例談5E教學(xué)模式下物理觀念的培養(yǎng)

摘" 要：物理觀念是物理知識在頭腦中的提煉與升華，很大程度上影響了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的成效。而5E教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識的主動建構(gòu)，正是培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的有效途徑。本文以“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”為例，探討5E教學(xué)模式在物理教學(xué)中的具體應(yīng)用，并展示學(xué)生物理觀念的培養(yǎng)過程。

關(guān)鍵詞：5E教學(xué)模式；物理觀念；流體壓強(qiáng)與流速

1" 5E教學(xué)模式簡介

5E教學(xué)模式是美國生物研究專家R.Bybee等人在“三段式學(xué)習(xí)環(huán)”的基礎(chǔ)上提出的一種建構(gòu)主義教學(xué)模式，旨在讓學(xué)生通過自主探究，達(dá)到對知識的深入理解，強(qiáng)調(diào)突出學(xué)生的主體地位。［1］該模式包括：參與、探究、解釋、遷移、評價等五個教學(xué)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，并且評價環(huán)節(jié)貫穿于整個教學(xué)。［2］與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同，教師從課堂的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)為學(xué)生知識建構(gòu)的引導(dǎo)者，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境，引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)物理知識體系。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)揮積極作用時，他們更容易學(xué)習(xí)和使用他們學(xué)到的知識，從而加強(qiáng)對物理知識的理解與記憶。［3］

2" 5E教學(xué)模式下培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的教學(xué)流程

物理觀念不僅是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，還是學(xué)生開展物理學(xué)習(xí)活動和解決實(shí)際問題的必備條件。為了有效培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念，本文設(shè)計了基于5E教學(xué)模式的教學(xué)流程。首先，教師創(chuàng)設(shè)存在認(rèn)知沖突的物理情景，幫助學(xué)生初步感知物理概念、規(guī)律，激發(fā)學(xué)生探究知識的欲望；接著，通過探究活動豐富學(xué)生的感性經(jīng)驗并引導(dǎo)學(xué)生自主歸納總結(jié)，把握物理現(xiàn)象的本質(zhì)，明確物理概念和規(guī)律；在解釋環(huán)節(jié)，讓學(xué)生嘗試?yán)盟鶎W(xué)物理知識解釋自然生活中的物理現(xiàn)象，教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)募m正和規(guī)范，幫助學(xué)生初步建立科學(xué)完整的物理觀念；隨后，鼓勵學(xué)生從物理學(xué)視角解決不同情境中的問題，拓展并完善物理觀念；最后，教師采用多元化的評價方式從多個維度科學(xué)合理、客觀公正地評價教學(xué)過程，及時查漏補(bǔ)缺，［4］促進(jìn)物理觀念的形成。

以最新人教版物理八年級下冊教材第九章第4節(jié)“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”為例，教學(xué)流程圖如圖1所示。

3" 5E教學(xué)模式下培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的教學(xué)實(shí)踐

課前準(zhǔn)備：學(xué)生自行搜集有關(guān)流體壓強(qiáng)的資料。

3.1" 參與——初步感知流體壓強(qiáng)概念

3.1.1" 分享資料

學(xué)生分享：流體是具有流動性的液體和氣體的統(tǒng)稱；流體壓強(qiáng)與流速有關(guān)；坐公交時車上的窗簾會向窗外飄，這個現(xiàn)象與流體壓強(qiáng)有關(guān)；等等。

3.1.2" 橙子實(shí)驗

教師演示：展示自制教具（如圖2所示），將注射器里的水緩慢地注入瓶中，使橙子浮在水面上。隨后，拉動活塞將水吸回，再快速將水注入瓶中。教師可通過拉動活塞重復(fù)實(shí)驗。

