融合STEM理念的5E教学模式在高中生物教学中的应用——以“探究影响酶活性的条件”为例.pdf

第2 0 卷总第1 1 5 期中学理科园地科学素养融合STEM理念的5 E教学模式在高中生物教学中的应用以“探究影响酶活性的条件”为例张瀚月，雍丽娟?，朱（1.绵阳师范学院生命科学与技术学院2.攀枝花市第十五中学）丽,闫秋洁1*摘要：在新高考课程教学改革的大背景下，高中生物教学需要能培养学生创新能力和社会责任感的教学模式。文章结合STEM理念和5 E教学模式，以高中生物“探究影响酶活性的条件”一课为例，从实践角度阐述融合STEM理念的5 E教学的应用方法，说明了以5 E教学作为载体，将STEM理念与高中生物教学深度融合，能有效培养学生的批判思维达到提高综合素质的目标。关键词：高中生物；STEM教育理念；5 E教学模式1高中生物教学模式的改善措施中国教育现代化2 0 3 5 指出要强化学生实践动手能力，创新能力的培养。普通高中课程方案要求进一步提升学生综合素质，培养社会责任感，促进学生自主，探究的学习。在目前的高中生物教学模式中,经过设计的探究式!情境化 2 、分组讨论 3 自主式 4 、问题引导式 5 等教学模式被逐渐引入，极大改善了传统填鸭式教学的不足。胡波以探究式的教学模式引导学生主动构建生物学概念，提高了学生解决问题的能力 ；余国文的自主学习模式教学达到了培养学生合作探究能力的目标1 7 。探究式和自主式教学能够引导学生建立探究式思维，促进学生自主学习的能力，但在培养学生创新能力和社会责任感方面还未能充分发挥作用。为了完全达到培养学生创新能力，提高学生综合素质的目标，就应博采众长，综合运用多种先进的教学模式。STEM教育理念以学生为主体，让学生在参与课堂的过程中形成自学意识。注重培养学生的社会责任感，通过教学互动启发学生独立思考、积极动手操作的能力 8 。而5 E教学模式强调学生主动获取知识的探究性学习，较传统教学模式更能激发学生的兴趣1。在当下的课程改革中,5 E教学模式是一个非常适用于生物教学的教学模式，它有助于课程理念的落实，有助于培养学生的生命观念，科学思维，科学探究以及社会责任，更有利于提升学生的创新能力 1 0 。实施STEM教育理念和5 E教学模式的特点符合目前的教学目标,因此，将融合了STEM教育理念的5 E教学模式应用于高中生物教学课堂，探索能够更好地满足普通高中课程方案和中国教育现代化2 0 3 5 培养要求的教学模式，达到培养学生的探究性思维、创新能力，提高综合素质的目的。2STEM教育理念和5 E教学法概念2.1 STEM教育理念STEM是科学、技术、工程和数学这4 个词英文首字母缩写。科学教育(S)在高中生物的教学中是要通过教师对知识的引导来帮助学生建立对一些现象的框架理解，找到生物生命活动规律。技术教育(T)融合生物学科的教学来看,就是能够应用一些创新的实验技术，培养学生的创新能力，更深层面地理解生物知识。工程教育(E)在高中生物教学中就是让学生明确问题，制定实验方案再优化改进，培养科学思维。数学教育(M)放在高中生物中就是对数据的分析，在得到实验结果之后学生自己分析结果,培养学生的科学思维和解决问题的能力。2.25E教学模式5E教学模式是一种基于建构主义的探究式教学模式,包括吸引探究、解释、迁移和评价5 个主要的教学环节。吸引：是指教师恰当的引用实例吸引学生的学习兴趣，学生再结合引导进行思考；探究：是指学生要针对特定的内容进行探究活动，如生物教学中的实验部分，学生自己设计操作实验，观察现象，得出结论，教师给予学生引导，培养学生的科学探究能力；解释：是指学生自己分析实验结果得出初步解释，教师再综合学生的解释给出科学概念，此环节主要培养学生的科学思维；迁移：是指教师将本节内容迁移到现实中，帮助学生理解一些常见现象，同时讲授一些知识，加强学生的社会责任感；评价：是指教师运用一定的方法评价学生对新知识的理解以及应用能力，以便教师能够及时了解学生的情况并做出调整。*通讯作者4第2 0 卷总第1 1 5 期3融合STEM教育理念的5 E教学模式应用5E教学模式和STEM理念具有相同的目标，这使得在实际生物教学过程中能自然地将STEM理念融人到5 E教学模式的课堂中，发挥二者优势解决实际教学问题。下面将以人教版高中生物必修一第五章第一节实验一探究影响酶活性的条件为例，阐述整个融合的教学过程。