5E教學模式在高中生物實驗教學中的有效應用

基金項目：2023年遵義市基礎教育一般課題“‘5E’教學模式在高中生物實驗教學中的應用研究”（課題編號：2023ZB038）。

5E教學模式是一種基于建構主義理論視角提出的教學模式，有5個核心環節：吸引、探究、解釋、遷移與評價。新課標中提出了以人為本的教育理念，這與5E教學模式高度契合。在高中生物實驗教學中，教師應有效應用5E教學模式，對傳統實驗教學流程與方式加以改進，引領學生深入探究生物學現象，使其在掌握生物理論知識的同時發展科學素養，幫助他們充分掌握所學內容，提升實驗能力。

本文以“探究環境因素對光合作用強度的影響”這一實驗課的教學為例。學生在學習本課之前，已經初步了解光合作用，知道一些環境因素能夠影響植物光合作用的速率，不過他們難以將已經學習的理論知識與實際聯系起來，也難以深刻理解光合作用知識在生活實踐中的應用，存在只了解表面、不理解實質的問題。盡管課本中已經明確提出實驗材料是圓形的綠色小葉片，并給出了探究光照強度對光合作用強度影響的參考實驗方案，但是學生無法準確把握一些操作步驟中的細節，如學生很難通過吹氣確保玻璃管內的二氧化碳濃度相同，也很難將注射器里面的空氣和圓形綠色小葉片中的氣體充分排出。因此，部分教師會直接借助教材中的參考實驗方案進行“紙上談兵”，或者播放相關實驗視頻。

對此，筆者認為應以現代教育技術為依托，應用5E教學模式開展實驗教學活動，以此幫助學生掃清學習障礙，讓他們深入理解相關知識，真正明白相應的實驗原理[1]

一、營造合理實驗情境，吸引學生主動探究

“吸引”是5E教學模式的第一個環節。在高中生物實驗教學中，教師在應用5E教學模式時，要想方設法地吸引學生的注意力，激發他們的學習興趣，使其積極參與實驗探究活動。對此，高中生物教師在實驗課堂上可通過創設合理教學情境的方式吸引學生的注意力，借助常見的生活現象引出實驗主題，這樣不僅能有效激發學生的興趣，還能在一定程度上降低生物知識的理解難度[2]

首先，教師可利用多媒體課件出示兩張對比明顯的圖片：一張圖片上是生長繁茂的熱帶雨林植物，另外一張圖片上是枝葉稀疏、生長緩慢的沙漠植物。同時，教師可播放一段菜農在溫室大棚中通過調節光照、溫度等條件來提高蔬菜產量的視頻，以此創設生活化情境。然后，教師可引出問題：為什么不同環境中的植物生長狀況差異如此巨大？溫室大棚里的菜農是如何通過改變環境因素來提高產量的？這些與生活實際緊密相關的問題能夠有效吸引學生的注意力，激發他們的探究興趣。接著，教師可引領學生回顧學過的光合作用的基本概念、原理和反應式等知識，并設置問題：光照強度、溫度、二氧化碳濃度等環境因素是如何影響光合作用強度的？教師通過這一問題，能讓學生把已學知識和新的探究內容聯系起來，意識到新知識是建立在舊知識基礎上的，并順利引出本課主題一一探究環境因素對光合作用強度的影響。最后，教師可讓學生在小組內進行自由討論，分享其對上述問題的看法。在小組討論結束后，教師可以讓各個小組派代表發言，分享他們的討論結果。同時，教師可簡單點評各組代表的發言情況，肯定學生的積極思考，同時指出其存在的不足，以此為后續探究活動的開展奠定基礎。

二、精心設計生物實驗，學生親歷探究過程

“探究”是5E教學模式的第二個環節，也是最關鍵的一個環節。教師要重視凸顯學生的主體地位，為其提供體驗整個實驗探究過程的機會，以此培養他們的實驗能力與探究能力，提升他們的科學素養。為此，在高中生物實驗教學中，教師應當把探究問題與獲取知識的權利交給學生，扮演好支持者和引導者的角色，指導學生圍繞主題設計實驗方案并進行相應的實驗操作，讓其自主探究生物學現象的本質[3]

