“5E教學法”對高中生物實驗探究學習力的提升

楊祎

摘 要：“5E”教學模式的5個步驟是：吸引、探究、解釋、遷移和評價，這5個步驟是基于建構主義的5個步驟，在高中生物實驗中采用“5E”教學模式能夠有效提高學生的生物實驗探究學習能力。將微課的微視頻手段融入“5E”教學法的5個步驟中能夠使“5E”教學法的拓展性更強。以“洋蔥質壁分離和復原實驗條件與材料的探究”為例，闡述基于微課背景的“5E”教學法在學生生物實驗探究學習力提升中的應用。

關鍵詞：“5E”教學法;微課;探究學習力;質壁分離

高中生物核心素養的關鍵能力之一是生物實驗的探究能力，美國生物課程研究專家貝爾開發提出的5E教學模式，倡導以激發學生的探究興趣為起點，通過吸引、探究、解釋、遷移和評價5個階段開展探究學習。

一、教學思路分析

質壁分離和復原實驗是蘇教版高中生物學教材必修1《分子與細胞》中的經典探究實驗，也是高中生物必修階段重點考查的典型實驗之一。蔗糖質量分數濃度為0.3 g/mL，在該蔗糖濃度下質壁分離和質壁分離復原實驗的效果好，如果實驗時間過長或蔗糖濃度過高會造成植物細胞的死亡，如何設置蔗糖溶液的濃度梯度，探究哪一個濃度的蔗糖溶液能夠在保證實驗效果的情況下，實驗時間最短成為學生新的探究起點。

洋蔥外表皮有紫色的大液泡容易觀察到質壁分離現象，但是洋蔥的刺激味道太強，是否可選用身邊的植物獲得和洋蔥一樣的實驗效果成為學生感興趣的又一探究熱點。

從已有的實驗現象中提出問題，由問題驅動學生開展新的探究，可以有效地激發學生的探究學習熱情，這兩個問題都是關于同一個實驗的不同探究點，可以結合起來讓學生分組開展探究，采用“5E”教學法引導每一組學生運用一種材料在一種濃度下開展植物細胞質壁分離的實驗，通過微視頻的記錄以后分析交流實驗結果。結合“5E”教學法通過自己動手開展探究實驗，能提高學生的實驗探究學習力。在探究實驗過程中采用微課的手段進行學習和記錄能有效地縮短探究實驗的時間，促進學生之間的合作與交流。

二、基于“5E”模式的教學流程設計

（一）吸引——創設情境

播放生活中的視頻，腌制的西紅柿有大量的水分逐漸滲出。啟發學生思考是什么原因導致了植物細胞失水？學生通過思考后回答，當外界溶液濃度高于細胞液濃度會導致細胞失水。在日常生活中，還有蘿卜條在鹽水中逐漸變軟。植物細胞失水在顯微鏡下能觀察到怎樣的現象呢？學生都能回答出是質壁分離現象，并能夠回答出觀察植物細胞質壁分離實驗的相關實驗步驟。

播放學生以洋蔥外表皮為實驗材料做植細胞質壁分離與復原實驗的視頻，在看自己動手操作實驗的視頻的過程中，學生又回顧了實驗操作的具體步驟，回憶起當時操作的各種細節。特別是對洋蔥氣味刺鼻，要觀察質壁分離操作時間很長這個細節記憶猶新。引導學生思考能否運用身邊的植物材料來探究什么濃度的溶液條件下植物細胞質壁分離的時間比較短，有利于實驗的觀察。

（二）探究——依托教材

通過視頻回顧自己做過的實驗，學生提出可以利用校園植物為材料，通過對比實驗探究不同植物材料在系列濃度蔗糖溶液條件下，發生質壁分離與復原的程度不同，從而探究更好的植物材料和蔗糖溶液實驗濃度。為了有效地開展實驗可以依據材料的不同分小組進行蔗糖溶液密度實驗的探究，在實驗過程中每小組可以通過視頻的拍攝將結果記錄下來，最終通過視頻的記錄繪制表格，統計數據得到所希望的實驗結果。

1.儀器：數碼顯微鏡（帶拍攝功能）、剪刀、鑷子、滴管、燒杯、目鏡測微尺、鑷子、刀片、載玻片、蓋玻片、吸水紙等。

2.材料與方法：紫鴨趾草、金魚藻、紅楓葉、蒸餾水等。

3.試劑配制：通過資料查閱得知與洋蔥細胞液等滲的蔗糖溶液質量分數為0.19 g/mL～0.27 g/mL，教材中采用的蔗糖溶液濃度為0.3 g/mL，根據實驗要求依次配制質量濃度為0.3 g/mL、0.35g/mL、

0.4 g/mL、0.45 g/mL、0.5 g/mL 的蔗糖溶液。

4.觀察與制片：

（1）制片：根據實驗植物材料的不同，每種材料制作臨時裝片各3張，依次進行編號。用低倍鏡觀察植物細胞液泡的大小及原生質層的位置拍照做記錄。（2）引流分離：保持鏡頭與裝片的位置不變，對不同植物材料的3張臨時裝片分別用質量濃度0.3 g/mL、0.35g/mL、0.4 g/mL、0.45 g/mL、0.5 g/mL蔗糖溶液進行引流分離操作，同時開始錄像記錄不同植物材料在不同濃度的蔗糖溶液條件下發生質壁分離的時間，然后迅速用清水引流，在顯微鏡下觀察植物細胞質壁分離與復原的現象。

