论文部分内容阅读
摘要 以“5E教学模式”开展“绿色植物的呼吸作用”这节课的教学，通过实验情境激发学生思维，分析讨论引发认知冲突，层层递进的实验探究帮助学生主动建构科学概念。
关键词 5E教学模式 概念教学 呼吸作用 实验探究
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
《义务教育生物学课程标准（2011版）》特别强调概念教学和科学探究，并提出“生物学课程中的科学探究是学生积极主动地获取生物科学知识、领悟科学研究方法而进行的各种活动”。肤浅的“探究”活动不能帮助学生理解概念和原理，对科学概念的理解是科学素养的重要组成之一。学生科学思维能力的发展也需要以理解重要科学概念为基础。而“5E教学模式”可以有效地提高学生这方面的需求。该模式基于建构主义，强调在以学生为中心的教学中教师促进学生在探究的基础上理解和建构科学概念。该教学模式包括引入（Engage）、探究（Explore）、解释（Explain）、扩展（Elaborate）和评价（Evaluate）5个环节，简称“5E教学模式”。“5E教学模式”能探查学生的前科学概念，能在培养学生探究能力的同时，帮助学生构建科学概念。
1教学实施前的相关分析
1.1教材分析
“绿色植物的呼吸作用”是繼绿色植物光合作用之后，又一个重要植物的生理过程的学习。本节课不仅有重要的生物学基本知识、基本概念，同时还渗透了生物学研究的基本方法。本节课设计概念的解析如图1所示。
1.2学情分析
1.2.1学生的前概念分析
学生对呼吸作用的认识大多停留在对呼吸现象的认识上，即吸入氧气呼出二氧化碳，甚至把呼吸作用等同于呼吸现象。
1.2.2“5E教学模式”与学情的匹配
如果依靠教师在多媒体演示辅助下的讲解，虽能让学生“记忆事实”，但无法让学生体验发现问题、探究问题和解决问题的过程。笔者运用“5E教学模式”能和学生共同体验探究的乐趣和价值。系列实验不断驱动学生在主动探究中去理解、去领悟，在暴露错误前概念的同时，通过科学探究过程建构“呼吸作用”的相关概念。通过“5E教学模式”的5个环节将学科重要概念内化为学生解决实际问题的工具。
2运用“5E教学模式”的授课环节
2.1引入
本环节的主要目标是从科学家探究生命现象的实验入手，让学生随着科学的探究历程去提出问题、作出假设，从而引发进一步的探究的愿望。
教师介绍科学家的实验：1771年，英国科学家普里斯特利通过密闭容器植物与小白鼠实验证实植物能更新污浊的空气。可有人于黑暗环境中重复他的实验，却得出相反的结论，植物和动物同样会使空气变污浊。教师启发学生思考：植物呼吸是怎样的过程呢？是否也和人体一样吸入氧气，呼出二氧化碳？
2.2探究
本环节的主要目标是通过3个层层相扣的实验，逐步深入理解呼吸作用的现象和实质，建构呼吸作用的概念。通过前两个实验明确植物的呼吸作用消耗氧气、产生二氧化碳后，教师引导学生思索实验现象下的内在变化。学生分析第三个实验呼吸作用能量释放这一现象，理解发生在细胞内的微观物质分解。
探究1：植物的呼吸作用释放二氧化碳。
教师分别将甲（装有萌发种子）和乙（装有烫熟种子）罐中的气体挤入澄清石灰水中，学生观察石灰水的变化。因为七年级的学生还不了解二氧化碳让澄清石灰水变浑浊的特性，因此在此实验之前，教师先邀请两位学生分别向澄清石灰水中通入空气和呼出的气体。学生在感叹化学变化之神奇的同时，学习和探究的热情进一步高涨。
探究2：植物的呼吸作用消耗氧气。
教师分别将燃烧的蜡烛放入甲、乙瓶中，学生观察蜡烛的燃烧情况。在分析实验现象时，学生暴露出前概念：二氧化碳增多是导致火焰熄灭的根本原因。因为七年级学生还未学习过燃烧条件的相关知识，大多数学生也不太了解氧气助燃的特性，因此教师需要做相关知识的补充和介绍。
