基于“5E+P&P智慧课堂”下的“探究花生果实大小的变异”教学设计*
吴东平 （佛山市顺德区伦教汇贤实验学校 广东佛山 528308）
“探究花生果实大小的变异”一节要对学生进行完整的科学探究的训练，同时要分析总结出生物的性状既受遗传物质的控制，又与环境有关，进而得出生物的变异是普遍存在的，有些可遗传，有些不能遗传等结论。这个探究实验为训练学生数据测量、统计、分析推理与交流表达提供了机会。运用5E教学模式，借助P&P智慧课堂平台，采用问题驱动激发学生主动探究和深度思考，借助信息化技术让学生体验科学探究的完整过程。
“探究花生果实大小的变异”是人教版义务教育课程标准实验教科书《生物学》8年级下册第7单元第2章第5节“生物的变异”中的一个探究实验。在实验过程中，通过测量与分析，提高学生处理数据与分析数据的能力；
通过交流与探讨，可使学生体会到变异普遍存在于自然界中；
通过总结与归纳，帮助学生深入理解变异的原因，加深对遗传与变异的认识；
通过拓展与延伸，能进一步促使学生了解生物多样性的原因，也有助于学生后续对生物进化原因的深度理解。
花生果实大小的变异，属于数量性状，通过一定量的数值表现不同品种花生的性状差异。因此，本探究实验主要基于数据的测量、统计和分析推理，学生需要有较强的数据整理与分析能力。同时，通过探究实验使学生对“变异”这一概念从感性认识提升到理性认识。对数据分析能力不是很强、缺乏深度科学思维的8年级学生而言存在一定的难度。
本节课采用“5E+P&P智慧课堂”开展探究性学习。5E教学模式是一种基于建构主义理论的探究式教学模式。5E教学将课堂分为5个环节，分别是引入（engagement）、探究（exploration）、解释（explanation）、精致（elaboration）和评价（evaluation），能有效提升自然科学的学习兴趣和效果[1]。P&P智慧课堂是以智能手写板为载体，保持传统纸（paper）笔（pen）书写的形式，但融合了现代技术，能进行多元立体互动、学生笔迹可视化、即时反馈评价等信息化和智能化功能，实现预知（prevision）和深度（profundity）学习的课堂[2]。借用P&P智慧课堂，运用信息化及时了解5E教学各环节的学情，动态跟进并调整教学；
利用可视化使课堂教学内容与教学方式紧密结合，提高学习的有效性；
使用多元立体互动与及时反馈评价，激发学生各环节的学习积极性。
依据《义务教育生物学课程标准（2011年版）》“举例说出生物的遗传变异”这一内容要求，以及“观察某种生物的变异现象”活动建议[3]，并围绕生物学学科核心素养发展，制定如下教学目标。
1）通过探究花生果实大小的变异，体验科学探究的完整过程，提高处理、分析数据等科学探究能力与科学思维。
2）运用所学的知识和所得数据分析生物变异的原因，认同“生物的变异普遍存在，是生物进化的基础，是生物多样性的主要来源”等生命观念。
课前准备：1）学生分组，4人一组，在组长的引领下做好任务分工，熟悉电子游标卡尺的使用；
2）实验材料及用具：不同品种的花生各50颗、电子游标卡尺、笔、智能手写板（教师板和学生板）、实验数据记录纸等。
4.1 创设情境，设疑导入
活动1：展示变色龙的变色、羽化成蝶、蝌蚪变成青蛙及不同品种的花生图片，学生借助智能手写板，判断上述现象是否属于变异现象。以此引导学生回顾“变异是指亲子间及子代个体间的差异”这一概念，巩固所学的知识，也为本节课的学习作铺垫。
活动2：学生在桌面摆放大、小2个不同品种的花生，教师介绍花生的一些知识，引导学生观察花生并分析问题：如何区分这2个不同品种的花生？学生可能回答“根据大小不同”。接着，教师顺势提出问题：花生果实大小是否是生物的一种性状？引导学生对花生大小的性状分析。并进一步深入质疑：不同品种花生果实大小存在差别，同一品种花生果实大小也有差别，如何比较这2个品种花生的大小？最后，提出本节课的核心问题：花生果实大小是否存在变异？
通过活动1检测学生已有的知识储备，加深对变异这一概念的理解，为探究花生果实大小的变异作好铺垫。利用活动2充分调动学生的学习积极性，激发学生探究的欲望，为探究实验奠定基础。
4.2 问题驱动，合作探究
4.2.1 自主思考，作出假设 在各小组已明确要探究问题的基础上，教师引导学生自主思考，作出相关假设，并写在智能手写板上。教师点评并完善学生作出的假设：花生果实的大小存在变异，且同一品种花生果实的大小或不同品种花生果实的大小均存在变异。
