基于7E教學(xué)模式的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

張椰莉 梁雪微

【摘 要】7E教學(xué)模式包括“激發(fā)”“參與”“探究”“解釋”“精致”“評(píng)價(jià)”“延伸”七個(gè)環(huán)節(jié)，是一種雙向互動(dòng)的教學(xué)模式。文章以“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響”為例，將7E教學(xué)模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并用實(shí)驗(yàn)工作單進(jìn)行輔助，組織學(xué)生設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)不足，并改進(jìn)實(shí)施實(shí)驗(yàn)的過程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，從而落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】7E教學(xué)模式 高中生物學(xué) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

【中圖分類號(hào)】G633.91 ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? 【文章編號(hào)】1002-3275（2023）22-55-03

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（本文簡(jiǎn)稱課程標(biāo)準(zhǔn)）強(qiáng)調(diào)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。其中，科學(xué)探究是高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，它要求學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、作出解釋、得出結(jié)論、表達(dá)交流的能力。由此可知，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包含于科學(xué)探究，且是其重要一環(huán)。此外，在近3年生物學(xué)高考試題中，實(shí)踐操作部分著重考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。由此可見，發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是落實(shí)高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要一環(huán)。本文試圖基于7E教學(xué)模式，即激發(fā)（elicit）、參與（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、精致（elaborate）、評(píng)價(jià)（evaluate）和延伸（extend），以“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響”實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行教學(xué)，以期提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

一、7E教學(xué)模式的適用性

生物學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，在教學(xué)中需要將理論與實(shí)際相結(jié)合。只有通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生才能對(duì)理論形成過程有更深刻的理解，培養(yǎng)獨(dú)立思考的習(xí)慣，以及質(zhì)疑精神、創(chuàng)新意識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐等能力。高中生生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力體現(xiàn)為能夠運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)、分析和討論。［1］可見，學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)不應(yīng)以被動(dòng)、機(jī)械地接受知識(shí)為主。

7E教學(xué)模式是雙向互動(dòng)的教學(xué)模式，在5E教學(xué)模式的基礎(chǔ)上拓展而來。［2］該教學(xué)模式具有兩個(gè)重要特點(diǎn)：一是以學(xué)生活動(dòng)為中心，將學(xué)生觀察現(xiàn)象、教師引導(dǎo)、同學(xué)之間的合作聯(lián)系在一起；二是鼓勵(lì)學(xué)生直接參與科學(xué)探究，主動(dòng)建構(gòu)生物學(xué)知識(shí)體系，利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。其中，7E教學(xué)模式的“探究”“解釋”和“評(píng)價(jià)”等環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了以上特點(diǎn)。由此可見，7E教學(xué)模式可應(yīng)用于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

二、7E教學(xué)模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程

本文基于7E教學(xué)模式，就高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)展開研究，并在7E教學(xué)模式的七個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)加以補(bǔ)充相應(yīng)的教學(xué)細(xì)節(jié)，即①激發(fā)——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣；②參與——建立聯(lián)系，做好準(zhǔn)備；③探究——問題引導(dǎo)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；④解釋——查缺補(bǔ)漏，完善實(shí)驗(yàn)；⑤精致——知識(shí)深化，實(shí)施實(shí)驗(yàn)；⑥評(píng)價(jià)——交流討論，共同進(jìn)步；⑦延伸——拓展遷移，與時(shí)俱進(jìn)。7E教學(xué)模式涉及教學(xué)全過程，包括教學(xué)前、教學(xué)中、教學(xué)后。其中，教學(xué)中是7E教學(xué)模式應(yīng)用的主要場(chǎng)景。除此之外，可在整個(gè)教學(xué)過程中加入實(shí)驗(yàn)工作單輔助教學(xué)，具體流程如圖1所示。

三、基于7E教學(xué)模式的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）內(nèi)容選擇與教學(xué)目標(biāo)的確定

“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”中探究·實(shí)踐的“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”是高中階段定量分析實(shí)驗(yàn)之一，該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力和一定的數(shù)據(jù)分析能力，并聯(lián)系生活實(shí)際。同時(shí)，考慮到光合作用作為高中生物學(xué)教學(xué)的重難點(diǎn)、高考熱點(diǎn)，該實(shí)驗(yàn)通過培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ兄诖偈箤W(xué)生深入理解光合作用知識(shí)。

