“5E” 教学模式在高中生物学概念教学中的应用

王铭志

摘要 通过“5E”教学模式引导学生聚焦概念问题、构建概念内涵、明确概念外延、加深概念理解、反思概念构建过程，有效完成了“细胞呼吸”概念的知识构建，使学生获得深层次的概念性理解，提升了学生的生物学核心素养。

关键词  “5E”教学模式高中生物学概念教学细胞呼吸

中图分类号 G633.91              文献标志码 B

文件编号：1003-7586（2023）03-0058-03

“5E”教学模式是由美国生物科学课程研究会（BSCS）提出的一种教学模式，该教学模式包括5个环节，即参与（engage）、探究（explore）、解释（explain）、精制（elaborate）、评价（evaluate），五个环节的首字母都是“e”，所以又被称为“5E”教学模式。“5E”教学模式是一种基于建构主义的教学模式，强调教学过程要以学生为中心，重视学生的探究性活动，强调通过小组合作学习促进学生对科学概念的理解和知识构建。“5E”教学模式所倡导的学生主动参与探究以及多元评价等方面契合我国新课程标准中的基本理念，通过开展“5E”教学能够有效促进学生对生物学概念的深层次理解，提高学生的核心素养水平。

以“细胞呼吸”的概念教学为例，“5E”教学模式的教学过程如下。

1 参与（engage）：先声夺人，激发学生探究欲望，聚焦概念问题

参与（engage）是“5E”教学模式的第一个环节，该环节主要是激起学生的学习兴趣，引出学习主题，确立学习任务，将学生引入到具体的探究问题中，同时要求探究的问题与相关概念具有一定的联系，问题要具有一定的难度但又能让学生通过探究活动解决。

在进行“细胞呼吸”的概念教学时，教师可以课前带领学生制作葡萄酒，上课时教师打开发酵瓶橡木塞时会发出清脆的“嘭”的声音，一下子吸引了学生，接下来教师将葡萄酒分装到杯子中让学生闻一下气味，“声音”和“酒精气味”激发了学生的学习兴趣和进一步探究的求知欲。学生根据初中所学知识和生活经验已经了解酵母菌可以用于酿酒，此时教师向学生说明：酵母菌的酿酒过程是一个细胞呼吸的过程。

教师进一步引导小组同学提出想要探究的问题，然后汇总各小组的探究问题：发酵过程中产生的气体是什么？发酵过程中除了产生气体和酒精，是否还产生了其他物质？酵母菌在有氧条件和无氧条件的产物是否都能产生酒精？“细胞呼吸”的概念是什么？前三个问题指向的是酵母菌的呼吸方式，第四个问题则需要学生进行抽象概括。

通过“参与”环节教师让学生真实直观地体验到生活中的酒精发酵现象，吸引学生对生物学现象和事实进行深入思考，从而引导学生明确探究的具体问题，为下一步的具体探究实践做好铺垫。

2 探究（explore）：设计探究实验，分析实验结果，构建概念内涵

探究（explore）是“5E”教学模式的主体环节，也是培养学生科学思维和科学探究的关键环节。在此环节中教师需要给学生提供自主探究的机会和条件，促使学生开展小组合作学习和具体的探究活动。

教师引导学生根据前面提出的探究问题，设计并进行“探究酵母菌的细胞呼吸方式”的实验。教师首先介绍酵母菌，然后让学生根据提供的实验材料、试剂和器具设计实验。其中本实验给学生提供葡萄糖溶液和重铬酸钾溶液、二氧化碳传感器和数据采集器用于测定二氧化碳的含量。学生通过设置有氧条件和无氧条件，探究酵母菌在不同条件下的产物。

本实验使用二氧化碳传感器和数据采集器可快速将实验结果直观呈现给学生，通过在电脑中自动生成“二氧化碳─时间”曲线图，学生能够快速清晰地判断相同时间内有氧条件下二氧化碳生成量高于无氧条件下二氧化碳生成量。

教师提出问题：有氧条件下酵母菌将葡萄糖彻底氧化分解除了产生二氧化碳，推断还有什么产物？教师通过引导学生根据初中所学质量守恒定律和氧化反应的知识，利用化学反应方程式得出葡萄糖在有氧条件下可彻底氧化分解产生二氧化碳和水。

教师进一步追问：根据本实验中“二氧化碳─时间”曲线图推断葡萄糖在无氧条件下除了产生二氧化碳，还可能产生什么物质？教师引导学生从质量守恒定律的角度进行小组讨论，最终得出葡萄糖在无氧条件下除了产生二氧化碳，还可能产生了其他含碳元素的物质。教师引导学生进一步进行酒精的检验，最终学生可以归纳得出无氧条件下酵母菌将葡萄糖分解为二氧化碳和酒精。

接下来教师让各小组从物质变化和能量变化两个角度归纳实验结果，各小组之间补充修正，最终形成比较全面的概括：①物质变化：有氧条件下酵母菌可将葡萄糖分解为二氧化碳和水；无氧条件下酵母菌可将葡萄糖分解为二氧化碳和酒精。②能量变化：有氧条件和无氧条件下酵母菌分解葡萄糖的过程都会有能量释放出来。此時教师引导学生给“细胞呼吸”下一个定义，学生通过对实验结果分析和概括可以初步给出概念内容：细胞呼吸是在细胞内将糖类分解为有机物或无机物并释放能量的过程。教师追问其他物质分解为有机物或无机物并释放能量的过程能不能称之为细胞呼吸？为了进一步帮助学生明确细胞呼吸的底物可以是多种类有机物，教师可以呈现糖类、脂肪和蛋白质等有机物分解的过程示意图，最终帮助学生实现概念转变，形成正确的认识。

