曹 菁

(上海華旭雙語(yǔ)學(xué)校 上海 201805)

“5E”教學(xué)模式是1989年由美國(guó)生物學(xué)課程研究會(huì)提出來(lái)的基于建構(gòu)主義的探究式教學(xué),共由五步組成,包括吸引(Engagement)、探究(Exploration)、解釋(Explanation)、遷移(Elaboration)和評(píng)價(jià)(Evaluation),強(qiáng)調(diào)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、以學(xué)生為主體、注重學(xué)生動(dòng)手操作和讓學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)新知識(shí)等。義務(wù)教育階段的生物學(xué)課程注重探究和實(shí)踐,而“5E”教學(xué)模式中的關(guān)鍵部分也是探究,因此,這種教學(xué)模式與生物學(xué)的學(xué)習(xí)模式不謀而和。教師以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)”為例探究了“5E”教學(xué)模式在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

1 教學(xué)分析

“生態(tài)系統(tǒng)的功能”是滬教版初中《生命科學(xué)》第五章第二節(jié)“生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能”的第二課時(shí),是在生態(tài)系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)的功能——能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán),使學(xué)生認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn),同時(shí)也為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”打下良好的基礎(chǔ),起到了承上啟下的作用。本節(jié)課內(nèi)容在《上海市初中生命科學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求》中屬于B 級(jí)要求,強(qiáng)調(diào)能說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的功能。

在學(xué)情方面,學(xué)生已經(jīng)掌握了光合作用、生態(tài)系統(tǒng)的組成和食物鏈與食物網(wǎng)的定義,并且具備了一定的讀圖分析能力、小組合作能力和動(dòng)手能力,此外,學(xué)生對(duì)如何踐行低碳生活有了一定的認(rèn)識(shí),對(duì)搭建模型比較有興趣。

2 教學(xué)目標(biāo)

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》強(qiáng)調(diào)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培育,體現(xiàn)學(xué)科的育人價(jià)值?！渡虾Ｊ谐踔猩茖W(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求》提倡探究式學(xué)習(xí)和自主式學(xué)習(xí),關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的實(shí)踐經(jīng)歷,強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是主動(dòng)參與的過(guò)程,力求使學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí),逐步提升分析和解決問(wèn)題的能力。教師以此為基礎(chǔ),確立了本課的教學(xué)目標(biāo):

(1)說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的過(guò)程和特點(diǎn),認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)是相互依賴、相互依存、密不可分的統(tǒng)一整體。

(2)經(jīng)歷“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型”的搭建過(guò)程,提升自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)思維能力。

(3)分析“自然界中的碳循環(huán)”過(guò)程,關(guān)注相關(guān)環(huán)境問(wèn)題,增強(qiáng)低碳生活意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

3 設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課采用“5E”教學(xué)法的模式(圖1),首先利用上海市野生動(dòng)物園白虎的相關(guān)剪輯視頻來(lái)引入新課。由于學(xué)生對(duì)野生動(dòng)物園比較熟悉,且上一節(jié)課教師剛提過(guò)老虎,因此,這種引入方式更容易激發(fā)學(xué)生的興趣。接下來(lái),教師以視頻中的畫(huà)面與信息為情境貫穿整節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容,增加教學(xué)的趣味性;再通過(guò)小組合作的方式,引導(dǎo)學(xué)生共同搭建生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的模型,讓學(xué)生經(jīng)歷合作探究和建構(gòu)模型的過(guò)程,不僅使學(xué)生理解了能量流動(dòng)的特點(diǎn),更重要的是提升了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

圖1 “5E”教學(xué)模式圖

在教授物質(zhì)循環(huán)這一部分內(nèi)容時(shí),教師通過(guò)問(wèn)題探究和自主學(xué)習(xí)的方式,組織學(xué)生結(jié)合“自然界的碳循環(huán)”示意圖閱讀教材,并引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)一系列問(wèn)題的思考和討論分析來(lái)逐步構(gòu)建自然界中的碳循環(huán)過(guò)程。教師利用多媒體課件和視頻以便于學(xué)生直觀理解,師生共同歸納出物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)。學(xué)生學(xué)完物質(zhì)循環(huán)后,教師要求學(xué)生分析大氣中二氧化碳含量折線圖和氣溫變化圖,以增強(qiáng)學(xué)生的低碳生活意識(shí),使學(xué)生初步具有一定的社會(huì)責(zé)任感。最后,教師總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系,使學(xué)生認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)是相互依賴、相互依存、密不可分的統(tǒng)一整體。

