“5E” 教學模式在高中生物學概念教學中的應用

王銘志

摘要 通過“5E”教學模式引導學生聚焦概念問題、構建概念內涵、明確概念外延、加深概念理解、反思概念構建過程，有效完成了“細胞呼吸”概念的知識構建，使學生獲得深層次的概念性理解，提升了學生的生物學核心素養。

關鍵詞? “5E”教學模式高中生物學概念教學細胞呼吸

中圖分類號 G633.91????????????? 文獻標志碼 B

文件編號：1003-7586（2023）03-0058-03

“5E”教學模式是由美國生物科學課程研究會（BSCS）提出的一種教學模式，該教學模式包括5個環節，即參與（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、精制（elaborate）、評價（evaluate），五個環節的首字母都是“e”，所以又被稱為“5E”教學模式。“5E”教學模式是一種基于建構主義的教學模式，強調教學過程要以學生為中心，重視學生的探究性活動，強調通過小組合作學習促進學生對科學概念的理解和知識構建。“5E”教學模式所倡導的學生主動參與探究以及多元評價等方面契合我國新課程標準中的基本理念，通過開展“5E”教學能夠有效促進學生對生物學概念的深層次理解，提高學生的核心素養水平。

以“細胞呼吸”的概念教學為例，“5E”教學模式的教學過程如下。

1 參與（engage）：先聲奪人，激發學生探究欲望，聚焦概念問題

參與（engage）是“5E”教學模式的第一個環節，該環節主要是激起學生的學習興趣，引出學習主題，確立學習任務，將學生引入到具體的探究問題中，同時要求探究的問題與相關概念具有一定的聯系，問題要具有一定的難度但又能讓學生通過探究活動解決。

在進行“細胞呼吸”的概念教學時，教師可以課前帶領學生制作葡萄酒，上課時教師打開發酵瓶橡木塞時會發出清脆的“嘭”的聲音，一下子吸引了學生，接下來教師將葡萄酒分裝到杯子中讓學生聞一下氣味，“聲音”和“酒精氣味”激發了學生的學習興趣和進一步探究的求知欲。學生根據初中所學知識和生活經驗已經了解酵母菌可以用于釀酒，此時教師向學生說明：酵母菌的釀酒過程是一個細胞呼吸的過程。

教師進一步引導小組同學提出想要探究的問題，然后匯總各小組的探究問題：發酵過程中產生的氣體是什么？發酵過程中除了產生氣體和酒精，是否還產生了其他物質？酵母菌在有氧條件和無氧條件的產物是否都能產生酒精？“細胞呼吸”的概念是什么？前三個問題指向的是酵母菌的呼吸方式，第四個問題則需要學生進行抽象概括。

通過“參與”環節教師讓學生真實直觀地體驗到生活中的酒精發酵現象，吸引學生對生物學現象和事實進行深入思考，從而引導學生明確探究的具體問題，為下一步的具體探究實踐做好鋪墊。

2 探究（explore）：設計探究實驗，分析實驗結果，構建概念內涵

探究（explore）是“5E”教學模式的主體環節，也是培養學生科學思維和科學探究的關鍵環節。在此環節中教師需要給學生提供自主探究的機會和條件，促使學生開展小組合作學習和具體的探究活動。

教師引導學生根據前面提出的探究問題，設計并進行“探究酵母菌的細胞呼吸方式”的實驗。教師首先介紹酵母菌，然后讓學生根據提供的實驗材料、試劑和器具設計實驗。其中本實驗給學生提供葡萄糖溶液和重鉻酸鉀溶液、二氧化碳傳感器和數據采集器用于測定二氧化碳的含量。學生通過設置有氧條件和無氧條件，探究酵母菌在不同條件下的產物。

本實驗使用二氧化碳傳感器和數據采集器可快速將實驗結果直觀呈現給學生，通過在電腦中自動生成“二氧化碳─時間”曲線圖，學生能夠快速清晰地判斷相同時間內有氧條件下二氧化碳生成量高于無氧條件下二氧化碳生成量。

教師提出問題：有氧條件下酵母菌將葡萄糖徹底氧化分解除了產生二氧化碳，推斷還有什么產物？教師通過引導學生根據初中所學質量守恒定律和氧化反應的知識，利用化學反應方程式得出葡萄糖在有氧條件下可徹底氧化分解產生二氧化碳和水。

教師進一步追問：根據本實驗中“二氧化碳─時間”曲線圖推斷葡萄糖在無氧條件下除了產生二氧化碳，還可能產生什么物質？教師引導學生從質量守恒定律的角度進行小組討論，最終得出葡萄糖在無氧條件下除了產生二氧化碳，還可能產生了其他含碳元素的物質。教師引導學生進一步進行酒精的檢驗，最終學生可以歸納得出無氧條件下酵母菌將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精。

接下來教師讓各小組從物質變化和能量變化兩個角度歸納實驗結果，各小組之間補充修正，最終形成比較全面的概括：①物質變化：有氧條件下酵母菌可將葡萄糖分解為二氧化碳和水；無氧條件下酵母菌可將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精。②能量變化：有氧條件和無氧條件下酵母菌分解葡萄糖的過程都會有能量釋放出來。此時教師引導學生給“細胞呼吸”下一個定義，學生通過對實驗結果分析和概括可以初步給出概念內容：細胞呼吸是在細胞內將糖類分解為有機物或無機物并釋放能量的過程。教師追問其他物質分解為有機物或無機物并釋放能量的過程能不能稱之為細胞呼吸？為了進一步幫助學生明確細胞呼吸的底物可以是多種類有機物，教師可以呈現糖類、脂肪和蛋白質等有機物分解的過程示意圖，最終幫助學生實現概念轉變，形成正確的認識。