學(xué)生觀察：第一次注水時橙子緩慢上??；第二次注水時橙子不但沒有上浮，反而下沉了（如圖3所示）。

教師引導(dǎo)：為什么會出現(xiàn)這個現(xiàn)象？之前學(xué)過的液體和氣體的壓強(qiáng)都是靜止?fàn)顟B(tài)的，那么當(dāng)其流動時壓強(qiáng)會怎樣？

學(xué)生猜測原因，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗探究。

設(shè)計意圖：教師通過分享資料使每個學(xué)生都有發(fā)言的機(jī)會并參與到物理知識的建構(gòu)當(dāng)中，真正成為學(xué)習(xí)的主人；學(xué)生在交流中逐漸加深對流體壓強(qiáng)概念的認(rèn)知，為后續(xù)探究奠定了必要的基礎(chǔ)。此外，創(chuàng)設(shè)存在認(rèn)知沖突的真實(shí)情景，能夠幫助學(xué)生初步感受流體壓強(qiáng)的存在，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

3.2" 探究——明確流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系

3.2.1" 展示教具，引導(dǎo)思考

教師展示：將事先調(diào)好的紅墨水倒入自制教具，接著將裝滿紅墨水的瓶1倒插在瓶2中。靜止時，下方與粗細(xì)不同的管道相連的水柱1和水柱2的液面相平（如圖4所示）。

教師提問：①當(dāng)液體流動時，粗細(xì)不同的管道內(nèi)的流速大小關(guān)系是怎樣的？②水柱液面的高低說明了什么？

學(xué)生分析：①流量＝流速×橫截面積，液體流量相同時，細(xì)管道內(nèi)流速較快，粗管道內(nèi)流速較慢；②根據(jù)液體壓強(qiáng)公式p＝ρgh可知，液柱越高，液體壓強(qiáng)越大。

3.2.2" 演示實(shí)驗，探究規(guī)律

教師演示：（通過投屏將實(shí)驗現(xiàn)象投放到屏幕上）將水龍頭擰到全開狀態(tài)，瓶1中的水流完后關(guān)閉水龍頭。隨后，將瓶1再次灌滿紅墨水并倒插在瓶2上，將水龍頭擰到半開的狀態(tài)，學(xué)生觀察到實(shí)驗現(xiàn)象后立即關(guān)閉水龍頭。

學(xué)生觀察：水龍頭半開或全開時，水柱1始終低于水柱2；水龍頭全開時粗細(xì)不同的管道上的水柱都比半開時的水柱低；水龍頭關(guān)閉后兩個水柱逐漸趨于等高。此外，學(xué)生自行設(shè)計表格（如表1所示）記錄水柱的高度。

學(xué)生分析：打開水龍頭后，水柱1始終低于水柱2，根據(jù)p＝ρgh，可知水柱1的壓強(qiáng)小于水柱2的壓強(qiáng)，而細(xì)管道中水流流速比粗管道中流速大，由此得出，流速大的地方，水柱高度低，壓強(qiáng)小，且通過表格數(shù)據(jù)縱向?qū)Ρ仍俅悟炞C了所得規(guī)律。因此，當(dāng)水龍頭關(guān)閉時，細(xì)管道、粗管道中液體的流速逐漸趨于0，壓強(qiáng)逐漸相等，最終也就產(chǎn)生了兩個水柱等高的現(xiàn)象。

設(shè)計意圖：利用自制教具展開探究活動，一方面彌補(bǔ)了教材中無液體實(shí)驗的不足，幫助學(xué)生形成對流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的完整認(rèn)知；另一方面將抽象的物理規(guī)律直觀化，實(shí)驗現(xiàn)象明顯，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，且通過調(diào)節(jié)水龍頭的狀態(tài)改變水流的速度，實(shí)驗結(jié)果更具有普遍性。學(xué)生在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上自主進(jìn)行記錄、整理、歸納和總結(jié)，更有利于明確流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，建立正確的物理觀念。

