基于“5E”教學(xué)模式的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)探究

李對(duì)平

【摘要】“5E”教學(xué)模式是一個(gè)建構(gòu)主義教學(xué)方法，注重學(xué)生對(duì)概念的自主建立，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科的教學(xué)中.本文以人教版“液體的表面張力”課程為例，探討“5E”教學(xué)方法的建立，從新課引領(lǐng)、實(shí)踐探索、微觀理解、知識(shí)運(yùn)用、綜合評(píng)估等五個(gè)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)展開課程設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)實(shí)施，以此達(dá)到物理專業(yè)核心素養(yǎng)的有效訓(xùn)練.

【關(guān)鍵詞】“5E”教學(xué)模式；高中物理；液體的表面張力

在新課程背景下，為了突破傳統(tǒng)的物理教學(xué)模式，以“液體的表面張力”為例，探索采用“5E”教學(xué)模式，通過引入、探索、理解、延伸、評(píng)價(jià)等五個(gè)教育環(huán)節(jié)開展高中物理課程設(shè)計(jì)與教育實(shí)施.在課程設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中，將核心素質(zhì)的科學(xué)思維訓(xùn)練作為課程主線，融合教學(xué)思政、教學(xué)探究體驗(yàn)，通過結(jié)果評(píng)價(jià)、過程評(píng)價(jià)、增值評(píng)價(jià)相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)，以期達(dá)到物理課程核心素質(zhì)的高效訓(xùn)練，從而為教師進(jìn)行教學(xué)改革提供一種切實(shí)可行的方式.

1 “5E”教學(xué)模式的理論基礎(chǔ)

1.1 有意義學(xué)習(xí)理論

在有意義學(xué)習(xí)思想的推動(dòng)下，“教學(xué)中心”理論也進(jìn)行了同化，有意義學(xué)習(xí)的進(jìn)程也可以簡單概括為從原來知識(shí)點(diǎn)中吸取和記住新知的進(jìn)程.而這些原來知識(shí)點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有知識(shí)產(chǎn)生的影響效果，就叫做同化效果.

該思想主要強(qiáng)調(diào)了以下幾點(diǎn)：首先，知識(shí)學(xué)習(xí)是通過個(gè)人經(jīng)歷去感知世界的進(jìn)程.知識(shí)學(xué)習(xí)必須明白自身究竟需要掌握多少，同時(shí)又在自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的幫助下，對(duì)已有知識(shí)加以消化吸收，從以建立完整的知識(shí)結(jié)構(gòu).第二，重視教學(xué)語言的效果.學(xué)習(xí)語言有助于使用者更好地更好地理解學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，但所學(xué)知識(shí)點(diǎn)并不是零散分布的，他們必須在所學(xué)方式的影響下，共同構(gòu)成自己的知識(shí)結(jié)構(gòu).第三，使用者在整體學(xué)習(xí)活動(dòng)中，需要保持主觀能動(dòng)性，準(zhǔn)確地對(duì)所接觸的知識(shí)點(diǎn)作出客觀評(píng)估，從而去除其中的糟粕.

1.2 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)思維視角下，教師必須時(shí)刻關(guān)注學(xué)生個(gè)人的當(dāng)前知識(shí)能力和潛在發(fā)展能力，并根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”概念，維系新舊知識(shí)的關(guān)系，進(jìn)而促使學(xué)生形成良性的學(xué)業(yè)生活，這樣既可使知識(shí)相互之間的關(guān)聯(lián)密切程度提高，也可提高環(huán)境教育的現(xiàn)實(shí)發(fā)展意義.

一般情形下，高中物理教學(xué)提倡構(gòu)建“自下而上”的學(xué)業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系，并把學(xué)生放在該網(wǎng)核心地位上，采取進(jìn)一步深入課程實(shí)質(zhì)的方法，讓學(xué)生更深切地認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)物理內(nèi)容的重要性，進(jìn)而確保課程目標(biāo)的順利開展.根據(jù)上面所述原理，學(xué)校教學(xué)管理人員可以密切注意學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，同時(shí)也對(duì)他們的心理行為作出有效指導(dǎo)，因而降低學(xué)生無合理性學(xué)業(yè)現(xiàn)象的發(fā)生概率.

2 教學(xué)內(nèi)容分析

根據(jù)人教2019版本教科書相關(guān)的“液體的表面張力”內(nèi)容和《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》課標(biāo)規(guī)定，按照學(xué)生物理專業(yè)基礎(chǔ)素質(zhì)的層次分類，物理基礎(chǔ)素質(zhì)課程要求學(xué)生必須滿足下列四個(gè)基本條件.

（1）物理思維.利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究物質(zhì)的表面作用過程.明白物質(zhì)的表面張力定義.

（2）科學(xué)思想.能對(duì)物理現(xiàn)象作出科學(xué)推論，作出推測；通過對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)推導(dǎo)，得出液體表面張力特性的有關(guān)結(jié)果；能將液體表面層分子間的關(guān)系進(jìn)行模擬建立；能從各種視角探討物理化學(xué)問題，質(zhì)疑創(chuàng)新，闡述液體表面張力產(chǎn)生的原因.

