融合中華傳統文化的初中物理5E教學模式

王正全 趙高森 董皓 李紅梅

摘? ?要：初中物理課堂教學中融入中華傳統文化有助于優秀傳統文化的傳承與發展。以5E教學模式的5個教學環節為線索，將“桿秤”這一傳統測量工具融入初中物理課堂教學，不僅能激發學生的學習興趣，培養學生的觀察分析能力、科學探究能力、語言表達能力和遷移應用能力，還能在初中物理課堂中弘揚中華優秀傳統文化。

關鍵詞：5E教學模式；中華傳統文化；初中物理；桿秤

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）4-0061-4

中華傳統文化是中華民族幾千年文明的結晶，是中華民族在長期自由自覺的活動中所積累和沉淀下來的對中華民族歷史進程起著推動作用的包括物質、制度、精神等各事物的總稱[1]。將中華傳統文化融入初中物理課堂教學，創設真實的物理情境，不僅能夠吸引學生的注意力、增強學生學習物理的興趣，也可以提升學生的愛國精神和民族自豪感。

5E教學模式是一種探究教學模式，它包括5個教學環節：參與（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）。該教學模式可以用來探查學生的前科學概念，讓學生經歷科學探究過程，增進其對科學探究的理解，發展其科學探究能力［2］。基于5E教學模式，將傳統的稱量工具桿秤應用于人教版初中物理“杠桿的平衡條件”教學中，在提高學生觀察分析能力、科學探究能力、語言表達能力和物理學習興趣的同時，實現弘揚優秀傳統文化的目的。

1? ? 5E模式在“杠桿的平衡條件”教學中的應用

在中國已有千年歷史的桿秤蘊含著濃厚的傳統文化氣息，是中國古代廣大勞動人民勤勞與智慧的結晶。以5E教學模式的5個教學環節為線索，將桿秤引入到“杠桿的平衡條件”的物理課堂教學中，幫助學生構建新概念的同時，向學生傳達中華傳統文化不朽的力量和無限的魅力。

1.1? ? 引入桿秤激發認知沖突

在科技高速發展的今天，桿秤這一傳統的稱量工具已很少使用，取而代之的是方便快捷的電子秤，導致大部分學生（尤其是城鎮學生）對桿秤比較陌生。所以，在探究杠桿的平衡條件之前，教師播放一段“桿秤稱肥豬”的視頻，讓學生了解桿秤，并提問：桿秤真的能稱量出肥豬的重量嗎？學生表示懷疑。

如圖1所示，教師拿出一根比視頻中小得多的桿秤。先用桿秤稱量出蘋果的重量，再用電子秤進行驗證。

驗證結果表明，桿秤稱量值和電子秤稱量值雖然存在一定的誤差，但足以證明桿秤能夠稱量出物體的重量。學生一片驚呼，課堂氣氛活躍起來，教師順勢提問：結合剛剛學習的新概念，你能判斷桿秤實質上是什么嗎？

學生觀察后作答：杠桿。

教師進一步提問：桿秤這一杠桿稱量物體重量的原理是什么？

設計意圖：在5E教學模式參與環節，教師要通過創設情境或設計活動吸引學生的注意力，從而激發學生的認知沖突，使學生通過和教師、同學的互動構建新知。在學生普遍認知中，一頭肥豬的重量遠遠大于秤砣，教師引入桿秤，使小小的秤砣起到了“四兩撥千斤”的效果，和學生的原有認知相沖突。因此，通過桿秤得出蘋果的真實重量，進一步激發了學生的好奇心和求知欲。

