5E教學模式在“河流動力學”課程中的探索與應用

張戈 陳思宇 王笑峰

摘? ? 要：“河流動力學”作為黑龍江大學水文與水資源工程專業的必修課程之一，在目前的教學模式下，由于內容復雜、理論性和經驗性強、對學生邏輯性要求較高等原因，很難引起學生興趣，課堂教學效果不佳。文章以此為基礎，闡述5E教學模式的各個環節特點，探究其在在河流動力學的實際應用效果，并分析5E教學模式大規模應用于教學的可行性。

關鍵詞：河流動力學；5E教學模式；教學改革；應用分析

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2024）03-0086-03

隨著我國社會經濟的快速發展和現代治水觀念的轉變以及國家對水利行業的重視，水文與水資源專業人才的缺口日益擴大，對人才也提出了更高的要求。為了更好地適應社會的需要，培養出更多的水文人才，水文與水資源課程改革迫在眉睫。“河流動力學”課程是黑龍江大學水文專業的專業基礎課之一，主要包括泥沙運動基本規律和河道演變原理及規律兩部分[1]，這兩部分課程內容都包含著大量的經驗公式。經驗公式的推導離不開高等數學、三大力學、水力學等知識的積累，所以對于學生的邏輯性以及理論性都提出了非常大的挑戰。本文以“河流動力學”課程為例，采用5E教學模式，分析其在“河流動力學”課程中的應用效果，并討論它應用于課程的可行性。

一、5E教學模式特點

5E教學模式是由美國生物學課程的研究者研發出來的一種基于構建主義教學理論的教學模式[2]。5E教

學模式的由來是因為它一共分為吸引（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、遷移（elaboration）和評價（evaluation）這5個步驟，各個步驟的英文單詞都恰好以“E”作為開頭。

吸引（engagement）：吸引環節在5E教學模式中是最先的環節，也是整個教學模式中的起始環節。所謂吸引，顧名思義就是教師拋出情境話題來吸引學生的興趣，激發學生主動探索新世界的好奇心。為更加容易地達成這一目標，設置的情境問題應該是盡量貼合實際，能與學生產生較大關聯的話題，同時，該情境話題應該與課堂內容相結合，起到一個很好的引入作用。在這一環節中，教師也需要積極鼓勵學生大膽發言，例如“關于黑板上的問題，我已經了解到了什么”“對于這種現象，我覺得產生的原因可能是什么”。通過學生的回答，教師會了解到學生對即將學習的內容已經形成的初步的前概念，從而可以通過創設相應的問題情境或者是在PPT上演示實驗與學生已經形成的前概念產生認知上的沖突，由此來激發學生對于學習內容的興趣，調動學生的探究意愿。

探究（exploration）：探究環節是5E教學模式的中心環節。在這個環節中，以在吸引環節設置的認識沖突作為出發點，引導學生逐步開始進行探究。在探究環節中，教師所需要做的就是給學生提供解決問題所必須的背景知識，如果是進行實驗探究，還必須提供給學生相應的實驗儀器、實驗材料、背景知識等等。這些都準備好后，就可以鼓勵學生大膽進行探究。在探究過程中，教師要進行觀察、傾聽，如果學生的探究方向嚴重偏離，要給學生的探究指明正確的方向。同時，教師應該記錄學生在探究過程中所展現出來的概念信息，以便為后來的概念轉換以及概念界定提供相對便利的條件。

解釋（explanation）：解釋階段是5E教學模式中最為關鍵的環節。在這一環節中，重點是要引導學生將注意力放在對探究結果的展示以及最后得出的結果中，這就要給學生提供一個展示自我的機會。學生將在探究環節中得出的結論向其他同學進行講解，且每個學生可以對結論提出質疑。在說明結論、學生相互討論的過程中，為教師提供直接了解學生對概念的認識和其學習過程與方法的機會。

遷移（elaboration）：在這一環節中，學生要在教師的引導下繼續發展對概念的理解以及進行新概念的擴展。在初步實現這一目標之后，學生可以嘗試用新獲得的知識來解釋新的情境以及新的問題。通過一次次的嘗試以及實踐，學生會一步步加深或者擴展對概念的理解，也可以獲得更多的信息以及相對應的技能。

評價（evaluation）：在這一階段，教師和學生都成為了評價的主體，評價的方法也趨于多樣化。教師既可以采取正式的方法評價，例如課后發布課堂任務來檢測學生水平或者采用試卷考核形式，也可以采用非正式的方式評價，例如學生在探究環節的表現、在小組內的表現、在解釋環節的大膽質疑表現等都可以成為評價的指標。總而言之，在評價的這一階段，最重要的目標是確保學生對研究過程進行相應的反思并且尋找其在這一過程中所展現出來的不足之處以及給教師提供一個評估自己教學過程和教學效果的環節。

