基于“5E”教学模式的高中物理课堂教学设计

福建省永春第一中学 颜丽敏

物理学是中学教育中的一个重要科目，一直以来都受到高度重视。在保持必要的物理学知识的同时，其课程标准、学科内容、教学模式等方面也在发生变化。由于时代的新要求、更好的教育环境的发展和越来越多的创造性教育理念的引入，教育环境正变得越来越有活力。在这种情况下，中华人民共和国教育部制定了新的课程要求，其中一个明显的创新是使用新的物理学核心能力“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度和责任”。这一变化不仅符合教育部“以学生为主体，以教师为主导”的教育理念，也体现了对物理学科在这个时代的特点的高度理解。这种“继承”和“发展”使学生学到的物理知识更加系统和全面，因此，在高中物理的教学过程中，教师和学生都要努力适应这一过程。寻找高效的教学模式是每个教育工作者的重点工作之一，而“5E”教育模式的出现正是为了满足时代的需要。

一、“5E”教育模式的构成和内涵

“5E”教学模式（简称“5E”）是由美国生物学课程研究（BSCS）根据建构主义教学理论和概念变化理论开发的模式。这个模式可以分为五个部分：参与、探索（调查）、解释、迁移和评估，其首字母都是“E”，因此被称为“5E”。

“参与”是“5E”模式的开始，在这个过程的初始阶段，教师应根据课程内容、学生已经掌握的知识水平和学生心理发展的特点，利用学生的生活经验、生活中的典型情境，以与生活经验的不同之处激发学生的求知欲和参与的热情。

“探索”过程是“5E”模式的一个重要过程，在这个过程中，学生提出合理的科学猜想，建立定性或定量的研究实验，或在“预知冲突”的基础上进行逻辑推理，以证明他们的猜想，并最终形成结论。

“解释”是指学生在通过调查获得直接观察经验或理性推理后，用自己的语言解释相关事实的过程。在这一环节中，教师应引导学生相互倾听，相互补充，在适当的指导下建立规范、完整、科学的知识体系。

过渡阶段是一个“迁移”过程，学生使用他们通过“探索”和互补而形成的新知识和方法来解决实际问题或将其应用于新的情况。这是一个横向拓展学习、纵向深化学习的过程，这一过程加深了学生对概念的理解，提高了学生解决实际问题的能力。

“评估”分为两部分：第一部分应嵌入前四阶段过程中，旨在为学生的活动提供适当的指导和鼓励，促进评估第一部分的流畅性；第二部分放在最后，包括学生和教师的评估。学生评价中，学生对自己的知识、方法和过程中的问题进行反思，并提出可以进一步探讨的问题。教师评估学生对知识和技能的掌握情况，也指导“态度、情感和价值观”的管理发展。

“5E”学习循环模式是一个具体的教与学的循环模式，许多教育工作者将其改编为包括三个相互关联的部分：概念探索、概念定义和概念应用，它们构成了一个相互促进的整体。

二、“5E”教学模式在中学物理教学中的价值

（一）引导学生有效地构建新知识

“5E”方法的理论基础之一是建构主义学习理论。该理论指出，在物理学和其他学科中，学习的基础是对知识的掌握，基础都没有建好，更不用说上层建筑了。

“5E”教学模式的价值在于，它通过创造相关的场景来引导学生建立新的知识，加强对物理知识体系的学习。在“探索”和“解释”环节，教师给了学生思考的时间，并允许有交流的空间。在“评估”部分，教师也提倡一种跳出条条框框思考的科学态度。交流联系的互补性使学生不仅能很好地学习这门课，而且还能培养出用同样的思想来学习其他课程或其他学科的能力。

（二）融入“以学生为主体，以教师为主导”的教学理念

“5E”教学模式以“认知—反思”学习理论为基础，即学生的学习应从教师创设的情境出发，以预测自己的学习，还要求学生对新知识提出自己的假设，对其进行检验、验证和解释。当然，在这个过程中会遇到很多问题，这些问题可以由学生在“探索”“解释”和“迁移”这三个环节通过教师指导和独立思考来解决，也可以在小组中合作解决。最后，他们可以通过教师的解释得到加强。这是一个让每个学生都能进入课堂，参与、融入并成为课堂真正主人的好方法。