1.2? ? 探究問題答案

活動一：尋找桿秤稱量線索

將學生分為若干小組，每個小組分配一根桿秤，讓學生觀察桿秤，并利用桿秤模仿視頻中的操作，嘗試稱量身邊的一些物品。

問題1：如何尋找出杠桿的五要素？

問題2：稱量時，要使桿秤處于什么狀態？

問題3：如何使桿秤達到這種狀態？

基于以上問題，教師引導學生制作出桿秤簡易圖，如圖2所示。然后，啟發學生發散抽象思維，構建物理模型，作出桿秤的杠桿示意圖，如圖3所示。

經歷桿秤的實際操作及物理模型的建構過程，學生可以知道以下信息：

（1）秤砣提供動力F1，稱量重物提供阻力F2，且通常F2>>F1。

（2）稱量重物時，秤桿要處于水平平衡狀態。

（3）阻力臂l2一定時，要使秤桿達到水平平衡狀態，就要調節秤砣的位置，即調節動力臂l1的大小。

整合以上信息，經過小組討論、思考，再加以教師的啟發，提出了猜想：桿秤的動力、動力臂、阻力、阻力臂之間可能存在某種等量關系，需要進行定量的實驗探究。

活動二：進行科學實驗探究

教師引導學生閱讀課本“探究杠桿的平衡條件”的實驗內容。閱讀后，學生以小組為單位，采用如圖4所示的實驗器材代替桿秤進行多組實驗探究。

教師提問：實驗前為什么要調節杠桿兩端的螺母，使其在不掛鉤碼時達到水平平衡狀態？

學生答：這樣做可以使力臂和杠桿的刻度尺在一條直線上，方便讀出動力臂和阻力臂的大小。

教師提問：為什么要讓支點位于杠桿的中央呢？

學生答：為了減小杠桿自身重力對實驗造成影響。

學生將實驗數據填入對應表格后，教師提問：從表格記錄的多組數據中，能否分析出它們之間有什么關系？

學生小組討論后答：動力×動力臂=阻力×阻力臂，即F1l1=F2l2。

為了能直接讀出力的大小，教師啟發學生將動力臂一側的鉤碼替換為彈簧測力計。先豎直拉動彈簧測力計使杠桿平衡，再斜拉。

教師提問：斜拉彈簧測力計使杠桿平衡時，彈簧測力計示數發生了什么變化？為什么？

學生作圖分析、討論后答：彈簧測力計示數變大，因為斜拉彈簧測力計后動力臂變小了，而阻力臂和阻力不變，所以動力變大。

教師提問：現在你能嘗試解答桿秤是如何稱量出物體重量的嗎？

學生小組討論后作答：使用桿秤時，將重物懸掛在秤鉤上，一只手提吊環，一只手不斷調整秤砣的位置。待秤桿水平平衡時，根據杠桿的平衡條件F1l1=F2l2，可得出物體的重量為F2=，質量為m=。

活動三：追溯桿秤歷史淵源

探究完桿秤的工作原理，有必要讓學生進一步了解桿秤的發展歷史和寓意，感受中華優秀傳統文化的奇妙。相傳桿秤是由春秋時期魯班發明的，但也有說是輔佐越王勾踐的范蠡發明的。桿秤在中國歷史上的發展演變可劃分為三個時期、兩個階段[3]，如圖5所示。

桿秤的制作需要一百多道工序，秤桿上原有十三顆星，代表著北斗七星和南斗六星。后來，為了防止商家缺斤少兩，增加了“福”“祿”“壽”三顆星，則一斤就有十六兩，缺一兩少福，缺二兩少祿，缺三兩少壽［4］。桿秤這一歷史悠久的傳統手工藝品，體現了歷史長河里中國勞動人民誠信、智慧、勤懇、善良的優秀品質。學習桿秤使用原理的同時，也會傳承桿秤背后所蘊含的不朽精神。

設計意圖：“探究”是5E教學模式的核心。在本環節，學生要在教師的啟發下觀察現象、建立事物之間的聯系、概括規律。通過動手操作、場景研究、實驗研究去解決引入環節的認知沖突。教師通過三個活動設計，讓學生以小組為單位，經歷觀察、摸索、實驗、總結等一系列過程，幫助學生構建“杠桿的平衡條件”概念的同時，也讓學生知道桿秤的工作原理和起源發展。既培養了學生的科學思維和科學探究能力，又傳承了中華傳統文化。

1.3? ? 通過解釋明確物理概念

出聲思維就是要讓學生將其思維過程充分展現出來，借助語言向老師或者同學吐露其內隱的思維過程[5]。在此環節，教師要給學生提供充分的機會，讓學生通過發言來描繪他們所觀察到的事物，并解釋原因。不僅要解釋學到的新概念，還要解釋學到的新方法；不僅要知其然，還要知其所以然。要把將要解釋的新概念和探究過程中獲得的證據聯系起來，形成完整的邏輯體系。

教師可按圖6所示的流程來進行本環節的教學。首先，組織學生進行小組內的表達交流，給每個學生表達的機會，解釋“杠桿的平衡條件”的概念，并講解獲得該概念的證據和方法。其次，小組選出代表進行小組間的表達交流，代表發言要盡量簡練，解釋“桿秤”的稱量原理以及探究該原理的過程。最后，教師對學生進行評價，并用最精煉的語言給出正確的解釋。