探究3：植物的呼吸作用产生能量。
教师提前一天准备好两个保温瓶（甲瓶中萌发种子，乙瓶中煮熟种子），学生测量瓶中温度。在分析萌发种子呼吸作用导致温度上升原因时，暴露出部分学生的前概念：由于二氧化碳（温室气体）增多从而导致温度上升。教师从能量来源角度，引导学生正确分析现象，使学生形成概念：呼吸作用能量的释放来自于有机物的分解。
2.3解释
本环节的主要目标是教师给学生提供机会表达对植物呼吸作用的理解，使学生能联系之前细胞能量转换器的知识，明白呼吸作用的场所，归纳表述植物呼吸作用的过程，初步构建呼吸作用的概念。
结合前一环节的探究结果，教师鼓励学生大胆尝试表述什么是植物的呼吸作用，在学生的表述过程中不断完善概念。接着，教师提出疑问：有人说“呼吸作用就是吸入氧气呼出二氧化碳”，你同意吗？由此引发学生对于呼吸作用本质的思考和讨论。最后，学生达成共识：呼吸作用的本质是分解有机物，释放能量。
2.4扩展
本环节的主要目标是学生能从呼吸作用本质出发，理解呼吸作用是所有生物共同特征。
教师设置问题串：
①萌发的种子有呼吸作用，当种子萌发形成一棵幼苗时有呼吸作用吗？
②动物有呼吸作用吗？
③细菌、真菌有呼吸作用吗？
学生思考后讨论交流达成共识：只要是活着的生物就需要能量供应，而生命活动所需能量由呼吸作用分解有机物释放，因此呼吸作用是所有生物的共同特征。
2.5评价
本环节的主要目标是通过学生相互交流、展示的方式，检验呼吸作用相关概念的掌握情况，评价学习成果。教师通过对生活、生产现象的生疑、解疑，引导学生关注概念的应用，从而实现知识与实践的结合。
教师组织学生分组讨论。各学习小组以各种方式呈现他们建构的呼吸作用相关概念。在学生讨论的过程中，教师巡视、观察了解学生的完成情况，并进行个别点评分析。教师选取部分小组进行成果展示，学生共同探讨和互评。学生展示呼吸作用相关概念的形式有反应式、概念图、思维导图等。这一过程不仅可以进一步达成概念教学，还能帮助教师发现概念教学的不足，以便之后调整教学策略。
最后，教师从生活、生产实际出发，提供实例，引导学生利用所学概念讨论：为什么种子萌发时要提供适宜的温度、充足的空气和一定的水分？连日阴雨使各种农作物许多底部叶片变黄，及时摘除黄叶可促进果蔬生长保丰收，这是为什么？同时鼓励学生课后从自身出发，提出与概念相关的疑问并讨论解答。
3“5E教学模式”的教后反思
“5E教学模式”在初中生物学教学中能较全面地发掘和转化学生的前概念。例如，在引入环节，学生要针对教师提供的具体情境或是提出的问题进行思考，这过程中必然联系他们已有的知识体系，能较直接地暴露出前概念，而错误前概念的摒除是进一步构建科学概念的前提。再如，在探究环节，通过实验等多种形式呈现出的现象，在引发学生思考的同时，也能够在认知冲突间转化前概念。
该模式也能较有效地调动学生主动学习的热情。例如，不论是引入环节、探究环节还是解释环节、评价环节，学生都是课堂的主体，学生聆听、操作、观察、思考、讨论……而教师是学生学习的促进者。只有他们成为真正的课堂主人，在体验中感悟，才能将热情转化为不断求知的动力。同时“5E教学模式”也有利于提升学生的生物科学素养。例如，在扩展和评价环节将通过解决具体的生产、生活情境中的问题去检验学生新建构的生物概念，不断促进概念内涵的充实和外延，并学会应用知识解决问题。而概念构建过程中的探究环节也让学生的创新能力得到一定发展。
综上所述，“5E教学模式”每一个环节在概念教学中都发挥着奇妙的催化作用。“引入”和“探究”巧妙地引发了学生的认知冲突，让科学概念的建构顺理成章，“解释”环节让学生过滤重组自己的新知与旧知，在科学观察思考和集体讨论的基础上，让科学概念的构建水到渠成。“扩展”和“评价”环节拉近了抽象概念与实际问题的距离，在概念的不断应用中让科学概念的建构内化稳固。