3.3" 解釋——解釋飛機(jī)升空原因，初步建立物理觀念

3.3.1" 理論解釋

教師引導(dǎo)：教師播放第十四屆中國國際航空航天博覽會上的視頻，讓學(xué)生觀看各種飛機(jī)飛行的狀態(tài)；隨后，教師展示某機(jī)翼結(jié)構(gòu)圖（如圖5所示）引導(dǎo)學(xué)生思考飛機(jī)升空的原因。

學(xué)生分析：機(jī)翼的形狀上凸下平，相同時間里，機(jī)翼上方氣流通過的路程較長，速度較大，對機(jī)翼上表面的壓強(qiáng)較小，反之，對機(jī)翼下表面的壓強(qiáng)較大，上、下表面存在壓強(qiáng)差，形成了壓力差，所以飛機(jī)獲得升力，能升空。

3.3.2" 定性實(shí)驗

教師提問：同學(xué)們?nèi)绾卫檬诌叺钠鞑膩碜C明“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”？

小組探究：學(xué)生利用桌上的器材自主進(jìn)行實(shí)驗設(shè)計與驗證。器材有鼓風(fēng)機(jī)、泡沫板、木棍、卡紙、吸管、A4紙、膠帶、膠水等。

方案一：首先，用卡紙制作機(jī)翼模型，并在機(jī)翼的中部固定一根吸管，吸管的兩端到機(jī)翼的距離要相等，且保持豎直狀態(tài)（如圖6甲所示）。氣流經(jīng)過機(jī)翼時，觀察哪邊吸管的傾斜程度較大哪邊流速就大。

方案二：在自制機(jī)翼的上、下表面分別固定紙條（如圖6乙所示）。氣流經(jīng)過機(jī)翼時，觀察哪邊紙條波動幅度較大哪邊流速就大。

方案三：在自制機(jī)翼的上、下表面分別粘貼等大的紙片（如圖6丙所示），使兩張紙片垂直于機(jī)翼。氣流經(jīng)過機(jī)翼時，觀察哪邊紙片傾斜程度較大哪邊流速就大。

甲

乙

丙

學(xué)生活動：每組完成小組自評，選擇一個代表利用鼓風(fēng)機(jī)對自制機(jī)翼的中部水平吹風(fēng)并結(jié)合實(shí)驗現(xiàn)象解釋飛機(jī)升空的原因；其他小組選取代表對該組的表現(xiàn)進(jìn)行評分，其中5分、4分、3分、2分分別對應(yīng)著優(yōu)秀、良好、一般、不好。舉手表決后將多數(shù)贊同的分值填入表格中（如表2所示）。

教師對學(xué)生的實(shí)驗表現(xiàn)進(jìn)行多方面的點(diǎn)評，并鼓勵學(xué)生多動手、敢于創(chuàng)新、勇于發(fā)言。

3.3.3" 定量實(shí)驗

教師拿出風(fēng)速測量儀（如圖7所示）并講解其使用方法，學(xué)生分組進(jìn)行操作。首先，自制機(jī)翼模型并將其固定在出風(fēng)口的中部以保證機(jī)翼上、下的氣體流量相同（如圖8所示）；接著，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)上的風(fēng)速旋鈕，并利用風(fēng)速測量儀分別測出機(jī)翼上、下表面風(fēng)速的大??；最后，學(xué)生自主設(shè)計表格記錄數(shù)據(jù)（如表3所示）并繪圖（如圖9所示）。

設(shè)計意圖：飛機(jī)升空的原因是本次教學(xué)的重難點(diǎn)，而機(jī)翼上、下方的空氣流速對學(xué)生來說過于抽象。因此，在實(shí)驗的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用簡單的器材從定性和定量兩個角度進(jìn)行解釋，這不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力，還能夠讓學(xué)生在親身實(shí)踐中主動建構(gòu)物理知識體系，形成完整的物理觀念。

3.4" 遷移——拓展完善流體壓強(qiáng)與流速的物理觀念

3.4.1" 首尾呼應(yīng)，解開懸念

學(xué)生分析：當(dāng)快速注水時，橙子下表面的水流速度增加，壓強(qiáng)減小，橙子上、下表面產(chǎn)生壓強(qiáng)差，形成壓力差，橙子下沉。

