基于“5E”教學(xué)模式的物理觀念教學(xué)探討

邱蕾 袁海泉

[摘 要]“5E”教學(xué)模式是發(fā)展學(xué)生物理觀念的有效途徑，基于“5E”教學(xué)模式，以物理觀念的培養(yǎng)為目標(biāo)導(dǎo)向，可以豐富“5E”教學(xué)模式的內(nèi)涵，強(qiáng)化物理觀念教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]“5E”教學(xué)模式;物理觀念;物理教學(xué)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2022）05-0057-03

目前，物理教學(xué)比較注重物理基本概念、客觀規(guī)律的講授，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生采用死記硬背的方式學(xué)習(xí)物理，這樣學(xué)生獲得的物理知識(shí)大多是一些零碎、散亂的物理概念、規(guī)律、公式以及解題技巧，因此，當(dāng)學(xué)生面對(duì)新情境中的問(wèn)題時(shí)常會(huì)束手無(wú)策。究其原因，很大程度上是教師不重視物理觀念的教學(xué)，學(xué)生沒(méi)有形成整體的物理觀念。物理觀念是學(xué)生認(rèn)識(shí)物理概念和物理規(guī)律后在頭腦中形成的概括性認(rèn)識(shí)，是對(duì)概念和規(guī)律的提煉和升華，能夠指導(dǎo)學(xué)生反作用于客觀事實(shí)，并影響學(xué)生的物理學(xué)習(xí)和研究活動(dòng)?？梢?jiàn)，物理觀念的形成對(duì)學(xué)生的物理素養(yǎng)及終身學(xué)習(xí)起到了重要的作用，物理觀念的教學(xué)無(wú)疑是當(dāng)前物理教學(xué)的當(dāng)務(wù)之急。

一、“5E”教學(xué)模式是形成與發(fā)展學(xué)生物理觀念的有效方法

（一）“5E”教學(xué)模式的基本內(nèi)涵

“5E”教學(xué)模式共分五步，這五步分別是吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評(píng)價(jià)（Evaluation） [1]。“吸引”是“5E”教學(xué)模式的起始環(huán)節(jié)，教師創(chuàng)設(shè)情境暴露學(xué)生的前概念，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！疤骄俊笔恰?E”教學(xué)模式的中心環(huán)節(jié)，學(xué)生采取小組合作的方式參與，針對(duì)特定的內(nèi)容開(kāi)展探究活動(dòng)。“解釋”是“5E”教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生用自己的語(yǔ)言展示探究過(guò)程及結(jié)果，教師進(jìn)一步規(guī)范物理知識(shí)的表達(dá)。在“遷移”階段，學(xué)生運(yùn)用新知識(shí)解釋新情境中的問(wèn)題，甚至解決新問(wèn)題，全方位地理解新知識(shí)的深刻內(nèi)涵。在“評(píng)價(jià)”階段，需要評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解水平和新技能的應(yīng)用情況，同時(shí)教師在這一環(huán)節(jié)可以評(píng)估自己的教學(xué)效果。

（二）“5E”教學(xué)模式對(duì)物理觀念教學(xué)的適用性

“5E”教學(xué)模式是當(dāng)前科學(xué)教育領(lǐng)域能夠體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)教育理論的重要教學(xué)模式之一，最終目標(biāo)是指向?qū)W生科學(xué)概念的構(gòu)建，發(fā)展學(xué)生解決問(wèn)題的能力，而物理觀念的培養(yǎng)目標(biāo)與其具有高度的一致性，要求學(xué)生能夠形成關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)，能夠在頭腦中提煉和升華物理概念和規(guī)律，并能從物理學(xué)的視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題[2]，因此，“5E”教學(xué)模式無(wú)疑為物理觀念教學(xué)的實(shí)施提供了更多的可能性。此外，物理觀念的形成過(guò)程既需要認(rèn)知，又需要體驗(yàn)，還要避免物理知識(shí)的機(jī)械記憶，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在積極主動(dòng)的探究活動(dòng)中理解掌握物理知識(shí)，并概括提煉形成物理觀念[3]。BSCS 開(kāi)展的一項(xiàng)實(shí)證研究表明，“5E”教學(xué)模式比傳統(tǒng)的教學(xué)模式更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的提高，也更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！?E”教學(xué)模式的各個(gè)環(huán)節(jié)都強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主構(gòu)建，注重讓他們經(jīng)歷探究過(guò)程并重視解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，通過(guò)循序漸進(jìn)的教學(xué)流程真正實(shí)現(xiàn)物理觀念的深刻轉(zhuǎn)變?？梢哉f(shuō)，“5E”教學(xué)模式為物理觀念教學(xué)指明了方向。

