基于“5E+P&P智慧課堂”下的“探究花生果實大小的變異”教學設計*

吳東平 （佛山市順德區倫教匯賢實驗學校 廣東佛山 528308）

“探究花生果實大小的變異”一節要對學生進行完整的科學探究的訓練，同時要分析總結出生物的性狀既受遺傳物質的控制，又與環境有關，進而得出生物的變異是普遍存在的，有些可遺傳，有些不能遺傳等結論。這個探究實驗為訓練學生數據測量、統計、分析推理與交流表達提供了機會。運用5E教學模式，借助P&P智慧課堂平臺，采用問題驅動激發學生主動探究和深度思考，借助信息化技術讓學生體驗科學探究的完整過程。

1 教材分析

“探究花生果實大小的變異”是人教版義務教育課程標準實驗教科書《生物學》8年級下冊第7單元第2章第5節“生物的變異”中的一個探究實驗。在實驗過程中，通過測量與分析，提高學生處理數據與分析數據的能力；通過交流與探討，可使學生體會到變異普遍存在于自然界中；通過總結與歸納，幫助學生深入理解變異的原因，加深對遺傳與變異的認識；通過拓展與延伸，能進一步促使學生了解生物多樣性的原因，也有助于學生后續對生物進化原因的深度理解。

花生果實大小的變異，屬于數量性狀，通過一定量的數值表現不同品種花生的性狀差異。因此，本探究實驗主要基于數據的測量、統計和分析推理，學生需要有較強的數據整理與分析能力。同時，通過探究實驗使學生對“變異”這一概念從感性認識提升到理性認識。對數據分析能力不是很強、缺乏深度科學思維的8年級學生而言存在一定的難度。

2 教學策略

本節課采用“5E+P&P智慧課堂”開展探究性學習。5E教學模式是一種基于建構主義理論的探究式教學模式。5E教學將課堂分為5個環節，分別是引入（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、精致（elaboration）和評價（evaluation），能有效提升自然科學的學習興趣和效果[1]。P&P智慧課堂是以智能手寫板為載體，保持傳統紙（paper）筆（pen）書寫的形式，但融合了現代技術，能進行多元立體互動、學生筆跡可視化、即時反饋評價等信息化和智能化功能，實現預知（prevision）和深度（profundity）學習的課堂[2]。借用P&P智慧課堂，運用信息化及時了解5E教學各環節的學情，動態跟進并調整教學；利用可視化使課堂教學內容與教學方式緊密結合，提高學習的有效性；使用多元立體互動與及時反饋評價，激發學生各環節的學習積極性。

3 教學目標

依據《義務教育生物學課程標準（2011年版）》“舉例說出生物的遺傳變異”這一內容要求，以及“觀察某種生物的變異現象”活動建議[3]，并圍繞生物學學科核心素養發展，制定如下教學目標。

1）通過探究花生果實大小的變異，體驗科學探究的完整過程，提高處理、分析數據等科學探究能力與科學思維。

2）運用所學的知識和所得數據分析生物變異的原因，認同“生物的變異普遍存在，是生物進化的基礎，是生物多樣性的主要來源”等生命觀念。

4 教學過程

課前準備：1）學生分組，4人一組，在組長的引領下做好任務分工，熟悉電子游標卡尺的使用；2）實驗材料及用具：不同品種的花生各50顆、電子游標卡尺、筆、智能手寫板（教師板和學生板）、實驗數據記錄紙等。

4.1 創設情境，設疑導入

活動1：展示變色龍的變色、羽化成蝶、蝌蚪變成青蛙及不同品種的花生圖片，學生借助智能手寫板，判斷上述現象是否屬于變異現象。以此引導學生回顧“變異是指親子間及子代個體間的差異”這一概念，鞏固所學的知識，也為本節課的學習作鋪墊。

活動2：學生在桌面擺放大、小2個不同品種的花生，教師介紹花生的一些知識，引導學生觀察花生并分析問題：如何區分這2個不同品種的花生？學生可能回答“根據大小不同”。接著，教師順勢提出問題：花生果實大小是否是生物的一種性狀？引導學生對花生大小的性狀分析。并進一步深入質疑：不同品種花生果實大小存在差別，同一品種花生果實大小也有差別，如何比較這2個品種花生的大??？最后，提出本節課的核心問題：花生果實大小是否存在變異？

通過活動1檢測學生已有的知識儲備，加深對變異這一概念的理解，為探究花生果實大小的變異作好鋪墊。利用活動2充分調動學生的學習積極性，激發學生探究的欲望，為探究實驗奠定基礎。

4.2 問題驅動，合作探究

4.2.1 自主思考，作出假設 在各小組已明確要探究問題的基礎上，教師引導學生自主思考，作出相關假設，并寫在智能手寫板上。教師點評并完善學生作出的假設：花生果實的大小存在變異，且同一品種花生果實的大小或不同品種花生果實的大小均存在變異。

