5E 教學模式融入初中物理實驗的教學設計研究

武 晴，阿拉坦巴根

（內蒙古民族大學，內蒙古 通遼 028000）

0 引言

5E 教學模式是美國生物學課程研究協會（Biological Sciences Curriculum Study，簡稱 BSCS ）開發的一種基于建構主義理論的探究性教學模式，包括引入、探究、解釋、精致和評價五個環節。BSCS 開展一項的實證研究表明，與傳統的學習模式相比，5E 模式更有利于提高學生的成績和學習興趣。Halim[1]研究發現，在小學語法教學中，根據5E 教學模型制定的工作表可以提高小學生學習的成功率，相比于傳統教學方式，學生更喜歡以5E教學模式為基礎的課程。Fethiye和Alipa?a[2]利用5E教學模式在土耳其吉雷松大學開展“科學實驗室”課程教學活動，通過研究發現，學生的學習積極性、反應速度和開展科學過程的技能有效提高。因此，該模式在國內外被廣泛接受和推廣。國內研究成果集中在5E 教學模式在某一學科教學中的應用，在實驗教學的應用研究以生物課程為主。根據以上研究基礎，筆者展開5E 教學模式與初中物理實驗相結合的研究，為初中物理課程改革提供借鑒。

1 5E 教學模式的本質特征

1.1 以學生為中心，強調學生主動建構并應用新知識是5E 教學模式的核心

建構主義強調學習的主動性，認為學習是學習者主動建構的過程，教師的教育目的從知識傳授轉向學生能力的培養，學習過程從“教會學生知識”轉向“教會學生學習”，強調學生對知識意義的主動探索、發現和建構。

在5E 教學模式中，探究是中心環節，而問題又是探究活動的核心，在學生獨立探索和教師指導與支持的基礎上，創造問題情境以激發認知沖突，并圍繞新概念的構建而開展一系列的活動，包括概念澄清、概念延伸和概念應用，都體現以學生為中心，強調學生的主動構建的探究理念[3]。

1.2 形成新舊概念之間的沖突是主動建構的動力

為達到吸引學生主動建構的目的，教師需要通過創設問題情境，吸引學生注意力，激發其學習興趣，讓學生主動參與到學習中，主動探索和討論。

建立新舊概念之間的認知沖突是使學生產生極強的探究意愿和長時間學習興趣的有效手段。例如，在研究水的沸點與什么因素有關時，如果我們只是簡單地告訴學生，水要沸騰必須達到沸點，沸點會隨著外界壓強而改變。這種知識性的陳述很容易會導致學生對知識本身的遺忘，更別提學生用自己原有的知識進行解釋，學生頭腦內也不會建立新舊概念之間的沖突。5E 教學模式告訴我們，教師可以讓學生根據已有的知識和經驗來概括影響水沸點的因素，大部分學生認為，水需要加熱才能沸騰，這時教師只需要一個實驗就能使學生產生認知沖突：準備一燒杯溫度大于90℃的水，然后往針管中吸入些許熱水，戴上手套，用手堵住小口處，用力向外拔針管的活塞，發現針管中的水竟然沸騰了，熱水在沸騰冒泡。通過實驗，使學生對自己已有的經驗產生懷疑，而這些新舊概念的矛盾沖突會極大地激發學生的學習興趣，是促進學生主動建構知識的動力。

學生們對日常生活和學習中的某些概念有模糊的想法。在5E 學習模式中，學生有機會探索這些已有的概念，這些概念可能是不正確的，當學生解釋一些東西時，他們往往不能給出正確的解釋。5E 學習模式恰恰提供了鼓勵學生對已有概念之外的未知概念產生探究興趣的背景，因為在教師引導和學生探索的過程中，學生會學到新的概念，而在應用新概念解釋新情況的過程中，有利于促進學生將新概念與原有概念的結合[4]。

2 教學應用及其分析

下面以初中階段“摩擦力”物理實驗的教學，來分析和展示5E 教學模式的基本內容及其理念在教學中的基本應用。

爬坡的戒指實驗旨在鼓勵學生參與學習活動，并幫助他們通過前三個5E 階段（參與、探索和解釋）加深對靜摩擦特性的理解。接下來，學生們應用從爬坡的戒指實驗中學到的概念來練習和解釋精細化階段的另一個實驗：聽話球。之后讓學生參與書本不分離和強力毛巾實驗的目的是幫助他們通過參與、探索和解釋階段了解最大靜摩擦力和正壓力之間的關系。最后，強力紙環實驗為學生提供了應用在未分離的書籍和強大的小毛巾實驗中學到的概念的機會。這些實驗描述如下：