4 教學(xué)過(guò)程

4.1 吸引(Engagement):創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)興趣

首先,上海市野生動(dòng)物園是一個(gè)學(xué)生比較熟悉的地方,學(xué)生不僅在假期可能會(huì)去參觀,而且每年春游學(xué)校也可能會(huì)組織去野生動(dòng)物園。此外,在上一節(jié)課學(xué)習(xí)“生態(tài)系統(tǒng)的組成”時(shí),學(xué)生也以老虎為例進(jìn)行過(guò)學(xué)習(xí),因此,教師通過(guò)播放上海野生動(dòng)物園白虎的相關(guān)剪輯視頻,可以激發(fā)學(xué)生的興趣和引發(fā)學(xué)生思考。在視頻結(jié)束后,教師提出問(wèn)題:視頻中提到“一山不容二虎”,這是為什么呢? 教師引發(fā)學(xué)生思考進(jìn)而進(jìn)入下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

4.2 探究—解釋(Exploration-Explanation):合作探究,總結(jié)歸納

4.2.1 分析能量流動(dòng)的來(lái)源和渠道

在提出“一山不容二虎是什么原因”這個(gè)問(wèn)題后,教師通過(guò)組織學(xué)生討論和讓學(xué)生作答,總結(jié)出根本原因是為了保證維持生存所必須的能量不被其他生物搶奪,從而引出生態(tài)系統(tǒng)的第一個(gè)功能——能量流動(dòng)。在分析能量流動(dòng)的來(lái)源和渠道這一環(huán)節(jié),教師主要通過(guò)問(wèn)題鏈的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組探究。教師設(shè)置的問(wèn)題一為“假設(shè)生活在野外的白虎通過(guò)捕食上一級(jí)獵物狼來(lái)獲取能量,狼再捕食上一級(jí)獵物羊,羊又通過(guò)吃草獲取能量,那么草的能量是如何來(lái)的呢?”教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系到光合作用,總結(jié)出能量的根本來(lái)源是太陽(yáng)能。教師設(shè)置的問(wèn)題二為“那么能量是如何在生物之間流動(dòng)的呢?”教師用PPT 展示幾種生物,學(xué)生通過(guò)小組討論可以總結(jié)出“生產(chǎn)者固定光能并將能量?jī)?chǔ)存在含碳有機(jī)物中,能量沿食物鏈在生物體之間流動(dòng)”。至此,教師可以進(jìn)行小結(jié):能量流動(dòng)的根本來(lái)源是太陽(yáng)的光能,渠道是食物鏈。

4.2.2 組織學(xué)生小組合作,搭建生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)模型。

首先,教師用PPT 展示“草→羊→狼→白虎”這樣的一條食物鏈,緊接著提出問(wèn)題:①食物鏈中每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得的能量全部用于自身的生命活動(dòng)了嗎? ②每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得的能量一定會(huì)流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)嗎? ③能量會(huì)有哪些去向? 學(xué)生很快就可以給出第一個(gè)問(wèn)題的答案,但是第二個(gè)和第三個(gè)問(wèn)題對(duì)學(xué)生而言稍有難度,在教師的引導(dǎo)下,師生共同分析第一和第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng),歸納能量流動(dòng)的去向。

接下來(lái)教師請(qǐng)學(xué)生以小組為單位合作探究,讓學(xué)生動(dòng)手構(gòu)建完整的生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型,教師會(huì)為學(xué)生提供搭建素材(圖2)。在搭建的過(guò)程中,學(xué)生就可以思考:箭頭的粗細(xì)代表什么? 箭頭的方向又代表什么? 不同顏色的箭頭會(huì)有不同的意義嗎? 學(xué)生帶著這些問(wèn)題來(lái)搭建模型,教師可以請(qǐng)一組學(xué)生利用希沃白板來(lái)進(jìn)行搭建,其余小組的學(xué)生利用小組的平板電腦各自在組內(nèi)完成。模型搭建完成后,請(qǐng)小組展示模型,教師將其搭建結(jié)果投屏到電視上,小組學(xué)生嘗試依據(jù)模型描述能量流動(dòng)的過(guò)程,其余學(xué)生補(bǔ)充或糾正錯(cuò)誤之處。最后,教師用PPT 展示正確的能量流動(dòng)模型圖(圖3),師生共同總結(jié)得出每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng)通常都有三個(gè)去向:通過(guò)呼吸作用散失、被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)攝取和被分解者利用。

