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美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其本质特征

吴成军; 张敏
  “5E”教学模式是美国生物学课程研究(BSCS,1989)开发的一种基于建构主义教学理论的模式,是〕S课程的一个重要特征。自上世纪80年代末以来,这种教学模式就在S的总课程设计中被应用,并占据着十分重要的地位,它描述了一种能用于总课程、具体学科课程或某一节具体课的教学程序,是一种致力于引起学生学习兴趣的有效的教学模式和教学方法。
  一、“5E”教学模式的基本内涵及教师和学生的行为特征
  (一)“5E”教学模式的基本内涵
  “5E”教学模式共分五步,这五步分别是吸引(engagement)、探究(exploration)、解释(explanation)、迁移(elaboration)和评价(evaluation)。
  l.吸引这一环节是“5E”教学模式的起始环节。为“吸引”学生对学习任务产生兴趣,激发学生主动进行探究,“5E”教学模式一般强调通过创设问题情境来激发学生的学习兴趣。这里的问题情境应尽量与现实生活(特别是学生的生活)联系起来,并与课程内容和教学任务联系起来。情境中的问题能够吸引学生,引起认知冲突,从而激发学生主动探究,主动建构知识的兴趣教师课前需要了解学生对于即将学习的任务已经形成的前概念,分析原有概念和科学概念之间的差异及其形成差异的原因,然后创设问题情境,通过演示实验或1其他常见情境与学生已知的前概念产生认知冲突,由此激发学生对学习任务的探究兴趣,产生探究意愿。
  2.探究
  探究是“5俨教学模式的中心环节。教师可以根据上一环节产生的认知冲突,引导学生进行探究。在探究的过程中,学生是主体,教师的作用是引导和帮助。教师注意观察、倾听,并进行适当的提示和指导,以了解学生探究的进程和深度,同时避免学生过快地得出结论。在这一阶段,需要提供学生一些必需的背景知识,包括学习材料,如果是实验探究,还必须提供给学生实验仪器、实验材料、背景知识等等。”支架式“支持的力度,取决于学生的实际况状及教师对学生的了解情况在探究环节中,由于学生进行了具体的探究活动,所以学生的前概念(很可能是错误概念)、技能、方法等逐渐被暴露出来,为之后的概念转换和概念界定创造了便利的条件。
  3.解释
  解释阶段是”5E“教学模式的关键环节。这一阶段应将学生的注意力集中在对探究过程和结果的展示及分析方面,给他们提供一个机会表露其对概念的理解,以及技能的掌握或方法的运用,让学生尝试用自己的理解阐述他们对概念的认知。这一阶段也为教师提供直接介绍概念、过程或方法的机会,教师应该借助于课程目标来帮助学生更加深人地理解新的概念。续表解释环节需要一定的逻辑推理,教师应注意鼓励和提醒学生根据已有的知识经验和上一环节进行探究的过程和结果进行推理。如果推理有困难,教师也可以直接借助于学生的实验过程和结果,并辅助以其他的材料和媒体帮助学生正确地理解概念,特别要注意纠正学生已有的错误概念。
  4.迁移
  在教师的引导下继续发展学生对概念的理解和应用技巧,扩充概念的基本内涵,并与其他已有概念建立某种联系、同时用新的概念解释新的情境或新的问题。通过实践练\学生从中可以加深或拓展对概念的理解,获得更多的信息技能在利用新概念解释新的类似的情境或问题时,要注意引导学生尽量使用刚刚学习的专业术语,这不仅可以对新情境和新问题进行回答,而且可以加深对新概念的理解。
  5.评价
  在这一阶段教师和学生用正式或非正式的方法评价学生对新知识的理解及应用能力。如果用正式的方法评价,教师可以采用纸笔测验和表现性任务等形式;如果采用非正式评价,教师可以在整个教学过程的任何时候进行。总之,评价的目的在于确保学生活动的方向或鼓励学生对研究过程进行反思,同时,评价也为教师提供了一个评估自己教学过程和效果的机会。“5E”教学模式也提供学生自我评价的机会,自我评价有助于学生能在一个任务中认知自己的思路、方法和操作技能,也有助于学生认知自己对探究活动付出的努力程度。
  (二)“5E”教学模式的教师行为和学生行为
  “5E”教学模式十分注重教师的教学行为与学生的学习行为协调一致。在这两者的行为中,我们可以十分清楚地看到,学生是学习的主体,是活动的中心,教师是指导者和帮助者的角色,教师所做的一切,都是为了促进学生更好地探究而获取科学的概念。
  

 

  

 

  

 