二、基于“5E”教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的教學(xué)策略

基于物理觀念的培養(yǎng)目標(biāo)，本文設(shè)計(jì)了“5E”教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)活動(dòng)及觀念建構(gòu)層級(jí)，如圖1所示。

首先，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，在對(duì)情境的觀察中得到物理事實(shí)，在對(duì)既往知識(shí)的回憶中重現(xiàn)既往經(jīng)驗(yàn)，為物理觀念的建構(gòu)提供條件。接著，設(shè)置合作探究活動(dòng)，適時(shí)引導(dǎo)，讓學(xué)生在主動(dòng)探究中初步明確物理概念，在思維深加工中嘗試?yán)斫鈨?nèi)在規(guī)律。在解釋環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)探究過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行分析，同時(shí)教師使用專業(yè)術(shù)語(yǔ)規(guī)范表述概念規(guī)律，初步建構(gòu)物理觀念。然后，創(chuàng)設(shè)新的情境，鼓勵(lì)學(xué)生在新情境中拓展運(yùn)用概念，強(qiáng)化問(wèn)題解決意識(shí)，促使學(xué)生用物理觀念指導(dǎo)實(shí)踐。最后，運(yùn)用正式或非正式的多種評(píng)價(jià)方式，評(píng)定學(xué)生對(duì)相關(guān)物理概念的掌握情況。

（一）吸引：創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突

為進(jìn)一步探索求知，需要在教學(xué)中制造認(rèn)知沖突，向?qū)W生呈現(xiàn)原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)和新知識(shí)無(wú)法包容的矛盾，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣?；谖锢碛^念的培養(yǎng)，我們認(rèn)為有三種不同的認(rèn)知沖突：前概念與科學(xué)概念之間的沖突;新舊知識(shí)之間的沖突;科學(xué)爭(zhēng)論引發(fā)的沖突?；诖?，教師需要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和知識(shí)基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境，誘發(fā)認(rèn)知沖突。

（1）前概念與科學(xué)概念之間的沖突

前概念指的是學(xué)生在日常生活中所習(xí)得的（或理解的）概念，當(dāng)前概念與科學(xué)概念具有一定的聯(lián)結(jié)性或沖突性時(shí)，科學(xué)概念的學(xué)習(xí)就比較容易。引發(fā)這類認(rèn)知沖突的策略是創(chuàng)設(shè)直觀的問(wèn)題情境，比如真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或日常體驗(yàn)，學(xué)生已有的粗略、模糊的知識(shí)與教師創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情境存在顯著的差異，就會(huì)引發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或日常體驗(yàn)進(jìn)行重新思考。例如，學(xué)生通常會(huì)認(rèn)為物體受到的支持力等于物體自身的重量，但這一結(jié)論是物體靜止在水平面上成立，一旦物體在豎直方向上具有了加速度，就變得不一樣了，因此教師可以利用這一錯(cuò)誤的前概念設(shè)計(jì)一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察“人突然下蹲、突然站起來(lái)”體重計(jì)示數(shù)的變化，此時(shí)錯(cuò)誤的前概念引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，教師適時(shí)引出“超重與失重”的新概念，為運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念的形成創(chuàng)造條件。

（2）新舊知識(shí)之間的沖突

物理概念的教學(xué)往往是由淺入深的，很多新知識(shí)是舊知識(shí)的延伸和拓展。學(xué)生在新舊知識(shí)的連接點(diǎn)上，如果不能順利地將新知識(shí)同化到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突。引發(fā)這類認(rèn)知沖突的策略是重現(xiàn)既往知識(shí)，同時(shí)充分利用新舊知識(shí)的連接點(diǎn)，引出新知識(shí)，發(fā)現(xiàn)新舊知識(shí)的關(guān)聯(lián)，引發(fā)認(rèn)知沖突，采取的教學(xué)策略通常是講授法。例如，初中階段給出的功的定量表達(dá)式為[W=Fs]，功是力與物體在力的方向上通過(guò)的距離的乘積。到了高中階段，在認(rèn)識(shí)到力和位移都是矢量之后，需要重新討論功的定義，給出功的矢量表達(dá)式[W=F?s=Fscos θ]，功等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積。