圖2 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型搭建素材

圖3 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型圖

教師繼續(xù)以圖3 為例,提出以下問(wèn)題:①生產(chǎn)者固定的能量會(huì)再轉(zhuǎn)化為光能嗎? ②流入消費(fèi)者體內(nèi)的能量會(huì)再重新流回生產(chǎn)者嗎? 例如,羊被狼吃掉后能量由羊流入到狼的體內(nèi),那么可以反過(guò)來(lái)羊吃掉狼,能量從狼流動(dòng)到羊的體內(nèi)嗎? ③箭頭的粗細(xì)有什么含義? ④隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的升高,能量如何變化?⑤能量從草沿著食物鏈到白虎,箭頭粗細(xì)有怎樣的變化? 能量發(fā)生了什么變化呢? 經(jīng)歷了自主搭建“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)”模型的過(guò)程后,學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)思維能力都得到了提升,以上問(wèn)題對(duì)學(xué)生而言就較為簡(jiǎn)單了,在學(xué)生回答問(wèn)題后,師生共同總結(jié)得出能量流動(dòng)的特點(diǎn)是:①單方向流動(dòng)。②逐級(jí)遞減。

4.2.3 分析自然界碳循環(huán)

教師提出:在視頻中有一個(gè)畫(huà)面是兩只白虎為了爭(zhēng)奪食物而展開(kāi)斗爭(zhēng),假如其中一只白虎死亡,它的遺體會(huì)去向哪里? 學(xué)生會(huì)想到遺體被分解者分解了。此時(shí),教師可以繼續(xù)提出:那被分解之后的物質(zhì)呢?從而引導(dǎo)學(xué)生想到:白虎遺體被分解后又回歸到環(huán)境中,然后被草吸收,使其又進(jìn)入了食物鏈。學(xué)生進(jìn)而可以推斷任何一種生物的組成物質(zhì)—碳、氫、氧、氮等都可以在生物和環(huán)境之間周而復(fù)始地被反復(fù)利用,即物質(zhì)循環(huán)。接下來(lái)教師以碳循環(huán)為例來(lái)引導(dǎo)學(xué)生理解物質(zhì)循環(huán)的過(guò)程,教師組織學(xué)生以小組為單位,要求學(xué)生觀看視頻并結(jié)合教材第87 頁(yè)“自然界的碳循環(huán)”圖思考并完成活動(dòng)單(圖4)。

小組完成討論后,教師組織各小組學(xué)生分享自己組內(nèi)討論的結(jié)果,教師根據(jù)學(xué)生的答案總結(jié)碳循環(huán)的過(guò)程(圖5),并歸納物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn):碳循環(huán)是具有全球性的,而且是以二氧化碳的形式進(jìn)行的。在小組討論的過(guò)程中,學(xué)生不僅認(rèn)識(shí)了分解者在生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用,而且對(duì)物質(zhì)循環(huán)的概念理解得更加透徹。

圖5 自然界碳循環(huán)過(guò)程圖

4.3 遷移(Elaboration):遷移應(yīng)用,知識(shí)升華

正常情況下,大氣中二氧化碳的含量為0.03%,那么如果物質(zhì)循環(huán)失調(diào)了,大氣中二氧化碳的濃度升高,會(huì)發(fā)生什么呢? 教師提出這一問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考,使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到解決真實(shí)問(wèn)題的情境中。教師用PPT 展示兩張圖片——近幾十年大氣中二氧化碳含量變化的折線圖和全球溫度的變化圖,繼而陸續(xù)發(fā)出提問(wèn):①?gòu)膱D中你得到了什么信息?②你認(rèn)為導(dǎo)致碳平衡被破壞的原因是什么? ③碳平衡被破壞會(huì)帶來(lái)什么后果? ④我們可以通過(guò)哪些方式來(lái)改善全球變暖的現(xiàn)狀呢? 教師組織學(xué)生小組討論并讓學(xué)生分享討論結(jié)果。

