基于科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的高中生物學(xué)5E教學(xué)研究

李振梅

［摘 要］科學(xué)探究素養(yǎng)是高中生物學(xué)的重要核心素養(yǎng)。文章根據(jù)美國(guó)生物學(xué)課程研究所提出的“5E教學(xué)模式”，以“動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)”一節(jié)為例進(jìn)行高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)，以期通過高中生物學(xué)5E教學(xué)，讓學(xué)生在情境中增強(qiáng)求知欲，在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中深化探究，在對(duì)比中作出解釋，在聯(lián)系實(shí)際中學(xué)會(huì)遷移，在評(píng)價(jià)中得以鞏固，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)探究素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)探究素養(yǎng)；5E教學(xué)模式；高中生物學(xué)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2023）17-0087-03

一、核心概念及其內(nèi)涵

杜威認(rèn)為，探究是人類在生存和發(fā)展過程中為了適應(yīng)和改造外界環(huán)境而進(jìn)行的實(shí)踐活動(dòng)，科學(xué)探究是所有探究活動(dòng)的典范。科學(xué)探究是指學(xué)生用以獲取知識(shí)、形成科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家研究自然界所用的方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)。高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)包括社會(huì)責(zé)任、科學(xué)探究、科學(xué)思維和生命觀念，四項(xiàng)核心素養(yǎng)相互影響，緊密相連［1］（見圖1）。其中，科學(xué)探究素養(yǎng)是高中生物學(xué)的重要核心素養(yǎng)。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中指出，高中生物學(xué)課程既要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識(shí)，又要讓學(xué)生領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點(diǎn)以及解決問題的思路和方法［2］。高中生物學(xué)課程既要讓學(xué)生掌握科學(xué)探究的一般過程，又要讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究的本質(zhì)，理解科學(xué)探究的核心思想，提升科學(xué)探究能力，最終形成科學(xué)思想和科學(xué)態(tài)度。5E教學(xué)模式是由美國(guó)生物學(xué)課程研究所在Atkin-Karplus學(xué)習(xí)環(huán)的基礎(chǔ)上探索提出的［3］，包括吸引（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、遷移（Elaborate）、評(píng)價(jià)（Evaluate）五個(gè)環(huán)節(jié)（見表1），“評(píng)價(jià)”居于5E教學(xué)模式的中心位置（見圖2）。5E教學(xué)模式可引導(dǎo)學(xué)生在“做中學(xué)”“學(xué)中思”“思中悟”，讓學(xué)生在體驗(yàn)探究的過程中形成科學(xué)態(tài)度，利用舊知識(shí)對(duì)新知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)建構(gòu)、整合、歸納和吸收，提升科學(xué)探究能力。

二、教材分析

“動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)”是人教版高中生物選擇性必修3第2章第2節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)課是在“植物細(xì)胞工程”之后學(xué)習(xí)的，目的在于讓學(xué)生進(jìn)一步了解動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞核移植、動(dòng)物細(xì)胞融合、單克隆抗體動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)等動(dòng)物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段。內(nèi)容包括動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)與單克隆抗體、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物；課時(shí)安排為2課時(shí)。教學(xué)重點(diǎn)是分析動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)條件、過程及其應(yīng)用，體細(xì)胞核移植技術(shù)和體細(xì)胞克隆技術(shù)及其應(yīng)用前景、安全性和社會(huì)倫理，動(dòng)物細(xì)胞融合的方法和過程，單克隆抗體的制備過程及應(yīng)用；認(rèn)同細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)開發(fā)之間的關(guān)系。為了幫助學(xué)生有效構(gòu)建“動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)”這一節(jié)課的知識(shí)體系，使學(xué)生能夠自覺應(yīng)用已掌握的生物學(xué)知識(shí)解決問題，筆者選用5E教學(xué)模式進(jìn)行“動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)。

三、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)目標(biāo)

能夠運(yùn)用穩(wěn)態(tài)與平衡觀分析動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件；能夠簡(jiǎn)述動(dòng)物細(xì)胞核移植、動(dòng)物細(xì)胞融合、單克隆抗體動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)等動(dòng)物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段及其應(yīng)用意義。

（二）能力目標(biāo)

通過動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、單克隆抗體制備、動(dòng)物體細(xì)胞核移植的過程分析，建立結(jié)構(gòu)與功能觀；運(yùn)用對(duì)比、歸納、概括等方法總結(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程與植物細(xì)胞工程的異同，培養(yǎng)知識(shí)遷移能力。

（三）情感目標(biāo)

關(guān)注動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、單克隆抗體制備、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)及其應(yīng)用于人類疾病治療等社會(huì)問題的科學(xué)評(píng)價(jià)，關(guān)注克隆動(dòng)物的應(yīng)用前景、最新進(jìn)展，樹立科學(xué)的價(jià)值觀、人與社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)觀。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)——基于5E教學(xué)模式

