繹法的一般步驟探究DNA的復(fù)制方式到底是半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制，培養(yǎng)學(xué)生自主探索、合作學(xué)習(xí)、分析問題、解決問題的能力）。

2. 基本思想（通過介紹Meselson、stehl的試驗，引導(dǎo)學(xué)生分析、比較、推理、歸納，培養(yǎng)科學(xué)的思維）。

三、? 教學(xué)過程

（一） 引入（Engagement）

在引入環(huán)節(jié)，形式多樣地呈現(xiàn)圖片、實物、問題、情境等，引導(dǎo)學(xué)生思考、表達(dá)，暴露已有的前概念或錯誤概念，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)探究欲望。

展示課件，采用學(xué)生感興趣的明星照片（胡歌以及胡歌爸爸）設(shè)問為什么父子之間會如此相像？學(xué)生回答是因為遺傳。再投影一份親子鑒定報告，介紹通過檢測兩個人的15個不同的基因位點，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)是相同的，據(jù)此認(rèn)為兩人是父子關(guān)系的可能性達(dá)99%以上。為什么可以這么認(rèn)為？這是因為親代的遺傳物質(zhì)DNA是通過復(fù)制之后傳遞給子代的。那么，DNA是如何進(jìn)行復(fù)制的？這里的引入既與課程任務(wù)相關(guān)，又能引發(fā)學(xué)生的興趣，活躍課堂，同時啟發(fā)學(xué)生思考DNA復(fù)制在遺傳上的意義。

（二） 探究（Exploration）

探究環(huán)節(jié)，給學(xué)生資料、實驗材料，并提出恰當(dāng)?shù)膯栴}引導(dǎo)學(xué)生針對特定的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行動手、動腦的探究。DNA的復(fù)制的實驗證據(jù)雖然是選學(xué)內(nèi)容，但有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的思維和方法，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，所以將它作為培養(yǎng)學(xué)生探究思想和方法的重點。教師提出緊扣主題的具有挑戰(zhàn)性、探索性的問題，使學(xué)生主動去探索。學(xué)生嘗試?yán)谩凹僬f—演繹法”探究DNA的復(fù)制方式。

發(fā)現(xiàn)問題是科學(xué)研究的第一步，引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文P52，展示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后，提出問題：當(dāng)時科學(xué)界中對DNA復(fù)制方式持“半保留復(fù)制”和“全保留復(fù)制”這兩種觀點。PPT圖示這兩種復(fù)制方式，學(xué)生觀察后指出區(qū)別。半保留復(fù)制以母鏈中的每一條舊鏈作為模板再合成一條新鏈，這樣在新合成的兩個雙螺旋分子中，一條鏈?zhǔn)桥f的而另外一條鏈?zhǔn)切碌摹ＨＡ魪?fù)制則是新形成的兩個DNA，一個是原來的，另一個則是由新合成的兩條鏈組成的。

提出假說：（用黑色表示親代DNA兩條鏈，白色表示新合成的子鏈。請畫出DNA復(fù)制兩次子代DNA的情況）學(xué)生分組（一組持半保留復(fù)制觀點，一組持全保留復(fù)制的觀點）分析討論，根據(jù)假設(shè)討論演繹并畫圖表示兩種復(fù)制的結(jié)果。

小組間相互補充，并作出評價。

演繹推理：引導(dǎo)如何設(shè)計實驗進(jìn)行驗證，提示從T2噬菌體侵染實驗，探討實驗方法。筆者設(shè)計以大腸桿菌為實驗材料進(jìn)行實驗，提出下面3三個問題：

問題1：如果要在實驗中直觀地區(qū)別母鏈或子鏈，可以采取什么辦法？

（同位素示蹤技術(shù)，可以用哪些元素來進(jìn)行標(biāo)記？）

問題2：假設(shè)親代是含15N母鏈，子代形成的是含14N的新鏈。全保留復(fù)制和半保留復(fù)制形成的子代DNA是怎樣的？在試管中會出現(xiàn)幾條條帶？

（15N/15N、15N/14N、14N/14N這三種DNA）

問題3：怎樣把不一樣的DNA分開呢？

（密度梯度離心技術(shù)：在離心管中加入介質(zhì)（如氯化銫）形成一個液體密度梯度，離心時待測懸液的各組份以不同的速度下沉，最終將停留在與自己相同的密度中，形成一個條帶。）

學(xué)生根據(jù)剛才演繹的結(jié)果，推導(dǎo)出這樣的可能實驗現(xiàn)象：如果是全保留復(fù)制，則離心后DNA條帶應(yīng)該只有兩條;如果是半保留復(fù)制，則離心后DNA條帶應(yīng)該有三條，請學(xué)生在學(xué)案中標(biāo)出子一代和子二代離心后DNA在試管中的位置。通過學(xué)生的板演，和師生及生生互評，完成演繹推理環(huán)節(jié)。

實驗驗證：介紹1958年Meselson和Stehl用含有15N的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，經(jīng)過多次細(xì)胞分裂，細(xì)菌細(xì)胞的DNA充分地被15N標(biāo)記上。然后把這些細(xì)胞移入正常的含同位素14N的培養(yǎng)基中，然后，在不同時刻（復(fù)制不同代數(shù)后）收集細(xì)菌樣本，從中提取DNA，再將提出的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。

得出結(jié)論。學(xué)生觀察實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)與________本組推測的結(jié)果一致（或相反）。

