“5E”教学模式在高中物理新授课中的应用与反思——以“法拉第电磁感应定律”教学为例

(江苏省启东市第一中学，江苏 启东 226200)

1 “5E”教学模式简介

基于建构主义理论和概念转变理论，美国生物学课程研究会开发了“5E”教学模式,该模式可分为5个步骤：引入——探究——解释——迁移——评价。这五个步骤在具体的课堂教学应用中不是分割、离散的，而应是依据课堂教学的内容和进程的需要，有机地进行整合，部分步骤在一堂课中可反复使用。这五个步骤的英文首字母均为“E”，故简称其为“5E”模式。该模式的意图在于引起学生的学习兴趣，提高学生的课堂参与度，实现课堂教学效果的最优化。笔者以“法拉第电磁感应定律”一节的新授课为例，谈谈该模式的具体应用和使用的注意事项。

2 “5E”教学模式的应用

2.1 引入

教师出示实验器材(条形磁铁、螺线管、导线、电流表G等)，按图1所示连接好电路。将条形磁铁的N极插入或拔出。

图1

图2

问题1：请学生判断上述两种情景下，感应电流的方向如何？

生A：当N极插入线圈时，穿过线圈的磁感线方向向下，且磁通量在变大，由楞次定律可知，感应磁场阻碍原磁通量的增加，即感应磁场方向向上，由安培定则可以判断线圈中感应电流方向为a到b；当N极拔出线圈时，穿过线圈的磁感线方向向下，且磁通量在变小，由楞次定律可知，感应磁场阻碍原磁通量的减小，即感应磁场方向向下，由安培定则可以判断感应电流方向为b到a。

问题2：对于某一个导体而言，怎样才能在导体内形成电流？

生B：在导体两端加上一个电源。

教师出示如图2所示电路图。

问题3：无论何种电流都是因为自由电荷的定向移动才形成的。图2中电源有何作用？类比图1和图2，从等效的角度看，线圈充当了何种作用？

生C：电源的作用是给导体两端以持续的电压，从而使得导体中的自由电荷能够持续地做定向移动，线圈相当于电源。

师：在电磁感应问题中，感应电流的产生亦是由于自由电荷的定向移动形成的，要有持续的电流，导体两端必须加有持续的电压。从两张图的比较看，图1中有磁通量变化的那部分线圈充当了电源的作用，产生了电动势，该电动势又称为感应电动势。

问题4：当N极插入线圈时，线圈的a和b两端，哪一端相当于电源的正极？你判断的物理依据是什么？

生D：b端相当于电源的正极，依据是电源内部电流从负极流向正极。

反思：“引入”步骤是“5E”教学模式的第一步，其目的是聚焦学生的目光，把学生的思绪引回课堂。上述设计中，问题1起到了温故、启新的作用，既复习了上一节课所学习的感应电流方向判断的方法，又为引出新问题打下铺垫。问题2的设计起到衔接的作用，通过问题3中两图的对比，学生能够很快找到等效电源，明确感应电动势的概念。问题4是本部分教学内容的迁移和拓展。从上述4个问题的设计看，通过图片展示、复习旧知等方式，引发学生认知冲突，利用比较等方法，帮助学生构建和理解相关概念。

2.2 探究

问题：请猜想影响E感大小的因素有哪些？你如何判断E感的大小？

师：E同学关于感应电动势大小的判断方法很好，具有简单、显化的特点，且可操作性较强。影响E感大小的因素到底是与“磁通量大小”还是“磁通量变化”甚至是“磁通量变化快慢”有关呢？请利用你手边的实验器材进行定性的验证。

反思：“探究”是学生根据前期的猜想，通过实验或逻辑推理，从而验证自己的猜测，寻找结论的过程。对于这一过程的处理，可按以下两种方式进行：①教师应做好相应的指导，及时纠正学生的错误，以便探究实验顺利开展；②观察和统计学生错误点，依托典型性错误展开讨论，帮助学生建构正确的知识体系，形成清晰明了的认知。

2.3 解释

学生依据实验所得，验证前期的猜想，形成结论：E感的大小与磁通量的变化快慢有关，且Φ变化越快，E感越大。在这一过程中，教师可以插入“磁通量的大小”“磁通量变化量的大小”和“磁通量变化率”的辨析，以帮助学生正确区分以上三个相近概念。

师：我们定性研究了E感的大小与磁通量的变化快慢的关系，那E感的大小与线圈匝数的关系呢？

一个个线圈串联在一起，当穿过线圈的磁通量变化时，在每一个线圈上都要激发出E感，从等效的角度看，相当于n个小电源的串联。

反思：“解释”是对“探究”所获结论的阐述，这一过程包含学生的自我表达和教师的引导、总结等，培养了学生归纳总结、语言组织、分析整合等多方面的能力。从上述分析看，本环节分三段进行：① 学生先对前期的定性探究实验进行总结，得出相关的结论；② 从理论分析的角度，利用相关电路的知识进一步探讨“匝数对E感的影响”，初步培养了学生理论探究的能力。

2.4 迁移

问题1：如图3所示，设导体棒匀速运动速度为v、运动时间为t，有效切割长度为L，请利用法拉第电磁感应定律推导切割情景下的E感的表达式。

图3

投影学生作答情况，指出其推导中所出现的典型错误。

问题2：比较E感的两个表达式，请分组讨论各式的研究对象、适用情景。

反思：“迁移”是指在教学中将前面所获得的规律或结论应用于问题解决中，从而加深对概念和规律的理解。通过纵横拓展、比较，实现概念的深化和能力的提升。

3 结语

从上述设计看，以寻找E感为主问题，通过一个个问题的设计和铺垫，为问题解决搭好“脚手架”，在问题解决中逐步引导学生的思维向纵深延伸；通过“5E”模式，创设真实的情景，激发学生学习的兴趣，在探究中逐步帮助学生形成正确的物理观念，掌握正确的科学方法，使其获得问题解决的关键能力。当然，5个步骤不是独立的，而应视教学所需有机融合，如上文中并没有将“评价”步骤单独列出，而是将该步骤渗透在前面的教学过程中，为“教”和“学”双边活动的开展提供了支撑。

参考文献：

[1] 吴成军，张敏.美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其本质特征[J].课程·教材·教法，2010，(6).

[2] 吴红琴.“5E”教学模式在高中物理教学中的实践应用[J].中学物理，2017，(5).