“5E教学模式”应用于“促胰液素的发现”的教学策略

“5E教学模式”应用于“促胰液素的发现”的教学策略

陈晓颖  福建省福州华侨中学  邮编:350004

电子邮箱:49628657@qq.com  联系电话:13635299243

个人简介:陈晓颖,本科学历,中学生物教师。从事教育工作11年,中学一级教师。


摘要:现行高中生物教材中的科学史素材蕴含着多元的教学目标。该文以“促胰液素的发现”这节课为例,谈谈如何利用建构主义的“五E教学模式”充分挖掘科学史的教育价值。课堂上通过教师设置的一系列有效而到位的提问,学生对引发的认知冲突通过思考讨论、合作探究的学习方式寻求答案解构迷思,成为课堂的主体,真正体验探究的乐趣。

关键词:5E教学模式   科学史教学   探究


1.“5E教学模式”的概述及选课的初衷

“5E教学模式”是美国生物学课程研究机构于1989年开发的一种建构主义教学模式。其教学过程突出强调学生的主体地位,学生通过思考讨论、合作探究的学习方式寻求答案解构迷思概念并灵活地迁移运用从而建构认知。5E分别代表了五个E字母开头的单词,分别是吸引(Engagement)、探究(Exploration)、解释(Explanation)、迁移(Elaboration)和评价(Evaluation)。

现行高中生物教材中不乏大量科学史的资料,这些素材不仅包含了知识目标,也蕴藏着过程与方法和情感、态度、价值观等多方面的教育价值。如若这些科学史能被善加利用,充分挖掘其教育价值,不仅能一改沉闷的课堂气氛,激发学生强烈的探究欲望,而且能让学生更多地参与进来,在体验科学探究的乐趣中更好地理解科学本质并内化掌握科学方法,以提高课堂效率。“促胰液素的发现”是人教版高中生物教材必修三第2章第2节《通过激素的调节》一节中的“资料分析”。对于这段科学史,本人套用“5E教学模式”进行尝试,下文就教学过程及教学意图进行具体说明。


2.“5E教学模式”于“促胰液素的发现”的具体应用

2.1第一个E——Engagement吸引:教师在充分探测学生的认知结构和了解学生已有背景知识的前提下,创设问题情境激发学生对学习任务产生兴趣,进入学习状态,通过设问引发认知冲突。

鉴于学生可能对初中教材中消化器官的位置和功能的相关知识存在欠缺或遗忘现象,倘若教师一开始就抛出“胰腺分泌胰液是如何调节的呢?”的问题则显得生硬晦涩,故可先从学生熟悉的进食和消化现象入手,先复习消化系统的相关知识。例如:“我们进食后,食物从口腔进入,食物残渣由肛门排出,其间依次经过了哪些器官?”“消化系统除了由上述器官组成的消化道,还包括什么?”这样一步步引出消化腺之一的胰腺,并让学生明确胰腺是位于消化道外的腺体。接着继续设问:“当食物到达胃部时,胃部有何反应?”学生不难答出,胃液能对食物进行初步消化,形成酸性食糜。教师进一步启发:“胃通过蠕动将食物送往小肠,与此同时位于胃后方的胰腺立即分泌胰液,胰液通过导管注入小肠,有利于食糜在小肠内进一步消化。”讲到这里,学生才能对1850年法国实验生理学家克劳德·伯尔纳提出的“酸性食糜进入小肠会引起胰液分泌”这一现象有个大致的概念。然后教师继续引导学生思考:“酸性食糜并没有直接接触胰腺,那么促使胰腺分泌胰液的信息是通过什么途径送达到胰腺的?”通过这个问题引起学生的认知冲突。


2.2第二个E—— Exploration探究:根据前一个环节产生的认知冲突,教师引导学生进行探究寻找问题的答案,解构迷思概念。

教师呈现19世纪学术界的普遍观点:“由于当时人们信奉人和动物体的一切生理活动都是由神经系统调节的,故在胰液分泌的调节问题上,自然也认为是‘胃酸刺激小肠的神经,神经将兴奋传给胰腺,使胰腺分泌胰液’。”

在此教师可以启发学生借鉴必修二遗传学中学过的“假说-演绎”的科学研究方法,把19世界学术界“神经调节”的观点视为假说一,引导学生尝试通过演绎推理的手段,验证假说一的正确性。