  二、教学实例及其分析
  下面以初中阶段的“呼吸作用”一节的教学,来分析和展示“5E”教学模式的基本内容及其理念在教学中的具体应用。本节的教学目标为:(1)说明呼吸作用的过程;(2)说出呼吸作用与燃烧的异同;(3)阐明呼吸作用的意义。
  (一)吸引:提出与日常生活有关的值得探究的问题
  为达到吸引学生的目的,现设计下述简单的演示实验:教师演示燃烧小麦种子。在教师的引导下学生说出自己所观察到的和有所感知的有关燃烧的知识,根据已有的经验,学生基本能回答出诸如发光、发热、消耗氧气、生成二氧化碳等,一些学生可能会提到释放能量。教师引导学生思考并提出问题:在小麦种子燃烧的过程中,它们通过发光、发热,在很短的时间内将能量释放,我们食用小麦也是为了获得小麦的能量。那么小麦在我们体内也是这样剧烈地燃烧吗?小麦种子在人体内是怎样释放能量的?学生被实验所吸引,并在思考问题中产生困惑,形成概念冲突,从而达到激发学习兴趣的目的,这时教师提出本节课的学习要点:小麦被食用后,在人体细胞内释放能量是通过呼吸作用来实现的,这是我们今天学习的重点内容。
  (二)探究:引导学生进行探究
  要求学生联系小麦种子燃烧的实验,思考并自由阐述以下两个问题:(1)你对呼吸作用是怎样认识的?学生一般认为呼吸作用就是日常所说的呼吸的动作,会提到肺、气管等呼吸器官,知道吸人氧气呼出二氧化碳,但并不了解呼吸作用与呼吸的本质区别;(2)你认为燃烧和呼吸作用有什么异同?部分学生可能认为燃烧和呼吸完全不同,有些学生能够说出都是消耗氧气生成二氧化碳,也有个别学生能够根据教师的提示说出两种现象都释放能量。
  这里强调“自由”阐述,学生可以根据原有知识尽量表明自己的观点,“5E”教学模式认为,只有在明确自身错误概念的情况下才更有利于接受正确概念。在各种观点的相互碰撞和教师的恰当引导下,学生的思考和回答会越来越接近于概念的本质。
  学生的探究活动是本环节的重要内容,本处将通过设计三个实验活动引导学生逐步探究。
  实验一:验证植物器官的呼吸作用生成二氧化碳
  此实验所需时间较长,因此安排课外活动小组的同学在课前完成,课堂教学中让学生代表向全班汇报实验过程并展示实验结果。
  

 

  学生可以明显地有到买验结果是盛有“已浸水及消毒的种子”的试管中石灰水变混浊,而另一支无此现象。这时教师给出背景知识:二氧化碳可以使澄清的石灰水变混浊。此时,教师可及时引导学生讨论和思考相关的问题:种子为什么要消毒?(排除细菌呼吸作用的影响。)”已浸水“和”已煮熟“意味着什么?(种子是否具有生命力,是否能进行呼吸作用。)从实验中你得到什么结论?(植物呼吸作用产生二氧化碳。)
  实验二:验证动物的呼吸作用产生二氧化碳
  学生按照如图所示安装实验仪器和设备,完成”探究小白鼠呼吸作用是否释放二氧化碳“的实验。
  
  教师给出背景知识:碳酸氢盐指示剂的颜色会随着空气中二氧化碳的浓度而发生如下表所示的变化。
  
  在此实验过程中学生思考及讨论以下问题:(1)氢氧化钠溶液的作用是什么?〈将空气中的二氧化碳耗尽。)(2)B装置和C装置都使用了碳酸氢盐指示剂,它们的作用有何不同?(B装置检验空气中的二氧化碳是否被耗尽,C装置检验是否生成了二氧化碳。)(3〉从实验中你得到了什么结论?(动物的呼吸作用生成了二氧化碳。)(4)如果实验中的小白鼠是睡着的,那么实验的结果还一样吗?(一样,此问题用于消除学生中常见的”睡着的动物不进行呼吸作用“这一错误概念。)
  实验三:验证呼吸作用释放热量
  如图所示有三个保温瓶,记录实验开始时各保温瓶内的温度,然后在30分钟内每隔5分钟记录一次各保温瓶内的温度。要求学生思考及讨论下列问题:保温瓶为什么要倒置?(使种子与温度计充分接触。)三个保温瓶内的温度各有什么变化,它们的变化幅度有什么不同?为什么?〈A变化最大,c变化最小。因为A瓶中种子和细菌都进行了呼吸作用,C瓶中没有进行呼吸作用。)通过这一环节,学生在运用原有知识的同时又在实践中不断生成新概念以替代前概念,同时实验技能和方法又得到明显提高。
  
  (三)解释:利用实验现象得出合理的解释
  在完成以上三个实验活动之后,学生对于呼吸作用已经产生了感性认识,根据以上的实验现象和实验结果,要求学生尝试总结呼吸作用的概念并用公式表明呼吸作用过程中的物质变化。在此基础上教师进行补充、完善如下:呼吸作用是指生物体将有机物与氧气反应生成二氧化碳和水同时释放能量的过程,其物质变化过程可用下列公式表示:有机物(储存着能量)+氧气→二氧化碳十水+能量(热能和高能化合物)
  (四)迁移:扩展概念(在新的情景中应用新的知识)
  这一环节要求教师在黑板上展示燃烧的物质变化过程公式,要求学生列表比较呼吸作用与燃烧的异同:有机物(储存着能量)+氧气→二氧化碳+水+能量(光和热)
  

