基于“5E”教學模式的高中物理教學設計探究

李對平

【摘要】“5E”教學模式是一個建構主義教學方法，注重學生對概念的自主建立，被廣泛應用于各個學科的教學中.本文以人教版“液體的表面張力”課程為例，探討“5E”教學方法的建立，從新課引領、實踐探索、微觀理解、知識運用、綜合評估等五個課堂教學環節展開課程設計和課堂教學實施，以此達到物理專業核心素養的有效訓練.

【關鍵詞】“5E”教學模式；高中物理；液體的表面張力

在新課程背景下，為了突破傳統的物理教學模式，以“液體的表面張力”為例，探索采用“5E”教學模式，通過引入、探索、理解、延伸、評價等五個教育環節開展高中物理課程設計與教育實施.在課程設計與實施過程中，將核心素質的科學思維訓練作為課程主線，融合教學思政、教學探究體驗，通過結果評價、過程評價、增值評價相結合的綜合評價，以期達到物理課程核心素質的高效訓練，從而為教師進行教學改革提供一種切實可行的方式.

1 “5E”教學模式的理論基礎

1.1 有意義學習理論

在有意義學習思想的推動下，“教學中心”理論也進行了同化，有意義學習的進程也可以簡單概括為從原來知識點中吸取和記住新知的進程.而這些原來知識點對現有知識產生的影響效果，就叫做同化效果.

該思想主要強調了以下幾點：首先，知識學習是通過個人經歷去感知世界的進程.知識學習必須明白自身究竟需要掌握多少，同時又在自身知識結構的幫助下，對已有知識加以消化吸收，從以建立完整的知識結構.第二，重視教學語言的效果.學習語言有助于使用者更好地更好地理解學習知識點，但所學知識點并不是零散分布的，他們必須在所學方式的影響下，共同構成自己的知識結構.第三，使用者在整體學習活動中，需要保持主觀能動性，準確地對所接觸的知識點作出客觀評估，從而去除其中的糟粕.

1.2 建構主義學習理論

在建構主義學習思維視角下，教師必須時刻關注學生個人的當前知識能力和潛在發展能力，并根據“最近發展區”概念，維系新舊知識的關系，進而促使學生形成良性的學業生活，這樣既可使知識相互之間的關聯密切程度提高，也可提高環境教育的現實發展意義.

一般情形下，高中物理教學提倡構建“自下而上”的學業網絡體系，并把學生放在該網核心地位上，采取進一步深入課程實質的方法，讓學生更深切地認識到學習物理內容的重要性，進而確保課程目標的順利開展.根據上面所述原理，學校教學管理人員可以密切注意學生的學習動態，同時也對他們的心理行為作出有效指導，因而降低學生無合理性學業現象的發生概率.

2 教學內容分析

根據人教2019版本教科書相關的“液體的表面張力”內容和《普通高中物理課程標準（2017年版）》課標規定，按照學生物理專業基礎素質的層次分類，物理基礎素質課程要求學生必須滿足下列四個基本條件.

（1）物理思維.利用科學實驗，研究物質的表面作用過程.明白物質的表面張力定義.

（2）科學思想.能對物理現象作出科學推論，作出推測；通過對物理化學實驗的科學推導，得出液體表面張力特性的有關結果；能將液體表面層分子間的關系進行模擬建立；能從各種視角探討物理化學問題，質疑創新，闡述液體表面張力產生的原因.

（3）科研探索.利用液體表面張力實驗和研究，掌握科研探索的具體方法；通過對表面張力的微觀解析，掌握利用分子運動理論解析宏觀現象的方法.

（4）科學態度和責任.有學習物理的濃厚興趣，具備務實的心態，能和別人協作；了解到物理科學研究和應用與職業道德和法規問題有關，了解科學技術與社會環境的關系.

“液體的表面張力”課堂教學要點為液面張力的概念，課堂教學重難點為液面張力的形成根源及其微觀闡釋.在課堂教學中充分運用現場投屏、電視放映、多媒體教學，動漫演示等現代教學技術手段，引起學生的學習興趣及關注，將抽象理論“可視化”，最后理解課堂教學的關鍵點課題.

3 教學設計

“5E”教育模式是國家生物學教學課程科學研究發展所（BSCS）面向科研素質教育而設計的教育模式，是一個采用建構主義教學理論和概念轉換理論研究的模型.包括“引入（Engagement）”“探究（Exploration）”“理解（Explanation）”“延伸（Elaboration）”“評價（Evaluation）”5個教育環節.