那么如何展开验证呢?结合刚刚学习的神经调节的知识,教师可以进行一系列发问:“神经调节的基本方式是什么?”“反射的结构基础是什么?”“如果胰液的分泌属于神经调节,那么这个反射弧的感受器是什么?效应器是什么?引起该反射的刺激物是什么?”并让学生写出这个反射弧的完整反射路径。学生很容易分析得出:HCL(刺激物)→ 小肠(感受器)→ 传入神经  → 神经中枢 → 传出神经 → 胰腺(效应器)。

    接下来呈现法国“神经论”支持者沃泰默于1901-1902年进行的几组实验:

组别

实验操作

现象:胰腺分泌胰液的情况

第一组

把相当于胃酸浓度的稀盐酸注入狗的上段小肠肠腔内

胰腺分泌胰液

第二组

直接将稀盐酸注入狗的血液中

胰腺不分泌胰液

第三组

切除通向该段小肠的神经,只留血管,向小肠中注入稀盐酸

胰腺分泌胰液

“若胰液分泌的调节完全是神经反射,那与沃泰默的这一系列实验是否存在矛盾之处?”教师抛出这个问题后,学生必然会在好奇心的驱使下积极思考。教师还可以进一步通过问题启发学生:“如果切断小肠的神经,神经调节的反射是否还能正常发生?”学生可从第一组和第三组的对照结果分析得出,胰液的分泌不单是神经调节,应该还存在其他的调节方式。注意:这里的实验结果只能确定存在神经调节以外的其他调节方式,而无法排除神经调节。

于是学生在教师的引领下,借助沃泰默的实验实际上完成了演绎推理的过程,推翻了“胰液的分泌完全是神经调节”的假说一。既然假说一不成立,我们就要尝试建立其他假说。“那么这个消化现象到底还存在什么调节方式呢?”“胰腺究竟是怎样得到信息的?”接下来的任务是继续解决认知冲突,建构科学概念。


2.3第三个E——Explanation解释:在教师的引导帮助下,学生尝试从自己的理解出发,阐述对概念的认知,用新知识回答最初提出的问题。

教师可给予学生必要的问题引导:“小肠和胰腺之间除了通过神经联系,还有其他联系方式吗?”“在我们的身体里,除了神经系统这条信息高速公路外,还有一条交通运输干线,即遍布全身的血液循环系统,它承载运送着体液中的化学物质。所以我们可以尝试着考虑体液调节。”

回到沃泰默的实验。“这三组的实验操作和现象,我们还能从中得出什么结论?为了让学生有效地思考,教师设置的提问要铺垫好每一层台阶,并且环环相扣。提示:“盐酸是怎么起作用的呢?”“我们既然推测除了神经调节,应该还存在其他的调节方式——体液调节,刺激物很可能是通过血液的运送到达胰腺。盐酸是否通过血液的运送到达胰腺并作用于胰腺呢?”但是第二组中,将盐酸直接注入血液并没有引起胰腺分泌,可见盐酸本身不会刺激胰腺分泌,即盐酸不是直接的刺激物。“那引发信息的刺激物又是什么呢?”从第一组和第二组的实验结果对照分析,盐酸应该结合小肠才能起作用。小肠中与酸性食糜直接接触的结构是小肠黏膜,所以胰腺的分泌应该是盐酸刺激小肠黏膜引起的。

留给学生一些时间,让他们整理思路然后尝试用自己的理解阐述完整的推测:“可能是HCL刺激了小肠黏膜后,产生了某种化学物质,这种化学物质通过血液循环到达胰腺(即胰腺是这种物质的靶器官),促使胰腺分泌胰液。”如果一个学生表述得不完整,还可以由其他学生补充和修正。


2.4第四个E——Elaboration迁移:学生运用新的知识和概念,解释新情境或解决新问题。

刚才新建立起来的假说二的推测是否正确呢?需要实践的检验。教师可以出这么一道题:“设计实验探究小肠黏膜在稀盐酸的作用下是否产生了促进胰液分泌的某种物质,并预测实验结果。提供的实验材料和仪器有:生长发育状况相近的正常小狗若干只、稀盐酸、生理盐水、研磨工具、小刀、过滤工具、注射器、培养皿、试管若干等。”通过该实验设计方案来验证假说二。