如果數碼顯微鏡帶有顯微標尺，還可以采用測定B/A比值來判別植物細胞發生質壁分離的程度。具體的操作步驟如下：打開數碼顯微鏡和計算機設備，先用低倍鏡觀察未發生質壁分離前各種植物材料細胞的形態和結構，再用不同濃度的蔗糖溶液滴加在玻片一側，用吸水紙在另一側引流，觀察記錄不同植物材料發生質壁分離的時間，截取視頻圖像，用顯微鏡測微尺測量植物細胞長度A和原生質縱向長度B，記錄數據計算 B/A 的值。

5.數據統計：將實驗過程中拍攝的視頻，按照編號統計相關的實驗數據填寫在實驗報告的表格中，主要對比不同實驗材料在不同濃度的蔗糖溶液條件下發生質壁分離的時間的不同。

（三）解釋——層層推進

通過表格中的數據分析可以得知，不同質量濃度梯度的蔗糖溶液處理15分鐘以后各植物細胞都發生了質壁分離現象。相比較而言，0.3 g/mL～0.35 g/mL蔗糖溶液處理15 min 后，裝片邊角細胞均發生質壁分離現象，裝片中央細胞有的還沒有發生質壁分離現象，發生質壁分離現象細胞的原生質層收縮程度比較小。而質量濃度0.4 g/mL 到0.5 g/mL蔗糖溶液處理15 min 后，視野中的細胞都發生了質壁分離現象。

因此，植物細胞質壁分離現象存在濃度—時間效應，從數據分析中可以看出同種植物在相同時間內發生質壁分離現象的細胞比例與蔗糖濃度成正比，同種植物細胞發生質壁分離所需要的時間與蔗糖溶液濃度成反比。當蔗糖溶液為0.5 g / mL時，8 min 后發生了質壁分離植物細胞比例為100%。觀察質壁分離現象的效果較好，0.4 g/mL～0.45 g/mL蔗糖溶液處理所需時長大約在10～12分鐘之間。而當蔗糖溶液濃度為0.3 g/mL時，15分鐘后發生質壁分離的細胞比例為60%～85%。

蔗糖溶液濃度越高，植物細胞發生質壁分離復原的時間越快，當蔗糖溶液為0.3 g/m L～0.35 g/mL時，8～20分鐘后植物細胞發生質壁分離復原，當蔗糖溶液濃度為0.4 g/mL～0.45 g/mL時，7～10分鐘后植物細胞發生質壁分離復原，當蔗糖溶液濃度為0.5 g/mL時，處理后的植物細胞幾乎不發生質壁分離復原。0.5 g/mL

蔗糖因為實驗組不發生質壁分離的原因，該組實驗的植物細胞幾乎都是死亡的。通過實驗數據的比較分析發現，0.45 g/mL 蔗糖溶液完成質壁分離和復原整個過程所需的時間相對較少，發生質壁分離的細胞也都復原。

不同實驗材料對觀察植物細胞質壁分離現象也有一定的影響。紫鴨趾草細胞液泡紫色，細胞大小適中，0.45 g/mL 蔗糖溶液濃度下發生質壁分離的時間在1 min 左右，質壁分離程度明顯，10分鐘左右100%的細胞發生質壁分離。紫鴨趾草細胞保衛細胞數量比較多，而且分離以后原生質層形狀不規則，影響到質壁分離實驗現象的觀察和原生質層測量的準確性。

金魚藻細胞含有豐富的葉綠體，相同質量濃度的蔗糖溶液條件下，發生質壁分離時間最短。當蔗糖溶液為30%時， 在35 s 內金魚藻細胞發生質壁分離。但是由于金魚藻細胞原生質層是無色，含有大量的葉綠體，觀察質壁分離的效果不是太理想。

紅楓葉液泡顏色鮮艷，細胞原生質層形狀規則大小適中，有利于實驗數據的采集和測量，在相同濃度的蔗糖溶液條件下，發生質壁分離的時間沒有紫鴨趾草外表皮細胞快，當蔗糖溶液濃度為0.45 g/mL時，2 min內發生質壁分離，質壁分離程度明顯，12分鐘左右100%的細胞發生質壁分離，能夠滿足縮短實驗時間保證實驗效果的需要。

總體分析紫鴨趾草外表皮細胞和紅楓葉細胞質壁分離效果較好，但前者細胞太小，氣孔和色素多，影響觀察;紅楓葉細胞形態規則，顏色明顯，發生質壁分離所需的時間較短，質壁分離程度明顯，原生質層形態規則近橢圓形，是可以替代洋蔥外表皮細胞作為實驗的理想材料。

（四）遷移——聯系生活

通過一系列實驗，學生認識到不同植物細胞發生質壁分離和質壁分離復原現象的外界溶液濃度是不同的，當外界溶液濃度高于植物細胞液濃度的時候就會引起植物細胞的失水現象，這也就是我們剛開始所觀看到的生活視頻中腌制的西紅柿出水和鹽水浸泡的蘿卜條變軟的原因。

（五）評價——多元評價

通過微視頻的記錄，不同小組之間能夠通過相互的討論反思交流自己在實驗中間所存在的不足之處，以及實驗過程中還有待改進的地方。微視頻為學生開展探究實驗提供了有力的實驗數據記錄工具和過程性的評價手段，讓學生能夠更加形象直觀地改進實驗設計，深刻體會實驗探究的過程。

通過微視頻的反思記錄，讓學生成為整個評價過程的主體，并且在評價過程中得到實驗探究學習力的提升和發展，也為其他同學開展生物實驗探究實驗提供第一手的資料，讓生物探究實驗能夠在已有基礎上不斷地深入和拓展。

結合微課的“5E教學法”開展生物探究實驗，為學生提供了清晰的高中生物實驗探究路徑，有效提高了學生開展生物實驗探究學習的實驗設計水平和實際動手能力。

參考文獻：

劉娜.微課在高中生物實驗教學中的應用探討[J].中國校外教育，2018（28）：106，121.