在引入階段，創設提問情境以吸引學生的關注，引發學生主動探索的欲望.在探索環節設置實驗研究任務，學生經歷課題探索過程，以便克服學生頭腦中產生的意識沖突，得出合理的問題回答，從而構建起科學概念.在理解階段，將探索過程中所得出的結果加以微觀解析，促進教學內容的內化，建立新的科學認知.延伸階段是對主要知識點的延伸與運用，以提升學生的運用水平.利用評價階段，了解學生對關于理論的把握狀況，以便合理地調節教學方式與進度，以提升課堂教學的有效性.

在“液體的表面張力”教學中采用“5E”教育模式，可以充分調動學生學習的積極性，有助于學生形成物理科研思想，有效提高學生的物理化學專業基礎素質，具體設計如下.

3.1 引入環節（新課導入）

通過紗網盛水實驗，吸引學生的注意力與興趣，從而激發他們對認知的內驅力.展示的巨大泡泡、蜥蜴在水上行走和蜘蛛網上的水珠圖片，可以引發他們的同頻共鳴，從生活走向物理世界.

3.2 探究環節（實驗探究）

教師開展實踐指導，學生小組進行研究活動.通過研究活動，提高學生的動手技能，語言表達意識，養成熱愛勞動的良好習慣，鍛煉協作能力和克服困難的能力.

3.3 理解環節（微觀解釋）

液體的表面張力產生因素的理解環節是本節課程的教學重難點.基于把液面分子拉入液體中產生表面張力的觀念，以液體表面分子之間引力產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，達到了抽象思維“可視化”，提高了學生對液體表面張力概念的認識.另外，教師需要強調分子鏈的“液膜”觀念，讓學生認識到在科技探索過程中要具有質疑的精神.

3.4 延伸環節（知識應用）

通過選取風油精罐裝置與液體表面張力測試儀案例的應用說明，鞏固學生所學理論知識，并提高學生對科技、經濟、社會、自然環境與相互作用的認識.

3.5 評價環節（綜合評價）

評價過程包括對學生在引入階段、探究階段、理解階段、探究階段學習成績的評價，還有課后習題完成狀況的評價.

4 “5E”教學法的教學設計實踐

4.1 引入環節

（1）紗網盛水實驗

在教學開始時，教師給學生介紹“紗網盛水”的現象（可使用投屏技術，將試驗過程展示在大屏幕上），準備一個空瓶和一塊紗布，紗布固定在瓶口，往瓶中倒滿水后，用手蓋住瓶口，將瓶子倒過來放開手，讓學生觀察現象，激發學生的思索，并提問在布滿小孔的紗網中，液體表面為什么不會分散形成無數個小液滴流動？

（2）電子圖片展示

在英國倫敦博物館，SamHeath打破了一項吉尼斯世界紀錄（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，蛛網上的水珠為何是球形？

4.2 探究環節

4.2.1 教師演示肥皂膜收縮實驗

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

教師提問：刺破了肥皂膜的一面之后，另一面變化怎樣？

學生回答：先刺破棉線圈一側薄膜，另一側的膜收縮，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：液體表面產生收縮現象，產生小體積的“液膜”.下面請各位同學展開探究實踐，通過實踐來驗證教師的解釋是否合理.

4.2.2 學生探究體驗

肥皂膜收縮實驗.提供金屬導線、管鉗、棉線、肥皂水等實驗用具，教師引導學生制作各種金屬框架完成皂膜收縮試驗.

4.3 解釋環節

通過PPT介紹液面內部結構與表層物質分布狀況，從液面物質拉進內層思想、液面物質吸引力思想、物質鏈構成"液膜"思想展開對比剖析講解，多方位來探索表面張力.

4.3.1 液體表面分子拉進內部觀點

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

學生猜想：在宏觀方面上反映出了液面有收縮的現象.

4.3.2 液體的分子吸引力概念

教師指導：同學們仔細觀察分子的作用力和距離的相關示意圖，當分子間距r > r0，作用力為吸引力.當分子間距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間等于相互斥力.

教師結論：液體的表層作用主要產生在液體上，方向與液面相切，使液態表層面積有減小的傾向

4.3.3 分子鏈形成“液膜”觀點

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.

教師指導：假設水球表層的物質鏈排布均衡合理，使得液面表層產生“液膜”，產生張力，體現為彈性“膜”.在失重狀況下，水可以形成一只大輕艇水球.

鼓勵學生：同學們認為教師的看法是否合理？同學們只要具有敢于懷疑、大膽創造的科研探索精神，將有機會成為未來的物理學家.

5 結語

綜上所述，在“液體的表面張力”教學中采用“5E”模式開展課程設計和課堂教學實施，按照課程梯度和知識規則，遵循激發思考、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邏輯.相關課程設有“引入”“探索”“理解”“延伸”“評價”5個課程環節，培養學員從物理的視角了解自然，由生活走向物理，構建起物理科學思想，有效訓練物理專業核心素質.

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