5E 教学模式融入初中物理实验的教学设计研究

武 晴，阿拉坦巴根

（内蒙古民族大学，内蒙古 通辽 028000）

0 引言

5E 教学模式是美国生物学课程研究协会（Biological Sciences Curriculum Study，简称 BSCS ）开发的一种基于建构主义理论的探究性教学模式，包括引入、探究、解释、精致和评价五个环节。BSCS 开展一项的实证研究表明，与传统的学习模式相比，5E 模式更有利于提高学生的成绩和学习兴趣。Halim[1]研究发现，在小学语法教学中，根据5E 教学模型制定的工作表可以提高小学生学习的成功率，相比于传统教学方式，学生更喜欢以5E教学模式为基础的课程。Fethiye和Alipaşa[2]利用5E教学模式在土耳其吉雷松大学开展“科学实验室”课程教学活动，通过研究发现，学生的学习积极性、反应速度和开展科学过程的技能有效提高。因此，该模式在国内外被广泛接受和推广。国内研究成果集中在5E 教学模式在某一学科教学中的应用，在实验教学的应用研究以生物课程为主。根据以上研究基础，笔者展开5E 教学模式与初中物理实验相结合的研究，为初中物理课程改革提供借鉴。

1 5E 教学模式的本质特征

1.1 以学生为中心，强调学生主动建构并应用新知识是5E 教学模式的核心

建构主义强调学习的主动性，认为学习是学习者主动建构的过程，教师的教育目的从知识传授转向学生能力的培养，学习过程从“教会学生知识”转向“教会学生学习”，强调学生对知识意义的主动探索、发现和建构。

在5E 教学模式中，探究是中心环节，而问题又是探究活动的核心，在学生独立探索和教师指导与支持的基础上，创造问题情境以激发认知冲突，并围绕新概念的构建而开展一系列的活动，包括概念澄清、概念延伸和概念应用，都体现以学生为中心，强调学生的主动构建的探究理念[3]。

1.2 形成新旧概念之间的冲突是主动建构的动力

为达到吸引学生主动建构的目的，教师需要通过创设问题情境，吸引学生注意力，激发其学习兴趣，让学生主动参与到学习中，主动探索和讨论。

建立新旧概念之间的认知冲突是使学生产生极强的探究意愿和长时间学习兴趣的有效手段。例如，在研究水的沸点与什么因素有关时，如果我们只是简单地告诉学生，水要沸腾必须达到沸点，沸点会随着外界压强而改变。这种知识性的陈述很容易会导致学生对知识本身的遗忘，更别提学生用自己原有的知识进行解释，学生头脑内也不会建立新旧概念之间的冲突。5E 教学模式告诉我们，教师可以让学生根据已有的知识和经验来概括影响水沸点的因素，大部分学生认为，水需要加热才能沸腾，这时教师只需要一个实验就能使学生产生认知冲突：准备一烧杯温度大于90℃的水，然后往针管中吸入些许热水，戴上手套，用手堵住小口处，用力向外拔针管的活塞，发现针管中的水竟然沸腾了，热水在沸腾冒泡。通过实验，使学生对自己已有的经验产生怀疑，而这些新旧概念的矛盾冲突会极大地激发学生的学习兴趣，是促进学生主动建构知识的动力。

学生们对日常生活和学习中的某些概念有模糊的想法。在5E 学习模式中，学生有机会探索这些已有的概念，这些概念可能是不正确的，当学生解释一些东西时，他们往往不能给出正确的解释。5E 学习模式恰恰提供了鼓励学生对已有概念之外的未知概念产生探究兴趣的背景，因为在教师引导和学生探索的过程中，学生会学到新的概念，而在应用新概念解释新情况的过程中，有利于促进学生将新概念与原有概念的结合[4]。

2 教学应用及其分析

下面以初中阶段“摩擦力”物理实验的教学，来分析和展示5E 教学模式的基本内容及其理念在教学中的基本应用。

爬坡的戒指实验旨在鼓励学生参与学习活动，并帮助他们通过前三个5E 阶段（参与、探索和解释）加深对静摩擦特性的理解。接下来，学生们应用从爬坡的戒指实验中学到的概念来练习和解释精细化阶段的另一个实验：听话球。之后让学生参与书本不分离和强力毛巾实验的目的是帮助他们通过参与、探索和解释阶段了解最大静摩擦力和正压力之间的关系。最后，强力纸环实验为学生提供了应用在未分离的书籍和强大的小毛巾实验中学到的概念的机会。这些实验描述如下：