3.1融合S的5 E之吸引一一创设情境情境创设：教师以洗衣粉和洗衣液让学生观察两者的相同之处，引导学生得出二者都加了酶，且要用温水浸泡的结论。然后提出3 个问题引导学生思考温度会影响加酶洗衣粉的活性：(1)浸泡洗衣粉时水的温度越高越好吗？（2)你还能提出哪些影响酶活性的条件？（3)你提出这些假设的依据是什么？通过问题的串联讲解完成STEM教育理念中的S层面教育：温度，pH会破坏蛋白质结构，酶大多是蛋白质组成。这样的情境学生亲身参与，体现了学生的主体性，达到了吸引学生兴趣的目的，且培养了学生的生命观念：理解过酸过碱或温度过高会使蛋白质的结构被破坏，从而影响酶活性的概念。3.2融合T的5 E之探究一一设计操作根据“pH会影响酶活性”的假设，教师引导学生通过实验来验证pH是如何影响酶活性的，由学生自己设计实验方案。学生因思维固化大多会采用书上的建议方案用过氧化氢酶来探究pH对酶活性的影响；教师再根据学生设计方案修改补充，带领学生一起操作实验：实验材料是2 0%的肝脏研磨液，3%的过氧化氢溶液，以及不同pH的溶液（pH为5,6,7,8,9）,蒸馏水，试管架，试管，胶头滴管。准备5 个相同的试管，在5 个试管里加人2 mL3%的过氧化氢溶液；再向5个试管里分别加入1 mLpH为5-9 的溶液摇匀；然后在5 个试管内均加人两滴肝脏研磨液轻轻震荡；最后观察气泡产生量。结果发现：加人了pH为8 的溶液试管中，气体产生量最多。在整个实验过程中，学生操作的每一步都是STEM理念中技术教育T的体现，实验要成功地得出结果，每一步都需要正确的技术，在这个过程中学生动手能力得到锻炼。且该实验是由学生合作完成的，学生的协作能力得到培养，这也是一种培养技术的教育。3.3融合M的5 E之解释一一分析结果在得到实验结果后，带领学生分析结果，依据得到的数据制作曲线图，结合数学知识分析得结论：过酸过碱都会影响酶活性。在整个分析过程中培养了学生的科学思维，提高了学生分析问题、解决问题的能力。用数学去解决分析生物的问题，不仅解答了问题，更能培养学生全面发展。3.4融合E的5 E之探究一一创新实验在第一个实验操作完成后，教师引导学生思考其存在的问题：肉眼不好观察相近pH条件下产生的气泡量差异，即不好判断酶活性的差异；学生明确问题后再改进方案，这是STEM理念中的工程教育。教师进一步语言引导：“淀粉遇碘5中学理科园地变蓝，淀粉酶分解淀粉，新方案可考虑用碘作鉴定试剂”。学生制定新方案：准备5 个大小一样的小滤纸片；将5 个小滤纸片分别放入5 个不同pH的淀粉酶溶液中浸泡；一段时间后将小滤纸片移入淀粉琼脂培养基；再等待一段时间后移走小滤纸片往淀粉琼脂培养基中加入鉴定试剂碘；一段时间后观察小滤纸片上分解圈大小，以分解圈大小判断酶活性。分解圈大小可以用尺子或更精确的仪器测量比肉眼更准确，这个方案有效解决了肉眼不好观察相近pH对酶活性影响的问题：分解圈越大，酶活性越强。这样应用创新实验手段，发现问题不断优化方案，能培养学生的创新能力，改变学生思维被固化的现象，学生不再是被动的接受知识，而是能举一反三有效改变了应试教育的端。3.5融合S的5 E之迁移一联系实际学生通过实验已掌握过酸过碱会影响酶活性，教师再引导和实际生活联系起来。如海洋酸化就是海洋的pH值下降，这会导致海洋动物的呼吸代谢酶活性下降，造成海洋酸化的原因就是工业污染导致二氧化碳浓度升高。从而引导学生思考绿色生活，保护海洋动物，保护环境，这也是STEM理念中的S。将S融进迁移，这样的设计可培养学生的社会责任感，将学到的知识用于实际和实际联系，这样的学习才有意义。3.65E之评价一实验再设计学生已经学习了两种探究pH对酶活性影响的实验，但温度对酶活性的影响还没有探究，为了检测学生的理解情况以及对所学知识的应用，让学生延伸再设计一个探究温度对酶活性影响的实验。4模式应用结果分析4.1问卷调查4.1.1问卷调查方案为了验证融合STEM理念的5 E教学模式效果如何，针对该节课对三个班采用不同教学模式，再设计问卷对三个班学生展开调查。调查对象为攀枝花市十五中高一十五班4 2位学生（采用融合STEM理念的5 E教学模式）和高一十二班44位学生（只采用探究式教学模式）和高一十三班4 6 位学生（采用填鸭式教学模式）。问卷共设置5 个题目,每一题有5 个选项：A、B、C、D、E。