在此,为了避免学生一片茫然无从入手,可以适当给学生一点思路的提示和点拨:1.实验中要特别注意排除神经的干扰,所以应该在离体条件下。2.设法提取盐酸刺激小肠粘膜后产生的那种物质,用什么方法提取?可参照必修一做过的实验“叶绿体色素的提取“以及“关于酶本质的探索”的科学史资料中化学家毕希纳提取酵母细胞中的酶均提及到的物质提取方法——研磨过滤法。3.提取物注入血液,由于血浆是内环境的重要组成成分,它可以和组织液、淋巴相互转化,血液中的化学成分最终可能会扩散到胰腺从而引起胰腺分泌。

在教师步步引导和提示下,学生可以细化具体的实验设计方案,并预测可能出现的实验结果及相应的结论。设计实验的训练环节能促进学生内化和掌握科学研究的方法。教师对学生的设计方案进行点评归纳,并还原1902年英国生理学家斯他林和贝利斯发现促胰液素的那一段科学历史,将他们的实验操作与学生的设计方案进行比较,肯定学生的设计思路与科学家的大体一致,让学生充分体验到探究的满足感。同时尊重科学发展历史的事实,引导学生客观地评价众位科学家的得失,分析讨论这些经验教训给我们带来的启迪。学生定能侃侃而谈,学会辩证而恰当地看待科学发展的历程,实现情感态度和价值观的教学目标。


2.5第五个E——Evaluation评价:通过实践练习,评价学生对新知识、新概念的理解及应用能力,以判断教学目标的落实情况,同时也可加深拓展学生对概念的理解。

教师帮助学生在“促胰液素的发现”的基础上归纳出激素的概念和激素调节的特点,并通过一道思考题结束本节课的同时评价学生对新知识的迁移和应用能力——“当人们知道胰岛细胞能分泌胰岛素后,试图从磨碎的狗胰腺组织中直接提取胰岛素,却未成功。可能的原因是什么?”


3.对本节课教学策略的反思和总结

对于“促胰液素的发现”这部分科学史的教学,本节课在运用“五E教学模式”的基础上,引导学生先后建立不同的假说,通过演绎推理进行实验验证,或推翻或支持假说,最后得出结论。学生通过这节课的学习能够阐明促胰液素的发现过程,在教师的带领下体验科学探索过程中的思维和方法,并通过讨论环节领悟科学态度和科学精神促进科学发现的重要性。本节课的难点在于:弄清胃、小肠和胰腺三者之间的位置关系和各自的消化功能;推测促胰液素的分泌机制;尝试设计实验方案证明胰液的分泌可通过体液来调节。我在教学中是采取提问的方式化解和突破难点的,故课堂上教师设置问题的有效性则显得尤为关键,有时还要根据学生的具体学情随机应变,临时增设小问题给学生一定的提示和点拨,从而更好地驾驭和掌控课堂。这些挑战学生思考的问题环环相扣、层层深入,也是五个“E”之间的桥梁和纽带,从而成为贯穿整节课的内在线索。

同样的科学史,若教师只以落实知识点为目的、简单介绍发现过程或转述科学事实,然后告知学生实验结论,就不可能为学生提供充分的思考空间,学生也不可能真正深入到科学史探究中。“五E教学模式”也强调,在探究的过程中,学生才是课堂的主体。教师应该把课堂的舞台还给学生,从主角的身份退居为幕后的导演,制定问题脚本引导学生体会科学家的困惑,通过小组讨论合作探究解构迷思概念。教师在学生发言和讨论时认真观察、用心聆听,了解学生探究的进程和遇到的困难,给予适当的指导和提示以帮助学生得出结论。

在“五E教学模式”的课堂上,学生带着明确的目标和浓厚的学习兴趣开展有意义的探究活动,在问题的引领下思考问题,充分发表自己的观点。教师不直接评价某个见解正确与否,让学生相互讨论质疑评价,最后自己得出正确的结论,这样能够较好地帮助学生在深刻理解知识的基础上明晰思路、构建认知结构,使获取的知识富有意义并且能够灵活地迁移运用。这样的课堂充满着活力和魅力,充分调动了学生学习的积极性和主动性,令学生深刻感悟科学探究的历程,内化科学研究方法,提高生物科学素养。



参考文献:

[1]吴成军,张敏.美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其本质特征[J].课程·教材·教法.2010(6)

[2]段志军,张惠敏.例谈充分挖掘科学史教育价值的策略——促胰液素的发现的教学感悟[J].中学生物教学.2011(6)

[3]姜丽.生物教学中科学史的教育价值及有效运用[J].牡丹江教育学院学报,2006(5)