基于5E教學模式的高中生物學建模例析

中圖分類號：G文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）17-0126-05

隨著教育改革的不斷推進，高中生物學教學應持續改進教法，提升學生的生物學學科核心素養。基于5E教學模式的高中生物學建模教學是一種基于建構主義理論的探究式課堂教學模式，該教學模式可以提高學生參與課堂活動的積極性，實施該教學模式是發展學生的生物學學科核心素養的重要途徑之一。本研究聚焦“生態系統的能量流動”這一教學主題，探討如何通過5E教學模式實施建模教學，從而有效提升學生的生物學學科核心素養。

一、5E教學模式與建模教學的內在聯系

（一）5E教學模式的內涵

5E教學模式是基于建構主義教學理論，以發展學生核心素養為目標的一種探究式教學模式，其教學過程主要包含吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）遷移（Elaboration）和評價（Evalua-tion）等五個環節[1]。5E教學模式的核心理念是強調學生的主體性和參與性，在教師精心設計的層層進階的學習任務的驅動下，學生逐步形成科學的生命觀念并樹立強烈的社會責任感，主動鍛煉自身的科學思維與科學探究能力。由此觀之，基于5E教學模式的高中生物學學習活動是發展學生生物學學科核心素養的重要途徑之一。

（二）建模教學的內涵

建構模型的科學方法是邏輯方法的一種特有形式，是以研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的重要方法。建構模型是科學研究的核心實踐活動之一，建模過程涉及模型的構建、分析和應用等學習任務，可幫助學生深入理解知識形成的過程[2。建構模型是學生在高中生物學學習過程中探討和闡釋生命現象和規律的重要科學思維方法之一，故建構和運用模型均能夠有效揭示事物的本質、特征和規律。在課堂學習活動中，學生積極主動參與模型建構，可促進學生將抽象的科學概念、科學過程以及科學規律轉化為淺顯易懂的具象化流程、文字以及圖解，有助于學生記憶和理解，以實現知識的遷移與應用。同時，建構模型的學習任務為學生搭建了一個小組合作、科學探究的平臺。可見，建模教學也是發展學生生物學學科核心素養的重要途徑之一。

（三）5E教學模式與建模教學的結合

5E教學模式和建模教學有機結合的課堂具有有序性、思辨性與探究性等三大特點。首先，5E教學模式可將學生的學習任務循序漸進地、有邏輯地呈現出來，這保證了課堂學習活動的有序性。同時，5E教學模式能夠較好地與建構模型的探究活動相結合[3，其中5E教學模式中的探究和解釋環節與建模教學中的模型建構和修正環節均能為學生提供科學論證及科學探究的機會，進而發展學生的創新思維并實現深度學習，這保證了課堂的思辨性與探究性。此外，《高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）指出：高中生物學應重視以評價促進學生的學習與發展，重視評價的診斷作用、激勵作用和促進作用[4，因而高中生物學教學活動應遵循以學業評價促發展的基本理念。5E教學模式中的評價環節正好契合這一理念，為建模教學提供了多元化的評價系統，能夠科學診斷學生的學業水平。因此，5E教學模式與建模教學的結合可能是“ 1+1gt;2 ，的教學模式組合。

二、基于5E教學模式實施高中生物學建模教學的實例

本研究聚焦“生態系統的能量流動”教學主題，論述基于5E教學模式的建模教學實施路徑。

（一）教學分析

1.教材分析

本節課的教學內容源自人教版普通高中生物學教科書選擇性必修2第3章第2節，包含生態系統中能量流動的過程、能量流動的特點和研究能量流動的意義等三部分。本節課既是生態系統結構內容的深化與拓展，又是學生學習物質循環的基礎，教材在內容的安排上體現了一定的科學性與邏輯性，這一編排思路契合高中生的學習認知特點。《課程標準》指出，學生在本節課中要學會分析生態系統中的能量在生物群落中單向流動與逐級遞減的規律，并樹立人與自然和諧相處的生命觀念。