從以上5個環節來看，相比于傳統的教學模式，5E教學模式更為多元化、多樣化，即評價主體多元化、評價指標多樣化、評價方法多樣化。評價主體多元化即評價的主體由傳統的學生轉變成了教師、學生以及學生小組團隊的管理者；評價指標多樣化即由傳統的以結果為導向變為不僅注重學習結果，也注重學習過程；評價方法多樣化即可以采用自我評價與他人評價相結合、質性評價與量化評價相結合等評價方式[3]。

二、5E教學模式的應用效果分析

“河流動力學”作為水文與水利工程專業的一門重要的專業課，主要包括河道水流、泥沙運動、河床演變規律與模擬等方面的內容，具有很強的理論性和經驗性。因此在授課過程中，教師需要將課堂教學與實驗教學相結合來達到更好的授課效果。故本文將5E教學模式的應用場景細分為實驗教學和課堂教學。

（一）實驗教學

傳統模式下，為節省時間也為了提高效率，“河流動力學”課程中所做實驗基本上已經由教師設計好實

驗步驟，學生只需按部就班完成實驗就能得到結果。這與“以學生為中心”的理念對比，實驗過程學生思索問題少，缺乏主動性[4]。此外，設立實踐課最重要的目的是提升學生對河流動力學學科現象以及對其中知識的感悟，一味地跟著教師操作很難引起學生對該門課程的學習興趣，也難以培養其獨立自主思考的能力，并不能夠促進學生積極主動地去學習[5]，也有違實驗課設立的初心。

5E教學模式下，“河流動力學”課程在進行實驗教學時，可以轉變實驗教學模式，由傳統的教師帶領學生完成實驗變為學生自行設計實驗。在實驗課前，教師可以先整理實驗所涉及到的知識點，在課堂上設置相關情境的問題，該情境問題是為了調動學生們回答問題的積極性。在這一階段，教師需要鼓勵學生積極發言，并且對學生的發言作出相應的點評，對錯誤較明顯的回答進行糾正。通過這一問一答一糾正來引發學生對于該問題的好奇。隨后，教師講解該實驗可能用到的學科背景知識以及展示實驗器材，并將學生分為2～4個大組來進行討論。在討論的過程中，教師要注意探聽學生的討論方向并將之記錄在冊以此來了解學生對于實驗的了解程度。討論結束后，教師給出對應的題目，讓學生根據給出的實驗題目在線下自行設計實驗過程，并形成一份實驗開展報告交給教師。針對學生給出的實驗開展報告，教師鼓勵學生在課上進行相應的展示，并與其他學生一起探討實驗的可行性以及針對這份報告進行相應的評價與完善。在遷移階段，教師根據學生的思路，從報告中已有的概念出發，向其拓展實驗中所包含的相關知識。在最后的評價階段，教師不是簡單將實驗結果作為唯一的評價手段，而是結合在這一整個階段學生所展現出來的知識儲備、創新精神、團隊合作精神、實驗數據綜合進行評判。

在5E教學模式中，不僅轉變了傳統實驗教學模式下以教師為主體的模式，大大提升了學生的參與感，而且在設計實驗開展設計書的過程中，為了更好地設計實驗，讓實驗結果達到預期，學生會運用到多個知識點，在查找資料的過程中也能加深對知識點的理解，提高實踐能力。設計實驗的過程本身也是對課程整體內容的梳理與總結。

（二）課堂教學

為更加詳細說明5E教學模式在河流動力學課堂教學中的應用效果，本文以“河流動力學”課程第一章“緒論”為例，本章節的重點內容是讓學生理解河流動力學是什么樣的學科，主要研究什么。在5E教學模式中，這節課可以拆分為5個階段，分別是吸引、探究、解釋、遷移和評價。在吸引階段，教師可以設置情境問題。例如由PPT上的河流引出“你覺得河流動力學是一門

什么樣的學科，主要研究內容是什么”。在提出問題的時候也可以引導學生回憶已經學過的專業課例如水力學，鼓勵學生從已經學習過的專業知識出發，進行擴展，“關于河流，我已經學了什么知識，還有哪些知識有所欠缺，河流動力學可能涉及到哪些知識”，這些都是可以拋給學生的問題。有提問就會有回答，通過學生對上述問題的回答，教師可以初步了解到學生對該學科的認識程度。

在探究階段，教師可以將學生分成若干個小組，并讓學生自行翻閱河流動力學第一章的內容，讓學生通過小組合作模式自行探究河流動力學第一章的內容。在探究階段，教師也應該多注意走動和記錄學生探究結果以便掌握學生學習進度。若有學生的探究步伐完全偏離了教學目標，教師也要及時進行糾正。待大多數學生探究完畢，已經有了一個初步的結論后，就可以進入下一個解釋環節。

在解釋環節，最重要的就是要給學生一個展示的機會。教師可以隨機挑選幾組學生，讓他們站上講臺講述結論。沒有被挑選到的小組則可以對展示的小組進行質疑與補充。在此過程中，教師所要做的就是在旁邊進行記錄，把握整體大方向以及鼓勵學生融入更多的新觀點。通過講述、質疑、補充這三個階段，學生最終會形成一份較為完善的答案。在不斷的講述、質疑以及補充中，學生會逐漸發現一些自己在討論過程中所忽視的點，也會漸漸加深對河流動力學概論的認識。

