SE教学模式在高中生物学实验教学中的应用

摘要：植物细胞的吸水和失水实验是高中生接触的第一个探究性实验，该实验的发生环境较为微观，学生难以理解其操作。基于此，笔者以探究植物细胞的吸水和失水为例，采用5E教学模式推进实验教学，该模式结合实验教学能培养学生发现问题、探究问题、解决问题的能力。

关键词：5E教学模式；吸水和失水；实验教学

文章编号：1003-7586（2024）02-0046-04 中国分类号：G633.91 文献标识码：B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》对于必修1模块的教学提示指出：教师要组织好观察、实验等探究性学习活动，帮助学生增加感性认识，克服对微观结构认识的困难，使学生领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能。结合生物个体水平的知识、化学和物理学知识以及学生的生活经验，突破学习难点。鼓励学生搜集有关细胞研究和应用方面的信息及研究进展进行交流，以丰富相关知识，加深对科学、技术、社会相互关系的认识。5E教学模式的教学指向与培养学生21世纪技能的目标相对应，有助于教师培养学生的能力，对于培养高中生物学核心素养有重要意义。该5E教学模式主要包含引入（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）5个教学环节。其开端环节是引入，即教师利用具体情境激发学生的学习兴趣，引发学生的思考；关键环节是探究，即教师采取多样的方式引导学生探究本节课程的重难点问题，了解知识的形成；解释是5E教学的重要环节，主要是指在学生进行探究之后，教师对一些重要概念和比较抽象的问题进行总结归纳；迁移则是学生利用知识的环节，也是学生将新旧知识相联系和重新组合的环节；评价是检验学生学习效果不可或缺的环节，利用提问、测验和评价量表进行评价可以帮助教师快速诊断学生对于教学内容的把握。笔者以探究植物细胞的吸水和失水为例详细说明5E教学模式在高中生物学实验教学中的应用。

1教材分析

本节内容选自人教版《普通高中教科书生物学必修1分子与细胞》第4章“细胞的物质输入和输出”中第1节“被动运输”中的探究性实验。本实验是在学生学习了细胞的结构等相关知识的基础上进行的，同时该实验可以为学生学习细胞代谢以及内环境稳态等知识打下基础。因此，本实验在整本教材中起着承上启下的作用。

2学情分析

高一的学生已经掌握了植物细胞的结构、渗透作用的原理和条件，已在过去的学习中了解了临时装片的制作和显微镜的使用，具备一定的动手操作能力，这些知识和技能为学生完成本次实验奠定了较好的实践基础。但学生对质壁分离及质壁分离复原等抽象概念还存在一定的误区，并且学生又是第一次接触探究实验，在实验技能方面有所欠缺，探究思维还不成熟，因此，学生学习本节内容有一定的难度。

3教学目标

（1）通过对实验的观察分析，能够说出植物细胞吸水和失水的原理，形成结构与功能相适应的观念。

（2）能够尝试进行实验设计，针对特定的实验现象，能够对其进行一定的分析阐述。

（3）能够将所学运用于生活，解释植物“烧苗”的原因，并提出一些治理方法。

4课前准备

教师准备：课前准备好紫色洋葱鳞片叶、刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜、6％的KNO3溶液、15％的甘油溶液、质量浓度为0.3 g／mL的蔗糖溶液、清水。

学生准备：预习“探究植物细胞的吸水和失水”的实验。

5教学过程

5.1引入：创设情境，引出问题

教师演示“小葱烫头发”的实验（见图1）导人新课，激发学生的好奇心，引导学生思考并讨论：为什么放置在清水中的小葱会出现向外卷曲的现象，而在糖水中的小葱则表现萎蔫？3 min后，随机抽取学生代表进行发言，借此引出“植物细胞进行失水和吸水”。

设计意图：生动有趣的“小葱烫头发”实验结合生活中的真实场景，激发了学生探索植物细胞吸水和失水的兴趣，将生活经验与生物学课本内容融合起来，引导学生关注生活中的有趣现象，同时也能够引导学生用课堂所学去解释生活中的现象。

5.2探究：进行探究，构建概念

师生共同回顾渗透作用发生的两个条件，即需要半透膜和具有浓度差。教师通过PPT展示问题：假如植物细胞是通过渗透作用进行吸水和失水的，那么细胞中的什么结构相当于半透膜？如何在细胞内外设置浓度差？怎样操作才能观察到植物细胞的失水和吸水的全过程？

教师鼓励学生以生物兴趣小组为单位，思考、讨论并通过实验来解决上述问题。学生经过讨论后，有学生会假设植物细胞的细胞壁相当于一层半透膜，细胞内外的浓度差可以利用蔗糖溶液来实现，同时提出实验方案：先用清水制作植物细胞的临时装片，之后将清水换成蔗糖溶液，然后再将蔗糖溶液换成清水，观察记录全过程中植物细胞的形态变化。引导学生对实验结果做出预期：植物细胞在清水中会吸水，从而体积变大，在蔗糖溶液中会失水，从而体积会变小。通过师生互评，对实验步骤进行修正和完善，对于学生做出的假设暂不纠正。

