5E教學模式在高中生物教學中的應用

【摘 要】本文以“降低化學反應活化能的酶—— 酶的作用和本質”為例，闡述 5E 教學模式在高中生物教學中的應用，在這一節課中，先以廣告導入酶的學習，再引導學生設計“影響酶活性的條件”實驗方案，經過探究、總結酶作用的機理，培養學生的探究精神，然后反思實驗中存在的問題，為教學提供參考。

【關鍵詞】5E教學模式 生物教學 酶活性實驗

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）38-0120-03

《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》指出本課程的宗旨是提高學生生物學學科核心素養，它包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。實驗是高中生物教學的重要內容，是培養學生生物學核心素養的重要途徑。5E 教學模式是美國生物學課程研究（BSCS，1989）基于建構主義教學理論提出的一種探究式教學模式，它包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）五個環節，故簡稱 5E 教學模式，它有助于學生養成合理的研究思路和發展學生核心素養。鑒于本節課的內容特點，筆者利用 5E 教學模式來幫助學生理解活化能和酶的作用和本質，提高學生實驗探究能力。

一、教材和學情分析

“降低化學反應活化能的酶—— 酶的作用和本質”是普通高中課程標準實驗教科書生物必修一《分子與細胞》《第五章 細胞的能量供應和利用》第一節的內容，本節內容是細胞代謝的基礎。本節課的授課對象是高一學生，學生在初中已學過無機催化劑，但是首次接觸活化能、酶等概念。酶的作用及本質對高一學生而言較為抽象，因此，教師應從學生熟悉的無機催化劑出發，逐步過度到“酶的作用”的學習中。基于以上分析，制訂以下教學目標：（1）闡述細胞代謝和活化能等相關概念。（2）說明酶的作用及本質。（3）通過實驗探究，培養學生觀察與分析實驗數據能力、歸納與總結能力以及尊重事實和證據的科學態度，最終幫助學生掌握實驗的思路和方法。（4）學生自主學習科學史，領悟科學家的探究精神和實事求是的科學態度。本節的重點內容為活化能、酶的作用和本質、如何控制實驗中各個變量的關系。難點在于幫助學生理解活化能和酶的作用機理。

二、5E 教學模式的實施過程

（一）吸引：利用廣告和實驗為導入，激發學生學習興趣

吸引是 5E 教學模式的起始環節，需要教師創設問題吸引學生學習興趣。

教師利用多媒體播放三則廣告：“去污更強勁，雕牌洗衣粉。”“牙白口清新，藍天六必治。”“消化不良，家中常備多酶片。”請學生思考是什么物質提高它們的功效？學生觀看廣告，發現是酶提高反應功效。教師繼續引導學生思考酶是什么？為什么它能夠提高反應功效呢？

教師繼續展示斯帕蘭札尼的實驗，展示問題串：（1）為什么要將肉塊放在金屬籠內？（2）是什么物質使肉塊消失？（3）如何才能證明你的推測。學生在教師的指導下積極思考，回答問題：（1）如果沒有將肉塊放在金屬籠，則肉塊在消化過程中會被磨碎，進行物理性消化。（2）放在金屬籠中的肉塊消失，說明鳥類胃內的某些化學物質將肉塊進行分解，即化學性消化。（3）要證明這種化學物質是否能分解肉塊，則需收集胃內的化學物質，觀察它在體外能否分解肉塊。教師提供小資料：科學家發現胃液中含有大量的鹽酸，起初認為是鹽酸分解食物，后來研究發現，胃腺能夠分泌某種物質，將該物質與鹽酸混合后對肉類的分解能力大于鹽酸的單獨作用，這種物質是胃蛋白酶。

〖教師講解〗化學中存在許多化學反應，在生物體內是否也進行像食物化學性消化等多種化學反應那樣呢？請舉例說明。學生聯系所學知識，如細胞呼吸也屬于化學反應。最后，教師和學生一起總結細胞代謝的定義，即細胞中每時每刻都進行著的許多化學反應，統稱為細胞代謝。酶在細胞代謝中又有什么作用呢？