2.學情分析

初中生物學已簡單地介紹了生物和生物圈的相關知識，學生對生物與環境的關系、生態系統的概念已具備初步認知。在高中生物學課堂教學中，教師應以學生已有知識和學習能力為起點，進一步引導學生通過師生合作、生生合作、展示交流等多樣化的學習活動初步感知能量流動的概念，采用科學的思維方法建構出生態系統能量流動的基本模型，并樹立生態意識。同時，教師還應從學生生活經驗出發，驅動學生積極探究，幫助學生循序漸進地形成科學概念，層層進階地建構科學模型，有理有據地得出科學結論。

（二）教學目標

本節課教學目標是引導學生從生活實際出發，在師生合作、生生合作的基礎上，分析能量流動的輸入、傳遞、轉化與散失，概述生態系統中能量流動的過程和特征，形成物質與能量觀。同時，引導學生通過借助建構模型、對比分析、歸納總結等科學思維方法進階式地構建出生態系統中各營養級及整個生態系統的能量流動模型，并嘗試利用模型科學解釋相關生物學現象。此外，課堂教學結束后，鼓勵學生運用生態系統能量流動的特點指導農業生產實踐，提升社會責任感。

（三）教學實施路徑

基于以上分析，為更好地開展教學活動，高效地達成教學目標，發展學生的生物學學科核心素養，筆者設計了如圖1所示的教學實施路徑。

（四）教學片段

1.吸引——創設情境，激發興趣

創設生動、科學的教學情境是吸引學生開啟課堂學習的第一步，成功的情境創設能有效激發學生的主觀能動性與學習欲望，使學生將動手、動腦、動情有效結合。教師應創設生動、科學的教學情境，以此吸引學生的注意力，使學生沉浸其中，進一步驅動學生開展生命觀念、科學思維、科學探究以及社會責任等多個層面的學習探索。

在“生態系統的能量流動”這一課的教學中，吸引環節的核心任務是通過認知沖突驅動學生建構科學概念模型，促使學生深度學習。本節課教師借助“荒島求生\"這一妙趣橫生且具有思辨性的教學情境，吸引學生的注意力。同時，教師引導學生寫出兩種生存策略的食物鏈，并引導學生思考哪一種生存策略可以使人在荒島上生存得更久。這一情境的創設，既激發了學生的學習興趣，又打破了學生的固有認知，進而激發出學生強烈的探索欲望，認同學習科學知識的重要性。在思考的基礎上，教師引導學生歸納總結出生態系統的能量流動包含能量的輸入、傳遞、轉化和散失等四個環節，并借助概念模型（如下頁圖2所示）講解研究能量流動的基本思路，為下一環節自主構建能量流動過程的模型搭建學習支架。

2.探究—一初步探索，構建模型

為幫助學生形成科學的認知，教師可以引導學生根據問題情境，利用簡潔的文字和箭頭初步構建出能量流動過程的模型，通過師生合作、生生合作的方式進階式地分析第一營養級、第二營養級以及最高營養級的能量流動過程。在該任務的引領下，學生從物質與能量觀出發，運用已有的學習經驗分析各營養級能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程，并結合分析結果初步建構出概念模型。

（1）能量流經第一營養級的模型建構

在第一營養級的能量流動建模活動中，教師利用問題串引導學生分析生產者能量的來源和去路，分析分解者的作用，逐步引導學生修正與完善基本模型，由此進行深入探究，推動建模教學活動的開展。在師生合作的基礎上，能量流經第一營養級的過程模型（如圖3所示）逐步浮出水面。這一建構模型的經驗有利于學生樹立學習與探究的信心，也為下一步學習奠定了建構模型的方法與思路。

（2）能量流經第二營養級的模型建構

學生已初步具備模型構建的學習經驗，學習任務可以進階到第二營養級能量流動過程的模型建構。在本環節，學生以小組為單位合作開展探究活動。經過合作、表達與交流的思維碰撞，學生以主人公的身份體驗科學建模的思維方法，思維碰撞后達成共識，構建出第二營養級能量流動過程的基本模型（如圖4所示）。