关键词 5E教学模式 概念教学 呼吸作用 实验探究
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
《义务教育生物学课程标准（2011版）》特别强调概念教学和科学探究，并提出“生物学课程中的科学探究是学生积极主动地获取生物科学知识、领悟科学研究方法而进行的各种活动”。肤浅的“探究”活动不能帮助学生理解概念和原理，对科学概念的理解是科学素养的重要组成之一。学生科学思维能力的发展也需要以理解重要科学概念为基础。而“5E教学模式”可以有效地提高学生这方面的需求。该模式基于建构主义，强调在以学生为中心的教学中教师促进学生在探究的基础上理解和建构科学概念。该教学模式包括引入（Engage）、探究（Explore）、解释（Explain）、扩展（Elaborate）和评价（Evaluate）5个环节，简称“5E教学模式”。“5E教学模式”能探查学生的前科学概念，能在培养学生探究能力的同时，帮助学生构建科学概念。
1教学实施前的相关分析
1.1教材分析
“绿色植物的呼吸作用”是繼绿色植物光合作用之后，又一个重要植物的生理过程的学习。本节课不仅有重要的生物学基本知识、基本概念，同时还渗透了生物学研究的基本方法。本节课设计概念的解析如图1所示。
1.2学情分析
1.2.1学生的前概念分析
学生对呼吸作用的认识大多停留在对呼吸现象的认识上，即吸入氧气呼出二氧化碳，甚至把呼吸作用等同于呼吸现象。
1.2.2“5E教学模式”与学情的匹配
如果依靠教师在多媒体演示辅助下的讲解，虽能让学生“记忆事实”，但无法让学生体验发现问题、探究问题和解决问题的过程。笔者运用“5E教学模式”能和学生共同体验探究的乐趣和价值。系列实验不断驱动学生在主动探究中去理解、去领悟，在暴露错误前概念的同时，通过科学探究过程建构“呼吸作用”的相关概念。通过“5E教学模式”的5个环节将学科重要概念内化为学生解决实际问题的工具。
2运用“5E教学模式”的授课环节
2.1引入
本环节的主要目标是从科学家探究生命现象的实验入手，让学生随着科学的探究历程去提出问题、作出假设，从而引发进一步的探究的愿望。
教师介绍科学家的实验：1771年，英国科学家普里斯特利通过密闭容器植物与小白鼠实验证实植物能更新污浊的空气。可有人于黑暗环境中重复他的实验，却得出相反的结论，植物和动物同样会使空气变污浊。教师启发学生思考：植物呼吸是怎样的过程呢？是否也和人体一样吸入氧气，呼出二氧化碳？
2.2探究
本环节的主要目标是通过3个层层相扣的实验，逐步深入理解呼吸作用的现象和实质，建构呼吸作用的概念。通过前两个实验明确植物的呼吸作用消耗氧气、产生二氧化碳后，教师引导学生思索实验现象下的内在变化。学生分析第三个实验呼吸作用能量释放这一现象，理解发生在细胞内的微观物质分解。
探究1：植物的呼吸作用释放二氧化碳。
教师分别将甲（装有萌发种子）和乙（装有烫熟种子）罐中的气体挤入澄清石灰水中，学生观察石灰水的变化。因为七年级的学生还不了解二氧化碳让澄清石灰水变浑浊的特性，因此在此实验之前，教师先邀请两位学生分别向澄清石灰水中通入空气和呼出的气体。学生在感叹化学变化之神奇的同时，学习和探究的热情进一步高涨。
探究2：植物的呼吸作用消耗氧气。
教师分别将燃烧的蜡烛放入甲、乙瓶中，学生观察蜡烛的燃烧情况。在分析实验现象时，学生暴露出前概念：二氧化碳增多是导致火焰熄灭的根本原因。因为七年级学生还未学习过燃烧条件的相关知识，大多数学生也不太了解氧气助燃的特性，因此教师需要做相关知识的补充和介绍。
探究3：植物的呼吸作用产生能量。
