核心素養(yǎng)下物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)巧用5E教學(xué)模式

王梅泉

【摘要】經(jīng)過研究和論證，依托物理實(shí)驗(yàn)社團(tuán)活動(dòng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中嘗試引入5E教學(xué)模式.在教學(xué)探索過程中以學(xué)生為主體，注重科學(xué)思維的培養(yǎng)和科學(xué)探究的體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建正確的物理觀念，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，提升學(xué)生的核心素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

隨著《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》［1］的頒布、實(shí)施及深化，物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng)成為物理教學(xué)的重要目標(biāo).物理作為實(shí)驗(yàn)學(xué)科，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以促使學(xué)生更好地理解物理概念和理論知識(shí)，形成物理觀念；還讓學(xué)生經(jīng)歷探究過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力；通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力；引導(dǎo)學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，理性分析實(shí)驗(yàn)誤差，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感.

經(jīng)過理論研究，筆者認(rèn)為5E教學(xué)模式適合物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，下面以本校的物理實(shí)驗(yàn)社團(tuán)活動(dòng)為例巧用5E教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).

1 5E教學(xué)模式促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)

5E教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義理論的教學(xué)模式［2］，該模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的小組探究、合作能力和學(xué)生溝通能力的培養(yǎng)，符合高中物理新課標(biāo)理念.表1為 5E教學(xué)模式的教學(xué)階段和目的.

從表1可以看出，5E教學(xué)模式可以有針對(duì)性地發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，深化學(xué)生對(duì)物理觀念的理解，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

2 5E教學(xué)模式在物理實(shí)驗(yàn)社團(tuán)活動(dòng)中的應(yīng)用嘗試

物理社團(tuán)活動(dòng)不同于普通的課堂教學(xué)，它可以深入探究傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)物理概念和理論的理解；也可以通過解密物理有趣現(xiàn)象，訓(xùn)練學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感；還可以培養(yǎng)學(xué)生有效利用生活物品，理論聯(lián)系實(shí)際.

下面是筆者在三種社團(tuán)活動(dòng)中進(jìn)行5E教學(xué)模式的嘗試，教學(xué)流程如表2所示.因物理實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的需要，有時(shí)活動(dòng)內(nèi)容表述不同，但內(nèi)涵是一致的.表2為5E教學(xué)模式應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)社團(tuán)活動(dòng)的流程圖.

2.1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)案例訓(xùn)練——小車、斜面和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器模型

高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)典型考點(diǎn)就是“小車、斜面和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器模型”，本次活動(dòng)重點(diǎn)訓(xùn)練以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為重要計(jì)時(shí)工具的使用.

實(shí)驗(yàn)器材

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、長直軌道、小車、紙帶、電源、砝碼、小桶、細(xì)沙、細(xì)繩、墊木、天平、刻度尺.

提出問題

展示常用的兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.教師提出問題：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是什么儀器？它的工作原理怎樣？它的使用注意事項(xiàng)有哪些？兩種計(jì)時(shí)器有什么區(qū)別？我們用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做過哪些實(shí)驗(yàn)？

學(xué)生活動(dòng)

學(xué)生體驗(yàn)以下實(shí)驗(yàn)過程：觀察—回憶—回答問題—小組合作—?jiǎng)邮纸M裝實(shí)驗(yàn)儀器—實(shí)驗(yàn)探究—記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)—畫圖象并進(jìn)行計(jì)算—小組討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果—分析實(shí)驗(yàn)誤差.

以上活動(dòng)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)融合訓(xùn)練.通過活動(dòng)讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)過程，認(rèn)真處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，理性分析實(shí)驗(yàn)誤差，反思質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)探究能力等.

教師引導(dǎo)

實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生分小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，教師掌握學(xué)生對(duì)物理概念及規(guī)律的理解情況，對(duì)比分析各小組的探究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)并提出如下問題：怎樣減小實(shí)驗(yàn)誤差：還有其他的計(jì)時(shí)器材嗎？

教師引導(dǎo)，引入新的儀器：光電門、頻閃相機(jī)、氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器、位移傳感器、DIS設(shè)備.

引入拓展實(shí)驗(yàn)

（1）利用光電門測(cè)量瞬時(shí)速度的大小；

（2）利用頻閃相機(jī)測(cè)量瞬時(shí)速度的大小；

（3）利用氣墊導(dǎo)軌、光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器及相關(guān)器材組合開展“探究牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)探究.