4.2.2 多元互动，制定计划 本探究实验基于数据的测量、统计和分析推理，学生需要有较强的数据整理和分析能力。学生平时接触此类实验少，认为难度较大。因此，制定计划成为顺利开展本次实验的关键所在。在此阶段，教师提前预设实验中学生可能遇到的问题，设计成问题链（表1），借助P&P智慧课堂，采用师生、生生和人机等多元立体互动形式，驱动学生主动参与解决问题。
表1 制定计划所设计的问题链
通过问题引领、多元互动的形式，层层引领学生制定严谨、科学的计划，为后续计划实施作好充分的铺垫，也借此提升学生科学思维和科学探究能力。
4.2.3 小组合作，实施计划 此环节是学生真正动手实践的环节，也是最具挑战性的环节。学习小组依据分工，借助电子游标卡尺测量大、小2个不同品种的花生各30颗的长轴长度，并利用智能手写板记录数据（表2），统计并整理数据（表3）。
表2 花生果实长轴长度统计表（单位：mm）
表3 花生果实长度数据整理表（单位：mm）
由于学生对涉及数据处理的探究实验接触得不多，探究过程中出现的问题也会很多。因此，教师应充分关注学生在测量、统计和整理数据过程中可能出现的问题，当好引导者和帮助者。同时，制定专门的实验数据处理表格，协助学生完成数据的收集和整理。此外，充分利用P&P智慧课堂实时传输功能，动态掌控各小组的实验情况与进度；
借助P&P智慧课堂真实笔迹功能，动态呈现学生数据整理过程，使学生的思维过程可视化，以便及时发现问题，有针对性地跟进并调整各小组实验。
通过组内协作、动手实践等活动，让学生亲身体验探究活动的完整过程，过程中有质疑、有批判，培养学生的团队合作、数据处理和科学探究能力，进一步形成严谨的科学态度和求真的科学精神。
4.3 小组展示，得出结论 运用P&P智慧课堂教师板的抢答功能，抽取2～3个小组展示其实验结果。各小组推荐一名组员对实验数据进行分析并尝试得出本小组的实验结论。在汇报过程中，教师引导学生从最大值、最小值、平均值、中位数及花生果实长度的集中区域等数据（表4）证实花生果实大小变异情况。小组展示完毕，借助P&P智慧课堂发起投票，全班学生对汇报的小组进行投票点赞，根据投票结果对汇报的小组进行激励性评价。最后，教师归纳各小组的汇报结果，引导学生得出本实验的最终结论：花生的果实大小存在变异。不同品种花生果实大小存在差异，同一品种花生果实大小也存在差异，生物性状的变异是普遍存在的，从而验证了实验的假设。
表4 花生果实长轴长度数据分析表
利用小组展示、汇报实验结果的形式，培养学生逻辑思维和表达能力，同时借助P&P智慧课堂的投票和评价功能，激发学习小组展示交流的欲望，提升学生的参与度。
4.4 提炼概念，拓展升华 学生通过实验已了解“花生果实大小存在变异”，但对变异的原因尚不清楚，未认识到变异的本质原因。因此，从“环境因素、遗传因素、概念整合和延伸拓展”4个梯度设计如下问题链（表5），驱动学生进行小组讨论以解决问题，使学生对“生物的变异”概念有更深刻的理解，达到深度学习的目的。
表5 总结环节所设计的问题链
通过小组讨论与总结归纳，加深对变异的理解，同时利用开放式问题“生物的变异为生物圈带来哪些变化，如何看待生物的变异现象？”回顾生物多样性的原因，并延伸至生物进化原因的探讨，帮助学生构建生物学知识间的联系，初步形成进化与适应的生命观念。
4.5 实时评价，检测反馈 借助P&P智慧课堂，评价贯穿于教学的每一个环节，有对个人的评价，也有对小组的评价，个人评价纳入小组评价。引入环节，通过抽答、抢答了解学生对变异概念的浅层次理解，评价学生依据情境提出问题的能力。制定计划时，通过多元互动，针对学生的设计思路，借助教师板，开展实时的个人评价和小组评价；
实施计划时，利用抢答、投票等实现生生互评对小组展示进行实时评价；
总结环节，通过开放式问题评价学生的理解和应用情况；
设计随堂检测题目，通过P&P智慧课堂系统的反馈及时了解学生的学习达成度；
最后，布置课后拓展题目，要求学生以果实的长轴长度为横轴，样品的个数为纵轴绘制曲线图，分析花生果实大小变异的情况，提升学生举一反三、拓展思维的能力。
运用5E教学模式，同时借助P&P智慧课堂，有效完成了探究实验过程的探究活动设计、数据处理与呈现、概念整合与延伸、即时评价等环节的教学，达到了较为理想的教学效果。5E教学模式的各环节环环相扣、承前启后，有效促进学生在探究花生果实大小变异的过程中逐步构建、完善并深度理解生物的变异这一概念，促进了学生科学思维、科学探究和生命观念等核心素养的发展。P&P智慧课堂为5E教学提供多元立体互动、可视化数据呈现、即时评价与反馈等信息化、智能化功能，突出了以学生为中心的教学理念，有效提升了学生的学习积极性、教学的深度和课堂的高效性。
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