在本環節需要注意的是，由于學生對能量流動過程的分析存在認知差異，各小組初步建構的模型各有不同，故教師既要及時對每一個小組的建模結果給予肯定，又要鼓勵學生大膽質疑與辯駁，為學生創建一個輕松的交流平臺，增強學生的探究欲望，確保每一名學生都能夠參與到課堂討論中來，發展學生的批判性思維與創新思維，為后續開展建模活動營造輕松愉快的課堂氛圍，吸引學生進行下一階段的建模活動。

（3）能量流經最高營養級的模型建構

經過前兩個階段建模活動的訓練，學生積累了一定的建模經驗，也對能量流動的基本過程有了更全面的認知。此時，教師應進一步借助食物鏈引導學生分析最高營養級與其他營養級能量流動情況的異同，進而激發學生進行更深入的探究，使學生進一步獲取有效證據，修正初步建構的模型，得出科學結論（如圖5所示）。

以建模教學活動為載體的生物學課堂教學使學生的科學思維層層進階，進一步強化了學生的科學探究能力與科學論證能力。

3.解釋一一歸納總結，完善模型

經過構建三個具有代表性的營養級模型活動，學生已能較熟練地闡明各營養級能量的輸入、傳遞、轉化和散失的基本過程。但此時學生對能量流動的認知還留存在單個營養級層面，仍需進一步進階形成整體認知。從整體觀出發，生態系統是一個有機整體，各營養級緊密聯系，故教師在此環節需引導學生對比分析三個營養級的能量流動情況，歸納總結出各個營養級能量的來源與去路，并利用建構模型的科學方法展示生態系統能量流動的整體示意圖（如下頁圖6所示）。這一建模活動能夠使學生由單個營養級的分散分析進階至整個生態系統的整體分析，有利于發展學生歸納總結的科學思維。在學生完成建模思維進階的基礎上，教師借助模型，充分發揮學生的主觀能動性，以師生合作的方式定性地歸納總結出能量流動的兩大基本規律：生態系統中能量流動是單向的，能量在流動過程中是逐級遞減的。

在定性分析后，教師進一步借助賽達伯格湖（CedarBogLake）的能量流動圖引導學生定量地分析能量流動的基本規律，利用科學的事實數據化抽象為具體，促使學生更直觀地認識到能量流動是單向傳遞、逐級遞減的。

4.遷移一舉一反三，運用模型

遷移是鞏固學習成果的重要環節，也是檢測學生舉一反三能力的關鍵環節。在本環節，教師聯系生活實際，組織開放性學習交流活動，要求學生利用能量流動的模型分析間作套種、稻一萍一蛙等立體農業，并歸納總結這些生產方式的優勢，深刻認識研究生態系統的能量流動可以幫助人們合理配置時間、空間，增大流入生態系統中的總能量。教師進一步引領學生根據能量流動單向傳遞、逐級遞減的基本規律認識開源節流的重要性，促使學生樹立合理利用和保護地球資源的生態觀念，努力做到與大自然和諧相處，堅持走可持續發展的道路。這一環節的設計，既可有效反饋學生的學習成果，又可有效提升學生的社會責任感，發展學生的生物學學科核心素養。

5.評價—評價驅動，提升素養

評價活動是5E教學模式的重要環節，也是建模教學必不可少的一大步驟。教師可利用紙筆測驗的方式對學生進行知識評價，教師根據評價結果及時反思與改進教學。教師在課堂教學中還需關注學生建構模型的動態變化，如模型的初建構與再修改的差異、小組合作學習的積極性等，都可作為評價學生學業水平的重要依據。此外，教師還可利用科學的評價量表引導學生進行自評與他評，多個維度地考查學生的學業水平發展情況。這一做法可推動學生有效地完成自我反思學習活動，激發學生自我發展的強烈欲望。