以上拓展實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在學(xué)過的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的全新體驗(yàn).因儀器精密度比較高，有數(shù)字化器材，通過體驗(yàn)，學(xué)生更能體會(huì)物理學(xué)科的魅力，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的科學(xué)思維，便于學(xué)生快速跟上時(shí)代的步伐.

反思評(píng)價(jià)

拓展實(shí)驗(yàn)完成后，教師引導(dǎo)學(xué)生再次梳理實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果反思，實(shí)驗(yàn)誤差評(píng)估，并精選典型例題對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，檢驗(yàn)他們的實(shí)驗(yàn)探究過程及物理理論的掌握程度.最后，小組進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，關(guān)注學(xué)生的全過程表現(xiàn).

2.2 學(xué)以致用，揭開物理神秘面紗——“千人震”實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，凸顯物理學(xué)科的神秘，喚醒學(xué)生的好奇心，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了以下的實(shí)驗(yàn)活動(dòng).

實(shí)驗(yàn)器材

N節(jié)1號(hào)干電池，電池架，導(dǎo)線，開關(guān)，小型變壓器，實(shí)驗(yàn)電路圖，如圖1.

提出問題

同學(xué)們按照這個(gè)電路圖連接一下電路，先用一節(jié)干電池.有哪位同學(xué)敢抓住導(dǎo)線的兩端？

一位學(xué)生帶著好奇和不屑，鎮(zhèn)定地握住導(dǎo)線兩端.教師先閉合開關(guān)，緊接著斷開開關(guān)，學(xué)生感受到一陣電流.接著多名同學(xué)上臺(tái)體驗(yàn)，無一例外，感受到了電流的震顫.

教師提出問題：這是一種什么現(xiàn)象？為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？

學(xué)生活動(dòng)

學(xué)生經(jīng)過觀察和思考，試探著猜測(cè)這應(yīng)該是一種“自感”現(xiàn)象.隨即展開對(duì)變壓器原理和功能的探究，包括變壓器的構(gòu)造、匝數(shù)、繞線方式等，結(jié)合學(xué)習(xí)過的自感現(xiàn)象知識(shí)，肯定“千人震”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就是一種“自感”現(xiàn)象.這是學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，揭開物理神秘面紗的開始，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，訓(xùn)練了他們的科學(xué)思維能力.

教師引導(dǎo)

指導(dǎo)教師首先肯定了學(xué)生的猜測(cè)和探究是正確的，“千人震”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象確實(shí)是一種“自感”現(xiàn)象.變壓器是一個(gè)有鐵芯的線圈，在線路開關(guān)閉合或斷開的瞬間，線圈中的電流發(fā)生變化，引起線圈中的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以學(xué)生會(huì)有觸電的感覺.隨著體驗(yàn)人數(shù)的增加，電池的數(shù)量也可以增加，這是為了體驗(yàn)“震感”，但同時(shí)提醒心臟不好的學(xué)生不要參與這種體驗(yàn).

拓展活動(dòng)

（1）用鎮(zhèn)流器代替變壓器，來做“千人震”實(shí)驗(yàn)；

（2）探究變壓器原副線圈電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系.

以上拓展活動(dòng)是在學(xué)生已經(jīng)掌握變壓器原理的情況下，利用生活中常見的“鎮(zhèn)流器”進(jìn)行探究，更能貼近生活.同時(shí)探究變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，也是為了更好地理解變壓器的原理和使用，提高學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

反思評(píng)價(jià)

本次活動(dòng)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出理論指導(dǎo)，既有建立“變壓器”模型的物理觀念培養(yǎng)；又有探究實(shí)驗(yàn)過程中探究能力的培養(yǎng)；還有引導(dǎo)學(xué)生從物理現(xiàn)象揭秘物理本質(zhì)的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)，能夠比較全面地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

2.3 巧用生活物品，拉近學(xué)習(xí)與生活的距離——“水火箭”發(fā)射比賽活動(dòng)

物理來源于生活，只有教會(huì)學(xué)生善于觀察生活中的現(xiàn)象，利用生活物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，才能拉近學(xué)習(xí)與生活的距離，筆者引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了“水火箭”發(fā)射比賽活動(dòng).

實(shí)驗(yàn)器材

大小塑料瓶（學(xué)生自帶或向廢品收購站購買）、膠帶、美工刀、剪刀、水火箭發(fā)射裝置（包含氣芯、底座、固定裝置并帶角度顯示）、硬紙板、卷尺、活塞、裝飾紙等.