在這一環節，教師要引領學生自主探究光照強度、二氧化碳濃度等環境因素對光合作用強度的影響，使其掌握科學探究的方法，提升他們的實驗設計與操作能力。首先，教師可展示不同光照條件下植物生長存在差異的圖片，引導學生思考影響光合作用強度的因素，提出“光照強度如何影響光合作用強度？”“降低二氧化碳濃度會對光合作用強度產生什么影響？”等問題。然后，教師可讓學生根據已學知識和生活經驗圍繞問題大膽提出假設，并讓他們闡述相應的依據。接著，教師可指導學生分組制訂實驗方案，并為學生提供菠菜葉、打孔器、注射器、碳酸氫鈉溶液、臺燈等實驗器材，讓他們自主確定自變量、因變量和無關變量，設計實驗步驟和記錄表格。最后，教師可讓學生按照他們設計的方案進行實驗。比如，學生可先用打孔器獲取大小一致的菠菜葉小圓片，然后用注射器抽出菠菜葉小圓片中的氣體，使其沉到裝有清水的小燒杯底部，并設置不同光照強度或二氧化碳濃度實驗組，將菠菜葉小圓片放入對應裝置中，最后觀察并記錄菠菜葉小圓片上浮的時間和數量。在開展實驗的過程中，教師要提醒學生進行規范操作并注意安全。在實驗結束后，教師要指導學生整理數據，并讓他們初步分析實驗結果，討論遇到的問題。

三、解釋生物實驗原理，檢驗理解掌握情況

“解釋”是5E教學模式的第三個環節。在高中生物實驗課中，學生在進行實驗操作的基礎上深入分析相應的生物學現象，并解釋出現這些現象的原因，能加深對實驗的認識。為此，高中生物教師在應用5E教學模式開展實驗教學時，應引領學生分析與解釋實驗現象、探究過程與結果，考查他們對實驗原理的理解與掌握情況，幫助他們糾正錯誤認知，消除疑點和解決難題，從而提升他們的學習效果[4]

在“解釋”環節，首先教師可讓學生回顧實驗現象，提出“在實驗中，光照強度、二氧化碳濃度改變后，菠菜葉小圓片上浮數量和速度有什么變化？”等問題，并鼓勵學生踴躍發言，分享看到的現象。然后，教師可運用多媒體技術展示光合作用的光反應和暗反應過程，詳細闡釋其中物質和能量的變化情況，并引導學生解釋實驗原理：光照強度增強，光反應產生的ATP和NADPH增多，能為暗反應提供充足的動力，促進三碳化合物的還原，生成更多氧氣，所以葉片上浮加快；二氧化碳作為暗反應的原料，其濃度升高時，生成的三碳化合物更多，光合作用增強，釋放的氧氣更多。接著，教師可組織學生根據實驗數據進行小組討論，讓其根據實驗原理分析數據，思考環境因素對光合作用強度影響的本質。最后，教師可邀請學生表達自己的想法，并結合學生的發言給予其有針對性的點評，以此加深他們對實驗原理的理解，初步考查他們是否真正理解和掌握相關知識。

四、適當進行拓展延伸，驅使學生遷移應用

在新課改背景下，學生不能以獲得好的考試成績為主要目的來學習知識，而是要通過學習知識提高自己的認知水平和綜合技能，學會解決實際問題。“遷移”是5E教學模式的第四個環節。在高中生物實驗教學中，經過前面幾個環節的探究，大多數學生已經掌握一定的生物知識與技能，因此在本環節，教師可進行適當的拓展與延伸，引導學生在新場景中遷移運用新知識，以此加深學生對相關知識的理解，培養他們的知識應用能力和問題解決能力[5]