4.2.2 多元互動，制定計劃 本探究實驗基于數據的測量、統計和分析推理，學生需要有較強的數據整理和分析能力。學生平時接觸此類實驗少，認為難度較大。因此，制定計劃成為順利開展本次實驗的關鍵所在。在此階段，教師提前預設實驗中學生可能遇到的問題，設計成問題鏈（表1），借助P&P智慧課堂，采用師生、生生和人機等多元立體互動形式，驅動學生主動參與解決問題。

表1 制定計劃所設計的問題鏈

通過問題引領、多元互動的形式，層層引領學生制定嚴謹、科學的計劃，為后續計劃實施作好充分的鋪墊，也借此提升學生科學思維和科學探究能力。

4.2.3 小組合作，實施計劃 此環節是學生真正動手實踐的環節，也是最具挑戰性的環節。學習小組依據分工，借助電子游標卡尺測量大、小2個不同品種的花生各30顆的長軸長度，并利用智能手寫板記錄數據（表2），統計并整理數據（表3）。

表2 花生果實長軸長度統計表（單位：mm）

表3 花生果實長度數據整理表（單位：mm）

由于學生對涉及數據處理的探究實驗接觸得不多，探究過程中出現的問題也會很多。因此，教師應充分關注學生在測量、統計和整理數據過程中可能出現的問題，當好引導者和幫助者。同時，制定專門的實驗數據處理表格，協助學生完成數據的收集和整理。此外，充分利用P&P智慧課堂實時傳輸功能，動態掌控各小組的實驗情況與進度；借助P&P智慧課堂真實筆跡功能，動態呈現學生數據整理過程，使學生的思維過程可視化，以便及時發現問題，有針對性地跟進并調整各小組實驗。

通過組內協作、動手實踐等活動，讓學生親身體驗探究活動的完整過程，過程中有質疑、有批判，培養學生的團隊合作、數據處理和科學探究能力，進一步形成嚴謹的科學態度和求真的科學精神。

4.3 小組展示，得出結論 運用P&P智慧課堂教師板的搶答功能，抽取2～3個小組展示其實驗結果。各小組推薦一名組員對實驗數據進行分析并嘗試得出本小組的實驗結論。在匯報過程中，教師引導學生從最大值、最小值、平均值、中位數及花生果實長度的集中區域等數據（表4）證實花生果實大小變異情況。小組展示完畢，借助P&P智慧課堂發起投票，全班學生對匯報的小組進行投票點贊，根據投票結果對匯報的小組進行激勵性評價。最后，教師歸納各小組的匯報結果，引導學生得出本實驗的最終結論：花生的果實大小存在變異。不同品種花生果實大小存在差異，同一品種花生果實大小也存在差異，生物性狀的變異是普遍存在的，從而驗證了實驗的假設。

表4 花生果實長軸長度數據分析表

利用小組展示、匯報實驗結果的形式，培養學生邏輯思維和表達能力，同時借助P&P智慧課堂的投票和評價功能，激發學習小組展示交流的欲望，提升學生的參與度。

4.4 提煉概念，拓展升華 學生通過實驗已了解“花生果實大小存在變異”，但對變異的原因尚不清楚，未認識到變異的本質原因。因此，從“環境因素、遺傳因素、概念整合和延伸拓展”4個梯度設計如下問題鏈（表5），驅動學生進行小組討論以解決問題，使學生對“生物的變異”概念有更深刻的理解，達到深度學習的目的。

表5 總結環節所設計的問題鏈

通過小組討論與總結歸納，加深對變異的理解，同時利用開放式問題“生物的變異為生物圈帶來哪些變化，如何看待生物的變異現象？”回顧生物多樣性的原因，并延伸至生物進化原因的探討，幫助學生構建生物學知識間的聯系，初步形成進化與適應的生命觀念。

4.5 實時評價，檢測反饋 借助P&P智慧課堂，評價貫穿于教學的每一個環節，有對個人的評價，也有對小組的評價，個人評價納入小組評價。引入環節，通過抽答、搶答了解學生對變異概念的淺層次理解，評價學生依據情境提出問題的能力。制定計劃時，通過多元互動，針對學生的設計思路，借助教師板，開展實時的個人評價和小組評價；實施計劃時，利用搶答、投票等實現生生互評對小組展示進行實時評價；總結環節，通過開放式問題評價學生的理解和應用情況；設計隨堂檢測題目，通過P&P智慧課堂系統的反饋及時了解學生的學習達成度；最后，布置課后拓展題目，要求學生以果實的長軸長度為橫軸，樣品的個數為縱軸繪制曲線圖，分析花生果實大小變異的情況，提升學生舉一反三、拓展思維的能力。

5 教學反思

運用5E教學模式，同時借助P&P智慧課堂，有效完成了探究實驗過程的探究活動設計、數據處理與呈現、概念整合與延伸、即時評價等環節的教學，達到了較為理想的教學效果。5E教學模式的各環節環環相扣、承前啟后，有效促進學生在探究花生果實大小變異的過程中逐步構建、完善并深度理解生物的變異這一概念，促進了學生科學思維、科學探究和生命觀念等核心素養的發展。P&P智慧課堂為5E教學提供多元立體互動、可視化數據呈現、即時評價與反饋等信息化、智能化功能，突出了以學生為中心的教學理念，有效提升了學生的學習積極性、教學的深度和課堂的高效性。