基于7E教学模式的高中生物学实验教学设计

张椰莉 梁雪微

【摘 要】7E教学模式包括“激发”“参与”“探究”“解释”“精致”“评价”“延伸”七个环节，是一种双向互动的教学模式。文章以“探究环境因素对光合作用的影响”为例，将7E教学模式应用于实验教学，并用实验工作单进行辅助，组织学生设计和实施实验，引导学生发現实验不足，并改进实施实验的过程，培养学生的实验设计能力，从而落实生物学核心素养培养。

【关键词】7E教学模式 高中生物学 实验设计能力

【中图分类号】G633.91    【文献标识码】A  【文章编号】1002-3275（2023）22-55-03

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（本文简称课程标准）强调学科核心素养的培养。其中，科学探究是高中生物学学科核心素养之一，它要求学生具备发现问题、提出问题、作出假设、设计实验、实施实验、作出解释、得出结论、表达交流的能力。由此可知，实验设计包含于科学探究，且是其重要一环。此外，在近3年生物学高考试题中，实践操作部分着重考查学生的实验设计能力。由此可见，发展学生的实验设计能力是落实高中生物学学科核心素养的重要一环。本文试图基于7E教学模式，即激发（elicit）、参与（engage）、探究（explore）、解释（explain）、精致（elaborate）、评价（evaluate）和延伸（extend），以“探究环境因素对光合作用的影响”实验为例进行教学，以期提升学生的实验设计能力。

一、7E教学模式的适用性

生物学作为一门以实验为基础的自然科学，在教学中需要将理论与实际相结合。只有通过实验探究，学生才能对理论形成过程有更深刻的理解，培养独立思考的习惯，以及质疑精神、创新意识、动手实践等能力。高中生生物学实验设计能力体现为能够运用生物学知识、实验技能对实验结果进行预测、分析和讨论。［1］可见，学生实验设计能力的培养不应以被动、机械地接受知识为主。

7E教学模式是双向互动的教学模式，在5E教学模式的基础上拓展而来。［2］该教学模式具有两个重要特点：一是以学生活动为中心，将学生观察现象、教师引导、同学之间的合作联系在一起；二是鼓励学生直接参与科学探究，主动建构生物学知识体系，利用所学知识解决实际问题。其中，7E教学模式的“探究”“解释”和“评价”等环节充分体现了以上特点。由此可见，7E教学模式可应用于培养学生的实验设计能力。

二、7E教学模式应用于实验教学的流程

本文基于7E教学模式，就高中生物学实验教学展开研究，并在7E教学模式的七个基础环节加以补充相应的教学细节，即①激发——创设情境，激发兴趣；②参与——建立联系，做好准备；③探究——问题引导，设计实验；④解释——查缺补漏，完善实验；⑤精致——知识深化，实施实验；⑥评价——交流讨论，共同进步；⑦延伸——拓展迁移，与时俱进。7E教学模式涉及教学全过程，包括教学前、教学中、教学后。其中，教学中是7E教学模式应用的主要场景。除此之外，可在整个教学过程中加入实验工作单辅助教学，具体流程如图1所示。

三、基于7E教学模式的生物学实验教学设计

（一）内容选择与教学目标的确定

“光合作用与能量转化”中探究·实践的“探究环境因素对光合作用强度的影响”是高中阶段定量分析实验之一，该实验内容丰富，要求学生具备较强的动手操作能力和一定的数据分析能力，并联系生活实际。同时，考虑到光合作用作为高中生物学教学的重难点、高考热点，该实验通过培养学生实验设计、分析实验能力，有助于促使学生深入理解光合作用知识。

本节课授课对象是高一学生，他们已经具备一定的逻辑思维和动手实践能力。此外，在“探究植物细胞的吸水和失水”“影响酶活性的条件”等实验中，他们初步掌握了探究实验设计的基本原则和方法。然而，学生对本实验的原理（真空渗水法）了解不足，并且实验设计实践经验较少。因此，教师在教学过程中应积极培养学生的实验设计能力。

根据课程标准的要求，基于上述教材和学情分析，制订以下实验教学目标：①理解光合作用强度概念，理解并掌握实验原理——真空渗水法；②运用定量方法处理和解释数据，学会建构相应的数学模型；③通过设计实验方案，进一步掌握实验设计的原理和方法，并体会生物学实验的严谨性和科学性；④通过小组合作的形式培养学生相互协作的能力和集体意识。

（二）课前准备

在做实验之前需要进行预实验，准备好实验材料。除此之外，根据探究任务设计实验工作单，包括四个部分：①提出问题；②设计实验思路，包括实验目的、作出假设、确定变量、陈述关系、具体实验步骤、实验结果预测及结论；③实施实验，分析实验现象；④表达交流，对整个实验过程中遇到的问题进行反思总结。

（三）具体教学过程

【环节一】激发：创设情境，激发兴趣

教师播放智能植物工厂视频，学生认真听视频中专家的介绍，随后教师提问：可以采取哪些措施来提高智能植物工厂中蔬菜的产量？这些措施蕴含了哪些生物学原理？

设计意图：从生活实际出发，激发学生的好奇心与兴趣，引导学生思考，回顾光合作用发生的条件和原理，为学习新的内容打下基础。

【环节二】参与：建立联系，做好准备

教师根据学生前期学习情况，以问题引导：光合作用受哪些环境因素的影响？这些环境因素对光合作用有什么影响？具体的调控水平需要借助实验来探究。如果给你一些材料（打孔器、注射器、菠菜、水、5W LED台灯、NaHCO3溶液、烧杯、黑色纸盒），你可以探究哪些环境因素对光合作用的影响？