本節(jié)課授課對(duì)象是高一學(xué)生，他們已經(jīng)具備一定的邏輯思維和動(dòng)手實(shí)踐能力。此外，在“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”“影響酶活性的條件”等實(shí)驗(yàn)中，他們初步掌握了探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和方法。然而，學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)的原理（真空滲水法）了解不足，并且實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少。因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)積極培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，基于上述教材和學(xué)情分析，制訂以下實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：①理解光合作用強(qiáng)度概念，理解并掌握實(shí)驗(yàn)原理——真空滲水法；②運(yùn)用定量方法處理和解釋數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)建構(gòu)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；③通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)一步掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理和方法，并體會(huì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性；④通過小組合作的形式培養(yǎng)學(xué)生相互協(xié)作的能力和集體意識(shí)。

（二）課前準(zhǔn)備

在做實(shí)驗(yàn)之前需要進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)材料。除此之外，根據(jù)探究任務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)工作單，包括四個(gè)部分：①提出問題；②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、作出假設(shè)、確定變量、陳述關(guān)系、具體實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)及結(jié)論；③實(shí)施實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；④表達(dá)交流，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題進(jìn)行反思總結(jié)。

（三）具體教學(xué)過程

【環(huán)節(jié)一】激發(fā)：創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

教師播放智能植物工廠視頻，學(xué)生認(rèn)真聽視頻中專家的介紹，隨后教師提問：可以采取哪些措施來提高智能植物工廠中蔬菜的產(chǎn)量？這些措施蘊(yùn)含了哪些生物學(xué)原理？

設(shè)計(jì)意圖：從生活實(shí)際出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的好奇心與興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考，回顧光合作用發(fā)生的條件和原理，為學(xué)習(xí)新的內(nèi)容打下基礎(chǔ)。

【環(huán)節(jié)二】參與：建立聯(lián)系，做好準(zhǔn)備

教師根據(jù)學(xué)生前期學(xué)習(xí)情況，以問題引導(dǎo)：光合作用受哪些環(huán)境因素的影響？這些環(huán)境因素對(duì)光合作用有什么影響？具體的調(diào)控水平需要借助實(shí)驗(yàn)來探究。如果給你一些材料（打孔器、注射器、菠菜、水、5W LED臺(tái)燈、NaHCO3溶液、燒杯、黑色紙盒），你可以探究哪些環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從光合作用發(fā)生的條件和原理出發(fā)，思考影響光合速率的因素有哪些，在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識(shí)。通過實(shí)驗(yàn)材料與問題引導(dǎo)，讓學(xué)生初步思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

【環(huán)節(jié)三】探究：?jiǎn)栴}引導(dǎo)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

教師利用實(shí)驗(yàn)工作單引導(dǎo)學(xué)生完成探究，具體包括以下七點(diǎn)：①明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模x擇感興趣、可探究的實(shí)驗(yàn)課題加以說明；②作出假設(shè)；③確定實(shí)驗(yàn)自變量及施加措施；④確定實(shí)驗(yàn)因變量及檢測(cè)措施；⑤討論無關(guān)變量及控制方法；⑥設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，小組組間討論，選擇可行方案并寫出具體步驟；⑦猜測(cè)預(yù)期結(jié)果與結(jié)論：光合速率能一直增大嗎？你能以自變量為橫坐標(biāo)、因變量為縱坐標(biāo)，嘗試畫出曲線圖嗎？學(xué)生可通過閱讀教材中的案例尋找靈感。

設(shè)計(jì)意圖：教師以問題串的形式引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中光合作用的基礎(chǔ)知識(shí)，為本節(jié)課奠定相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)。學(xué)生閱讀教材中的案例，有助于提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、信息提取能力和知識(shí)總結(jié)能力。用實(shí)驗(yàn)工作單加以引導(dǎo)，讓學(xué)生將思考和討論的內(nèi)容記錄下來，可以加深學(xué)生對(duì)探究過程和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程的印象，同時(shí)發(fā)散思維，發(fā)展探究能力。

【環(huán)節(jié)四】解釋：查缺補(bǔ)漏，完善實(shí)驗(yàn)

教師組織學(xué)生進(jìn)行組間交流，對(duì)于學(xué)生提出的問題，可由其他組學(xué)生補(bǔ)充，如果全體學(xué)生都無法解答，則由教師加以補(bǔ)充。另外，教師提供探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用影響的完整實(shí)驗(yàn)視頻，對(duì)照視頻講解本實(shí)驗(yàn)的原理及注意事項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生完善方案。