學生根據設計具體的實驗和真實的實驗結果，通過分析、歸納和概括最終構建起來“細胞呼吸”的概念內容，親歷了概念轉變和概念內涵的自我構建過程，培養了學生的物質與能量觀，提高了學生的科學探究和科學思維能力。

3 解釋（explain）：解釋不同細胞呼吸類型出現的原因和意義，明確概念外延

解釋（explain）環節是指學生對之前探究活動獲得的感性經驗進行抽象，成為一種可以在小組間進行交流的形式，形成對一些具體問題的科學解釋。

教師呈現地球大氣成分的歷史演化圖（圖1），然后讓學生解釋：1.為什么地球上最先出現的生物不能夠利用氧氣進行細胞呼吸？2.利用氧氣進行細胞呼吸的生物是如何出現的？教師提供資料：由于需氧呼吸比厭氧呼吸產生更多的ATP，可以為生物體提供更多的可做功的自由能，需氧呼吸逐漸成為絕大多數生物的主要呼吸形式，而有些生物的厭氧呼吸能力一直保留至今。然后教師讓學生解釋：對于一些同時存在需氧呼吸和厭氧呼吸的生物而言，厭氧呼吸存在的意義是什么？

教師讓各小組給出自己的解釋，引導學生從生物適應環境的角度分析不同細胞呼吸類型出現的原因和意義，此過程培養了學生的進化與適應觀，讓學生在生命觀念的層面明確細胞呼吸的概念外延：根據細胞呼吸過程中是否有氧氣參與，將細胞呼吸分為需氧呼吸和厭氧呼吸。為了幫助學生拓展對細胞呼吸的認識，教師可以給學生補充產甲烷菌和乳酸菌等專性厭氧菌以及銅綠假單胞菌和醋桿菌等專性好氧菌的資料。另外，教師還可提供細胞呼吸的科學史資料，讓學生了解需氧呼吸和厭氧呼吸的生化反應發現過程。

在“解釋”環節中各小組對比其他小組的解釋，他們會重新思考自己提出的解釋是否合理、推理過程是否有缺陷以及論證是否嚴謹，從而形成科學的解釋，最終明確了概念的外延。

4 精制（elaborate）：運用新概念解釋新情境問題，加深概念理解

精制（elaborate）環節需要學生擴展學習到的新概念，并能夠與其他概念相聯系，運用所構建的新概念解釋周圍世界或新情境問題，并在概念的遷移應用中加深對概念的理解。

本環節中教師介紹甜米酒的制作過程：將米煮熟后冷卻至30℃左右時加入適量“酒藥”（實為菌種）與米飯混合，然后置于瓷壇內，在中間挖一個洞并加蓋置于適當地方保溫（28℃）12小時即成。然后教師讓學生從細胞呼吸角度思考并回答以下問題：為什么在利用酵母菌釀制米酒時并不是一開始就密封釀制？米酒釀制過程中酵母菌的呼吸類型發生了怎樣的變化？教師引導學生從能量角度分析需氧呼吸對酵母菌增殖的重要意義，并讓學生從代謝產物的角度認識到隨著需氧呼吸產生的水不斷增多，隨之為酵母菌的無氧呼吸創造了一個無氧環境。解決這種開放性的問題促進了學生對“細胞呼吸”的深層次理解，同時也使學生認識到勞動人民在生活實踐中的智慧。

接下來讓各小組分別從生活實踐、農業生產、工業生產、醫學健康等角度搜集細胞呼吸原理應用的實例，然后各小組匯總實例并對每一具體實例進行分析解釋，小組間補充修正最終形成對具體實例的科學解釋。

“精致”環節中學生運用所學概念去解釋生產生活中具體的實際問題，在概念的遷移應用中加深了對概念的理解，構建起全面的概念認知框架。

5 評價（evaluate）：開展多元評價，反思概念構建過程

評價（evaluate）環節是指教師和學生都要作為評價者參與評價，既要評價學習的結果又要評價學習的過程，從而形成比較全面的多元評價。

學生學習新概念的過程是學生內部認知結構自組織的過程，概念圖作為一種可視化的評價途徑，可以反映學生的概念認知水平。教師讓各小組通過組內討論交流、小組合作的方式畫出“細胞呼吸”的概念圖，然后小組之間補充、修正，最終形成完整的概念圖（圖2）。教師可對各小組的概念圖進行評價，也可以讓各小組進行自我評價以及對其他各小組進行具體評價。

教師還可讓各小組從提出探究問題、設計探究實驗、分析實驗結果、回答問題次數和有效性等方面讓各小組進行自我評價以及對其他各小組進行評價。

“評價”環節促使學生反思整個概念學習過程，學生重新審視自己構建概念和概念轉變過程，提升了學生的元認知能力，有利于幫助學生對概念形成更加穩定的理解。

6 小結

“5E”教學模式作為一種強調探究的教學模式，在概念教學中首先通過讓學生依托探究實驗獲取感性認識，然后逐步抽象概括形成理論認知，最終構建起對概念的認知結構，能夠高效地幫助學生獲得對生物概念的全面深入的理解，在小組合作學習中學生的生物學核心素養水平也得到了提高。

參考文獻：

[1]袁維新.“5E”教學模式及其在生物學教學中的運用[J].生物學教學，2004，29（5）：10-11.

[2]劉澤羽，虞馳.論證探究式教學模型在高中生物學實驗教學中的應用——以“探究酵母菌細胞呼吸的方式”為例[J].生物學教學，2022，47（05）：57-59.