引入5E教學模式開發(fā)科技館科學探究活動

管昕 周達航 羊榮兵 黃嘉健

摘 要 5E教學模式是一種建構(gòu)主義教學策略，包含吸引、探索、解釋、精致或延伸、評價五個階段，強調(diào)以學生為中心，運用調(diào)查和探究的方法解決問題，促進學生對科學概念的理解和知識的構(gòu)建。這與科技館教育為觀眾營造探究式學習的情境，使其獲得直接經(jīng)驗的特征，以及啟迪科學思維、培育科學精神、培養(yǎng)科學方法的目的極為吻合。以廣東科學中心“擺的快慢”活動為例，就引入5E教學模式開發(fā)科技館的科學探究活動進行探討。

關(guān)鍵詞 5E教學模式 科技館教育 探究活動

0 引言

近些年，科技館事業(yè)飛速發(fā)展，科技館的科普教育功能日漸清晰并日趨完善。隨著學習型社會的到來，科技館教育被視為貫穿基礎(chǔ)教育至高等教育的有益延續(xù)和重要補充，也為實現(xiàn)全民學習、終身學習提供了有效途徑。

廣東科學中心作為一所綜合性大型科普場館，是廣東省青少年科普教育的主陣地，始終致力于科學教育資源的利用與整合以及科學教育活動的組織與實施，依據(jù)不同對象而進行差異化設(shè)計開發(fā)。在實踐中，我們總結(jié)提煉出“整合隊伍”、“梳理素材”、“確定理念”、“設(shè)立目標”、“構(gòu)建主題”、“設(shè)計活動”、“反復(fù)討論”、“培訓(xùn)試教”、“投入使用”、“反饋修正”十大環(huán)節(jié)的非線性模式，積極引入現(xiàn)代科學教育理念，適時開發(fā)并更新科學教育資源。

1 5E教學模式的內(nèi)涵、特征及應(yīng)用

5E教學模式也稱5E學習環(huán)，包含在學習發(fā)生時五個與認知理論一致的階段：吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、精致（Elaboration）或延伸（Extension）、評價（Evaluation）。這一模式是由美國生物學課程研究會開發(fā)的一種基于建構(gòu)主義理論的教學方法，致力于引起學生的學習興趣。其強調(diào)以學生為中心，運用調(diào)查和探究的方法解決問題，通過小組合作學習促進學生對科學概念的理解和知識的構(gòu)建。5E教學模式下的學習過程不是被動灌輸，而是在情境中完成協(xié)作實現(xiàn)主動建構(gòu)。教師不再是知識的傳授者，學生通過對探究過程的全程參與，對科學概念、科學方法及科學本質(zhì)的全面掌握，構(gòu)建新的概念與知識。

從20世紀80年代末開始，美國生物學課程研究會就已經(jīng)大規(guī)模地使用5E教學模式：（1）構(gòu)成大量成果的文件，例如課程框架、評估指導(dǎo)或課程大綱；（2）不同范圍和數(shù)量的課程資源；（3）調(diào)整教師的職業(yè)發(fā)展、非正式教育的設(shè)置和除科學以外的其他學科。我國自1999年引進并小范圍內(nèi)推廣此類教材，近年來越來越多地被應(yīng)用于中小學科學課程中。

2 科技館教育的特征、形式及現(xiàn)狀

科技館教育，主要以展示為基礎(chǔ)，以參與、互動、體驗的形式，鼓勵觀眾自己動手操作、觀察體驗、探究學習?？萍拣^教育的基本特征是通過模擬在線的科學實踐，為觀眾營造探究式學習的情境，從而使其獲得直接經(jīng)驗。它調(diào)強學生親自實踐，再現(xiàn)并親歷科學研究過程，進而掌握新的科學知識及概念。

