問題鏈下5E 教學模式實踐分析

摘要：本文以具體案例分析問題鏈如何在科技館教育活動中引導學生從展品參觀出發，逐步深入探究科學原理，最終實現知識的內化與創新應用。

關鍵詞：問題鏈 5E 教學模式 科技館 教育活動 非遺+ 科技

一、問題鏈下5E 教學模式

5E 教學模式是一種基于建構主義教學理論的教學模式，于1989 年由美國生物科學課程研究會（BSCS） 開發，包括引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、拓展（Elaboration）和評估（Evaluation）5 個環節。

問題鏈是教師根據教學目標和教學內容，結合學生的已有知識或經驗，將教材知識轉變為層次鮮明、具有一定系統性、相對獨立又相互關聯的系列問題，其核心功能在于通過一連串精心編排的問題，通過緊密相連、逐步深入，共同編織成一條引導學生探索知識、發展思維的完整邏輯鏈，為教育活動注入方向，確保教學內容的有效進行。

在5E 教學模式下，問題鏈成為引領學生探索知識、構建認知的關鍵線索，二者都是以建構主義為基礎，強調學生的主動參與和知識的自我建構，其中的問題鏈是通過一系列的問題，引導學生逐步深入探究，實現知識的內化；5E教學模式則注重學生的主動學習和深度參與。將問題鏈融入5E 教學模式，能進一步強化學生的主體地位，促進他們對知識的深度理解和應用。問題鏈下的5E 教學模式，通過一連串精心編排的問題與5 個關鍵步驟的有機結合，讓學生學會提出問題、設計實驗、分析數據、得出結論等科學探究方法，幫助學生在探究中學習，在解釋中理解，在拓展中創新，在評估中成長，從而全面提升他們的核心素養（見圖1）。

二、千里舟楫，內有乾坤——“非遺+ 科技”教育活動

中國科學技術館的“千里舟楫，內有乾坤——‘非遺+ 科技’教育活動”是以傳統非物質文化遺產福船為核心，體現了科技館在促進科技與文化遺產融合、傳承非物質文化遺產方面的創新嘗試，通過一系列精心策劃的教育環節，加深學生對福船結構及其制造工藝的理解，同時借助科技實驗與模型制作，有效激發學生的科學興趣，鍛煉他們的科學思維與實踐操作能力。

1. 教學對象

本活動面向10 ～ 12 歲學生群體，此年齡段學生已具備開展觀察、探究、類比遷移等活動的基礎能力。

2. 教學目標

（1）培養科學概念 讓學生認識福船“上大下小”的結構特征，理解其科學原理；通過有序觀察，讓學生能夠描述福船的構成部件，并分析各部件功能；掌握福船水密隔艙結構，理解其在提升船只穩固性、抗沉性及貨物管理方面的作用，了解水密技藝及傳統制造工藝；培養學生形成“結構影響功能”的科學概念。

（2）鍛煉科學思維 引導學生按空間順序有序觀察福船，培養有序觀察習慣；通過沉船實驗、桐油防水實驗等，讓學生掌握控制變量的方法，設計簡單實驗；運用所學知識，通過類比遷移，解釋生活中的類似現象。

（3）提升探究實踐能力 引導學生從實際情境中提煉科學問題，設計實驗方案，形成自主探究能力；運用科學原理制作模型，驗證假設，體會科學原理與實物模型的互動。

（4）培養態度與責任感 讓學生體會科技與文化的緊密聯系；培養學生樂于探索、合作與交流的精神；通過了解水密隔艙的發明故事并親手制作模型，提升學生對傳統文化的自豪感，建立傳承非遺的使命感。

3. 教學重點與難點

教學重點 引導學生提煉科學問題，提出質疑，設計探究方案，建立科學探究思路；通過實驗方法，讓學生理解水密隔艙在提升船只穩固性、抗沉性中的科學原理；以福船為例，展示非遺的科技內涵與文化魅力，發掘其科普價值。

教學難點 平衡科技與文化的關系，讓學生在掌握福船特點、優勢及科學原理的同時，體會其歷史意義、文化內涵及非遺價值，提煉福船技藝中的當代精神價值。此過程需教師精心策劃，確保學生在科技探究與文化遺產傳承之間取得平衡。

