5E教学模式由美国生物课程研究所于20世纪80年代提出，其理论基础源于建构主义学习理论，强调学生在学习过程中的主动探索和知识建构
［1］。该模式包含吸引（Engage）、探究（Explore）、解释（Explain）、拓展（Elaborate）和评价（Evaluate）共5个环节，旨在通过递进式的学习活动帮助学生深入理解科学概念，并培养其科学探究能力。近年来，5E教学模式在科学教育领域得到了广泛应用，尤其在实验教学中呈现出显著优势。研究表明，该模式能够有效提升学生的动手实践能力、创新能力和科学思维水平
［2］。在高中生物学实验教学中，5E教学模式通过情境创设和问题驱动，帮助学生从现象观察到理论归纳，通过迁移应用，实现深化理解，符合科学探究的基本逻辑
［3］。
笔者结合国内外最新研究成果，分析5E教学模式在高中生物学实验教学中的适用性。例如：钟艺佳
［4］发现，与传统教学方式相比，5E教学模式在实验课中通常能显著提升教学效率和教学质量。姜宇
［5］发现，基于5E教学模式的实验情境设计，能有效提升学生的科学思维和科学探究能力。此外，笔者在传统5E教学模式基础上进行了创新性改进：一是引入数字化实验工具（如pH传感器），实现实验数据的实时采集与分析，从而提升定量研究的精确性；二是结合化学学科中的缓冲体系理论，帮助学生从跨学科视角理解内环境稳态的调节机制。这种融合模式不仅丰富了教学内容，也为核心素养的落实提供了新的实践路径。
经上述理论拓展与教学创新，笔者进一步验证了5E教学模式在高中生物学实验中的有效性，同时为类似课程的设计提供了可借鉴的范例。
1 教学案例背景
1.1 教学内容分析
“模拟生物体维持pH的稳定”是人教版高中生物学选择性必修1《稳态与调节》模块中的一个重要实验
［6］。学生在前一课已基本掌握了“内环境”概念，而该课的“模拟生物体维持pH的稳定”实验，正是在此认知基础上设计的。通过模拟探究活动，学生能直观体验内环境pH的动态平衡过程。这一体验是关键的学习支架，它能引导学生从具体的“pH稳定”现象，上升到对广义的“内环境稳态”概念的理解，进而完成从具体到抽象、从结构到功能的概念建构。通过该节实验课的学习，学生能够定性观察及定量检测，探究不同实验材料（自来水、PBS缓冲液、鸡蛋清和马铃薯匀浆）在滴加HCl或NaOH后的pH变化。在此基础上，结合实验现象及数据分析，可从中得出相关结论，并落实稳态概念的建构目标。
1.2 教学对象分析
该节课的教学对象是高二学生，他们具有如下特点。
【知识方面】已掌握内环境的基本概念、组成成分和理化性质，理解内环境在物质交换上作为机体与外部沟通媒介的重要作用。然而，他们对内环境是否会维持稳定以及相关机制却缺乏必要的认识。
【能力方面】已经具备实验探究能力和数理基础，可根据实验结果进行一定的分析和推断。
1.3 教学目标分析
（1） 通过比较清水、缓冲液、体液对pH变化的调节作用，培养学生实验方案设计及实验结果分析与评价能力。
（2） 通过对实验结果的统计分析及图表化处理，培养学生归纳、比较与问题分析的能力。
（3） 分析实验数据，得出结论，以便学生生成内环境稳态的概念及稳态平衡观的生命观念。
（4） 迁移延伸酸碱体质、乳酸性酸中毒等知识，让学生养成关注医学前沿、学以致用的习惯。
1.4 教学策略分析
基于5E教学模式的教学思路如
图1所示。首先，借助“运动产生的乳酸进入血浆后是否会改变血浆pH”这一问题引入实验课题，进而通过紫甘蓝指示剂定性探究不同实验材料在滴加酸或碱后的pH变化，由此分析并解释实验现象；在此基础上，进一步运用pH计进行定量探究，并根据获得的实验数据绘制实验结果曲线，由此引导学生生成内环境稳态这一核心概念；最后，通过分析引入的资料及课堂小结，帮助学生建构稳态平衡观。其整体设计体现了“探究—建构”相结合的学习路径，有助于学生在科学实践中逐步形成核心概念和观念。
2 教学实施过程
2.1 吸引
教师利用人体剧烈运动后肌肉酸痛这一生活情境，以及肌肉无氧呼吸产生乳酸这一事实，引导学生思考产生的乳酸进入血液后是否会引起血浆pH的改变，从而引出该节课要探究的实验课题——探究不同液体对pH变化的缓冲能力。
【设计意图】紧扣学生的生活实际介绍相关知识，激发学生的探究兴趣，引出探究课题。
2.2 探究
教师设计一系列问题串，引导学生思考该实验有哪些自变量、因变量和无关变量，如何控制自变量并排除无关变量的干扰（
表1），引导学生逐步完成实验设计，包括拟定实验思路与设计相应的实验记录表。紫甘蓝是一种较好的pH指示剂，其在不同pH条件下呈现不同颜色（
表2）。教师使用紫甘蓝作为pH指示剂，通过向不同缓冲液中滴加HCl或NaOH，探究其抵抗pH变化的能力（缓冲容量），并记录引起指示剂颜色明显变化时所需滴加的滴数。