廣東科學中心策劃了豐富的科學教育活動，如主題導(dǎo)覽式工作紙活動、專項科學探究活動，以及創(chuàng)意機器人系列活動、開放實驗室活動等。其中專項探究活動是一項有組織的依托展項開展的非正規(guī)教育活動，學生在科技館輔導(dǎo)員的指導(dǎo)下，就某個展項或某一主題下的相關(guān)展項，完成一定的學習任務(wù)。

展示和教育是科技館的基本功能，而展示也是教育的一種形式或手段。科技館已從過去的“以展代教”、“重展輕教”，發(fā)展到現(xiàn)在的“展教并重”，并逐步由“展”向“教”傾斜。當下，科技館的科學教育活動被視為校外科學教育實踐活動的主要形式。我國各地科技館正在不斷開發(fā)有關(guān)教育資源，特別是與學校的合作。

3 科學探究活動的開發(fā)設(shè)計

廣東科學中心引入5E教學模式，依托“擺長最重要”展項（見圖1），選定小學3—4年級學生為對象，邀請科技骨干教師參與，開發(fā)設(shè)計了“擺的快慢”專項科學探究活動。

3.1 吸引（Engagement）

吸引學生參與到教學活動中來?？萍拣^輔導(dǎo)員通過設(shè)置情境及布置任務(wù)，將學生的注意力集中到一個物體、問題或事件上。讓學生聯(lián)系以前的經(jīng)歷，并暴露出錯誤概念，轉(zhuǎn)而關(guān)注當前活動。

在這一階段，輔導(dǎo)員由兒童熟知或喜愛的事物出發(fā)，如“玩過秋千嗎？”、“見過鐘擺嗎？”等，吸引孩子的注意，將其引入學習狀態(tài)。然后，輔導(dǎo)員針對“擺長最重要”展項提出問題，通過小組討論找出秋千、鐘擺和擺的共同點，逐步引出活動主題，期間了解學生對擺的已有認知及其對有關(guān)概念的掌握和描述。

3.2 探究（Exploration）

輔導(dǎo)員介紹概念，引導(dǎo)學生進行探究。探究的過程中，學生是主體，教師的作用是協(xié)助學生闡明準確的概念并獲得直接經(jīng)驗。

輔導(dǎo)員根據(jù)上一階段中學生對擺的認知程度，借助《單擺》掛畫（見圖2），首先簡單介紹擺的基本概念，如擺長、擺幅、周期（快慢）和擺錘重量等。然后，引導(dǎo)學生利用展項，分別探究擺的快慢與擺長、擺幅和擺錘重量之間的關(guān)系?！皵[長最重要”展項設(shè)有五個擺，擺1、擺2和擺3的擺錘重量相同而擺長不同，擺3和擺4的擺長相同而擺錘重量不同，擺的下方有一個橫桿可以控制這四個擺的擺幅大小，擺5則可以隨意調(diào)節(jié)擺長。

（1）擺的快慢與擺長之間的關(guān)系：引導(dǎo)學生以小組為單位，設(shè)定擺幅相同、擺錘重量相同的前提下，借助擺1、擺2和擺3，探究擺長對擺的快慢的影響。利用橫桿將擺1、擺2和擺3提高到相同的高度，然后放下并開始計時30 s，記錄相同時間內(nèi)三個擺分別完成的擺動次數(shù)。

（2）擺的快慢與擺錘重量之間的關(guān)系：引導(dǎo)學生以小組為單位，設(shè)定擺幅相同、擺長相同的前提下，借助擺3和擺4，探究擺錘重量對擺的快慢的影響。利用橫桿將擺3和擺4提高到相同的高度，然后放下并開始計時30 s，記錄相同時間內(nèi)兩個擺各自完成的擺動次數(shù)。

（3）擺的快慢與擺幅之間的關(guān)系：引導(dǎo)學生以小組為單位，選取一個擺（為方便觀察和操作，可選擇擺1或擺4），探究擺幅對擺的快慢的影響。先后將橫桿提到不同的高度，然后放下并開始計時30 s，記錄不同擺幅下的擺動次數(shù)。