（三）培养学生进行科学调查的能力

物理学是一门基于观察和实验的自然科学，实验是获得物理知识和规律的必要手段。“探索”“解释”和“迁移”这三个环节允许学生独立或以小组形式进行调查，这个过程可以培养他们的探究能力。探究能力的培养不应仅仅停留在物理课堂上，社区、学校和家庭也应该为学生提供提高这方面能力的活动，不仅要提高学生的科学探究能力，还要通过知识的获取、思维的发展、技能的提高和科学态度与责任的渗透来提高学生的全方位能力，使学生能够解决其他学科和日常生活中的问题。

（四）目标和评估方法的差异化

受传统应试教育思想的影响，中国很多高中仍然采用统一等级考试的考核方式。这样的评价方法在一定程度上可以用于人才选拔，但若考虑到新的教育背景和新的教育目标，这种评价方法就变得有些无效了。

与传统的讲授法相比，“5E”教学模式更注重学生德、智、体、美、劳全面发展和终身可持续发展。在物理课程教学实践中应用的“5E”教学模式存在一定的优势：课前，教师对学生的物理知识水平进行了解和评估；课中，师生之间进行双向交流、互动和评估；课后，教师通过评价表附带的学生意见、学生对教师的评价进行课后反思，学生通过回忆和打分进行自我反思。可以说“5E”教学模式在课题目标达成度和评估方法上都实现了多样性和丰富性。

三、在高中物理教学中应用“5E”模式的策略

（一）创造适当语境的策略

实施“5E”教学模式的第一步是“参与”，其特点是创造旨在吸引学生注意力的情境，激发他们的学习兴趣，提高他们的积极性。这意味着，一方面，不应该脱离学生的认知水平和发展；另一方面，也不应该忽视知识的逻辑性。只有创造一个适当的环境，在参与式课程中引入新课，才能有效地建立物理概念、发展科学思维、提高科学探究技能、强化科学态度和责任。

（二）实施有效的调查策略

随着课程目标在建立物理概念、发展科学思维、培养科学探究能力、强化科学态度和责任方面的引入，一些一线教师开始在课堂上进行探究。但这些“探究”以无计划和重复的方式进行，在某种程度上还是讲授法的延续。因此，将新的标准和教材与灵活的探究活动设计结合起来，在课堂上高效有序地进行探究，教师需要指导学生进行有效的活动，避免出现干扰学习过程的情况，促进课程目标的达成。

（三）灵活使用“解释”和“迁移”的策略

“5E”教学模式与其他教学形式的区别之一是，“解释”和“迁移”方式的设计和实施应更加灵活，学习新知识后加深印象，加深印象后灵活运用，以促进学生的认知活动。因此，灵活运用“解释”和“迁移”环节是学生建立物理概念的重要工具之一。活动可包括活动报告、组间竞赛、实验操作或课内练习的一种或多种组合，以促进学生在物理概念、科学思维、科学探究技能方面的发展，并加强其科学态度和责任感。但是，灵活地实施“解释”和“迁移”应考虑到所在班级学生的实际情况，如果影响到课堂纪律和教学进度等，则不可取。

（四）评估过程多样化的策略

在中学物理实践教学过程中应用“5E”教学模式时，往往伴随着教学前教师对学生前提条件的评价、教学中的师生评价、教学中的生生评价、分组探究时的师生双向评价、教学后的师生评价、学生通过回答附带的评价表对教师的评价以及师生自我评价等。广泛的评估目标和评估方法应反映出建立科学概念、发展科学思维、促进科学探究技能和加强科学态度和责任的重要性。

四、“5E”教学模式在实践中的使用——以自由落体为例

（一）参与

问题1：你是否观察过运动中的落体？从你所观察到的情况来看，你可能会有“重的物体和轻的物体哪个掉得快？”的疑问。

反思和评价：在问题1的引导下，学生尝试着回答问题，有的用“树叶和石头”的例子，认为“重物比轻物落得快”；有的则举了“大石头和小石头”的例子，认为“重物和轻物以相同的速度下落”；还有的分析纸张揉成团后运动快慢不一致而陷入困境等。这个问题的框架促使学生回忆他们原来的物理感知和方法经验，并让他们把原来的感知形象化。在此过程中，教师利用学生的例子和科学史（亚里士多德的结论）来引导学生进行比较和分析。一些学生很快就能看出空气阻力对运动有影响，为下一步的“探索”奠定了基础。