教師進(jìn)一步提問：如何避免橙子下沉？

學(xué)生分析：當(dāng)受到的合力向上時，橙子上浮。即當(dāng)F壓力差＜F?。璆時，可以避免橙子下沉。因此，采取緩慢注水的方式，減小橙子下表面的液體流速，從而減小壓強(qiáng)差，進(jìn)而達(dá)到減小壓力差，使橙子不下沉的目的。

3.4.2" 課后作業(yè)

教師結(jié)合教學(xué)目標(biāo)設(shè)計相關(guān)習(xí)題，初步評估學(xué)生是否達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)所要求的認(rèn)知水平（如圖10所示）。［5］

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解決課堂中遺留的問題，鞏固完善所形成的物理觀念；在此基礎(chǔ)上，通過難度逐漸提升的課后習(xí)題，加強(qiáng)學(xué)生對物理知識的掌握程度，查漏補(bǔ)缺；而教師也可根據(jù)學(xué)生答對的題數(shù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行反饋，對教學(xué)效果進(jìn)行評價，幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固正確的物理觀念。

3.5" 評價——多元評價，促進(jìn)物理觀念形成

評價并非只存在于教學(xué)環(huán)節(jié)的末端，而應(yīng)貫穿于整個教學(xué)之中。［6］在參與環(huán)節(jié)，教師對學(xué)生搜集的資料給予肯定，并鼓勵學(xué)生要充分利用手中的工具去搜集知識，開闊眼界；在探究環(huán)節(jié)，教師對學(xué)生歸納整理的結(jié)果進(jìn)行合理的評價，幫助學(xué)生糾正錯誤的認(rèn)識；在解釋環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)生的回答及時判斷學(xué)生對流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的理解程度，并利用評價表從自評、互評和師評三方面對學(xué)生的活動表現(xiàn)進(jìn)行多維度評價，提高學(xué)生參與知識建構(gòu)的積極性；在遷移環(huán)節(jié)，通過解題情況評判學(xué)生對知識的掌握程度，查漏補(bǔ)缺；在評價環(huán)節(jié)，教師課后可利用問卷星、微調(diào)查、易表達(dá)等小程序制作調(diào)查問卷，線上收集學(xué)生對自身的課堂表現(xiàn)、自身的知識掌握程度、教師的課堂教學(xué)效果等方面的評價。在此基礎(chǔ)上，教師須對課堂教學(xué)評價進(jìn)行反思，改進(jìn)教學(xué)方法，從而提高課堂教學(xué)效率。

設(shè)計意圖：合理的、科學(xué)的評價不僅能激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的熱情，還能及時反饋學(xué)生物理觀念的掌握情況，教師據(jù)此及時進(jìn)行教學(xué)調(diào)整，從而促進(jìn)學(xué)生正確的物理觀念的形成與發(fā)展。

4" 小結(jié)

本文基于5E教學(xué)模式，通過層層遞進(jìn)的環(huán)節(jié)逐步實(shí)現(xiàn)對學(xué)生物理觀念的建立、拓展完善、形成與發(fā)展的培養(yǎng)，并通過自制教具的運(yùn)用，將抽象的物理規(guī)律可視化，解決了流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系這一知識難點(diǎn)。此外，在解釋環(huán)節(jié)中引導(dǎo)學(xué)生從多角度分析飛機(jī)升空的原因，幫助學(xué)生形成完整物理觀念的同時，能有效培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和動手創(chuàng)新的能力。雖然5E教學(xué)模式為物理觀念的培養(yǎng)提供了有效路徑，但該模式仍存在一些問題，比如課堂時間少、教學(xué)模式環(huán)節(jié)多、教學(xué)評價如何有效貫穿等等，這些都有待廣大教師進(jìn)一步探討。

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