学生根据设计具体的实验和真实的实验结果，通过分析、归纳和概括最终构建起来“细胞呼吸”的概念内容，亲历了概念转变和概念内涵的自我构建过程，培养了学生的物质与能量观，提高了学生的科学探究和科学思维能力。

3 解释（explain）：解释不同细胞呼吸类型出现的原因和意义，明确概念外延

解释（explain）环节是指学生对之前探究活动获得的感性经验进行抽象，成为一种可以在小组间进行交流的形式，形成对一些具体问题的科学解释。

教师呈现地球大气成分的历史演化图（图1），然后让学生解释：1.为什么地球上最先出现的生物不能够利用氧气进行细胞呼吸？2.利用氧气进行细胞呼吸的生物是如何出现的？教师提供资料：由于需氧呼吸比厌氧呼吸产生更多的ATP，可以为生物体提供更多的可做功的自由能，需氧呼吸逐渐成为绝大多数生物的主要呼吸形式，而有些生物的厌氧呼吸能力一直保留至今。然后教师让学生解释：对于一些同时存在需氧呼吸和厌氧呼吸的生物而言，厌氧呼吸存在的意义是什么？

教师让各小组给出自己的解释，引导学生从生物适应环境的角度分析不同细胞呼吸类型出现的原因和意义，此过程培养了学生的进化与适应观，让学生在生命观念的层面明确细胞呼吸的概念外延：根据细胞呼吸过程中是否有氧气参与，将细胞呼吸分为需氧呼吸和厌氧呼吸。为了帮助学生拓展对细胞呼吸的认识，教师可以给学生补充产甲烷菌和乳酸菌等专性厌氧菌以及铜绿假单胞菌和醋杆菌等专性好氧菌的资料。另外，教师还可提供细胞呼吸的科学史资料，让学生了解需氧呼吸和厌氧呼吸的生化反应发现过程。

在“解释”环节中各小组对比其他小组的解释，他们会重新思考自己提出的解释是否合理、推理过程是否有缺陷以及论证是否严谨，从而形成科学的解释，最终明确了概念的外延。

4 精制（elaborate）：运用新概念解释新情境问题，加深概念理解

精制（elaborate）环节需要学生扩展学习到的新概念，并能够与其他概念相联系，运用所构建的新概念解释周围世界或新情境问题，并在概念的迁移应用中加深对概念的理解。

本环节中教师介绍甜米酒的制作过程：将米煮熟后冷却至30℃左右时加入适量“酒药”（实为菌种）与米饭混合，然后置于瓷坛内，在中间挖一个洞并加盖置于适当地方保温（28℃）12小时即成。然后教师让學生从细胞呼吸角度思考并回答以下问题：为什么在利用酵母菌酿制米酒时并不是一开始就密封酿制？米酒酿制过程中酵母菌的呼吸类型发生了怎样的变化？教师引导学生从能量角度分析需氧呼吸对酵母菌增殖的重要意义，并让学生从代谢产物的角度认识到随着需氧呼吸产生的水不断增多，随之为酵母菌的无氧呼吸创造了一个无氧环境。解决这种开放性的问题促进了学生对“细胞呼吸”的深层次理解，同时也使学生认识到劳动人民在生活实践中的智慧。

接下来让各小组分别从生活实践、农业生产、工业生产、医学健康等角度搜集细胞呼吸原理应用的实例，然后各小组汇总实例并对每一具体实例进行分析解释，小组间补充修正最终形成对具体实例的科学解释。

“精致”环节中学生运用所学概念去解释生产生活中具体的实际问题，在概念的迁移应用中加深了对概念的理解，构建起全面的概念认知框架。

5 评价（evaluate）：开展多元评价，反思概念构建过程

评价（evaluate）环节是指教师和学生都要作为评价者参与评价，既要评价学习的结果又要评价学习的过程，从而形成比较全面的多元评价。

学生学习新概念的过程是学生内部认知结构自组织的过程，概念图作为一种可视化的评价途径，可以反映学生的概念认知水平。教师让各小组通过组内讨论交流、小组合作的方式画出“细胞呼吸”的概念图，然后小组之间补充、修正，最终形成完整的概念图（图2）。教师可对各小组的概念图进行评价，也可以让各小组进行自我评价以及对其他各小组进行具体评价。

教师还可让各小组从提出探究问题、设计探究实验、分析实验结果、回答问题次数和有效性等方面让各小组进行自我评价以及对其他各小组进行评价。

“评价”环节促使学生反思整个概念学习过程，学生重新审视自己构建概念和概念转变过程，提升了学生的元认知能力，有利于帮助学生对概念形成更加稳定的理解。

6 小结

“5E”教学模式作为一种强调探究的教学模式，在概念教学中首先通过让学生依托探究实验获取感性认识，然后逐步抽象概括形成理论认知，最终构建起对概念的认知结构，能够高效地帮助学生获得对生物概念的全面深入的理解，在小组合作学习中学生的生物学核心素养水平也得到了提高。

参考文献：

[1]袁维新.“5E”教学模式及其在生物学教学中的运用[J].生物学教学，2004，29（5）：10-11.

[2]刘泽羽，虞驰.论证探究式教学模型在高中生物学实验教学中的应用——以“探究酵母菌细胞呼吸的方式”为例[J].生物学教学，2022，47（05）：57-59.