提出問題

指導(dǎo)教師向?qū)W生展示“水火箭”模型，提示學(xué)生回想“水火箭”發(fā)射原理，告知學(xué)生“水火箭”發(fā)射比賽規(guī)則.

學(xué)生活動(dòng)

（1）復(fù)習(xí)“水火箭”發(fā)射的原理和理論，復(fù)習(xí)反沖的知識(shí)點(diǎn).

選擇飲料瓶作為“水火箭” 的箭體，內(nèi)裝適量的水，用橡皮塞緊瓶口，活塞上固定氣針.傾斜瓶身，用打氣筒往飲料瓶中打入氣體，瓶內(nèi)氣壓增大，當(dāng)超過橡皮塞與瓶口接合的最大程度時(shí)，瓶口與橡皮塞自由脫離，水火箭內(nèi)水向后噴出，箭體獲得反作用力射出.

（2）反復(fù)觀察“水火箭”的模型，包括大小、平衡翼的數(shù)量、活塞的位置、發(fā)射裝置的使用等.

學(xué)生們反復(fù)討論制作過程中需要注意的事項(xiàng)，包括噴口和氣針的密封程度，發(fā)射的角度、水量的大小、風(fēng)的影響、平衡翼的形狀等.制作時(shí)“水火箭”頭部做成錐形；箭體作為壓力艙；平衡翼位于火箭體的后部，一般分為四片，通常做成梯形；噴射口要確保緊密性.

“水火箭”制作完成后，學(xué)生們經(jīng)過反復(fù)地調(diào)試，發(fā)現(xiàn)“水火箭”發(fā)射有以下注意事項(xiàng)：

（1）水量控制：水量控制在箭體空氣空間的1/4到2/5之間.

（2）發(fā)射角度：發(fā)射的最佳角度在50°到55°之間.

（3）風(fēng)向影響：無風(fēng)時(shí)，按最佳發(fā)射角度發(fā)射，正對(duì)目標(biāo)；刮風(fēng)時(shí)根據(jù)風(fēng)力和風(fēng)向適當(dāng)調(diào)整與發(fā)射目標(biāo)的角度.

（4）箭頭：箭頭要重一些，有利于提高“水火箭”的射程.

（5）高度和長度的測(cè)量：長度可以用50m的卷尺測(cè)量，高度測(cè)量有兩種方法，一是可以根據(jù)發(fā)射裝置的傾角換算一下；二是尋找合適的發(fā)射地點(diǎn)，如果在高樓附近，可以選擇高樓作為參照物估算一下.

教師引導(dǎo)與解釋

指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，知道“水火箭”又名氣壓式噴水火箭或水推進(jìn)火箭，其模型包含了豐富的物理科學(xué)知識(shí)，比如反沖、流動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等，制作材料也都是我們身邊的資源，學(xué)生們要善于利用身邊的實(shí)驗(yàn)資源開展實(shí)驗(yàn)研究，要知道“生活來源于實(shí)踐”.

拓展活動(dòng)

（1）觀看載人航天飛船的發(fā)射視頻；

（2）嘗試制作“多級(jí)火箭”；

（3）嘗試在“水火箭”上設(shè)計(jì)降落傘，以保護(hù)箭體不受重創(chuàng).

反思評(píng)價(jià)

活動(dòng)結(jié)束后，學(xué)生們依然興致很高，該活動(dòng)激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，還有效地將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，提高學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力，并通過拓展活動(dòng)，開闊了學(xué)生的視野，增強(qiáng)了他們的愛國情懷；通過反復(fù)改良“水火箭”，訓(xùn)練了學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力；小組學(xué)生相互合作，認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)事求是地分析誤差，提升了他們的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感，全面發(fā)展了學(xué)生的核心素養(yǎng).

3 結(jié)語

社團(tuán)活動(dòng)證明，基于核心素養(yǎng)發(fā)展的5E教學(xué)模式以學(xué)生為主體［3］，教師為引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究能力，在培養(yǎng)學(xué)生正確物理觀念的同時(shí)，提升了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一條有效途徑.

參考文獻(xiàn)：

［1］教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］.北京，人民教育出版社，2018，43-44.76.

［2］吳成軍，張敏.美國生物學(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（06）：108-112.

［3］陳淑瑜.基于5E實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教岣叱踔袑W(xué)生核心素養(yǎng)的探索［J］.教育與裝備研究，2022（05）：30-35.