设计意图：引导学生从光合作用发生的条件和原理出发，思考影响光合速率的因素有哪些，在原有知识的基础上建构新知识。通过实验材料与问题引导，让学生初步思考如何设计实验。

【环节三】探究：问题引导，设计实验

教师利用实验工作单引导学生完成探究，具体包括以下七点：①明确实验目的，选择感兴趣、可探究的实验课题加以说明；②作出假设；③确定实验自变量及施加措施；④确定实验因变量及检测措施；⑤讨论无关变量及控制方法；⑥设计实验思路，小组组间讨论，选择可行方案并写出具体步骤；⑦猜测预期结果与结论：光合速率能一直增大吗？你能以自变量为横坐标、因变量为纵坐标，尝试画出曲线图吗？学生可通过阅读教材中的案例寻找灵感。

设计意图：教师以问题串的形式引导学生回顾实验设计中光合作用的基础知识，为本节课奠定相关知识基础。学生阅读教材中的案例，有助于提升实验设计能力、信息提取能力和知识总结能力。用实验工作单加以引导，让学生将思考和讨论的内容记录下来，可以加深学生对探究过程和实验设计过程的印象，同时发散思维，发展探究能力。

【环节四】解释：查缺补漏，完善实验

教师组织学生进行组间交流，对于学生提出的问题，可由其他组学生补充，如果全体学生都无法解答，则由教师加以补充。另外，教师提供探究光照强度对光合作用影响的完整实验视频，对照视频讲解本实验的原理及注意事项，引导学生完善方案。

设计意图：通过观看视频，促使学生对实验过程和规范操作产生科学认识，教师对学生存在的问题进行解释，引导学生积极思考、开拓思路，培养学生的团队合作、自主学习、总结归纳、逻辑表达等能力。

【环节五】精致：知识深化，实施实验

首先，教师进一步指导学生完善实验方案，讲解实验中需要注意的事项。其次，请学生按照小组完善后的实验设计思路进行实验操作，教师给予适当指导，让小组代表展示本组的实验结果，阐述是否能够验证假设，并将实验数据转化为数学模型，与前期预测结果进行对比、解释原因。最后，教师带领学生进行总结。

设计意图：让学生熟悉实验中的注意事项，在提出问题、作出假设、设计实验思路、开展实验操作、呈现结果等环节中体会完整的实验设计流程，培养学生猜想与假设、实践动手、处理信息、语言表达、图文转化、数学建模等能力。

【环节六】评价：交流讨论，共同进步

评价是教学过程中必不可少的提升环节，应贯穿课堂始终。在教学过程中采用师生评价、组间互评和组员互评相结合的多元评价方式，既评价学生的学习结果也评价学习过程，如实验设计方案的合理程度、实验实施情况、交流讨论是否积极等，从多个角度评价学生的课堂表现、思维表达和分析能力，激发学生科学探究的欲望。教师可通过课堂观察、纸笔测验、实验工作单等形式来评价学生的学习情况，在评价中要适当鼓励学生，并对其实验中不恰当的地方提出建议。

【环节七】延伸：拓展迁移，与时俱进

要求学生根据所学知识收集资料，探索本节课内容在日常生活中的应用，并根据实验结果提出在农业生产中可能增产的措施，延伸思维。如果时间允许，可以让学生以小组为单位，根据探究过程制作PPT进行展示，检验学生的学习效果。

（四）课后反思

上述教学设计中，在激发阶段，结合生活实际创设情境，激发学生兴趣，回顾旧知识，为学习新知识奠定基础；在参与阶段，以问题串引导学生自主思考和提出问题，培养学生提出问题的能力；在探究阶段，利用实验工作单引导学生回顾实验设计的基本原则，结合教材内容自主设计实验方案，培养学生实验设计能力；在解释阶段，通过呈现视频、教师讲解、学生互相交流，引导学生口述实验步骤，培养学生团队合作、自主学习、总结归纳、逻辑表达等能力；在精致阶段，引导学生思考和了解实验中的注意事项，运用所学知识解决新问题，教师在实验过程中指导学生明确实验规范性，培养学生动手操作、收集实验数据、分析、整理、建构模型能力；在评价阶段，运用多元化评价手段，评价学生在教学过程中各个环节的表现，帮助学生建立学习自信，激发学生学习生物学的兴趣；在延伸阶段，引导学生利用所学知识解决现实生活问题，增强社会责任意识。

本实验注重培养学生的实验设计和数据分析能力，并强调让学生掌握科学探究的一般流程。如果要充分锻炼学生这些能力，至少要用2个课时来进行相关活动。除此之外，本实验还涉及其他单因素、多因素组合实验，学生可以利用课余时间完成预实验、选择材料、设计改进实验装置等，将未完成的实验做一遍，有助于充分理解和体验科学探究的严谨性，进一步促进核心素养的培养。

7E教学模式注重以学生为主体，对培养学生的实验设计能力有一定的作用。需要注意的是，7E教学模式各环节并不是相互割裂的，而是相互联系的。教师在教学过程中要厘清课程与课程、环节与环节、环节与能力的关系，根据课堂内容的性质有所侧重。

【参考文献】

［1］任建升．基于科學探究能力的高中生物学实验设计初探［J］．中学生物教学，2020（15）：7-8．

［2］EISENKRAFT A．Expanding the 5E model：a proposed 7E model emphasizes“transfer of learning”and the importance of eliciting prior understanding［J］．The Science Teacher，2003，6（7）：56-59．