5E教學模式導向的中學物理作業設計新模式探索

【摘要】在當前日益強調學科核心素養的教育背景下，單一作業形式已難以充分滿足學生全面發展的需求.本文旨在結合探究式課堂教學中廣泛采用的5E教學模式，對中學物理作業的情境與問題設計進行深入研究，以期探索出一條更為科學、有效的高中物理作業設計新途徑.

【關鍵詞】高中物理；5E教學模式；作業設計

隨著《普通高中物理課程標準（2017版）》的實施，物理核心素養培養成為物理教學重要導向.教育者認識到單一作業形式無法滿足學生多元需求.物理教育不僅需要培養問題解決能力，也要重視科學探究技能以及對待物理的積極態度的形成.5E教學模式因其高效靈活性受到關注.而物理作業作為教學重要環節之一，與課堂教學緊密相連.本文旨在將5E教學模式融入中學物理作業設計，探索一種全新的作業設計模式.

1 5E教學模式簡介及應用于作業設計的優勢

5E教學模式源于建構主義理論，包括“吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elucidation）、評價（Evaluation）”五個環節，旨在引導學生主動探究，深化對物理概念的理解.物理作為實驗科學，強調實踐與探究能力，與5E理念相契合.利用該模式設計理論與實踐相結合的作業，能激發學生探究興趣，提升動手能力，搭建生活與物理的橋梁.

本文主張將精心設計的習題與實踐性作業相結合的作業模式，學生能夠在實踐中深化理論知識的理解與應用，打破理論與實踐的隔閡.相較于傳統作業形式，這種作業形式不僅強調學生的主動性和參與性，更能促進學生的深度學習，使學生沉浸在作業中，提高學習效果.并且這種作業設計靈活多變，能夠適應不同學生的學習風格和需求.

2 5E教學模式導向的物理作業環節設計——以“磁場對通電導線的作用力”為例

在“雙減”的背景下，優質的作業設計不僅要體現目標導向性和科學性，還需兼顧一定的趣味性、層次性和創新性.學生在完成作業的過程中，不應僅作為記憶機器，而應在過程中體驗學習的樂趣，實現深度學習.因此，在運用5E教學模式進行作業設計時，我們需要制定精細化的策略，明確實施步驟，特別關注每個階段的情境和問題設置，確保作業設計的科學性和吸引力.本文將深入探討如何運用5E教學模式，分階段、精細化地設計作業.

2.1 吸引（Engagement）環節設計

吸引環節是作業設計的首要階段，其核心在于激發學生的好奇心與探究欲，為后續學習奠定基礎.作業應避免過于困難或簡單，難度應適中，既具有挑戰性又不產生畏難情緒.

（1）情境設計：為激發學習興趣，可選趣味性強、與生活相關的情境引入作業.如安培力教學，可以引入威廉·斯特格恩的發明和電機技術發展，構建生動物理世界.情境需確保前后連貫，助學生從吸引階段自然過渡到探究階段.

（2）問題設計：題干設計應豐富多樣，避免單調.通過創設情境和輕微認知沖突，激發學生好奇心與探究欲.此舉亦助學生展現物理前概念，為教學提供寶貴反饋.

例如 在“磁場對通電導線的作用力”一節中，我們從電動機轉子模型出發.1832年，威廉·斯特格恩發明了四芯電機，它驅動烤肉夾旋轉，展現了電動廚具的雛形.斯特格恩還發明了電機電刷，至今仍為直流電機所用.接下來，我們將展示電動自動翻炒廚具模型，并設問，如直流電動機轉子線圈連接后，閉合電鍵的變化.

為確保效果，我們需深入了解學生認知特點與需求，設計符合學生興趣、能力和認知的情境與問題，以獲得更大教學收益.