4. 教學過程

“千里舟楫，內有乾坤——‘非遺+ 科技’教育活動”是基于深度學習的5E 教學設計，經歷提出問題—分析問題—解決問題的認識過程，實現學習進階，其中問題環節通過問題鏈驅動思維環節形成思維鏈，之后再由思維鏈帶動活動環節構建活動鏈，三者相互依存、相互促進、協同發展（見圖2）。

活動遵循“引入—探究—解釋—拓展—評估”的教學思路（見圖3），學生將深入理解“結構影響功能”的科學概念，充分體會科學探究的一般思路和過程，同時感受我國傳統非物質文化遺產及工匠精神的魅力，是科學教育與人文教育充分融合的一次嘗試。

第一階段：參觀展品，引出主題

階段目標：通過觀察展品和模型，激發學生興趣，進入到置疑、質疑環節，引出科學問題。

問題環節

通過觀察福船模型，吸引學生學習興趣，并引導學生通過全面有序觀察，聚焦于水密隔艙這一特征船體結構，該結構與學生原有簡化模型產生認知沖突，由此結合學生日常經驗、先驗知識等，師生共同交流，在介紹水密隔艙的結構、重要歷史意義和非遺價值基礎上，引導學生提出問題：“船艙為什么設計為隔艙的結構？”并聚焦福船制造的核心技藝——水密隔艙制造技藝，明確有待探究的3 個子問題：“隔艙如何保證穩定性？隔艙為什么可以提升抗沉性？水密效果如何實現？”

思維環節

通過展廳展品和龍骨結構模型，以清晰、直觀的方式引導學生提出科學問題。

活動環節

活動1. 帶領學生參觀“華夏之光”展廳的福船展品。

活動2. 帶領學生到活動區，觀察“福船龍骨結構模型”。

第二階段：根據問題，逐一探究

階段目標：通過多元探究方式理解水密隔艙的基本結構、核心功能及應用，初步了解科學探究的一般思路和方法。

問題環節

探究1. 探究隔艙穩定船體結構的功能

學生通過小組討論、動手實驗總結實驗現象：“未插入隔艙壁前，船體晃動明顯；插入隔艙壁后，船體明顯穩定”，確認假設“隔艙結構可以提升船體的穩固性”合理。師生交流，進一步澄清隔艙與船體穩定性之間的關系：隔艙的隔板起到了船體支架的作用，從而加固了船身，保證了福船整體結構的穩定性。

學生結合隔艙壁穩定結構的原理，思考日常生活中相似的應用，比如承重墻、衣柜、分格式書柜、石柱等。隨后互相交流、評價彼此的想法，最后留下問題：參觀“華夏之光”展廳，觀察哪些展項有相似的結構功能應用？

探究2. 探究隔艙提升船只抗沉性的功能

學生通過總結實驗現象“無隔艙的盒子進水速度快，很快便完全沉沒了；有隔艙的盒子僅有破損處的隔艙內進水，整體并未沉沒”，確認假設“隔艙的結構能夠提升船只的抗沉性”合理。師生交流，進一步明確現象背后的原理：①船可以浮在水上，是因為船的重力與水的浮力相等；②隔艙讓水只能進入有限的空間（破損的空間），所以能保持浮力和重力相等，從而防止船只下沉；③無隔艙的船因水迅速進入全船，使重力大于浮力，導致沉沒。

教師提出“南海一號”“泰坦尼克號”等實例，這些船舶都有隔艙結構，但是都沉沒了，引導學生圍繞實例分組交流，并填寫學習單：①隔艙是否一定能確保船只不沉沒？②不能確保的原因可能有哪些？③應該如何科學評價隔艙的抗沉功能？隨后，各小組匯報討論結果，師生共同總結評價。

探究3. 探究水密的實現途徑

引導學生思考，由于船是用木板拼接制造而成，木材本身不防水，拼接處也有縫隙，這就難以把水“困在”一個艙區，導致隔艙的抗沉效果變差，所以水密是實現防沉的必要條件，由此引出科學問題：“船如何實現水密？”通過收集資料，讓學生意識到桐油具有良好的防水性能，根據實驗現象總結：“經桐油浸泡的紙不再吸水，水不會下滲；未經桐油處理的紙吸水且水下滲至背面”，確認假設“桐油具有良好的防水性能”合理。學生結合福船的水密技藝，交流日常生活中相似的應用，比如防水涂層、水龍頭（茶杯蓋）密封圈、生料帶等，并讓學生互相評價。