（3）科研探索.利用液體表面張力實(shí)驗(yàn)和研究，掌握科研探索的具體方法；通過對(duì)表面張力的微觀解析，掌握利用分子運(yùn)動(dòng)理論解析宏觀現(xiàn)象的方法.

（4）科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.有學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣，具備務(wù)實(shí)的心態(tài)，能和別人協(xié)作；了解到物理科學(xué)研究和應(yīng)用與職業(yè)道德和法規(guī)問題有關(guān)，了解科學(xué)技術(shù)與社會(huì)環(huán)境的關(guān)系.

“液體的表面張力”課堂教學(xué)要點(diǎn)為液面張力的概念，課堂教學(xué)重難點(diǎn)為液面張力的形成根源及其微觀闡釋.在課堂教學(xué)中充分運(yùn)用現(xiàn)場投屏、電視放映、多媒體教學(xué)，動(dòng)漫演示等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及關(guān)注，將抽象理論“可視化”，最后理解課堂教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)課題.

3 教學(xué)設(shè)計(jì)

“5E”教育模式是國家生物學(xué)教學(xué)課程科學(xué)研究發(fā)展所（BSCS）面向科研素質(zhì)教育而設(shè)計(jì)的教育模式，是一個(gè)采用建構(gòu)主義教學(xué)理論和概念轉(zhuǎn)換理論研究的模型.包括“引入（Engagement）”“探究（Exploration）”“理解（Explanation）”“延伸（Elaboration）”“評(píng)價(jià)（Evaluation）”5個(gè)教育環(huán)節(jié).

在引入階段，創(chuàng)設(shè)提問情境以吸引學(xué)生的關(guān)注，引發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索的欲望.在探索環(huán)節(jié)設(shè)置實(shí)驗(yàn)研究任務(wù)，學(xué)生經(jīng)歷課題探索過程，以便克服學(xué)生頭腦中產(chǎn)生的意識(shí)沖突，得出合理的問題回答，從而構(gòu)建起科學(xué)概念.在理解階段，將探索過程中所得出的結(jié)果加以微觀解析，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)化，建立新的科學(xué)認(rèn)知.延伸階段是對(duì)主要知識(shí)點(diǎn)的延伸與運(yùn)用，以提升學(xué)生的運(yùn)用水平.利用評(píng)價(jià)階段，了解學(xué)生對(duì)關(guān)于理論的把握狀況，以便合理地調(diào)節(jié)教學(xué)方式與進(jìn)度，以提升課堂教學(xué)的有效性.

在“液體的表面張力”教學(xué)中采用“5E”教育模式，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有助于學(xué)生形成物理科研思想，有效提高學(xué)生的物理化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)素質(zhì)，具體設(shè)計(jì)如下.

3.1 引入環(huán)節(jié)（新課導(dǎo)入）

通過紗網(wǎng)盛水實(shí)驗(yàn)，吸引學(xué)生的注意力與興趣，從而激發(fā)他們對(duì)認(rèn)知的內(nèi)驅(qū)力.展示的巨大泡泡、蜥蜴在水上行走和蜘蛛網(wǎng)上的水珠圖片，可以引發(fā)他們的同頻共鳴，從生活走向物理世界.

3.2 探究環(huán)節(jié)（實(shí)驗(yàn)探究）

教師開展實(shí)踐指導(dǎo)，學(xué)生小組進(jìn)行研究活動(dòng).通過研究活動(dòng)，提高學(xué)生的動(dòng)手技能，語言表達(dá)意識(shí)，養(yǎng)成熱愛勞動(dòng)的良好習(xí)慣，鍛煉協(xié)作能力和克服困難的能力.

3.3 理解環(huán)節(jié)（微觀解釋）

液體的表面張力產(chǎn)生因素的理解環(huán)節(jié)是本節(jié)課程的教學(xué)重難點(diǎn).基于把液面分子拉入液體中產(chǎn)生表面張力的觀念，以液體表面分子之間引力產(chǎn)生表面張力觀念來說明肥皂膜收縮原成因，通過多媒體模擬微觀的液體表面分子之間作用力，達(dá)到了抽象思維“可視化”，提高了學(xué)生對(duì)液體表面張力概念的認(rèn)識(shí).另外，教師需要強(qiáng)調(diào)分子鏈的“液膜”觀念，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到在科技探索過程中要具有質(zhì)疑的精神.

3.4 延伸環(huán)節(jié)（知識(shí)應(yīng)用）

通過選取風(fēng)油精罐裝置與液體表面張力測試儀案例的應(yīng)用說明，鞏固學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)，并提高學(xué)生對(duì)科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、自然環(huán)境與相互作用的認(rèn)識(shí).

3.5 評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)（綜合評(píng)價(jià)）

評(píng)價(jià)過程包括對(duì)學(xué)生在引入階段、探究階段、理解階段、探究階段學(xué)習(xí)成績的評(píng)價(jià)，還有課后習(xí)題完成狀況的評(píng)價(jià).