（3）科學(xué)爭(zhēng)論引發(fā)的沖突

追溯科學(xué)的演進(jìn)歷程，科學(xué)真理向來(lái)是所有科學(xué)家的畢生追求，但科學(xué)的進(jìn)步往往伴以激烈的斗爭(zhēng)和爭(zhēng)論。由于社會(huì)背景、人文環(huán)境、科學(xué)研究的種種限制，一些在當(dāng)時(shí)不被眾人接受的科學(xué)理論有可能明天就會(huì)成為科學(xué)界廣泛接納和認(rèn)同的說(shuō)法，由此可見(jiàn)，科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)否定之否定螺旋上升的過(guò)程。因此，可以重現(xiàn)科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的爭(zhēng)論，帶領(lǐng)學(xué)生親身體會(huì)科學(xué)發(fā)展的過(guò)程，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的批判質(zhì)疑精神。例如，教師以17世紀(jì)光的微粒說(shuō)與波動(dòng)說(shuō)之爭(zhēng)為背景，帶領(lǐng)學(xué)生感受學(xué)界泰斗上下求索、追求真理的過(guò)程，講述人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)是由矛盾對(duì)立走向辯證統(tǒng)一的，使學(xué)生經(jīng)歷物理觀念變革的洗禮，從而為物質(zhì)觀念的形成提供條件。

（二）探究：設(shè)置合作探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展合作探究

物理觀念的形成，與科學(xué)探究活動(dòng)的開(kāi)展息息相關(guān)。學(xué)生親歷探究過(guò)程，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、分析論證、合作交流的過(guò)程中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的物理思維，引導(dǎo)學(xué)生參與物理概念和規(guī)律的構(gòu)建過(guò)程，使學(xué)生物理觀念的形成由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。教師在探究環(huán)節(jié)的作用是學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者，為學(xué)生提供一些必需的支架式支持，比如實(shí)驗(yàn)儀器、問(wèn)題鏈，支架的支持方式和支持力度取決于學(xué)習(xí)任務(wù)的性質(zhì)、學(xué)習(xí)者的真實(shí)能力。此外，在學(xué)生遇到困難時(shí)不能直接說(shuō)明答案，而是通過(guò)問(wèn)題或建議的形式給學(xué)生恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，同時(shí)避免讓學(xué)生過(guò)快得到結(jié)論。

例如，在教學(xué)杠桿平衡條件時(shí)，可以設(shè)計(jì)如表1所示的探究活動(dòng)，從學(xué)生的認(rèn)知水平出發(fā)，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中將要解決的問(wèn)題或可能產(chǎn)生的困惑，將教材知識(shí)轉(zhuǎn)換成為層次鮮明、具有系統(tǒng)性的一連串的教學(xué)問(wèn)題，讓學(xué)生能夠沿著問(wèn)題支架逐步攀升，體驗(yàn)像科學(xué)家那樣探索物理世界的過(guò)程，從而獲得更加生動(dòng)、豐富的感性認(rèn)識(shí)。

（三）解釋：系統(tǒng)歸納總結(jié)，規(guī)范概念規(guī)律

物理觀念需要具體的物理知識(shí)作為支撐，但不等同于物理知識(shí)的簡(jiǎn)單積累，而是對(duì)物理知識(shí)的凝練提升。因此在解釋環(huán)節(jié)，為了初步建構(gòu)物理觀念，需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，規(guī)范概念和規(guī)律的定義、術(shù)語(yǔ)、公式表達(dá)，引導(dǎo)學(xué)生思考：物理知識(shí)與哪些物理觀念相對(duì)應(yīng)？物理觀念與支撐它的物理知識(shí)之間存在怎樣的關(guān)系？從而讓學(xué)生站在一個(gè)更高的層面看待物理知識(shí)。此外，還可以類比相關(guān)物理知識(shí)，尋找物理知識(shí)之間的統(tǒng)一性，促進(jìn)觀念的改組并形成新的觀念框架，使新知識(shí)成功融入重構(gòu)的觀念框架中。

例如，在進(jìn)行“電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能轉(zhuǎn)化的關(guān)系”教學(xué)時(shí)，就可以借助類比法。因?yàn)榇饲皩W(xué)生已建立了功是能量轉(zhuǎn)化的量度及重力做功與重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化關(guān)系等觀點(diǎn)，所以在教學(xué)中可以讓學(xué)生通過(guò)類比法體會(huì)電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能轉(zhuǎn)化的關(guān)系。這樣，新的能量觀念被整合到原有的觀念框架中，進(jìn)一步拓展了物理觀念的廣度和深度。

