“5-E学习环”在生物探究实验教学中的运用——以“探究酸雨对种子萌发的影响”一课为例

●居晔

随着基础教育改革的不断深入，人们的科学教育理念发生了很大转变。 “人人具有科学素养”正日益成为一项重要的教育目标。 加强学生科学实践能力和自主设计探究实验能力的培养，能理解和运用科学知识解决实际问题等是实现这一目标的重要途径。“5-E 学习环”模式在初中生物学实验教学中，能有效地引导学生主动参与，自主探究，提升素养。

“5-E 学习环”模式主要由五个阶段构成，即引入、探究、解释、扩展、评价[1]。 下面以“探究酸雨对种子萌发的影响”一课为例介绍“5-E 学习环”模式在生物探究实验教学中的应用。

一、导入——创设情境，激疑导课

“5-E 学习环”模式引入阶段的重要任务是让学生产生好奇心并提出问题。 教师可以根据学生已有的知识和经验创设情境，激发学生自己提出想要探究的、能探究的并且可以解决的问题。

如关于环境污染对生物的影响，学生已有一定的认识，但是学生所知多为间接经验，且对酸雨对生物的影响所知较少，因此，教师先展示各地区因遭受酸雨，森林、庄稼被毁，建筑、文物被腐蚀、破坏等图片，介绍这些环境问题是由酸雨引起的。教师进一步解释，酸雨即是pH 值小于5.65 的雨，并解释近些年酸雨问题越来越严重， 与大量使用的化石燃料在燃烧的过程中会释放出酸性气体有关。教师提问：你知道酸雨给我们人类生活带来的危害有哪些？ 提示学生联系前面所学的 “影响种子萌发的外界条件”，思考能提出什么问题。 学生思考并经小组讨论可提出问题：酸雨能否影响种子的萌发？

二、探索——设计实验、自主探究

探索环节的关键是学生自主进行探究，包括材料的选择、方案的设计、结果的记录等。学生之间的交流可以解决他们遇到的大部分问题。教师在学生的方案设计或实验操作有疏漏、失误时，应及时作为指导者提醒学生，以免严重影响实验的结果。

在学生设计实验前， 教师补充溶液酸碱性、pH的测定和计算等化学基础知识。

教师引导学生组成探究小组， 小组内每个人都先独立设计实验方案，然后小组内交流。有些同学实验设计不够完善，只考虑到给种子喷洒酸雨，然后观察种子的萌发情况，忽略了对照实验的设计。有的同学可能还会在设计实验时提出新的问题，例如，不同污染程度的雨水（酸度不同）对种子萌发的影响是否相同？小组互相交流后，讨论整合优化小组的实验方案，并由组长向全班展示。 各小组之间进行交流，并提出了一些新的疑问。 例如， 选择哪些种子进行实验？ 实验种子的数量是选择一粒，还是多粒？ 溶液的pH 梯度设置几个？ 针对这些问题全班再进行讨论，各组完善探究方案。教师给出一个可参考的方案，但不要求所有学生都进行同样的实验。

教学中发现， 多数学生只考虑了实验的设计和操作步骤，而没有考虑结果的记录，教师及时提示学生，除了设计实验方案，还需要考虑：①实验要观察的现象是什么？②实验的注意事项有哪些？③如何操作并记录？学生可能会想到诸如测量法，拍照法等记录方式。关于如何记录实验现象，教师要引导学生考虑：记录哪些指标？ 仅仅记录种子发芽率够不够？ 如果还测量芽的长度，多长时间记录一次？ 等等。

各小组确定了实验设计方案后开展实验。 实验过程中，各小组每天固定时段，将观察到的现象如实记录。

三、解释——分析结果，得出结论

解释环节主要是让学生对观察、 记录的实验结果进行综合分析和解释， 能够说出实验现象出现的原因是什么，实验结果说了什么问题等。通过科学的分析、逻辑的推理和合理的解释，训练学生的思维能力，此环节教师应注意追问和点拨，帮助学生理清思路。

第四小组黄豆种子的萌发情况记录 室温：20℃注：观察5 天记录出芽的数量和长度，填到表格内，最后求平均出芽率和长度，并分析结果。

例如第四小组根据他们的实验记录，得出如下结论：种子的出芽率是指种子在适宜的条件下， 在规定的时期内出芽种子数占供试种子总数的百分比， 是反映种子品质优劣的重要指标， 也可从中看出外界因素对种子萌发的影响。 通过5天实验的观察以及测量， 学生发现清水和pH5 的溶液中，种子的萌发率85%、90%， 随着溶液pH 值降低萌发率也在降低，pH2 和pH3 时种子萌发率分别是52.5%和57.5%。溶液pH 值过低也会影响种子萌发的长度，pH2 和 pH3 时的平均芽长是 2.8cm 和3.6cm，随着pH 升高平均芽长也在增长，清水中平均芽长最长为5.2cm。

学生对结果的记录基本准确， 对数据的统计也可以做得比较合适。不过，对数据分析、得出结论，需要教师的帮助。例如，种子未能完全萌发的原因是什么？ 教师引导学生从外界温度和自身条件的影响等方面思考，学生就可以较好地理解实验中现象。 最后，教师和学生一起分析、得出结论：酸雨会对黄豆种子的萌发产生不利影响。