首先，教師可通過課件展示一些生活中常見的場景，如溫室大棚蔬菜種植、室內植物栽培等，并提出“在這些實際種植場景中，我們要怎么應用所學的環境因素對光合作用強度的影響的相關知識來提高作物的產量或促進植物的生長？”等問題，以此促使學生主動思考和討論，讓他們將所學的實驗知識與生活實際聯系起來。然后，教師可讓學生分組討論在實際種植過程中不同環境因素的調控方法，包括光照強度、溫度、二氧化碳濃度等。比如，針對溫室大棚種植，學生可探討如何通過安裝補光燈來調節光照強度，如何利用溫控設備調節溫度。教師要參與到學生的討論交流中，給予學生適當的指導，確保學生的討論是圍繞光合作用原理展開的，避免他們偏離學習方向。接著，教師可讓各小組根據討論結果制訂一個具體的植物種植調控方案，包括所需材料、操作步驟、預期效果等。學生在制訂方案時不僅要考慮實施的可行性，還要考慮方案的操作簡便性和成本等。最后，教師可讓學生小組分別展示他們設計的方案，并讓其他小組從科學性、創新性、實用性等角度提出意見和建議。同時，教師要及時歸納總結，肯定學生的創新思維和應用能力，并指出其存在的一些問題，引導他們進一步完善方案，以此加深其對所學知識的理解，增強其解決問題的能力。

五、鼓勵學生表達交流，積極評價實驗結果

“評價”是課堂教學的重要組成部分，通常是最后一個環節。有效的評價能讓學生認清自己，了解自己的優點與不足，促進他們全面發展。在應用5E教學模式的高中生物實驗教學中，教師要重視評價環節，鼓勵學生積極展示實驗結果和實驗結論，總結和分享各自的收獲與遇到的問題，并根據他們的表現進行合理的評價，以此提升他們的學習質量[6]。

在本環節，教師要充分凸顯學生的主體地位。首先，教師可讓各小組派一名代表上臺，利用課件、實驗報告等形式展示本組的實驗成果，匯報實驗目的、實驗設計思路、控制的自變量、觀察記錄的因變量以及最終得出的實驗結論。在小組代表匯報過程中，其他學生要認真傾聽，記錄疑問和想法。在小組代表匯報結束后，其他學生可針對匯報小組的實驗設計、數據處理、結果分析等提出問題，如“你們在調節光照強度時，如何保證其他環境因素完全一致？”“實驗數據存在一定波動，你們是如何處理異常數據的？”等。匯報小組則需要明確回答這些問題。這樣能促進學生的思維碰撞，讓學生深入分析實驗中的亮點和不足。然后，教師可從實驗操作的規范性、實驗設計的合理性、數據分析的準確性、結論的科學性以及小組合作和表達交流能力等維度出發，對各小組的表現進行整體評價，肯定各小組在實驗中的創新點與努力，并指出各小組存在的問題，提出有針對性的改進建議。最后，教師可帶領學生一起總結環境因素影響光合作用強度的規律，以此加深他們對理論知識的理解，幫助他們建構系統的知識體系。

六、總結

總的來說，教師在高中生物實驗教學中應用5E教學模式是很有必要的，能夠有效彌補傳統實驗教學中的不足，豐富學生的實驗學習體驗，增強實驗教學流程的系統性，讓學生將理論與實踐聯系起來，全身心參與到實驗活動中，自主探究相關知識，從而有效培養他們的實驗技能，提升他們的學科核心素養。

[參考文獻]

[1］郭晶，易國棟.5E教學模式，推動高中生物實驗教學[J].課堂內外（高中版），2023（23）：

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[2]尤幼珠.探索5E教學法促進生物概念深度學習［J].數理化解題研究，2023（15）：

133-135.[3］孫慶山.基于5E教學模式的高中生物深度教學策略研究［J］.天天愛科學（教學研究），

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[4]徐小姨，劉映良，石珍妮，等.5E教學模式在高中生物教學中的應用［J」，貴州教育，

2022（2）：43-44.[5］陳瓊穎.5E教學模式在高中生物實驗課堂的運用研究［J].新課程研究，2021（19）：66-

68.[6］陳現.運用5E教學模式開展高中生物教學活動的研究［J].數理化解題研究，2021（30）：

110-111.