2.2 探究（Exploration）環節設計

探究環節是5E教學模式的核心，對物理作業設計至關重要.作業應具一定挑戰性和探索性，激發探究欲和創新精神.實踐性作業的意義在于引導學生從散漫的學習態度轉變為專注投入，通過“做中學”的方式鼓勵學生通過親身實踐來深化理解和認知，使其思維逐漸清晰，知識體系從零散變得系統化.

（1）情境設計：探究階段強調情境深化，確保連貫延伸，與吸引階段銜接.可基于生活實例或科學史故事，提出挑戰性問題和任務，促進學生深入探究.同時，引導學生用日常物品進行物理探究，發現物理與生活的聯系，激發對物理的興趣和熱愛.

（2）問題設計：探究階段用問題鏈輔助實踐，設計基于學生認知，避免過難或開放，助其建構物理模型，理解概念.問題鏈的設計應該循序漸進，適合學生逐步理解，培養批判性思維和問題解決能力.

探究階段設計自制簡易電動機任務，觀看視頻后結合電磁學內容自制電動機.小組設計方案，自選材料，并回答以下問題：

①材料與設計.需哪些額外材料？如何設計線圈、磁場源及支撐結構？

②電動機結構與原理.電動機需要哪些部分？如何設計線圈產生有效轉動？如何固定線圈？磁鐵如何布置？

③磁場與電流作用.改變電池，電動機性能會發生什么改變？增減線圈匝數，轉動速度有何不同？

通過這些問題鏈，學生可以深入思考電動機設計的每一個環節，理解每個部分的作用以及如何影響整體性能.這有助于他們更加系統地規劃和設計電動機，確保磁場和電流能產生有效的相互作用，從而實現電動機的基本功能.

實踐性作業耗時較長，往往成為教師們避免采用的作業形式.然而，我們可以通過引入小組合作的方式并結合現代信息技術的運用，有效緩解學生的學習壓力，也能豐富學生的學習體驗.

2.3 解釋（Explanation）環節設計

解釋階段作業設計重在學生深入理解、內化知識，提升邏輯和表達能力.應強調知識系統性和連貫性，整合零散知識點.鼓勵學生個性化解釋，培養批判性思維，深化物理概念和原理的理解.

（1）情境設計：情境設計應靈活，圍繞學生在探究階段所發現的知識或規律，促進學生理解和解釋.情境可模擬實驗結果或日常生活應用，融入作業中，幫助學生將理論與實踐結合，提高應用能力.

（2）問題設計：關于問題設計，其核心在于使學生通過“探究”階段獲得的數據或者觀察到的現象，以個性化的方式建構物理模型.因此，筆者推薦采用概念辨析題、案例分析題，邏輯推理題等形式的問題，以促進學生深入思考與探索.

例如 對于“磁場對通電導線的作用力”這一節，由于學生在探究階段觀察到不同情況下線圈的不同運動狀態，所以可以選擇進行案例分析，設計如下：

大家成功制作并觀察了簡易電動機的旋轉，接下來需深入分析其工作原理.

①電動機線圈上取一小截線圈段，繪制出其在磁場中的平面受力簡圖，標明電流、磁場及受力方向.

②選取位置不同的另一線圈段，比較受力差異.

③探討線圈在磁場中轉動的原因.

④從受力角度分析線圈匝數增減對性能的影響.

通過提供具體而有趣的情境、設計多樣化的問題以及鼓勵學生進行個性化解釋，我們可以幫助學生深入理解和內化電動機工作原理知識，培養他們的邏輯思維和表達能力.

2.4 遷移（Elucidation）環節設計

遷移環節強調將學生在解釋階段獲得的知識和技能應用到新的情境中，以促進知識的遷移和拓展.這一階段的作業不僅要求學生對知識進行系統回顧與整合，而且鼓勵他們在實際操作中深化理解，培養靈活運用知識的能力.為了達到分層式作業設計的效果，筆者認為可以設計三道題目，題目設計難度依次增加，學生可以從中選擇一題進行作答即可.

（1）情境設計：遷移階段需要實際應用和挑戰性情境，模擬工作、生活或科技應用，與學生未來緊密相關.這有助于學生運用知識解決實際問題，提升遷移能力.