教师引导学生按照修改后的实验方案开展实验，展示实验操作的关键步骤：①从盖玻片一侧滴加溶液，在另一侧用吸水纸吸引；②取材的实验步骤，厚度是实验成功的关键；③装片制作时，减少气泡产生的措施；④观察时利用低倍镜，并且及时捕捉实验图像，做好实验记录，并将现象填入表1中。

由于不同学生的动手操作能力不同，教师可鼓励学生小组之间交换观看实验结果，并及时捕捉记录实验现象，同时教师可以将成像较好的实验现象通过PPT进行投屏展示，并对其进行过程性评价。

设计意图：本实验是高中阶段第一个探究性实验，学生通过自行设计实验进行合作探究，初步体会和建立探究思维，明确探究性实验的步骤，培养学生提出问题、设计实验、实施实验以及收集和处理数据的能力。同时，小组合作可以培养学生合作学习的能力以及交流倾听的能力。

5.3解释：归纳总结，明确概念

教师投屏植物细胞失水现象（质壁分离）和植物细胞吸水现象（质壁分离复原），引导学生分析实验结果。接着教师提出问题：质壁分离中的“质”和“壁”分别代表什么？在学生回答的基础上，教师展示植物细胞的结构挂图并对其进行讲解，明确“质”是指原生质体，“壁”是指细胞壁，质壁分离的原因是细胞壁的伸缩性较小，在吸水和失水的时候变化不大，而原生质体伸缩性较大，吸水和失水时变化明显。随后，教师再进一步讲解原生质体的结构，纠正学生在假设中的错误，明确植物细胞吸水和失水时，半透膜是植物细胞的原生质层。然后，教师对学生讨论的实验结果进行归纳，得出实验结论，解释植物细胞通过渗透作用吸水和失水的原理。

最后，教师提出问题：若将蔗糖溶液换成6％的KNO3溶液和15％的甘油溶液，植物细胞在两种溶液中是否还会出现相同的现象？同时引导学生分成A、B两组分别对两种溶液进行探究。通过实验，学生可以清晰地看到植物细胞在特殊的溶液中可以发生质壁分离的自动复原现象。

设计意图：本环节中给予学生充足的机会和时间对实验结果进行交流和讨论，学生可以利用自己的语言来解释植物细胞发生的质壁分离及质壁分离复原现象的原理。同时通过学生互相补充、互相评价的环节可以提高学生的评价能力，使学生能够取长补短，进而完善自己的答案，在此基础上教师对其进行一定的解释与归纳，帮助学生将原理概念书面化，成功实现学生对于新概念的构建。

5.4迁移：迁移应用，拓展概念

教师展示“烧苗”图片，提出问题，种植庄稼的时候，为什么肥料放多了就会造成植物根系坏死的现象？如果农民发现“烧苗”应该如何进行补救？在学生回答完之后，教师再次进行拓展，提出三个递进式的问题：植物细胞吸水和失水必须具备的基本条件有哪些？没有中央大液泡的植物细胞是否会发生质壁分离现象？某同学配制了一瓶质量浓度为0.3g／mL的蔗糖溶液和一瓶质量浓度为0.8g／mL的蔗糖溶液，但是忘记了贴上标签，如何帮助该同学鉴别这两瓶蔗糖溶液的浓度？

学生课后自行查阅资料，在下节课中与教师和同学进行分享与探索。

设计意图：本环节中注重引导学生将知识运用于现实生活，引导学生从科学探究的角度解决真实存在的问题，提升学生的社会责任感，避免学生陷入“重知识不重技能”的困境。同时通过三个递进式问题的探索，加强学生对本节知识的理解和巩固，课后学生自行查阅资料也能够提高学生的信息提取能力。

5.5评价：综合评价，巩固概念

评价环节贯穿于整节课堂，比如教师可以在引入环节设置问题，评价学生的回答，了解学生对于该知识的前概念以及存在的误区；在探究环节，教师可以根据学生对于探究活动的参与及完成程度，进行过程性评价，了解学生在探究活动设计时存在的困难，同时还可以通过评价为学生提供关键步骤的操作指南；在解释环节，教师可以展示与知识有关的习题，检验学生对于知识的掌握程度，肯定学生的学习成果；在迁移环节，教师可以设置开放性的题目，让学生畅所欲言，将自己置身于对应的真实生活情境中，并利用所学知识解决实际问题，提升学生的情感态度和社会责任。

基于此，本节课设置了评价量表（见表2）。

设计意图：利用评价量表对本节课程进行评价，既可以为学生在操作的过程中提供参考，提高实验效率，又可以帮助教师科学合理地评价学生在各环节的表现，还可以根据评价量表进行综合评价，便于学生查缺补漏，有助于高效课堂的建立。

6总结

采用5E教学模式开展“探究植物细胞的吸水和失水”实验的教学，能够让学生直观地感受到生活中的实际问题，从而进行探究，且在学生的兴趣上展开探究有效避免了传统教学中生硬地将任务布置给学生，单纯地为了探究而探究的现象。除此之外，本教学设计中全程采用评价量表的方式对学生进行评价，使不同学习水平的学生能够获得不一样的学习成果，同时教师也能够清晰地了解学生各个素养的发展情况。