設(shè)計(jì)意圖：通過觀看視頻，促使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和規(guī)范操作產(chǎn)生科學(xué)認(rèn)識(shí)，教師對(duì)學(xué)生存在的問題進(jìn)行解釋，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、開拓思路，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、自主學(xué)習(xí)、總結(jié)歸納、邏輯表達(dá)等能力。

【環(huán)節(jié)五】精致：知識(shí)深化，實(shí)施實(shí)驗(yàn)

首先，教師進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)方案，講解實(shí)驗(yàn)中需要注意的事項(xiàng)。其次，請(qǐng)學(xué)生按照小組完善后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，教師給予適當(dāng)指導(dǎo)，讓小組代表展示本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，闡述是否能夠驗(yàn)證假設(shè)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，與前期預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、解釋原因。最后，教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，在提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路、開展實(shí)驗(yàn)操作、呈現(xiàn)結(jié)果等環(huán)節(jié)中體會(huì)完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程，培養(yǎng)學(xué)生猜想與假設(shè)、實(shí)踐動(dòng)手、處理信息、語言表達(dá)、圖文轉(zhuǎn)化、數(shù)學(xué)建模等能力。

【環(huán)節(jié)六】評(píng)價(jià)：交流討論，共同進(jìn)步

評(píng)價(jià)是教學(xué)過程中必不可少的提升環(huán)節(jié)，應(yīng)貫穿課堂始終。在教學(xué)過程中采用師生評(píng)價(jià)、組間互評(píng)和組員互評(píng)相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)方式，既評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果也評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)過程，如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的合理程度、實(shí)驗(yàn)實(shí)施情況、交流討論是否積極等，從多個(gè)角度評(píng)價(jià)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、思維表達(dá)和分析能力，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的欲望。教師可通過課堂觀察、紙筆測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)工作單等形式來評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，在評(píng)價(jià)中要適當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生，并對(duì)其實(shí)驗(yàn)中不恰當(dāng)?shù)牡胤教岢鼋ㄗh。

【環(huán)節(jié)七】延伸：拓展遷移，與時(shí)俱進(jìn)

要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)收集資料，探索本節(jié)課內(nèi)容在日常生活中的應(yīng)用，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可能增產(chǎn)的措施，延伸思維。如果時(shí)間允許，可以讓學(xué)生以小組為單位，根據(jù)探究過程制作PPT進(jìn)行展示，檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（四）課后反思

上述教學(xué)設(shè)計(jì)中，在激發(fā)階段，結(jié)合生活實(shí)際創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣，回顧舊知識(shí)，為學(xué)習(xí)新知識(shí)奠定基礎(chǔ)；在參與階段，以問題串引導(dǎo)學(xué)生自主思考和提出問題，培養(yǎng)學(xué)生提出問題的能力；在探究階段，利用實(shí)驗(yàn)工作單引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則，結(jié)合教材內(nèi)容自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力；在解釋階段，通過呈現(xiàn)視頻、教師講解、學(xué)生互相交流，引導(dǎo)學(xué)生口述實(shí)驗(yàn)步驟，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、自主學(xué)習(xí)、總結(jié)歸納、邏輯表達(dá)等能力；在精致階段，引導(dǎo)學(xué)生思考和了解實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決新問題，教師在實(shí)驗(yàn)過程中指導(dǎo)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)規(guī)范性，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析、整理、建構(gòu)模型能力；在評(píng)價(jià)階段，運(yùn)用多元化評(píng)價(jià)手段，評(píng)價(jià)學(xué)生在教學(xué)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)自信，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣；在延伸階段，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活問題，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

本實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析能力，并強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生掌握科學(xué)探究的一般流程。如果要充分鍛煉學(xué)生這些能力，至少要用2個(gè)課時(shí)來進(jìn)行相關(guān)活動(dòng)。除此之外，本實(shí)驗(yàn)還涉及其他單因素、多因素組合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以利用課余時(shí)間完成預(yù)實(shí)驗(yàn)、選擇材料、設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置等，將未完成的實(shí)驗(yàn)做一遍，有助于充分理解和體驗(yàn)科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，進(jìn)一步促進(jìn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

7E教學(xué)模式注重以學(xué)生為主體，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力有一定的作用。需要注意的是，7E教學(xué)模式各環(huán)節(jié)并不是相互割裂的，而是相互聯(lián)系的。教師在教學(xué)過程中要厘清課程與課程、環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)、環(huán)節(jié)與能力的關(guān)系，根據(jù)課堂內(nèi)容的性質(zhì)有所側(cè)重。

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