四、扩展——总结反思，提升应用

得出结论后，教师引导学生反思整个的实验过程。学生在反思时提出在实验过程中的困惑，提升探究技能，获得进一步认识。

①不同浓度的酸雨如何配置？ （pH 试纸颜色不容易辨清，难以区分pH 梯度很近的酸溶液）。 我们讨论的改进方案是先配制pH2 的溶液（取1ml37%的盐酸兑成1000ml 溶液），然后逐个稀释10 倍，配成（pH2～pH5）的实验用液。

②pH 为4 的溶液一组里有一粒种子芽长得很长，明显长于其他溶液中的种子，怎么解释？讨论后，大家认为：可能因种子自身条件不同，萌发长度和数目也会有差异。 由此我们总结，正是因为如此，每组实验我们都各要用40 粒种子，最后萌发情况（萌发率和长度）要求平均值，从而得出更准确的结果。

③由于不同种类的种子本身特性不同， 那么酸雨对不同种类作物种子发芽率的影响是否相同？ 综合全班各小组的实验，对比用绿豆、水稻、玉米、小麦等种子开展实验的结果，最后，全班共同得出的结论是：酸雨对绿豆、黄豆、玉米、小麦等种子的萌发有明显的抑制作用， 说明酸雨对植物的生长有不利影响。 有学生提出新的问题：怎样开展探究酸雨对动物生活的影响呢？ 就这个问题，教师组织讨论新的探究方案。

五、评价——适时评价，贯穿始终

探究学习在强调了学生自主学习的基础上， 并不能忽视教师的主导作用， 而且特别强调教师应适时的、必要的、谨慎的、有效地指导，使学生的探究活动得到不断完善和提高。 评价是“5-E 学习环”模式中的一个重要环节，贯穿于学习活动的始终。在上述引入、探究、解释、扩展的过程中，教师都适时进行指导，及时评价。

结语：

生物学是一门自然学科，它的很多结论是在观察和实验中提取的，可谓“从探究中来”，但是，学生所进行的探究与科学家所做的探究既有相同点，也有一定的区别。 科学家所从事的科学探究是科学知识生成、验证和发展的过程，面对的是开放性的问题，需要探究者的科学知识、 有关科学的知识、直觉、想象力、创造性以及个性品质的介入，不存在一套普适性的、 正确的方法和逻辑；教学中的科学探究不是让学生生成和验证新的科学知识，而是理解科学知识及其产生的过程，学习过程性科学技能，培养科学思维和科学理解，形成合理的科学本质和价值观[2]。 学生从事的探究，表面上看是一个活动过程，但更为本质的是隐含在活动背后的学生的积极思维和知识的建构过程， 所以有效探究不是看表面的活动和热闹程度，而是要能引起学生积极的内在的认知活动[3]。 因此，生物学教学中，不但要让学生充满兴趣地参与学习，更要让学生们在探究中获取知识， 从而亲身经历知识的形成过程， 在探究过程中自主建构知识。 这种以“思中做，做中思”为特征的思维参与过程，是“探究”属性中较易被人忽略而又最值得重视的一个属性，甚至是“探究”的本质属性[4]。

从现有的学生探究活动本身来看， 探究从提出问题开始，到得出结论、表达交流结束。 如果仅仅是按照这样的流程、环节来机械地开展教学，最后很容易异化为程序的操练、方法的记忆，学生既缺乏参与的兴趣，也没有多少主动探索的空间，更谈不上有概念的习得和技能的提升。因此，探究实验的教学不能机械地按照探究的流程来操作。

“5-E 学习环”是一种事实证明比较有效的探究教学促进概念转变的模式。 “5-E 学习环”与探究过程的整合，如果做得恰当，有助于学生在探究过程中积极主动参与实验并获得体验得出正确结论， 为我们课堂探究教学的有效实施提供了很好地操作平台。在本课的教学过程中，尝试用“5-E 学习环”模式开展教学，从导入时的激发兴趣、提出问题，到探索阶段的激发学生自主确定探究方案开展探究，到解释阶段师生共同分析结果、得出结论，再到扩展阶段的教师引导学生反思整个的实验过程，并在全过程贯穿教师的指导和评价，将探究的流程与 “5-E 学习环”各阶段实现了有机整合。 在整个实验教学过程中，学生能主动积极参与实验方案的设计，并始终处于“动脑，动手，动口”的状态，课堂氛围积极、活跃、愉快，达到了预期的实验教学效果。课堂上，学生在自主设计并实施探究的过程中获得了探究的过程体验， 也能形成“环境污染对生物的生活有不利影响”这一概念。 这一学习模式在初中生物探究教学中可以适当借用。

[1]高潇怡.科学教育中的探究教学模式发展述评[J].外国教育研究，2007，（3）：76-80.

[2]杨向东.教育中的科学探究：理论问题与实践策略[J].全球教育展望，2011，（5）：18-26.

[3]刘大华.探究性学习与探究性教学之要义分析[J].教学与管理，2007，（12）：73-74.

[4]陈琴，庞丽娟.科学探究：本质、特征与过程的思考[J].教育科学，2005（1）：1-5.