A代表完全赞同，B代表赞同，C代表中立，D代表不太赞同，E代表完全不赞同。设置的题目为：（1)这节课我的动手能力得到了很大锻炼。（2)这节课拓展了我的知识面。（3)通过这节课的学习提高了我的探究能力。（4)这节课我的参与感很强。（5）这节课对我思维的拓展有很大启发。4.1.2数据收集及信度检验以上问卷共发放1 3 2 份，共回收问卷1 3 2 份，故有效率为1 0 0%。问卷的信度分析见表1。科学素养第2 0 卷总第1 1 5 期表1 Cronbach信度分析校正项总计项已删除Cronbach名称相关性的系数系数这节课我的动手能力得到了很0.815大锻炼这节课拓展了我的知识面通过这节课的学习提高了我的探究能力这节课我的参与感很强这节课对我思维的拓展有很大启发问卷Cronbachs系数为0.8 2 4。说明问卷可靠性、一致性较好。4.1.3问卷调查结果分析3个班级问卷调查结果分析详见图1-3。90780706050403020100+第一题第二题第三题题第四题第五题图1 十五班各选项人数百分比统计结果AOBMICDE9018070（%）乐Y6050403020100Hm第一题第二题第三题第四题第五题图2 十二班各选项人数百分比统计结果AOBMCDNE9018070（%）豆深Y605040302010-0第一题第二题第三题第四题图3 十三班各选项人数百分比统计结果调查结果显示，十五班每道题选A的大于7 0%；十二班选择出现了较大差异；十三班每道题选E的最多。说明比起填鸭式教学，单一教学模式在一些方面有促进作用，但不全面；中学理科园地融合STEM理念的5 E教学模式效果较填鸭式和单一教学模式好，对学生解决分析问题，创新能力等综合素质的提高以及科学思维和社会责任感的培养有促进作用，更符合普通0.722高中课程方案和中国教育现代化2 0 3 5 的要求。5小结0.7710.7490.3920.8440.8150.7220.3430.857AOBMCDNE第五题科学素养综合以上教学应用设计来看，在整个教学过程中，教师0.824没有直接给学生灌输知识，而是通过日常生活中常见的实例带领学生观察分析做假设，再以问题串的形式引导学生往本节内容“影响酶活性的条件有哪些”上思考，做到了在学生认识事物的教学过程融人科学知识；学生结合书上的提示自己设计操作实验，培养学生的动手能力；教师引导学生根据实验结果运用数学思维做出分析，培养学生的科学思维；再点拔学生思考实验的不足，设计新实验创新，培养学生的创新思维以及拓展学生的视野启发学生在学习过程中要举一反三多思考；在学生得到结论之后，教师应适时地给学生拓展知识面,联系实际,既能让学生意识到生物学的有趣，又能在教学过程中培养学生的社会责任感。整个教学过程很好地解决了“填鸭式”教学的不足和单一教学模式不完善的问题，学生的参与感强，同时学生的综合素质也能在这个过程得到提升。说明融合了STEM教育理念的5 E教学模式既能提高学生的综合素质，也能实现学生的主体性，达到了自主学习的目的。参考文献：1陈玉梅.高中生物探究式教学策略研究 教学管理与教育研究,2 0 2 3,8(1):8 0-8 1.2张小艳.高中生物生活化情景创设教学的策略研究 .高考,2 0 2 0(2):1 7 9.3彭晓辉.在高中生物教学中应用讨论式教学法的策略研究 .天天爱科学(教育前沿),2 0 2 1(7):5 9-6 0.4彭婷.高中生物教学中的自主学习模式实践策略 试题与研究,2 0 2 0(2 1):1 0 1.5马龙辉浅议问题引导式教学模式在高中生物教学中的运用 J.中国多媒体与网络教学学报(下旬刊),2 0 2 2(9):1 2 1-124.6胡波.合作探究模式下科学概念生成的探讨：以“生物进化的原因”教学为例 J.中学生物学,2 0 2 2,3 8(6):2 1-2 3.7余国文.核心素养导向下学生自主学习能力的培养：以“蛋白质是生命活动的主要承担者”为例 中学生物学，2022,38(5):45-48.8尉士鑫.基于STSE教育理念的高中生物学教学设计与实践 D.哈尔滨：哈尔滨师范大学,2 0 2 2.9康浩.基于5 E教学模式的高中生物课堂教学设计：以“生物膜的流动镶嵌模型 为例 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