4 “5E”教學(xué)法的教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐

4.1 引入環(huán)節(jié)

（1）紗網(wǎng)盛水實(shí)驗(yàn)

在教學(xué)開始時(shí)，教師給學(xué)生介紹“紗網(wǎng)盛水”的現(xiàn)象（可使用投屏技術(shù)，將試驗(yàn)過程展示在大屏幕上），準(zhǔn)備一個(gè)空瓶和一塊紗布，紗布固定在瓶口，往瓶中倒?jié)M水后，用手蓋住瓶口，將瓶子倒過來放開手，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的思索，并提問在布滿小孔的紗網(wǎng)中，液體表面為什么不會(huì)分散形成無數(shù)個(gè)小液滴流動(dòng)？

（2）電子圖片展示

在英國倫敦博物館，SamHeath打破了一項(xiàng)吉尼斯世界紀(jì)錄（如圖1）.

思考：為什么肥皂膜能被拉得很大而不破裂？

觀察圖片，思考為何蜥蜴可以在水面穿行，蛛網(wǎng)上的水珠為何是球形？

4.2 探究環(huán)節(jié)

4.2.1 教師演示肥皂膜收縮實(shí)驗(yàn)

使用中間綁有棉線圈和棉輸入線圈的圓形金屬圈進(jìn)行水膜實(shí)驗(yàn)（采用投屏技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)過程投放到屏幕上）.

教師提問：刺破了肥皂膜的一面之后，另一面變化怎樣？

學(xué)生回答：先刺破棉線圈一側(cè)薄膜，另一側(cè)的膜收縮，棉線逐漸繃好，成圓弧狀；針刺破了棉線圈中間薄膜，棉線圈呈圓形.

教師說明：液體表面產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，產(chǎn)生小體積的“液膜”.下面請(qǐng)各位同學(xué)展開探究實(shí)踐，通過實(shí)踐來驗(yàn)證教師的解釋是否合理.

4.2.2 學(xué)生探究體驗(yàn)

肥皂膜收縮實(shí)驗(yàn).提供金屬導(dǎo)線、管鉗、棉線、肥皂水等實(shí)驗(yàn)用具，教師引導(dǎo)學(xué)生制作各種金屬框架完成皂膜收縮試驗(yàn).

4.3 解釋環(huán)節(jié)

通過PPT介紹液面內(nèi)部結(jié)構(gòu)與表層物質(zhì)分布狀況，從液面物質(zhì)拉進(jìn)內(nèi)層思想、液面物質(zhì)吸引力思想、物質(zhì)鏈構(gòu)成"液膜"思想展開對(duì)比剖析講解，多方位來探索表面張力.

4.3.1 液體表面分子拉進(jìn)內(nèi)部觀點(diǎn)

教師指導(dǎo)：表面面分子之間有一個(gè)向液內(nèi)的合力f⊥，在f⊥作用力下，液體表層的原子有被拉進(jìn)液內(nèi)的趨向.

學(xué)生猜想：在宏觀方面上反映出了液面有收縮的現(xiàn)象.

4.3.2 液體的分子吸引力概念

教師指導(dǎo)：同學(xué)們仔細(xì)觀察分子的作用力和距離的相關(guān)示意圖，當(dāng)分子間距r > r0，作用力為吸引力.當(dāng)分子間距r < r0，作用力為排斥力.

問題解析：表面層原子間隔相對(duì)稀疏，分子間距r > r0，原子之間的引力可以表示為互相接觸.而原子引力的作用時(shí)間等于相互斥力.

教師結(jié)論：液體的表層作用主要產(chǎn)生在液體上，方向與液面相切，使液態(tài)表層面積有減小的傾向

4.3.3 分子鏈形成“液膜”觀點(diǎn)

播放太空員王亞平提供的太空第1課錄像，介紹太空中大輕艇水球試驗(yàn).

教師指導(dǎo)：假設(shè)水球表層的物質(zhì)鏈排布均衡合理，使得液面表層產(chǎn)生“液膜”，產(chǎn)生張力，體現(xiàn)為彈性“膜”.在失重狀況下，水可以形成一只大輕艇水球.

鼓勵(lì)學(xué)生：同學(xué)們認(rèn)為教師的看法是否合理？同學(xué)們只要具有敢于懷疑、大膽創(chuàng)造的科研探索精神，將有機(jī)會(huì)成為未來的物理學(xué)家.

5 結(jié)語

綜上所述，在“液體的表面張力”教學(xué)中采用“5E”模式開展課程設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)實(shí)施，按照課程梯度和知識(shí)規(guī)則，遵循激發(fā)思考、完善邏輯思維、展示微觀邏輯思維、鍛煉邏輯思維的層次遞進(jìn)邏輯.相關(guān)課程設(shè)有“引入”“探索”“理解”“延伸”“評(píng)價(jià)”5個(gè)課程環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)員從物理的視角了解自然，由生活走向物理，構(gòu)建起物理科學(xué)思想，有效訓(xùn)練物理專業(yè)核心素質(zhì).

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