（一）吸引：創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

創(chuàng)設(shè)新穎情境，吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生更快地融入學(xué)習(xí)中；巧妙設(shè)置問題，引發(fā)學(xué)生思考，暴露學(xué)生的認(rèn)知不足，促使學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)新知［4］。

創(chuàng)設(shè)情境，吸引注意力。教師利用多媒體展示一組人體小面積燒傷的照片（圖略），學(xué)生被圖片所吸引，并產(chǎn)生疑問：“患者皮膚燒傷后，自身皮膚修復(fù)不夠用怎么辦？”隨后繼續(xù)提問：“能不能直接使用他人的皮膚進(jìn)行修復(fù)？若要使用自己的皮膚進(jìn)行修復(fù)，如何培養(yǎng)自身的細(xì)胞？”無論是利用他人皮膚還是利用自身細(xì)胞培養(yǎng)都涉及細(xì)胞培養(yǎng)問題，進(jìn)一步引出動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的概念、原理、對(duì)象以及條件。教師由此切入教學(xué)主題，告知學(xué)生本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

激活舊知，做好鋪墊。教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)植物組織培養(yǎng)及其技術(shù)。可采取“我問你答”的小組活動(dòng)模式，如一個(gè)學(xué)生提問：“植物細(xì)胞工程有哪些基本技術(shù)？這些具體技術(shù)有哪些方面的應(yīng)用？”另一個(gè)學(xué)生進(jìn)行回答，并通過列表的形式進(jìn)行直觀展示。再?gòu)亩鄠€(gè)小組中選擇一個(gè)較為全面的表格進(jìn)行班級(jí)展示，點(diǎn)評(píng)植物組織培養(yǎng)的原理和條件。這樣通過復(fù)習(xí)導(dǎo)入，激活舊知，聯(lián)想理解，起到了承上啟下的作用，使學(xué)生將本節(jié)內(nèi)容與上節(jié)內(nèi)容建立有機(jī)聯(lián)系。

（二）探究：?jiǎn)栴}導(dǎo)航，層層探究

教師要充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，讓學(xué)生自主探究，并在探究過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，初步建構(gòu)新知。

做實(shí)驗(yàn)，感性認(rèn)知。本節(jié)涉及實(shí)驗(yàn)器材的清洗、包裝和消毒；常用的儀器設(shè)備介紹；常用動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)用液的配制；組織塊原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)及生物學(xué)檢測(cè)。為了使學(xué)生掌握動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過程、條件及動(dòng)物細(xì)胞的應(yīng)用這一教學(xué)重點(diǎn)，破解動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中的相關(guān)名詞、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用前景等教學(xué)難點(diǎn)，教師發(fā)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作：先將一小塊肝組織置于滅菌培養(yǎng)皿中，用Hanks或D-Hanks液漂洗外表，吸凈Hanks或D-Hanks液，用眼科剪反復(fù)剪成1～2 mm3大小；再利用胰蛋白酶酶解獲得單個(gè)細(xì)胞懸浮液，將懸浮液轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶中進(jìn)行原代培養(yǎng)（初次培養(yǎng)）；最后將原代細(xì)胞分裝至多個(gè)培養(yǎng)瓶中進(jìn)行繼代培養(yǎng)，從而理解動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)過程（見圖3）。

細(xì)閱讀，對(duì)比理解。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)、接觸抑制有了感性認(rèn)識(shí)，他們接著提出問題：“為什么要用胰蛋白酶處理？原代培養(yǎng)中，遺傳物質(zhì)有沒有發(fā)生變化？”教師引導(dǎo)學(xué)生通讀教材第43頁至45頁的內(nèi)容，并與教材第34頁至36頁的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步掌握植物組織培養(yǎng)與動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的異同（見表2）。

（三）解釋：撥開迷霧，理順關(guān)系

先讓參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生自己解釋實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，然后對(duì)相關(guān)概念給出科學(xué)解釋，幫助學(xué)生正確、完整地建構(gòu)新知。“解釋”是5E教學(xué)模式中使新概念、新知識(shí)更為明確、可理解化的過程，屬高中生物學(xué)5E教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。

觀察圖畫，初步解釋。先讓學(xué)生對(duì)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)原理、過程、結(jié)果等新知識(shí)發(fā)表個(gè)人觀點(diǎn)，教師不直接作出評(píng)價(jià)，再讓學(xué)生對(duì)比教材中植物細(xì)胞工程技術(shù)與動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)中的示意圖，并自我甄別或小組討論。教師給予點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生掌握動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的原理、目的、過程、條件、地位，從而形成整體認(rèn)知，達(dá)成新知目標(biāo)。

圖表歸納，深入解釋。通過圖表呈現(xiàn)新知框架，幫助學(xué)生梳理本節(jié)課的知識(shí)結(jié)構(gòu)。教師指出動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)可重點(diǎn)歸納為：培養(yǎng)材料（動(dòng)物胚胎、幼齡動(dòng)物的組織和器官）；培養(yǎng)過程（原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)）；胰蛋白酶使用（在原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)中均使用）；細(xì)胞生長(zhǎng)特點(diǎn)（貼壁生長(zhǎng)、接觸抑制）。

