5E教学模式在高中生物教学中的应用

【摘 要】本文以“降低化学反应活化能的酶—— 酶的作用和本质”为例，阐述 5E 教学模式在高中生物教学中的应用，在这一节课中，先以广告导入酶的學习，再引导学生设计“影响酶活性的条件”实验方案，经过探究、总结酶作用的机理，培养学生的探究精神，然后反思实验中存在的问题，为教学提供参考。

【关键词】5E教学模式 生物教学 酶活性实验

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）38-0120-03

《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》指出本课程的宗旨是提高学生生物学学科核心素养，它包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。实验是高中生物教学的重要内容，是培养学生生物学核心素养的重要途径。5E 教学模式是美国生物学课程研究（BSCS，1989）基于建构主义教学理论提出的一种探究式教学模式，它包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）五个环节，故简称 5E 教学模式，它有助于学生养成合理的研究思路和发展学生核心素养。鉴于本节课的内容特点，笔者利用 5E 教学模式来帮助学生理解活化能和酶的作用和本质，提高学生实验探究能力。

一、教材和学情分析

“降低化学反应活化能的酶—— 酶的作用和本质”是普通高中课程标准实验教科书生物必修一《分子与细胞》《第五章 细胞的能量供应和利用》第一节的内容，本节内容是细胞代谢的基础。本节课的授课对象是高一学生，学生在初中已学过无机催化剂，但是首次接触活化能、酶等概念。酶的作用及本质对高一学生而言较为抽象，因此，教师应从学生熟悉的无机催化剂出发，逐步过度到“酶的作用”的学习中。基于以上分析，制订以下教学目标：（1）阐述细胞代谢和活化能等相关概念。（2）说明酶的作用及本质。（3）通过实验探究，培养学生观察与分析实验数据能力、归纳与总结能力以及尊重事实和证据的科学态度，最终帮助学生掌握实验的思路和方法。（4）学生自主学习科学史，领悟科学家的探究精神和实事求是的科学态度。本节的重点内容为活化能、酶的作用和本质、如何控制实验中各个变量的关系。难点在于帮助学生理解活化能和酶的作用机理。

二、5E 教学模式的实施过程

（一）吸引：利用广告和实验为导入，激发学生学习兴趣

吸引是 5E 教学模式的起始环节，需要教师创设问题吸引学生学习兴趣。

教师利用多媒体播放三则广告：“去污更强劲，雕牌洗衣粉。”“牙白口清新，蓝天六必治。”“消化不良，家中常备多酶片。”请学生思考是什么物质提高它们的功效？学生观看广告，发现是酶提高反应功效。教师继续引导学生思考酶是什么？为什么它能够提高反应功效呢？

教师继续展示斯帕兰札尼的实验，展示问题串：（1）为什么要将肉块放在金属笼内？（2）是什么物质使肉块消失？（3）如何才能证明你的推测。学生在教师的指导下积极思考，回答问题：（1）如果没有将肉块放在金属笼，则肉块在消化过程中会被磨碎，进行物理性消化。（2）放在金属笼中的肉块消失，说明鸟类胃内的某些化学物质将肉块进行分解，即化学性消化。（3）要证明这种化学物质是否能分解肉块，则需收集胃内的化学物质，观察它在体外能否分解肉块。教师提供小资料：科学家发现胃液中含有大量的盐酸，起初认为是盐酸分解食物，后来研究发现，胃腺能够分泌某种物质，将该物质与盐酸混合后对肉类的分解能力大于盐酸的单独作用，这种物质是胃蛋白酶。

〖教师讲解〗化学中存在许多化学反应，在生物体内是否也进行像食物化学性消化等多种化学反应那样呢？请举例说明。学生联系所学知识，如细胞呼吸也属于化学反应。最后，教师和学生一起总结细胞代谢的定义，即细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应，统称为细胞代谢。酶在细胞代谢中又有什么作用呢？