〖設計意圖〗利用簡短的廣告導入酶的學習，激發學生學習欲望，提高學生學習興趣，幫助學生過度到“酶”的學習中;利用斯帕蘭札尼實驗，層層設置問題，引導學生思考問題，學生對酶有粗略的了解后引出細胞代謝;聯系三則廣告的內容和斯帕蘭札尼實驗，提出酶與細胞代謝的關系，激發學生探究欲望，為學習“酶在細胞代謝中的作用”做鋪墊。

（二）探究：提出問題，設計并探究實驗

探究是 5E 教學模式的中心環節，該環節是在教師指導下，學生積極、主動地開展探究活動，充分發揮學生學習的主體性和主動性。

〖教師提問〗在細胞代謝過程中會產生大量的有害物質，如過氧化氫。過氧化氫在過氧化氫酶作用下分解產生氧和水。酶在細胞代謝過程中如何發揮作用？它與無機催化劑的作用效率是否有差異呢？通過設置疑問，引出本節課的探究內容—— 比較過氧化氫在不同條件下的分解。

〖學生活動〗本次實驗提供的實驗材料有質量分數為 3.5% FeCl3 溶液、新鮮的質量分數為 20% 的肝臟研磨液、新配置的體積分數為 3%? 的過氧化氫溶液、試管、衛生香等。學生在設計實驗方案前，教師重點強調等量原則和單一變量原則，如何設置對照組和實驗組，實驗注意事項。學生在明確實驗目的和實驗要求后，以 8 人為一組，設計實驗方案如表 1。

4 2 滴新鮮肝臟研磨液

教師評價與完善實驗方案后要求學生規范實驗步驟，認真觀察、記錄實驗現象，思考和討論教材 P79 的問題：（1）與 1 號試管相比，2 號試管出現什么不同的現象？這一現象說明什么？（2）3 號和 4 號試管未經加熱，也有大量氣泡產生，這說明什么？（3）3 號試管和 4 號試管相比，哪一支試管中的反應速率快？這說明什么？

〖設計意圖〗學生在主動參與設計實驗方案和動手操作實驗的過程中，不僅充分發揮學生學習的主動性，而且培養學生團隊合作意識。學生在思考問題過程中，掌握實驗設計思路以及各個變量之間的關系，形成自己的實驗思路，提高學生實驗探究能力。

（三）解釋：交流和討論實驗結果，得出實驗結論

解釋是 5E 教學模式的關鍵環節，該環節鼓勵學生解釋探究過程、探究結果以及探究過程中遇到的問題。

〖學生活動〗學生在教師的指導下，根據實驗現象、積極討論問題、交流實驗結果如下：（1）相比 1 號試管，2 號試管產生較多氣泡，說明加熱使過氧化氫分子獲得能量從而促進其分解，提高反應速率。此時，教師及時引出活化能的概念，即像 2 號試管中過氧化氫分子經過加熱獲得能量，從常態轉變為容易分解的活躍狀態，從而促使過氧化氫分解。分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量稱為活化能。（2）3 號試管產生較多氣泡，4 號試管產生大量氣泡;將帶火星的衛生香分別放入 3 號和 4 號試管內液面上方，發現 3 號試管衛生香沒復燃但變亮，4 號試管衛生香復燃，說明 FeCl3 溶液和新鮮肝臟研磨液都能催化過氧化氫的分解，且新鮮肝臟研磨液中過氧化氫酶的催化效率要比無機催化劑 FeCl3 溶液的催化效率更顯著。

〖教師追問〗（1）過氧化氫酶具有催化作用，它是一種催化劑，是否也具有無機催化劑的特點呢？學生回憶無機催化劑的特點，討論得出二者都是催化劑，具有催化劑的特點，即能夠改變化學反應的速率，但化學平衡以及反應前后催化劑本身的質量和化學性質都不改變。（2）為什么過氧化氫酶和 FeCl3 溶液能促進過氧化氫分解，加快反應速率呢？為什么過氧化氫酶的催化效率要比無機催化劑的催化效率要高呢？要求學生觀察表 2，你能從表中得出什么結論？此時，教師再次提示學生注意觀察自變量和因變量之間的關系。