2.1 “爬坡的戒指”實驗

下圖1 本實驗利用圓環和橡皮筋之間的摩擦力使圓環留在橡皮筋上。同時橡皮筋具有較大的彈性形變，通過巧妙地恢復橡皮筋的力，學生抵抗重力將環向上移動。此實驗分為三個階段：

圖1 “爬坡戒指實驗”

參與：橡皮筋上的圓環向上移動的現象會導致學生頭腦中的概念沖突，并引起興趣和好奇心。因此，學生通常想嘗試這個活動來了解為什么會出現這種現象。探索：學生有足夠的時間來操作并探索為什么圓環會停在橡皮筋上或向上移動。老師提出問題來引導學生，而不是直接解釋概念并提供答案，隨后鼓勵他們動手實踐并仔細觀察。鼓勵學生與他人討論他們的想法和觀察，并用自己的話解釋現象。此外，要求學生提供有關圓環為何停止以及為何向上移動的反饋。在進行討論和解釋后，教師向學生講解實驗原理以及實驗中包含的重要知識點。

2.2 “聽話球”實驗

圖2所示一根長棉線纏繞在球內的線軸上，線軸延伸到球殼外。通過拉緊或松動線，可以控制球是留在棉線上還是掉下來。

圖2 “聽話球”實驗

精細化：學生可以將上個實驗中學到的新的概念和定義運用到這項實驗中，在此階段，學生詳細闡述他們對靜摩擦特性的理解。該實驗引導他們考慮影響摩擦的其他力，并考慮摩擦力和正壓力之間的關系。

2.3 “未分開的書”實驗

在這個實驗中，學生首先將兩本書逐頁交錯。然后，老師讓兩個學生把書分開。通過這個，學生們了解到僅僅通過拉動書脊幾乎不可能分開書本，但是通過同時吹氣和拉動它們很容易分開。

參與：大多數學生在發現很難將書本分開后，都迫不及待地想嘗試這項活動。探索：在這個階段，教師應該給學生足夠的時間來進行活動，并探索如何把書分開。解釋：學生提供反饋，說明為何不能將書籍分開以及如何輕松分開。經過學生的討論之后，教師提供正確的信息并講解其中包含的知識點。

2.4 “強力指環”實驗

圖3 所示在此實驗中，學生被指示用一張紙來支撐一箱書的重量；紙要對折成筒狀。通過操作學生發現，當正壓力增加時，最大靜摩擦力也會增加。

圖3 “強力指環”實驗

評價階段是對學生概念的理解和技能的掌握程度進行評價，并分為兩種評價，評價1：辨析概念并說明理由，其目的是糾正學生常見的錯誤，難度較小。評價2：應用所學有關摩擦力的知識，回答下列問題，需要學生綜合運用知識，進行深入思考，難度較大。

3 5E 教學模式的應用建議

Coulson[4]探討了5E 教學模型的不同保真度水平如何影響學生的學習，當教師按照課程材料的開發方式使用課程材料時，5E 教學模式可以更有效地提高學生的成績。教師在中等（基礎）或高（廣泛）水平使用與5E 教學模式一致的策略和學習順序，學生會獲得更高的分數，反之則會獲得顯著更低的分數。由此可見5E 教學模式在現實課堂中實施的難度，以及對教師理解和教學能力的考驗，如果只是機械地把教學模式的五個階段強加在課堂教學中，效果只會適得其反，所以教師在使用該教學模式時應該注意的是要鼓勵學生參與元認知活動，交流他們對概念的理解以及將他們的理解應用到新情境中。

5E 教學模式并不適用于所有學科。我國義務教育課程標準強調探究式教學并且中學理科課程標準提出要幫助學生深入理解學科的核心概念[5]，所以5E 教學模式更適用于理科教學。5E 教學模式需要以科學哲學、科學社會學等相關素材為依托的特定教學內容為基礎，所以需要教師對教學內容進行有效地篩選，篩選的標準包括核心概念類知識、實驗類知識以及STS 教育類知識等方面[6]。而且5E 教學模式并沒有提及應該何時使用，所以需要教師根據教學需要靈活選用5E 教學模式，也可以嘗試應用在文科教學當中。

4 結語

總之，5E教學模式作為探究式教學模式的重要方法之一，有利于激發學生提出各種值得深入探討的問題，使學生養成尋找合理的研究思路、方法和收集證據的習慣，并且能夠熟練地應用收集到的證據對現象和情境進行分析和解釋，對與此相關的問題也可以進行解答。但是，在使用5E 教學模式時，教師不能只是機械地進行效仿，而要理解其實質和精髓，在實踐中不斷反思，進而改善教學效果。