〖设计意图〗利用简短的广告导入酶的学习，激发学生学习欲望，提高学生学习兴趣，帮助学生过度到“酶”的学习中;利用斯帕兰札尼实验，层层设置问题，引导学生思考问题，学生对酶有粗略的了解后引出细胞代谢;联系三则广告的内容和斯帕兰札尼实验，提出酶与细胞代谢的关系，激发学生探究欲望，为学习“酶在细胞代谢中的作用”做铺垫。

（二）探究：提出问题，设计并探究实验

探究是 5E 教学模式的中心环节，该环节是在教师指导下，学生积极、主动地开展探究活动，充分发挥学生学习的主体性和主动性。

〖教师提问〗在细胞代谢过程中会产生大量的有害物质，如过氧化氢。过氧化氢在过氧化氢酶作用下分解产生氧和水。酶在细胞代谢过程中如何发挥作用？它与无机催化剂的作用效率是否有差异呢？通过设置疑问，引出本节课的探究内容—— 比较过氧化氢在不同条件下的分解。

〖学生活动〗本次实验提供的实验材料有质量分数为 3.5% FeCl3 溶液、新鲜的质量分数为 20% 的肝脏研磨液、新配置的体积分数为 3%  的过氧化氢溶液、试管、卫生香等。学生在设计实验方案前，教师重点强调等量原则和单一变量原则，如何设置对照组和实验组，实验注意事项。学生在明确实验目的和实验要求后，以 8 人为一组，设计实验方案如表 1。

4 2 滴新鲜肝脏研磨液

教师评价与完善实验方案后要求学生规范实验步骤，认真观察、记录实验现象，思考和讨论教材 P79 的问题：（1）与 1 号试管相比，2 号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？（2）3 号和 4 号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？（3）3 号试管和 4 号试管相比，哪一支试管中的反应速率快？这说明什么？

〖设计意图〗学生在主动参与设计实验方案和动手操作实验的过程中，不仅充分发挥学生学习的主动性，而且培养学生团队合作意识。学生在思考问题过程中，掌握实验设计思路以及各个变量之间的关系，形成自己的实验思路，提高学生实验探究能力。

（三）解释：交流和讨论实验结果，得出实验结论

解释是 5E 教学模式的关键环节，该环节鼓励学生解释探究过程、探究结果以及探究过程中遇到的問题。

〖学生活动〗学生在教师的指导下，根据实验现象、积极讨论问题、交流实验结果如下：（1）相比 1 号试管，2 号试管产生较多气泡，说明加热使过氧化氢分子获得能量从而促进其分解，提高反应速率。此时，教师及时引出活化能的概念，即像 2 号试管中过氧化氢分子经过加热获得能量，从常态转变为容易分解的活跃状态，从而促使过氧化氢分解。分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。（2）3 号试管产生较多气泡，4 号试管产生大量气泡;将带火星的卫生香分别放入 3 号和 4 号试管内液面上方，发现 3 号试管卫生香没复燃但变亮，4 号试管卫生香复燃，说明 FeCl3 溶液和新鲜肝脏研磨液都能催化过氧化氢的分解，且新鲜肝脏研磨液中过氧化氢酶的催化效率要比无机催化剂 FeCl3 溶液的催化效率更显著。

〖教师追问〗（1）过氧化氢酶具有催化作用，它是一种催化剂，是否也具有无机催化剂的特点呢？学生回忆无机催化剂的特点，讨论得出二者都是催化剂，具有催化剂的特点，即能够改变化学反应的速率，但化学平衡以及反应前后催化剂本身的质量和化学性质都不改变。（2）为什么过氧化氢酶和 FeCl3 溶液能促进过氧化氢分解，加快反应速率呢？为什么过氧化氢酶的催化效率要比无机催化剂的催化效率要高呢？要求学生观察表 2，你能从表中得出什么结论？此时，教师再次提示学生注意观察自变量和因变量之间的关系。