學生從表中可以發現催化劑并沒有給過氧化氫分子提供能量，而是降低反應所需的活化能，且相比無機催化劑（膠狀鉑），酶降低活化能的作用更顯著，因此催化效率更高。

〖設計意圖〗先讓學生回憶無機催化劑的特點，再由無機催化劑的特點延伸到有機催化的特點，培養學生遷移能力;學生通過觀察實驗現象，解釋實驗結果，得出實驗結論，培養學生尊重事實和證據的科學思維能力以及提高語言表達能力;引出活化能后，利用表格，學生通過觀察、分析表格數據，直觀地發現酶作用的機理，提高學生分析、比較數據及解決問題的能力。

（四）遷移：聯系生活，促進知識遷移

遷移是學生在教師的指導下嘗試運用所學知識解決新問題，鞏固所學知識的過程。

為幫助學生更好地思考，教師提出以下問題：（1）單一變量原則、等量原則是實驗中重要的原則，要求學生反思自己的實驗設計是否合理，還存在哪些問題，如何改進這些問題，課后以探究“影響酶活性的條件”為例，設計實驗方案。（2）要求學生閱讀教材 81-82 頁的內容，自主學習酶本質的探究歷程;學生查閱相關資料，思考酶在生活中的應用。

〖設計意圖〗通過反思，幫助學生強化實驗設計思路和實驗注意事項;通過自主學習關于酶本質的探究歷程，領會科學探究精神;學生在收集資料過程，培養信息獲取能力和知識的應用能力。

（五）評價：利用作業，檢測課堂教學

此次實驗探究課以小組實驗操作過程、課堂交流和課堂作業等方面進行過程性評價;以學生課后設計的實驗方案進行終結性評價。教師布置課堂作業，即教師要求各個小組嘗試用坐標曲線圖表示“酶的作用原理”和“酶的特性”，并分析每條曲線和各個點所代表的生物學含義。學生完成課堂作業，對不明白的知識點，主動向同學或教師請教。最后通過自評、小組內成員和教師評價本節課的教學質量。

〖設計意圖〗通過繪圖，診斷學生對知識的掌握情況，有助于教師有針對性地對學生進行輔導，從而提高學生的學習成績;通過學生自評，有助于學生發現自身的不足。

三、教學反思

本節課利用吸引、探究、解釋、遷移和評價 5 個環節，幫助學生理解酶的作用和本質。首先，在“吸引”環節，以簡短的廣告和實驗為導入，激發學生學習興趣。其次，在“探究”“解釋”環節，指導學生設計實驗方案，動手操作實驗，觀察、分析實驗現象，在教師的指導下總結酶的作用機理。再次，在“遷移”環節，讓學生再次反思實驗設計思路并以下一節內容為例設計實驗方案;要求學生自主學習科學史部分，了解酶的本質、酶的發現歷程并查閱相關資料，了解酶在生活中的應用。最后，利用“評價”環節，要求學生繪制曲線圖，診斷學生對本節內容的掌握情況。

此次教學利用 5E 教學模式，充分發揮學生主體性和教師指導的作用，能較好地完成本節教學目標，提高學生綜合能力。但本節課中還存在一些不足，需要在今后教學中加以完善。

（一）探究過程中組內學生分工不合理

在本節課中，大部分學生積極性高，但是有部分學生并沒有參與到實驗探究中，而是處于探究的邊緣，發呆或閑聊，相反，有些學生包辦所有的實驗操作過程。因此，在今后教學中教師要根據學生的差異進行有效分組，這樣既有利于學生相互學習，又能讓所有學生積極參與到實驗探究過程中，從而提高課堂效率。

（二）學生探究時間較短

在實驗過程中，有部分學生的實驗現象不明顯或是發現 3 號試管和 4 號試管的實驗現象截然相反，由于課堂時間有限，這些學生不能夠及時分析其原因并觀察到明顯的現象。因此，在今后探究活動教學中可以繼續延伸到課后，讓學生在課后繼續探索，以滿足學生的學習需求。

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【作者簡介】黃美秀（1996— ），女，壯族，廣西百色市人，廣西師范大學生命科學學院碩士研究生。

（責編 盧建龍）