运用“5E”教学模式探索高效课堂新途径

摘 要：5E教学模式是由引入、探究、解释、精致和评价这5个教学环节组成的，基于建构主义教学理论和概念转变理论的教学模式。基于5E教学模式開展“DNA的复制”的课堂教学，尝试通过探究、解释和评价等多种方式，探索高效课堂的有效途径。

关键词：5E教学模式;DNA的复制;途径

一、  理论依据

5E教学模式是美国生物学课程研究（BSCS）开发的一种基于建构主义教学理论和概念转变理论的教学模式，通过协同方式组织和顺序化学生的潜在学习经历，旨在让学生通过科学探究获得更加深入理解的知识。该教学模式共包括5个教学环节，即引入（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、精致（Elaboration）和评价（Evaluation）。笔者尝试以人教版高中生物必修二第三章“基因的本质”第3节的内容《DNA的复制》为案例，基于“5E”教学模式，探索DNA的半保留复制方式，并突破DNA复制过程微观、动态、连续、抽象的特点，从而提高学生分析问题、解决问题的能力，培养学生科学探究的思维和方法。

二、 教学目标

（一） 知识与能力目标

1. 运用5E教学模式，尝试让学生探究DNA半保留复制和全保留复制的过程。

2. 通过观看动画、分析科学史，师生互动，能够简述DNA复制的过程，能够识记DNA复制的概念。

（二） 学科素养

1. 基本技能（引导学生根据假说-演绎法的一般步骤探究DNA的复制方式到底是半保留复制还是全保留复制，培养学生自主探索、合作学习、分析问题、解决问题的能力）。

2. 基本思想（通过介绍Meselson、stehl的试验，引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学的思维）。

三、  教学过程

（一） 引入（Engagement）

在引入环节，形式多样地呈现图片、实物、问题、情境等，引导学生思考、表达，暴露已有的前概念或错误概念，产生认知冲突，激发探究欲望。

展示课件，采用学生感兴趣的明星照片（胡歌以及胡歌爸爸）设问为什么父子之间会如此相像？学生回答是因为遗传。再投影一份亲子鉴定报告，介绍通过检测两个人的15个不同的基因位点，发现绝大多数是相同的，据此认为两人是父子关系的可能性达99%以上。为什么可以这么认为？这是因为亲代的遗传物质DNA是通过复制之后传递给子代的。那么，DNA是如何进行复制的？这里的引入既与课程任务相关，又能引发学生的兴趣，活跃课堂，同时启发学生思考DNA复制在遗传上的意义。

（二） 探究（Exploration）

探究环节，给学生资料、实验材料，并提出恰当的问题引导学生针对特定的学习内容进行动手、动脑的探究。DNA的复制的实验证据虽然是选学内容，但有利于培养学生科学探究的思维和方法，提高学生分析问题、解决问题的能力，所以将它作为培养学生探究思想和方法的重点。教师提出紧扣主题的具有挑战性、探索性的问题，使学生主动去探索。学生尝试利用“假说—演绎法”探究DNA的复制方式。

发现问题是科学研究的第一步，引导学生阅读课文P52，展示DNA双螺旋结构模型后，提出问题：当时科学界中对DNA复制方式持“半保留复制”和“全保留复制”这两种观点。PPT图示这两种复制方式，学生观察后指出区别。半保留复制以母链中的每一条旧链作为模板再合成一条新链，这样在新合成的两个双螺旋分子中，一条链是旧的而另外一条链是新的。全保留复制则是新形成的两个DNA，一个是原来的，另一个则是由新合成的两条链组成的。

提出假说：（用黑色表示亲代DNA两条链，白色表示新合成的子链。请画出DNA复制两次子代DNA的情况）学生分组（一组持半保留复制观点，一组持全保留复制的观点）分析讨论，根据假设讨论演绎并画图表示两种复制的结果。

小组间相互补充，并作出评价。

演绎推理：引导如何设计实验进行验证，提示从T2噬菌体侵染实验，探讨实验方法。笔者设计以大肠杆菌为实验材料进行实验，提出下面3三个问题：

问题1：如果要在实验中直观地区别母链或子链，可以采取什么办法？

（同位素示踪技术，可以用哪些元素来进行标记？）

问题2：假设亲代是含15N母链，子代形成的是含14N的新链。全保留复制和半保留复制形成的子代DNA是怎样的？在试管中会出现几条条带？

（15N/15N、15N/14N、14N/14N这三种DNA）

问题3：怎样把不一样的DNA分开呢？

（密度梯度离心技术：在离心管中加入介质（如氯化铯）形成一个液体密度梯度，离心时待测悬液的各组份以不同的速度下沉，最终将停留在与自己相同的密度中，形成一个条带。）

学生根据刚才演绎的结果，推导出这样的可能实验现象：如果是全保留复制，则离心后DNA条带应该只有两条;如果是半保留复制，则离心后DNA条带应该有三条，请学生在学案中标出子一代和子二代离心后DNA在试管中的位置。通过学生的板演，和师生及生生互评，完成演绎推理环节。