学生从表中可以发现催化剂并没有给过氧化氢分子提供能量，而是降低反应所需的活化能，且相比无机催化剂（胶状铂），酶降低活化能的作用更显著，因此催化效率更高。

〖设计意图〗先让学生回忆无机催化剂的特点，再由无机催化剂的特点延伸到有机催化的特点，培养学生迁移能力;学生通过观察实验现象，解释实验结果，得出实验结论，培养学生尊重事实和证据的科学思维能力以及提高语言表达能力;引出活化能后，利用表格，学生通过观察、分析表格数据，直观地发现酶作用的机理，提高学生分析、比较数据及解决问题的能力。

（四）迁移：联系生活，促进知识迁移

迁移是学生在教师的指导下尝试运用所学知识解决新问题，巩固所学知识的过程。

为帮助学生更好地思考，教师提出以下问题：（1）单一变量原则、等量原则是实验中重要的原则，要求学生反思自己的实验设计是否合理，还存在哪些问题，如何改进这些问题，课后以探究“影响酶活性的条件”为例，设计实验方案。（2）要求学生阅读教材 81-82 页的内容，自主学习酶本质的探究历程;学生查阅相关资料，思考酶在生活中的应用。

〖设计意图〗通过反思，帮助学生强化实验设计思路和实验注意事项;通过自主学习关于酶本质的探究历程，领会科学探究精神;学生在收集资料过程，培养信息获取能力和知识的应用能力。

（五）评价：利用作业，检测课堂教学

此次实验探究课以小组实验操作过程、课堂交流和课堂作业等方面进行过程性评价;以学生课后设计的实验方案进行终结性评价。教师布置课堂作业，即教师要求各个小组尝试用坐标曲线图表示“酶的作用原理”和“酶的特性”，并分析每条曲线和各个点所代表的生物学含义。学生完成课堂作业，对不明白的知识点，主动向同学或教师请教。最后通过自评、小组内成员和教师评价本节课的教学质量。

〖设计意图〗通过绘图，诊断学生对知识的掌握情况，有助于教师有针对性地对学生进行辅导，从而提高学生的学习成绩;通过学生自评，有助于学生发现自身的不足。

三、教学反思

本节课利用吸引、探究、解释、迁移和评价 5 个环节，帮助学生理解酶的作用和本质。首先，在“吸引”环节，以简短的广告和实验为导入，激发学生学习兴趣。其次，在“探究”“解释”环节，指导学生设计实验方案，动手操作实验，观察、分析实验现象，在教师的指导下总结酶的作用机理。再次，在“迁移”环节，让学生再次反思实验设计思路并以下一节内容为例设计实验方案;要求学生自主学习科学史部分，了解酶的本质、酶的发现历程并查阅相关资料，了解酶在生活中的应用。最后，利用“评价”环节，要求学生绘制曲线图，诊断学生对本节内容的掌握情况。

此次教学利用 5E 教学模式，充分发挥学生主体性和教师指导的作用，能较好地完成本节教学目标，提高学生综合能力。但本节课中还存在一些不足，需要在今后教学中加以完善。

（一）探究过程中组内学生分工不合理

在本节课中，大部分学生积极性高，但是有部分学生并没有参与到实验探究中，而是处于探究的边缘，发呆或闲聊，相反，有些学生包办所有的实验操作过程。因此，在今后教学中教师要根据学生的差异进行有效分组，这样既有利于学生相互学习，又能让所有学生积极参与到实验探究过程中，从而提高课堂效率。

（二）学生探究时间较短

在实验过程中，有部分学生的实验现象不明显或是发现 3 号试管和 4 号试管的实验现象截然相反，由于课堂时间有限，这些学生不能够及时分析其原因并观察到明显的现象。因此，在今后探究活动教学中可以继续延伸到课后，让学生在课后继续探索，以满足学生的学习需求。

【参考文献】

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[4]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书（必修）：分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2019.

[5]辛给元.巧设问题情境，构建高效课堂——“降低化学反应活化能的酶——酶的作用和本质”的教学设计[J].中学生物学，2011（27）.

【作者简介】黄美秀（1996— ），女，壮族，广西百色市人，广西师范大学生命科学学院硕士研究生。

（责编 卢建龙）