在學生最終提交一份較為完善的答案之后，就來到了遷移環節。在這一環節中，教師以學生提交的較為完善的答案為基點，進行知識的遷移和擴展。比如學生回答出河流動力學是研究河道水流、泥沙運動、河床演變規律及其應用的學科，教師就可以從這里出發，使學生對于河流動力學的初步概念變得更為具體形象，同時給學生拓展相應的知識，水流結構研究水流內部運動特征以及水流運動要素的空間分布；泥沙運動則研究泥沙的搬運、沖刷以及最后堆積的機理；河床演變則是研究河流的河床形態、相對應的演變規律以及因為人為干擾引起的再造床的過程。再比如說關于河流動力學的鮮明理論是什么這個問題，當學生回答出半經驗半理論后，教師可以順便對河流動力學的研究方法進行深挖，例如說明研究方法中包括了理論研究、試驗研究、原型觀測、數學模型。通過知識的遷移，學生不僅能加深對原有概念的理解，也擴寬了相應的知識面。

在最后一個評價環節，既是教師評價學生，也是學生評價教師。教師評價學生指的是教師對學生在前四個環節中的表現進行綜合打分，比如說學生在一開始的吸引環節中的提問表現，在組內合作中的參與度表現以及在解釋環節中對他人答案的補充與質疑表現等。在5E教學模式中，教師對學生知識掌握程度的判斷不僅僅局限于最后的期末考試成績，而是從平時的環節出發，評價的結果可以作為學生的平時分，加大平時分的占比，從多方面、多維度考查學生知識掌握的情況。這有利于改變傳統教學模式下以應試為重點的考核模式。學生評價教師指的是學生也可以對教師的課堂教學成果進行相應的評價，評價的結果可以作為教師日后課堂教學模式改革的方向，提升教師的課堂教學水平。

三、5E教學模式分析

為更好地探究5E教學模式是否適合“河流動力學”這門課程，筆者以傳統模式和5E教學模式分別上了兩節除教學內容不同以外，課程難度、講授知識點等完全一樣的課，并在課后向學生分發了調查問卷，調查學生對哪種教學模式更為喜愛。結果如表1所示。

通過對表1的分析可以得知，超過70%的學生認可5E教學模式，與傳統模式相比學生更喜愛5E教學模式的方式。后五個問題圍繞著學生在5E教學模式下，在課堂的學習主動性是否有所提高而展開相應的調查。通過調查可知，超過90%的學生認為在5E教學模式下更能集中注意力。表明在5E教學模式的探究教學和遷移階段，通過教師的引導，學生已經逐漸開始進行自主探究以及概念的自主建構。更進一步表明了5E教學模式和傳統模式相比，能使學生更加充分地融入課堂，并且提高了學生的學習積極性。最后一個問題則是圍繞著學生自身能力的提高與否展開相對應的調查。有68%的學生認為在新的教學模式下，自己的團隊合作能力有所提高。在大學期間，無論是競賽還是大部分的日常的課堂任務，都需要團隊合作，鍛煉自己的合作能力對于大學生來說也是十分重要的一件事，5E教學模式下的課堂能為學生提供很好的幫助。

四、結論

通過上述研究可以表明，5E教學模式應用于“河流動力學”課程中可以給課程帶來巨大的改變，且通過調查研究可知，學生整體上對于5E教學模式的接受程度較高，如果進行大面積的應用推廣，不會引起學生的反感。與傳統的教授模式相比，5E教學模式具有參與度高、學生自主學習能力加強、團隊合作能力加強、整體思維框架體系的搭建更為完善等優點，學生對新知識的理解與運用顯著提升。同時，最后的評價環節，能有力破除傳統教學模式下，教師采用單一的評價標準，以結果為導向而忽略過程評價的弊端。誠然，5E教學模式還存在著一些問題，例如如何有效設置情境問題來吸引學生、在解釋環節如何更加生動形象、備課時間和難度加大該如何克服等，但不可否認的是，5E教學模式一定能給課堂注入新的活力。

參考文獻：

[1]? 荊海曉，王雯，王義民，等.面向工程應用能力培養的“河流動力學”課程教學改革思考[J].教育教學論壇，2020（29）.

[2]? 劉暢，王宏瑞，張成中，等.5E教學模式在中藥鑒定學課程教學中的應用——以葉類中藥為例[J].中醫藥管理雜志，2022（20）.

[3]? 楊清.學校課堂教學評價：價值的判斷、挖掘與提升[J].教育科學研究，2021（11）.

[4]? 李建林，王心義，王燕，等.基于工程專業認證的河流動力學實驗教學改革研究[J].焦作大學學報，2020（4）.

[5]? 赫巖莉，吳光林，毛鴻飛，等.淺談河流動力學教學中面臨的幾點問題及教學方法改革措施[J].科教文匯，2022（14）.