（四）遷移：遷移運(yùn)用，完善概念［5］

教師鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用本節(jié)新知進(jìn)一步解決生活中的實(shí)際問題，讓學(xué)生從外化感知內(nèi)化為自我認(rèn)知。遷移的過程實(shí)質(zhì)是將新知不斷精細(xì)化的過程，也是科學(xué)素養(yǎng)形成的過程。

聯(lián)系實(shí)際，遷移應(yīng)用。早期胚胎、骨髓、臍帶血等多種組織和器官中都含有干細(xì)胞。干細(xì)胞培養(yǎng)成功是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域的重大成果之一。將正常的造血干細(xì)胞移植至病人體內(nèi)，可重建其造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)。神經(jīng)干細(xì)胞在治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病（如帕金森、阿爾茨海默病等）方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用，使學(xué)生意識(shí)到動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)與人類健康密切相關(guān)。

（五）評(píng)價(jià)：多元主體，全面評(píng)價(jià)

教師通過全面觀察，評(píng)價(jià)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中的新知掌握情況及能力提升程度，因此獲得矯正性信息，并反饋至課堂教學(xué)，再調(diào)整課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容［6］。

隨堂檢測(cè)，及時(shí)鞏固。課堂教學(xué)結(jié)束后，教師及時(shí)設(shè)置試題進(jìn)行檢測(cè)，鞏固學(xué)生所學(xué)新知。檢測(cè)題目如下：如圖4是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的基本過程示意圖，請(qǐng)根據(jù)該圖回答：（1）容器A中放置的是動(dòng)物器官或組織。它一般取自? ? ? ? ? ? ?。（2）容器A中的動(dòng)物器官或組織首先要進(jìn)行的處理是? ? ? ? ? ? ?，然后用? ? ? ? ? ? ?酶處理，這樣做的目的是? ? ? ? ? ? ?。（3）培養(yǎng)首先是在B瓶中進(jìn)行，瓶中的培養(yǎng)基成分除有葡萄糖、氨基酸、無機(jī)鹽外還需添加? ? ? ? ? ? ?。在此瓶中培養(yǎng)一段時(shí)間后，有許多細(xì)胞衰老死亡，這時(shí)培養(yǎng)到第? ? ? ? ? ? ?代，這時(shí)的培養(yǎng)稱為? ? ? ? ? ? ?。（4）為了把B瓶中的細(xì)胞分裝到C瓶中，用? ? ? ? ? ? ?處理，然后配制成? ? ? ? ? ? ?，再發(fā)分裝。（5）在C瓶中正常培養(yǎng)了一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞全部死亡，原因是? ? ? ? ? ? ?。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課中，在“吸引”環(huán)節(jié)，教師通過展示人體小面積燒傷照片，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)較為鮮活的情境，吸引學(xué)生的注意力。在“探究”環(huán)節(jié)，教師鼓勵(lì)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。在“解釋”環(huán)節(jié)，教師先讓學(xué)生對(duì)比教材中的示意圖，再以小組討論的形式甄別知識(shí)，構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，最后以列表的形式進(jìn)行對(duì)比解釋，從而達(dá)到總結(jié)歸納新知的效果。在“遷移”環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的新知解決實(shí)際生活中的問題，提高學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。在“評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)，教師設(shè)置隨堂檢測(cè)，幫助學(xué)生鞏固新知。

總之，5E教學(xué)模式凸顯學(xué)生主體性，教學(xué)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)“教師引導(dǎo)，學(xué)生思考；教師組織，學(xué)生互動(dòng)”的交互學(xué)習(xí)情境［7］，既有舊知的回顧，又有新知的鞏固。學(xué)生在情境創(chuàng)設(shè)、互動(dòng)交流中能夠提升思維能力，培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 林端忠.新高考形勢(shì)下高中生物科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)［J］.教師，2020（7）：79-80.

［2］? 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］? 李艷暉，劉莉妹，趙曉燕.5E教學(xué)模式在高中生物學(xué)科學(xué)探究教學(xué)中的應(yīng)用［J］.基礎(chǔ)教育研究，2022（5）：38-40.

［4］? 王春.基于5E教學(xué)模式進(jìn)行“尿液的形成和排尿的意義”的教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.生物學(xué)教學(xué)，2017（5）：26-27.

［5］? 許岳鋒，唐僑穎，崔鴻.基于5E教學(xué)模式的初中生物學(xué)模型教學(xué)實(shí)踐：以“眼球成像的探究”為例［J］.中學(xué)生物學(xué)，2022（9）：25-27.

［6］? 孫凌.對(duì)高中生物教學(xué)設(shè)計(jì)中教學(xué)目標(biāo)的反思［J］.吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)（上旬），2014（1）：49-50.

［7］? 楊萬娟，劉曉菊.基于5E教學(xué)模式的“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.中學(xué)生物學(xué)，2022（8）：46-48.