实验验证：介绍1958年Meselson和Stehl用含有15N的培养基培养大肠杆菌，经过多次细胞分裂，细菌细胞的DNA充分地被15N标记上。然后把这些细胞移入正常的含同位素14N的培养基中，然后，在不同时刻（复制不同代数后）收集细菌样本，从中提取DNA，再将提出的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。

得出结论。学生观察实验结果，发现与________本组推测的结果一致（或相反）。

所以DNA复制方式为半保留复制。

本环节旨在激发学生探索和协作的兴趣，培养学生的动手能力和思维能力。笔者不拘泥5E教学模式中的环节次序，通过两次学生的板演，从探究到解释，再探究再解释，让学生主动理解并演绎推理实验过程。培养学生的参与意识和培养学生的合作、探索的精神，并进一步复习假说-演绎法。

（三） 解释（Explanation）

解释是概念引入环节，要求学生用自己的语言解释探究结果，形成初步解释。本环节中，在DNA如何进行半保留复制的突破上，用科学史论证教学，并通过视频突破重难点，精心设计问题，使得学生自然而然地得到DNA复制的概念。

资料一：美国科学家科恩伯格（Arthur Komberg）认为：既然细胞内可以进行DNA分子的复制，必有相应的酶存在。他利用大肠杆菌制备抽提液加入DNA合成的原料和能源物质，再加入极微量的“模板DNA”和镁离子，保温30min，发现有新DNA分子的合成。测定其碱基组成，发现它们同“模板DNA”一样。后来他分离出DNA复制时需要的DNA聚合酶，也因此荣获1959年的诺贝尔生理学或医学奖。资料二：科学家们当时迫切寻找到一种酶，能够在DNA复制时破坏互补碱基对的氢键结构而打开DNA双螺旋结构。这种酶被科学家称为解旋酶。自1976年人类在大肠杆菌中发现了第一个解旋酶，至今已有上百种解旋酶被发现。科学家发现解旋酶是一种常见的马达蛋白，以核酸单链为轨道沿着核酸链定向移动，并利用ATP水解提供的能量打开互补的DNA双链，获得单链。

思考：1. 从资料一中找出完成DNA复制需要哪些基本条件？

2. DNA复制时，DNA的双螺旋结构需不需要打开，如何打开？

学生从两则资料中发现信息，讨论后回答。

播放DNA复制的动画，使学生完成由感性到理性的知识过渡。学生随着动画的演示，一起总结出过程：解旋——复制——形成2个新的DNA。从过程上来看，DNA复制的特点是边解旋边复制。从结果上来看，其特点是半保留复制。学生自主归纳总结出DNA复制的场所、时间、条件、过程、特点、意义等具体概念，并尝试构建DNA复制过程的概念模型。

（四） 精致（Elaboration）

精致即概念应用环节中，以求学生在新情境和新问题中能运用新学内容。

创设PCR技术扩增DNA这一新情景，完成DNA复制的相关计算。近十几年来，PCR技术是分子生物实验的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制的特性，在体外进行DNA的人工复制，每完成一个循环需2～4分钟，2～3小时就能将待复制DNA扩增几百万倍。使分子生物实验所需的遗传物质不再受限于活的生物体。假设一个亲代DNA分子经PCR扩增n次后：①得到的DNA分子总数为________。②含有亲代母链的DNA分子数为________。③不含亲代母链的DNA分子数为________。④若该DNA含某种脱氧核苷酸

a个，则经过n次复制，共需消耗游离的该核苷酸个数为________。⑤若该DNA含某种脱氧核苷酸a个，则在第n次复制时，共需消耗游离的该核苷酸个数为________。通过以上新问题情境的深入分析与思考，学生对于DNA复制这一重要概念会有更加深入的理解和掌握，顺利完成DNA复制的相关计算。

（五） 评价（Evaluation）

评估（Evaluation）环节中，提出开放性的问题来评价学生对新概念或方法的理解和应用情况。以此判断本节内容的教学目标的达成情况。同时，评价也为教师提供了一个评估自己教学过程和效果的机会。

四、 教学反思

5E教学模式不同于以往的探究型或者概念型教学模式，它比其他教学模式更能帮助学生组织学习内容，构建和运用科学概念。5E教学模式的五大环节可多水平多层次的对接生物学科核心素养的四个维度，是实现高效课堂的有效途径。五大教学环节中，学生均能积极收集和整理信息，运用假说演绎法主动参与探究过程，大胆说出自己的见解，有思维的碰撞，收到了很好的效果。在教學中，5E教学模式不仅提高学生探究、思辨、推理等科学思维和科学探究能力，而且转变了高中生生物的学习方式，激发学生的学习兴趣和求知欲，调动学生学习的积极性与主动性，提高教学效果。

参考文献：

[1]王健，李秀菊.5E教学模式的内涵及其对我国理科教育的启示.生物学通报，2012，47（3）：39.

[2]刘本举.“DNA的复制”科学史的分析与教学建议.生物学通报，2014，49（3）：30.

作者简介：沈淑芬，福建省漳州市，福建省漳州第一中学。