 

  (五)评价:对概念的理解及技能的掌握程度本环节设计如下的评价
  评价1:辨析概念并说明理由。其目的是纠正学生常见的错误概念,难度较小。
  〈1)只有动物才进行呼吸作用。
  (2)动物睡眠时不进行呼吸作用。
  (3)植物只在晚上才进行呼吸作用。
  评价2:应用所学有关呼吸作用的知识,讨论回答下列问题。此类问题需要学生深人思考,综合运用所学知识,难度较大。
  (1)为了保存大量的蔬菜、水果或粮食,你认为可以采取哪些措施。
  (2)卧室中放置大量的植物过夜会对健康产生哪些影响?评价环节也可以采用开放性的评价方式,例如,谈一谈你身边都有叨与”呼吸作用“有关的现象,等等。”
  三、5E“教学模式的本质特征
  (一)以学生活动为中心,强调学生的自主构建是”5E“教学模式的核心
  建构主义认为,学生的学习活动是教学的中心环节,学生获取知识的过程是一个主动建构的过程,为了帮助学生更好地获取知识,必须强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的建构,教师不再是知识的传授者,学习过程也不再是灌输的过程。
  与传统的讲授式教学模式不同,”5E“教学模式是一种重要的探究式教学模式。按照施瓦布《作为探究的科学教育》一文中酌观点,探究学习强调学生对探究过程的全程参与及认识,以及对科学概念、科学方法和科学本质的全面掌握。从”5E“教学模式来看,以创设问题情境激发认知冲突为引人,以学生自主探究,教师指导和帮助为核心,围绕着新概念的建构而开展的一系列活动,包括解释概念、拓展概念和应用概念,都体现了以学生活动为中心,强调学生自主构建的探究理念。
  (二)形成新旧概念之间的冲突是主动建构的动力
  为达到吸引学生主动建构的目的,除学生本身对所学习的内容产生兴趣外,更重要的是通过教师创设情境,吸引学生的注意力,激发其学习兴趣,使学生主动参与到学习活动中来,”5E“教学模式的吸引环节正是基于这种思想。
  要让学生产生极强的探究意愿并产生持久的兴趣,建立新旧概念之间的情景冲突是一种重要的手段。例如,生活常识告诉学生,糖是甜的,如果我们让学生吃进用面粉做成的馒头,并告诉他淀粉是糖时,此时学生一定会对糖是甜的产生怀疑,进而就会产生浓厚的探究兴趣:为什么淀粉是糖?还有哪些不甜?再如,鸟能飞这是常识,但在生物课的学习中,我们不能用”能不能飞“作为鸟的主要特征,如果我们简单地告诉学生,有的鸟如鸵鸟是不能飞的,不能用”能不能飞“作为鸟的主要特征,这种知识性的陈述很容易导致学生对知识本身的遗忘,学生当然谈不上用相关的特征来分析其他的类似生物是不是鸟类了。”5E“教学模式告诉我们,可以先让学生尝试根据已有的知识和经验来概括鸟类的基本特征,显然多数学生会想到”能飞“是鸟类的基本特征,此时,教师可出示鸵鸟、企鹅等鸟类图片,让学生思考这些动物是不是鸟类,也可出示蝙蝠、蜻蜓等动物,让学生意识到能飞的不仅是鸟类。这些新旧概念之间的矛盾冲突会极大地激发学生的学习兴趣,是促进学生主动建构知识的动力。
  学生在日常的生活和学习中,对某些概念会有一些模糊的认识,在”5E“教学模式中,学生有机会审视自己已有的这些概念,这些概念可能是错误的,在对一些事物进行解释时,学生往往不能作出正确的解释。”5E“教学模式正好提供了情境,促使学生不满足于现有的概念而产生探究的兴趣,通过教师的引导和学生的探究,学生获得新的概念,在运用新概念来解释新情境时,有利于学生将新概念与前概念进行有机地整合。
  (三)建构概念并应用概念是”5E“教学模式的重要内容
  概念教学是生物课堂教学的核心,”5E'‘教学模式正是围绕着帮助学生建构新的概念而设置的五个环节,这五个环节都体现了建构概念的思想,这种建构是学生的一种主动建构,显现了人们新概念的形成过程,与传统的讲授式教学有着本质的区别。以下为五个环节中概念的建构过程。
  在建构概念的过程中,学生的观察、实验、操作、测量、记录等技能得到了训练,学生的推理、预测、解释、应用的能力得到了提升,这些都是讲授式教学模式中无法实现的培养目标。
  总之,“5E’教学模式作为探究式教学模式的重要方法之一,有助于激发学生提出产生于自然界中的各种值得探究的问题,帮助学生养成寻找合理的研究思路、方法和收集证据的习惯,能够使学生运用收集的证据对现象和情境进行分析和解释,回答与此相关的各种问题。
  当然,有效的教学模式有很多,我们不能轻易预言或断定”5E"教学模式对某一内容的教学会产生多大的效果,这必须从我们的教学实践中得到验证。

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