1.4? ? 遷移細化加深概念理解

根據桿秤在生活中應用時常遇到的問題，教師設計以下三個遷移問題。

遷移問題1：如圖7所示，生活中常見的桿秤一般有兩個吊環，何種情況采用A吊環，何種情況采用B吊環？

學生作答：采用B吊環和采用A吊環相比，杠桿的阻力臂l2變小，若F1l1不變，由杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可知，阻力F2變大。即A吊環一般是稱量重量較小的物體，而B吊環一般是稱量重量較大的物體。

遷移問題2：俗語“秤有頭高頭低”的意思是，在生意中用桿秤稱量物品時，秤頭有時翹起，有時下沉，那么秤頭翹起和下沉分別有利于買家還是賣家呢？

學生作答：秤頭指的是秤鉤那一端，如圖8所示。秤頭翹起時杠桿沿F1方向轉動，則F1l1>F2l2，說明l1大于平衡時的狀態，有利于賣家。反之，秤頭下沉時杠桿沿F2方向轉動，則F1l1<F2l2，說明l1小于平衡時的狀態，有利于買家。

遷移問題3：有商家在賣商品時，將桿秤的標準秤砣替換成質量較小的秤砣，這樣做的結果是？

學生作答：秤砣質量減小即F1減小，而F2l2不變，由杠桿的平衡條件可知，l1增大，這是無良商家欺騙買家的一種手段。

設計意圖：經歷以上四個環節的學習，學生已構建起新概念。在“遷移”環節，學生需要利用所學知識解決相關問題和解釋相關現象，以加強對新概念的理解和應用。教師為學生設計了與桿秤相關的三個問題，讓學生運用杠桿的平衡條件來解決實際問題，幫助學生進一步將所學新概念內化到認知結構中。

2? ? 利用評價促進學生成長

5E教學法中，“評價”貫穿于整個課堂教學，在“參與”“探究”“解釋”“遷移”各個環節均有體現[6]。以本堂課為例，教師可在如下幾個環節對學生進行評價：在引入環節，對桿秤的課堂引入效果進行評價；在探究環節，對學生觀察能力、實驗效果、小組合作情況、新概念掌握情況進行評價；在解釋環節，對學生小組內、小組間的表達效果進行評價；在遷移環節，對學生應用新概念解決桿秤相關問題的效果、解釋其他生活現象的情況進行評價。除此以外，教師也可以鼓勵學生進行自評和互評，在評價的過程中促進學生科學思維能力和語言表達能力的發展。

3? ? 結束語

5E教學模式的5個教學環節環環相扣，應用在初中物理課堂教學中，可有效提升學生的學習興趣，培養學生觀察、分析、探究、合作、語言表述、遷移實踐等能力。在進行“杠桿的平衡條件”課堂教學時，以5E教學模式的5個教學環節為線索，以“桿秤”這一傳統測量工具為載體，創設真實情境，激發學生的學習興趣，引導學生建模，培養其抽象思維。讓學生以小組合作的形式展開猜想、探究、解釋、遷移、評價等系列活動，促使其科學探究能力的提升。同時，在本節課的教學中，透過桿秤，可讓學生切身感受到古人的勤勞與智慧，促進其民族自豪感的提升，期盼更多的中華傳統文化走進初中物理課堂，使中華優秀傳統文化在物理教學進程中得到傳承與弘揚。

參考文獻：

［1］張樹瑋，吳偉.將中華傳統文化資源融入中學物理教學途徑的探討［J］.中學物理教學參考，2015，44（12）：51-53.

［2］汪曉.基于“5E”教學模式促進科學本質理解的教學實踐——以“磁場”教學為例［J］.物理教學，2018，40（9）：40-41.

［3］張勛燎.桿秤的起源發展和秦權的使用方法——兼論四川、河南出土的漢權［J］.四川大學學報（哲學社會科學版），1977（3）：52-60.

［4］李建，李鴻，陶艷紅.基于生活的初中物理教學設計策略——以“杠桿”教學為例［J］.物理之友，2022，38（6）：13-16.

［5］顏國英，張皓晶，鄭原琛，等.5E教學法在中學物理重心概念教學中的探討[J].物理教師，2018，39（5）：27-29.

［6］謝夢逸，張皓晶，保永亮，等.傣族地區本土元素融合5E教學法在高中物理教學中的應用[J].物理教學探討，2022，40（2）：64-66，71.

（欄目編輯? ? 賈偉堯）