（2）問題設計：問題設計方面，我們提供不同難度的題目供學生選擇，以適應其學習水平和興趣.基礎應用題幫助學生鞏固基礎知識，拓展應用題則引入新元素和挑戰，培養學生綜合運用知識的能力.綜合性問題則要求學生綜合運用多個知識點進行分析解答，培養其綜合分析能力.

例如 以“磁場對通電導線的作用力”為例，設計了三個題目，分別涉及電磁力平衡、電磁力測量和電磁炮應用等實際情境.這些問題既考查學生對基礎知識的掌握，又要求他們運用所學知識解決實際問題，實現了知識的遷移與拓展.

難度1 著重培養學生對三維空間的認知能力，以及物理基礎模型的建構能力.在一個校園小型的科技展上，有一個特別的展示區，名為“電磁力平衡實驗室”.在這個實驗室里，參觀者們可以親眼看到電磁力如何與重力相抗衡，維持一個物體的靜止狀態.我們可以提供各種數據，并提問欲使金屬棒在導軌上保持靜止，電阻R應為多大？

難度2 著重培養學生安培定則的使用，以及系統分析能力和邏輯思維能力.電流天平是一種精密的測量工具，它利用電磁力與重力之間的平衡關系來精確測量勻強磁場的磁感應強度.現有如圖2所示的電流天平，重為M的N匝線圈邊長為L，其下半部分置于磁場B中，通入順時針方向的電流I后，砝碼m1，m2使天平平衡.通入反向電流后，左側需加m才平衡.求B的大小和方向.

難度3 著重培養學生串聯電磁學與力學知識的綜合性分析能力.《南華早報》報道，馬偉明提議建核動力超級戰艦，集成電磁炮等，革新海軍作戰.電磁炮發射速度遠超傳統火炮，初速為其兩倍以上.如圖3所示，兩根長X的銅軌架在磁場強度為B的強磁場中，金屬架CD上m質量彈體通大小為I的電流后運動，過程中受到一個恒定的阻力f.請計算彈體在離開軌道時的最終速度v是多少？

遷移階段的作業設計應注重情境的實用性、問題的多樣性與真實性，并鼓勵學生的個性化遷移.通過設計具有挑戰性和真實感的情境，以及多樣化的問題類型，我們可以幫助學生將所學知識遷移到新的情境中，提高他們的知識應用能力和實踐能力.

2.5 評價（Evaluation）環節設計

評價環節是5E教學模式的收官階段，其核心在于全面評估學生的學習成效.我們秉持教學評一體化理念，結合分層式與實踐性作業設計，力求精準評價學生的掌握程度、理解深度和應用能力.

在評價過程中，我們不僅關注作業結果，更重視學生的解題過程和學習態度.細致觀察學生的思考路徑和問題解決步驟，能夠更真實地反映其學習情況和進步程度.教師及時給予反饋，指出學生的優點和不足，并提供具體建議，旨在幫助學生改進學習方法，提高學習效果.這樣的教學評一體化設計，既滿足學生個性化學習需求，又促進其全面發展，為提升綜合素質奠定堅實基礎.

3 結語

總的來說，5E教學模式為物理作業設計提供了新思路和方法，能有效優化作業設計，提升學生學習效果和興趣，奠定了其廣泛應用的堅實基礎.在設計作業時，需考慮不同教學階段對問題以及情境設計的不同要求.新授課重基礎鞏固，情境簡明；單元復習課提升情境復雜度，設計綜合問題；一輪復習強調真實性與復雜性，提升解決實際問題的能力.

參考文獻：

[1]梁旭.問題情境設計的基本原則——兼談作業設計與試卷命制的基本原則[J].物理教學，2022，44（09）：2-7.

[2]鐘曉杰.基于核心素養培養的高中物理作業設計分析[J].中學課程輔導，2023（35）：15-17.