2.1 “爬坡的戒指”实验

下图1 本实验利用圆环和橡皮筋之间的摩擦力使圆环留在橡皮筋上。同时橡皮筋具有较大的弹性形变，通过巧妙地恢复橡皮筋的力，学生抵抗重力将环向上移动。此实验分为三个阶段：

图1 “爬坡戒指实验”

参与：橡皮筋上的圆环向上移动的现象会导致学生头脑中的概念冲突，并引起兴趣和好奇心。因此，学生通常想尝试这个活动来了解为什么会出现这种现象。探索：学生有足够的时间来操作并探索为什么圆环会停在橡皮筋上或向上移动。老师提出问题来引导学生，而不是直接解释概念并提供答案，随后鼓励他们动手实践并仔细观察。鼓励学生与他人讨论他们的想法和观察，并用自己的话解释现象。此外，要求学生提供有关圆环为何停止以及为何向上移动的反馈。在进行讨论和解释后，教师向学生讲解实验原理以及实验中包含的重要知识点。

2.2 “听话球”实验

图2所示一根长棉线缠绕在球内的线轴上，线轴延伸到球壳外。通过拉紧或松动线，可以控制球是留在棉线上还是掉下来。

图2 “听话球”实验

精细化：学生可以将上个实验中学到的新的概念和定义运用到这项实验中，在此阶段，学生详细阐述他们对静摩擦特性的理解。该实验引导他们考虑影响摩擦的其他力，并考虑摩擦力和正压力之间的关系。

2.3 “未分开的书”实验

在这个实验中，学生首先将两本书逐页交错。然后，老师让两个学生把书分开。通过这个，学生们了解到仅仅通过拉动书脊几乎不可能分开书本，但是通过同时吹气和拉动它们很容易分开。

参与：大多数学生在发现很难将书本分开后，都迫不及待地想尝试这项活动。探索：在这个阶段，教师应该给学生足够的时间来进行活动，并探索如何把书分开。解释：学生提供反馈，说明为何不能将书籍分开以及如何轻松分开。经过学生的讨论之后，教师提供正确的信息并讲解其中包含的知识点。

2.4 “强力指环”实验

图3 所示在此实验中，学生被指示用一张纸来支撑一箱书的重量；纸要对折成筒状。通过操作学生发现，当正压力增加时，最大静摩擦力也会增加。

图3 “强力指环”实验

评价阶段是对学生概念的理解和技能的掌握程度进行评价，并分为两种评价，评价1：辨析概念并说明理由，其目的是纠正学生常见的错误，难度较小。评价2：应用所学有关摩擦力的知识，回答下列问题，需要学生综合运用知识，进行深入思考，难度较大。

3 5E 教学模式的应用建议

Coulson[4]探讨了5E 教学模型的不同保真度水平如何影响学生的学习，当教师按照课程材料的开发方式使用课程材料时，5E 教学模式可以更有效地提高学生的成绩。教师在中等（基础）或高（广泛）水平使用与5E 教学模式一致的策略和学习顺序，学生会获得更高的分数，反之则会获得显著更低的分数。由此可见5E 教学模式在现实课堂中实施的难度，以及对教师理解和教学能力的考验，如果只是机械地把教学模式的五个阶段强加在课堂教学中，效果只会适得其反，所以教师在使用该教学模式时应该注意的是要鼓励学生参与元认知活动，交流他们对概念的理解以及将他们的理解应用到新情境中。

5E 教学模式并不适用于所有学科。我国义务教育课程标准强调探究式教学并且中学理科课程标准提出要帮助学生深入理解学科的核心概念[5]，所以5E 教学模式更适用于理科教学。5E 教学模式需要以科学哲学、科学社会学等相关素材为依托的特定教学内容为基础，所以需要教师对教学内容进行有效地筛选，筛选的标准包括核心概念类知识、实验类知识以及STS 教育类知识等方面[6]。而且5E 教学模式并没有提及应该何时使用，所以需要教师根据教学需要灵活选用5E 教学模式，也可以尝试应用在文科教学当中。

4 结语

总之，5E教学模式作为探究式教学模式的重要方法之一，有利于激发学生提出各种值得深入探讨的问题，使学生养成寻找合理的研究思路、方法和收集证据的习惯，并且能够熟练地应用收集到的证据对现象和情境进行分析和解释，对与此相关的问题也可以进行解答。但是，在使用5E 教学模式时，教师不能只是机械地进行效仿，而要理解其实质和精髓，在实践中不断反思，进而改善教学效果。