（四）遷移：拓展運(yùn)用概念，強(qiáng)化問(wèn)題解決

物理觀念形成的重要標(biāo)志是學(xué)生能夠從物理學(xué)的視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題，因此在遷移環(huán)節(jié)，學(xué)生需要運(yùn)用物理觀念解決實(shí)際問(wèn)題，問(wèn)題盡可能地選取“原始”物理問(wèn)題，即自然界及社會(huì)生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理問(wèn)題。原始問(wèn)題往往只暴露了現(xiàn)象的某些特征，需要從中抽象并設(shè)置物理量，因此能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的各種物理觀點(diǎn)、思想方法，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決陌生復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的能力，達(dá)到用物理觀念指導(dǎo)實(shí)踐的目的。

例如，在秋冬季的夜晚脫衣服時(shí)經(jīng)?？吹交鸹?，請(qǐng)完整解釋這一現(xiàn)象。此現(xiàn)象可以用平行板電容器模型對(duì)其做出粗略解釋。脫衣服時(shí)衣服相互摩擦，相互摩擦的兩物體緊密接觸時(shí)，其電壓是有限的，由電容器電容的定義可知，如果平行板電容器帶電荷量不變，分離時(shí)相互間的距離（相當(dāng)于平行板電容器兩極板的距離）有巨大變化，帶電物體的電容非常小，那么即使只帶少量電荷，也會(huì)產(chǎn)生非常高的靜電電壓，產(chǎn)生電火花[4]。

（五）評(píng)價(jià)：運(yùn)用多種方式，評(píng)定掌握情況

評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)是檢查學(xué)生物理觀念建構(gòu)水平的環(huán)節(jié)，也是反思教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度的環(huán)節(jié)。評(píng)價(jià)的形式多樣，就評(píng)價(jià)主體而言，可分為自評(píng)、互評(píng)、師評(píng)、組評(píng);就評(píng)價(jià)方式而言，可以分為正式評(píng)價(jià)和非正式評(píng)價(jià);就評(píng)價(jià)工具而言，可分為評(píng)價(jià)表、測(cè)試題、思維導(dǎo)圖?；谟^念建構(gòu)，正確的做法是，為學(xué)生搭建體驗(yàn)、評(píng)價(jià)、交流的平臺(tái)，提供概括反思的方向和線索。如引導(dǎo)學(xué)生反思對(duì)核心概念的理解程度、能力的養(yǎng)成情況、觀念框架的架構(gòu)層次等[5]。

三、結(jié)論與啟示

物理觀念的提出對(duì)中學(xué)物理的教與學(xué)提出了更高的要求，促使一線物理教師重新審視“知識(shí)為本”的教學(xué)現(xiàn)狀，同時(shí)也對(duì)學(xué)生學(xué)科能力的培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)?！?E”教學(xué)模式對(duì)物理觀念的形成與發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，在主動(dòng)探究中使學(xué)生明確物理概念，在知識(shí)的解釋歸納中初步建構(gòu)物理觀念，在新情境中落實(shí)用物理觀念指導(dǎo)實(shí)踐能力的養(yǎng)成，并在評(píng)價(jià)過(guò)程中完成物理觀念的進(jìn)一步提升。因此，將“5E”教學(xué)模式作為實(shí)施物理觀念教學(xué)的路徑和模板，開(kāi)展積極的教學(xué)嘗試，相信實(shí)證性的教學(xué)研究會(huì)取得理想的效果。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 吳成軍，張敏.美國(guó)生物學(xué)“5E”教學(xué)模式的內(nèi)涵、實(shí)例及其本質(zhì)特征[J].課程·教材·教法，2010（6）：108-112.

[2]? 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]? 王高.物理觀念的構(gòu)成及培養(yǎng)策略[J].教育研究與評(píng)論（中學(xué)教育教學(xué)），2016（10）：52-56.

[4]? 沈夢(mèng)露.對(duì)原始物理問(wèn)題的一些思考[J].考試周刊，2015（92）：141.

[5]? 曾志旺. 物理觀念及其形成與發(fā)展的教學(xué)策略[J].物理通報(bào)，2016（11）：15-18.

（責(zé)任編輯 易志毅）