3.3 解釋（Explanation）

解釋，是指讓概念、過程或技能變得易于理解的行為，是將探究經(jīng)歷排序的過程。在這個階段，輔導(dǎo)員要鼓勵并提醒學生根據(jù)已有的知識經(jīng)驗，針對探究的過程與結(jié)果進行分析、推理，給出自己的解釋。輔導(dǎo)員基于學生的解釋，簡短、清楚、直接地展現(xiàn)概念、過程或技能，為進入下一階段做鋪墊。

學生以小組為單位，對各環(huán)節(jié)的探究進行小結(jié)，并得出整個探究過程的結(jié)果。輔導(dǎo)員則引導(dǎo)學生分別就三個探究環(huán)節(jié)進行分析，并推理出最后的結(jié)論。在各組學生各自敘述了各環(huán)節(jié)的結(jié)果之后，輔導(dǎo)員應(yīng)進行概括總結(jié)。如第一個探究環(huán)節(jié)得出：擺長越長，擺動越慢；擺長越短，擺動越快。第二個探究環(huán)節(jié)得出：無論重擺錘或輕擺錘，擺不分快慢，即擺錘重量不影響擺動速度。第三個探究環(huán)節(jié)得出：擺幅的大小，對擺的快慢沒有影響。綜合三個環(huán)節(jié)得出：擺的快慢與擺幅、擺錘重量無關(guān)，僅與擺長有關(guān)。擺長越長，擺動越慢；擺長越短，擺動越快。

3.4 精致（Elaboration）或延伸（Extension）

精致或延伸，也稱為遷移。在這一階段，學生參與討論并尋找信息，詳細闡述或擴展前一階段獲得的概念、過程或技能，展現(xiàn)完成任務(wù)的方法并為之辯護。輔導(dǎo)員則指導(dǎo)學生將所獲得的概念或技能，向相關(guān)的新情境中進行遷移延伸，并引導(dǎo)他們互相學習、互促互進。

如引導(dǎo)學生繼續(xù)測量在第一個探究環(huán)節(jié)中擺1、擺2和擺3的擺長，與它們對應(yīng)的擺動次數(shù)。然后，借助擺5繼續(xù)探究擴展，進一步鞏固知識：設(shè)計一個特殊的擺，1 min能擺動60次。最后，引導(dǎo)學生將活動中得到的知識向其他展項進行延伸，如“傅科擺”、“蛇形擺”、“混沌擺”等。

3.5 評價（Evaluation）

評價不是一個特定的階段，是用正式和非正式的方法評價學生對新概念、新技能的理解及應(yīng)用能力。非正式的評價貫穿于整個5E過程，可以是學生自評、互評，也可以是輔導(dǎo)員給予評價。在精致或延伸階段之后，輔導(dǎo)員可以就學習效果以及每個學生的表現(xiàn)、理解水平等，進行一次正式評價。

在整個活動開展的各個階段，學生之間可以就各自或?qū)Ψ降牟僮?、結(jié)論、合作等進行評價。輔導(dǎo)員則可以在最后階段對學生在活動中的表現(xiàn)，對新知識的學習、任務(wù)完成的快慢、實驗器材使用的規(guī)范、探究過程表現(xiàn)出的科學態(tài)度、各組的團隊協(xié)作等進行評價。

4 結(jié)語

綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)5E教學模式鼓勵學生在既定的情境或創(chuàng)設(shè)的情境中，進行科學探究，并對探究的過程、結(jié)果進行解釋、闡述、延伸等，形成新的知識、技能或經(jīng)驗。這與科技館教育為觀眾營造探究式學習的情境，使其獲得直接經(jīng)驗的特征，以及啟迪科學思維、培育科學精神、培養(yǎng)科學方法的目的極為吻合，值得在科技館科學探究活動開發(fā)中借鑒使用。

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