通過(guò)這一環(huán)節(jié)的互動(dòng),教師不僅可以提升學(xué)生的信息提取能力和圖文轉(zhuǎn)換能力,而且可以加深學(xué)生對(duì)碳循環(huán)過(guò)程的認(rèn)識(shí),使學(xué)生更直觀感受人類(lèi)大量開(kāi)采并燃燒化石燃料所帶來(lái)的影響,增強(qiáng)學(xué)生的低碳生活意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

接下來(lái),教師通過(guò)問(wèn)題探究的形式提出問(wèn)題:在視頻中展示的是生活在野生動(dòng)物園的白虎,那么在大自然界中可能會(huì)存在只有一種物種的這樣一個(gè)區(qū)域嗎? 答案必然是否定的,白虎生存所需的能量需要從食物鏈的上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得,而每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所需要的能量都來(lái)自于上一營(yíng)養(yǎng)級(jí),師生進(jìn)而共同歸納出:物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈或食物網(wǎng)流動(dòng),能量作為動(dòng)力使物質(zhì)在生物和環(huán)境之間循環(huán),物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)相互依賴、相互依存、密不可分。教師同時(shí)使用板書(shū)展示物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)系。

4.4 評(píng)價(jià)(Evaluation):多元考查,全面評(píng)估

每位學(xué)生都是獨(dú)立的個(gè)體,個(gè)體之間的發(fā)展都有其獨(dú)特的邏輯性、自主性和內(nèi)生性。教師在對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)也不能僅局限于知識(shí)層面的評(píng)價(jià),需要進(jìn)行深度的、多元的評(píng)價(jià),如對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)技能、學(xué)習(xí)習(xí)慣、思考問(wèn)題的邏輯性和在互動(dòng)時(shí)反映出的態(tài)度和意識(shí)等進(jìn)行評(píng)價(jià),這些都可以作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)”一課為例,本節(jié)課設(shè)置了較多的學(xué)生活動(dòng),尤其是小組活動(dòng),那么教師除了要進(jìn)行常規(guī)的終結(jié)性評(píng)價(jià)之外,還應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用批判性和辯證性的思維進(jìn)行自評(píng)或互評(píng),這也是“5E”教學(xué)法的內(nèi)涵所在。例如,在小組討論的環(huán)節(jié),教師就可以觀察學(xué)生在小組內(nèi)擔(dān)任了什么角色、組內(nèi)討論是否積極、思考問(wèn)題是否全面等。教師還可以結(jié)合組間評(píng)價(jià)和組內(nèi)評(píng)價(jià)的形式。例如,在某個(gè)小組分享完某個(gè)問(wèn)題之后,其他小組的學(xué)生可以進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和補(bǔ)充,同組成員可以進(jìn)行互評(píng)。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn),其中第一個(gè)是搭建模型來(lái)提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)是這節(jié)課的難點(diǎn),教師通過(guò)課前準(zhǔn)備的“搭建能量流動(dòng)模型”的材料,引導(dǎo)學(xué)生小組合作共同搭建生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的模型,讓學(xué)生經(jīng)歷思考討論、合作探究和搭建模型的過(guò)程,并使學(xué)生在不斷糾錯(cuò)和解析中完善“能量流動(dòng)模型”,幫助學(xué)生從中理解生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn),提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。第二個(gè)是注重培養(yǎng)學(xué)生分析圖表的能力。在學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)時(shí),教師以碳循環(huán)為例,組織學(xué)生以小組為單位,分析教材第87 頁(yè)“自然界的碳循環(huán)”圖,要求學(xué)生歸納碳循環(huán)的過(guò)程及特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)近幾十年大氣中二氧化碳含量折線圖的分析,學(xué)生提升了對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理能力,在此過(guò)程中增強(qiáng)了低碳生活的意識(shí),初步具有了一定的社會(huì)責(zé)任感。

除此之外,教師利用野生動(dòng)物園白虎的視頻資源信息貫穿了整節(jié)課的教學(xué),保持學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。但是這節(jié)課也有一些需要改進(jìn)的地方。例如,教師在最后總結(jié)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系時(shí)預(yù)留的時(shí)間較少,在以后的課程設(shè)計(jì)時(shí),教師可以注意本環(huán)節(jié)的時(shí)間分配。