（二）探索

问题2：如果你认为空气阻力对实验有影响，请尝试消除这种影响。要求学生描述这一现象。

反思和评价：“问题2”的目的是通过学生熟悉的环境和物品向学生传授知识，通过生活经验推进学生对知识的掌握和促使学生经历情感体验。

问题3：当这两个物体相遇时，这组物体的下落速度与前面描述的两个物体的下落速度有什么不同？

反思和评价：“问题3”的设计是为了让学生充分体验逻辑的力量，通过推理和分析得出结论。然后教师介绍真空管实验，重新审视学生的结论，并介绍“自由落体”的定义。

问题4：教师基于“自由落体”的理论，结合实物运动的特点向学生阐释其理论内容后，可以进行适当的举例，加深学生对理论内容的理解，并在学生理解的基础上，提出新的问题。比如让学生根据生活经验，结合生活中的实物，解释自由落体运动形成的本质和表现，以及验证自己的说法。（小组讨论、小组实验）

反思和评价：根据生活经验，学生可以快速地了解自由落体运动的内涵是物体的加速运动，加之用实例对学生进行理论讲授，学生可以比较好地对自由落体运动进行掌握。有条件的话，还可以用纸带法，即在纸带上打点的方式，让学生更直观地感受到物体基于重力向下做加速运动的轨迹，并引入对重力加速度计算方式的讲解。

（三）解释

在本课中，给学生的解释应当有两个部分：第一部分是利用实验证据和逻辑推理来评价“坠落速度和物体重量之间的关系”；第二部分是基于定量证据的具体实验数据来计算坠落过程中的加速度。在这个过程中，应当鼓励学生自己动手进行实验，并进一步引导学生进行分析，对学生分析出的结果进行及时的引导和回应。通过这种方式，可以让学生加强对己学会知识的巩固，以及对不太熟悉、想不明白的知识有更深的认识，学生的分析观察能力也能同时得到提高。

（四）迁移

问题5：我们从以前的学习中了解到匀变速直线运动的特点，关于描述自由落体运动的物理规律，你能告诉我们什么？

问题6：“抓尺子”来比较你和你的同桌可能不同的反应时间并进行一些计算。

反思与评价：“问题5”的目的是让学生有机会比较新旧知识并建立联系，从而将已学的知识和方法融入现有的知识中，建立新的知识并发展其“迁移”技能。在“问题6”的情景中，重复引导学生对第一个到最后一个问题的思考，以促使学生加深对新知识的理解和应用。

（五）评估

问题7：（1）你在本课中学习了哪些物理知识？你在探索未知和规律方面学到了什么？（2）你如何评价亚里士多德和伽利略对研究落物运动的贡献？你认为科学探索的重要精神是什么？

反思与评价：第一个问题是为了让学生反思本课所涉及的知识和方法，以及自己在本课中的学习成果，以便在今后的学习中做出合理的调整；第二个问题是为“科学态度和责任”这一层次设计的，旨在引导学生正确、全面地评估两位研究者的贡献，避免一概而论，从而树立正确的情感态度、价值观。

（六）教学考虑

经学者研究，学生对其读过的内容的记忆程度一般为百分之十，而对其说过的内容的记忆程度则能达到惊人的百分之九十。很明显，学生的参与度会对他们对知识的记忆程度和掌握程度产生非常大的影响。学生通过“解决问题”，主动参与教师的“观察—定性体验”和“逻辑推理—定量体验”过程，理解科学方法，并获得成功。这促使学生感知和智力活动的积极循环，进而形成乐观的人生观、价值观与科学的方法论。

笔者以新课程理论为基础，将“5E”教学法应用于中学物理的教学实践，在学校选择两个平行班进行教学实践，最后对比结果显示，实践班级学生成绩有所提高。可以说，“5E”教学模式在新课程下的中学物理教学实践中的应用是有意义的。