所以DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制。

本環(huán)節(jié)旨在激發(fā)學(xué)生探索和協(xié)作的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和思維能力。筆者不拘泥5E教學(xué)模式中的環(huán)節(jié)次序，通過兩次學(xué)生的板演，從探究到解釋，再探究再解釋，讓學(xué)生主動理解并演繹推理實驗過程。培養(yǎng)學(xué)生的參與意識和培養(yǎng)學(xué)生的合作、探索的精神，并進(jìn)一步復(fù)習(xí)假說-演繹法。

（三） 解釋（Explanation）

解釋是概念引入環(huán)節(jié)，要求學(xué)生用自己的語言解釋探究結(jié)果，形成初步解釋。本環(huán)節(jié)中，在DNA如何進(jìn)行半保留復(fù)制的突破上，用科學(xué)史論證教學(xué)，并通過視頻突破重難點，精心設(shè)計問題，使得學(xué)生自然而然地得到DNA復(fù)制的概念。

資料一：美國科學(xué)家科恩伯格（Arthur Komberg）認(rèn)為：既然細(xì)胞內(nèi)可以進(jìn)行DNA分子的復(fù)制，必有相應(yīng)的酶存在。他利用大腸桿菌制備抽提液加入DNA合成的原料和能源物質(zhì)，再加入極微量的“模板DNA”和鎂離子，保溫30min，發(fā)現(xiàn)有新DNA分子的合成。測定其堿基組成，發(fā)現(xiàn)它們同“模板DNA”一樣。后來他分離出DNA復(fù)制時需要的DNA聚合酶，也因此榮獲1959年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。資料二：科學(xué)家們當(dāng)時迫切尋找到一種酶，能夠在DNA復(fù)制時破壞互補堿基對的氫鍵結(jié)構(gòu)而打開DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。這種酶被科學(xué)家稱為解旋酶。自1976年人類在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了第一個解旋酶，至今已有上百種解旋酶被發(fā)現(xiàn)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)解旋酶是一種常見的馬達(dá)蛋白，以核酸單鏈為軌道沿著核酸鏈定向移動，并利用ATP水解提供的能量打開互補的DNA雙鏈，獲得單鏈。

思考：1. 從資料一中找出完成DNA復(fù)制需要哪些基本條件？

2. DNA復(fù)制時，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)需不需要打開，如何打開？

學(xué)生從兩則資料中發(fā)現(xiàn)信息，討論后回答。

播放DNA復(fù)制的動畫，使學(xué)生完成由感性到理性的知識過渡。學(xué)生隨著動畫的演示，一起總結(jié)出過程：解旋——復(fù)制——形成2個新的DNA。從過程上來看，DNA復(fù)制的特點是邊解旋邊復(fù)制。從結(jié)果上來看，其特點是半保留復(fù)制。學(xué)生自主歸納總結(jié)出DNA復(fù)制的場所、時間、條件、過程、特點、意義等具體概念，并嘗試構(gòu)建DNA復(fù)制過程的概念模型。

（四） 精致（Elaboration）

精致即概念應(yīng)用環(huán)節(jié)中，以求學(xué)生在新情境和新問題中能運用新學(xué)內(nèi)容。

創(chuàng)設(shè)PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA這一新情景，完成DNA復(fù)制的相關(guān)計算。近十幾年來，PCR技術(shù)是分子生物實驗的一種常規(guī)手段，其原理是利用DNA半保留復(fù)制的特性，在體外進(jìn)行DNA的人工復(fù)制，每完成一個循環(huán)需2～4分鐘，2～3小時就能將待復(fù)制DNA擴(kuò)增幾百萬倍。使分子生物實驗所需的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。假設(shè)一個親代DNA分子經(jīng)PCR擴(kuò)增n次后：①得到的DNA分子總數(shù)為________。②含有親代母鏈的DNA分子數(shù)為________。③不含親代母鏈的DNA分子數(shù)為________。④若該DNA含某種脫氧核苷酸

a個，則經(jīng)過n次復(fù)制，共需消耗游離的該核苷酸個數(shù)為________。⑤若該DNA含某種脫氧核苷酸a個，則在第n次復(fù)制時，共需消耗游離的該核苷酸個數(shù)為________。通過以上新問題情境的深入分析與思考，學(xué)生對于DNA復(fù)制這一重要概念會有更加深入的理解和掌握，順利完成DNA復(fù)制的相關(guān)計算。

（五） 評價（Evaluation）

評估（Evaluation）環(huán)節(jié)中，提出開放性的問題來評價學(xué)生對新概念或方法的理解和應(yīng)用情況。以此判斷本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況。同時，評價也為教師提供了一個評估自己教學(xué)過程和效果的機會。

四、 教學(xué)反思

5E教學(xué)模式不同于以往的探究型或者概念型教學(xué)模式，它比其他教學(xué)模式更能幫助學(xué)生組織學(xué)習(xí)內(nèi)容，構(gòu)建和運用科學(xué)概念。5E教學(xué)模式的五大環(huán)節(jié)可多水平多層次的對接生物學(xué)科核心素養(yǎng)的四個維度，是實現(xiàn)高效課堂的有效途徑。五大教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生均能積極收集和整理信息，運用假說演繹法主動參與探究過程，大膽說出自己的見解，有思維的碰撞，收到了很好的效果。在教學(xué)中，5E教學(xué)模式不僅提高學(xué)生探究、思辨、推理等科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，而且轉(zhuǎn)變了高中生生物的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，提高教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王健，李秀菊.5E教學(xué)模式的內(nèi)涵及其對我國理科教育的啟示.生物學(xué)通報，2012，47（3）：39.

[2]劉本舉.“DNA的復(fù)制”科學(xué)史的分析與教學(xué)建議.生物學(xué)通報，2014，49（3）：30.

作者簡介：沈淑芬，福建省漳州市，福建省漳州第一中學(xué)。