三、基于5E教學模式的高中生物學建模教學的思考

（一）分解建模任務，合理搭建學習支架

在5E教學模式中，以建構模型任務為載體來完成探究與解釋環節的學習活動難度較大，故教師應根據學生現有的認知水平和學習能力，適時地為學生搭建學習支架，使學習任務難度呈現出螺旋式緩慢上升的趨勢，任務難度也需控制在學生的最近發展區范圍內，否則無法利用教學任務驅動學生完成自主建構模型的學習活動，還容易導致學生產生挫敗感。建構模型的核心任務是實現學生科學思維的發展，因此建模活動應符合學生科學思維發展逐級深化的規律。這就要求教師逐步分解建模任務，讓學習任務具體化和可操作化，促使學生能夠由淺入深、由表及里地完成建模任務。除此之外，教師還應在教學實踐中不斷優化建模路徑，以確保學生在建模活動中都能學有所用、學有所成且學有所樂，不斷發展學生的生物學學科核心素養。

（二）拓展建模平臺，深度激發學生創新思維

創新思維是一種高階思維形式，也是促進學生形成科學探究能力的重要思維，對學生生物學學科核心素養的提升至關重要[5。在高中生物學課堂中，建構模型往往是以學生為中心的小組合作性探究活動，具有較強的開放性與實踐性。借助5E教學模式中的探究環節完成建構模型的學習任務，既可通過合作學習增強學生的表達能力與交流能力，發散學生的思維，又可通過建構模型增加學生的動手動腦機會。故教師在實施5E教學時應多維度拓展建模平臺，如在進行脂質體的模型建構時，可增設“為使治療用的脂質體具有靶向功能，需要對脂質體進行何種處理”的問題，進一步引導學生發散思維，思考、討論并建構出具有靶向作用的脂質體。這一環節的設置，可為學生拓展建模平臺，完成具有深度的思維碰撞。此外，在保證課堂有效性的前提下，教師應營造一個敢想敢做的課堂氛圍，允許學生在建模活動中注入自己的奇思妙想，以此激活學生的創新思維。

（三）完善學業評價體系，全面發展學生核心素養

目前，大多一線教師對學業評價系統的認知依舊停留在知識層面的評價上，這非常不利于學生核心素養的發展。在新課改教學理念的支持下，多元化、多維度的學業評價體系才能夠更準確地反映出學生的學習過程和成果，更有效地促進學生核心素養的發展。由此觀之，建構與完善多元化學業評價體系刻不容緩，教師的評價理念也急需改變。根據布魯姆的觀點，評價體系應覆蓋知識、理解、應用、分析、綜合和評價六個層次，確保不同認知水平的學生均能獲得均衡發展。故教師在教學實踐中除了利用紙筆測驗的傳統評價方式，還應采用形成性學業評價方法動態地對學生的學習過程進行評價，如通過課堂觀察、學生作品集、自我評價以及小組互評等方式，及時了解學生調用生活經驗、分析生命現象、演繹與推理、運用模型等基本能力的動態變化情況，以促進學生多維度地發展生物學學科核心素養。

可見，基于5E教學模式的高中生物學建模教學將課堂的有序性、思維性與探究性融為一體，既為學生有效完成建模活動提供了有力保障，又為學生創造了更多的科學論證與科學探究的機會，發展了學生的生物學學科核心素養，教師可進一步深化對5E教學模式的理解與應用。

參考文獻

[1何林芳.運用5E教學模式轉變學生的“前科學概念”：以“生物進化的原因”一節為例[J].中學生物學，2016，32（4）：35-36.

[2]陳穎芳，張鋒.基于科學思維進階的高中生物建模教學實施與思考[J].中學生物學，2022，38（1）：7-8+12 業

[3張小麗，張婭妮.5E教學模式的發展脈絡與趨勢研究[J].福建電腦，2024，40（9）：46-50.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

5]于子淇.高中生物學教學中學生創新思維的培養[J].求知導刊，2023（10）：35-37.

（責編劉小璦）