2.3 解释
在教师的引导下，学生结合实验现象积极讨论问题，分析实验结果，得出初步结论：①缓冲能力最差的是蒸馏水；②PBS缓冲液的缓冲能力最好；③鸡蛋清和马铃薯匀浆的缓冲能力居中。对于鸡蛋清和马铃薯匀浆的缓冲能力，不同小组得出的结果不一致。
在此基础上，教师引导学生进一步思考：在具体的实验过程中，紫甘蓝作为指示剂是否存在局限性？实验方案应如何完善？针对质疑，学生经讨论后提出新的实验思路。
【设计意图】通过解释环节，对前面的探究实验进行小结，一方面得出初步的结论，另一方面可引发新的认知冲突，从而引导学生进一步探究，并过渡到对实验手段优化后的拓展环节。
2.4 拓展
在解释环节中，学生认识到利用紫甘蓝指示剂进行探究是一种定性探究，过程相对简单，同时存在一定的误差，而采取定量方式展开实验探究，就可以弥补这一缺陷。为此，教师进一步组织学生利用pH计探究给不同实验材料滴加不同滴数1 mol/L HCl或NaOH时的pH变化情况，并记录对应的pH。
最后，教师汇总全班学生的数据，计算平均值（
表3），并利用Excel软件绘图，最终生成滴加不同滴数1 mol/L HCl（或NaOH）的pH变化曲线（
图2）。
分析实验结果，引导学生进一步理解什么是稳态，稳态的内涵是什么，什么因素的改变有可能改变稳态，从而帮助学生树立稳态平衡的生命观念。
【设计意图】由定性实验过渡到定量实验，进一步培养学生对待实验的严谨态度；利用pH计采集数据，再利用Excel软件将所采集到的数据转化成图形，据此分析实验结果，培养学生的科学思维；结合实验结果建构稳态概念，紧扣高中生物学的核心素养，帮助学生树立稳态观的生命观念。
2.5 评价
该节实验课采取过程性评价，可根据实验中各组实验操作、课堂交流情况进行评价，而结局性评价可根据学生提交的实验报告进行评定。此外，还可以通过自评、小组成员互评和教师评价对该节课的教学质量进行评定（
表4）。在下一节课上，教师可结合酸碱体质、酸中毒等社会性热点话题及医学前沿知识，让学生运用所学知识评价这些观点的科学性，以便进一步引导学生关注社会议题，达到学以致用的目标。
3 教学反思
3.1 教学成效
该实验采用5E教学模式展开教学，学生围绕一系列问题串提出疑问、展开讨论、设计实验和开展实验。
一方面，有助于实验教学的推进落实，让学生在做实验的过程中去思考，在不断思考的过程中完成实验；另一方面，5E教学模式中的探究和拓展环节，分别从科学探究能力和科学思维两个维度，有效培养学生的科学素养，较好地落实实验教学的目标。
课后，笔者对所教的两个实验班的学生进行抽样调查及访谈，结果是88.3%的学生对该节课的满意度较高。其中：55.8%的学生认为，探究环节对实验思维的训练有很大帮助；72.1%的学生认为，在拓展环节中，利用pH计能做到实时测量并据此建构数学模型，这对帮助学生理解该节内环境稳态的概念具有非常重要的意义。教学实践表明，将5E教学模式应用于高中生物学实验教学，能够有效提升教学效果。
该节实验课不仅注重实验操作，更关注对学科核心素养的培养。探究环节侧重实验设计和实施，能够让学生进一步理解对照原则和变量控制原则，从而以严谨的态度设计实验并开展实验；如实记录实验结果，对培养学生的探究能力有一定帮助。解释环节侧重比较、分析、推断实验结果，突出培养和训练学生的科学思维。拓展环节便于开展定量实验，并利用实验数据建构数学模型，从而进一步提升学生的科学思维和科学探究能力。生成内环境稳态的概念后，有助于学生聚焦学科的大概念，落实稳态平衡观的生命观念。
3.2 改进方向
该实验虽涵盖了定性与定量探究，但在操作细节上仍有改进余地。例如，部分小组在滴加HCl或NaOH时速度不均，导致数据波动较大。故而，未来可引入微量移液器，统一滴加体积（如每滴为0.1 mL），以减小人为误差。此外，实验材料的选择可进一步扩展范围，如增加动物血浆或人工模拟体液，以贴近真实内环境。
在教学过程中笔者发现，学生的基础和能力存在显著差异。部分小组在数据分析时仅能描述现象，而难以建构数学模型；少数学生还提出，“是否所有体液缓冲能力相同”等深度问题。对此，未来可设计分层任务：基础任务（完成实验记录）、进阶任务（绘制缓冲曲线）、挑战任务（设计实验，验证不同条件对缓冲能力的影响），以满足不同层次学生的学习需求。
广东省教育科学规划2025年度中小学教师教育科研能力提升计划“高中生物学拔尖创新人才培养路径的研究——以生态学为例”(2025ZQJK659)
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