教师提前一天准备好两个保温瓶（甲瓶中萌发种子，乙瓶中煮熟种子），学生测量瓶中温度。在分析萌发种子呼吸作用导致温度上升原因时，暴露出部分学生的前概念：由于二氧化碳（温室气体）增多从而导致温度上升。教师从能量来源角度，引导学生正确分析现象，使学生形成概念：呼吸作用能量的释放来自于有机物的分解。
2.3解释
本环节的主要目标是教师给学生提供机会表达对植物呼吸作用的理解，使学生能联系之前细胞能量转换器的知识，明白呼吸作用的场所，归纳表述植物呼吸作用的过程，初步构建呼吸作用的概念。
结合前一环节的探究结果，教师鼓励学生大胆尝试表述什么是植物的呼吸作用，在学生的表述过程中不断完善概念。接着，教师提出疑问：有人说“呼吸作用就是吸入氧气呼出二氧化碳”，你同意吗？由此引发学生对于呼吸作用本质的思考和讨论。最后，学生达成共识：呼吸作用的本质是分解有机物，释放能量。
2.4扩展
本环节的主要目标是学生能从呼吸作用本质出发，理解呼吸作用是所有生物共同特征。
教师设置问题串：
①萌发的种子有呼吸作用，当种子萌发形成一棵幼苗时有呼吸作用吗？
②动物有呼吸作用吗？
③细菌、真菌有呼吸作用吗？
学生思考后讨论交流达成共识：只要是活着的生物就需要能量供应，而生命活动所需能量由呼吸作用分解有机物释放，因此呼吸作用是所有生物的共同特征。
2.5评价
本环节的主要目标是通过学生相互交流、展示的方式，检验呼吸作用相关概念的掌握情况，评价学习成果。教师通过对生活、生产现象的生疑、解疑，引导学生关注概念的应用，从而实现知识与实践的结合。
教师组织学生分组讨论。各学习小组以各种方式呈现他们建构的呼吸作用相关概念。在学生讨论的过程中，教师巡视、观察了解学生的完成情况，并进行个别点评分析。教师选取部分小组进行成果展示，学生共同探讨和互评。学生展示呼吸作用相关概念的形式有反应式、概念图、思维导图等。这一过程不仅可以进一步达成概念教学，还能帮助教师发现概念教学的不足，以便之后调整教学策略。
最后，教师从生活、生产实际出发，提供实例，引导学生利用所学概念讨论：为什么种子萌发时要提供适宜的温度、充足的空气和一定的水分？连日阴雨使各种农作物许多底部叶片变黄，及时摘除黄叶可促进果蔬生长保丰收，这是为什么？同时鼓励学生课后从自身出发，提出与概念相关的疑问并讨论解答。
3“5E教学模式”的教后反思
“5E教学模式”在初中生物学教学中能较全面地发掘和转化学生的前概念。例如，在引入环节，学生要针对教师提供的具体情境或是提出的问题进行思考，这过程中必然联系他们已有的知识体系，能较直接地暴露出前概念，而错误前概念的摒除是进一步构建科学概念的前提。再如，在探究环节，通过实验等多种形式呈现出的现象，在引发学生思考的同时，也能够在认知冲突间转化前概念。
该模式也能较有效地调动学生主动学习的热情。例如，不论是引入环节、探究环节还是解释环节、评价环节，学生都是课堂的主体，学生聆听、操作、观察、思考、讨论……而教师是学生学习的促进者。只有他们成为真正的课堂主人，在体验中感悟，才能将热情转化为不断求知的动力。同时“5E教学模式”也有利于提升学生的生物科学素养。例如，在扩展和评价环节将通过解决具体的生产、生活情境中的问题去检验学生新建构的生物概念，不断促进概念内涵的充实和外延，并学会应用知识解决问题。而概念构建过程中的探究环节也让学生的创新能力得到一定发展。
综上所述，“5E教学模式”每一个环节在概念教学中都发挥着奇妙的催化作用。“引入”和“探究”巧妙地引发了学生的认知冲突，让科学概念的建构顺理成章，“解释”环节让学生过滤重组自己的新知与旧知，在科学观察思考和集体讨论的基础上，让科学概念的构建水到渠成。“扩展”和“评价”环节拉近了抽象概念与实际问题的距离，在概念的不断应用中让科学概念的建构内化稳固。