思維環節

整個探究過程圍繞3 個子問題“隔艙如何保證穩定性？隔艙為什么可以提升抗沉性？水密效果如何實現？”展開。模型拼裝、實驗操作等動手環節能激發學生探索的興趣，既能提升活動趣味性，還能訓練動手能力、加深對知識的理解；逐步提升探究活動的開放度，在探究具體問題的基礎上提煉抽象的探究思路，幫助學生循序漸進感受科學探究的一般過程和思路；鼓勵學生完整表達各自觀點，鍛煉學生的邏輯思維和表達能力；通過不斷遷移應用，內化探究成果。

活動環節

活動3. 學生首先組裝福船的龍骨和船身四周的框架，晃動船身，觀察船身的穩定性。隨后，學生把船的隔艙壁全部安裝上，再次晃動船身，觀察船身穩定性的變化。

活動4. 學生分組，按照探究思路進行實驗：在2 個盒子中各放入4 袋石子，并同時把盒子放入水中，觀察并記錄實驗現象。

活動5. 播放非遺技藝視頻，了解福船水密處理的工序及目的，安排學生進行實驗：將適量紅色顏料加入清水中攪拌均勻，用滴管吸取紅色溶液，分別滴在2 張紙上，靜置1 分鐘觀察現象。

第三階段：動手體驗，建立模型

階段目標：通過動手制作，體會福船制造過程，感受水密隔艙福船制造技藝中的工匠精神；鼓勵學生學習非遺、傳承非遺，理解科學與文化融合在推動社會發展中的重要作用。

問題環節

在前述活動中拼裝的船身模型基礎上，學生通過歸納問題回答形成完整的福船模型，學會建立思維模型，使得在面對新問題和復雜問題時，能夠有清晰的思路可循，促進學生思維的深度與廣度得到進一步提升。

思維環節

學生通過模型拼裝模擬（動手），以及真實技術與工程情境回歸（視頻）的方式，真切地思考與感受工匠精神的可貴與非遺的重要價值。

活動環節

活動6. 學生在拼裝的船身模型基礎上補充船帆等構件，形成完整的福船模型。

活動7. 介紹水密隔艙技術傳入西方的故事，在此基礎上深化對工匠精神的理解，理解水密隔艙對推動全球化進程的影響和歷史意義。

活動8. 播放非遺傳承人劉細秀的視頻《水密隔艙福船制造技藝傳承人》。

第四階段：活動總結，升華認識

階段目標：對活動內容進行總結。

問題環節

學生全面了解福船的結構特點和制造技藝，以及福船各部分結構的作用，通過對比實驗理解隔艙的原理和抗沉效果，通過組裝模型收獲動手體驗的樂趣，加強對水密隔艙福船制造技藝及非遺的認識和感悟。

思維環節

教師與學生一起總結，幫助學生建立系統認識，鼓勵學生認識非遺的多元價值，感悟傳統科技的智慧魅力。評價始終貫穿于各環節中，在分析問題、解決問題過程中融入教師點評、學生互評、小組評價、個人自評、紙筆測驗等評價方式。

活動環節

活動9. 組織學生總結活動中學到的知識。

活動10. 組織學生總結活動中學到的科學方法和科學探究思路，并對學生發言結果進行梳理和總結。

活動11. 組織學生開放式發言與交流，對學生的發言結果進行梳理和總結。

三、結語

“千里舟楫，內有乾坤——‘非遺+ 科技’教育活動”通過精心設計的問題鏈，讓學生能夠在探究過程中主動建構知識，實現從“要我學”到“我要學”的轉變，為科技館教育提供了高效、系統的教學框架。隨著科技館教育資源的不斷優化，會有更多青少年能夠在這一充滿活力的學習平臺上，享受到科學探索的樂趣，成長為具有創新精神和實踐能力的未來棟梁。5E 教學模式在科技館教育中的實踐應用，可有力推動我國科普教育事業的發展。

參考文獻

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[5] 中國科學技術館．第七屆全國科技館輔導員大賽教育活動資源包項目活動方案．https：//cstm.cdstm.cn．