基于5E教學模式的初中數學跨學科教學研究

摘" 要：面對新時代，各行業、各領域的高質量發展均需要綜合型人才的引領和支撐.隨之，新課改中跨學科主題學習應運而生.為探索出有效的初中數學跨學科教學模式，筆者對國內外各學科普遍認可的5E教學模式進行了概述，并基于5E教學模式對新課標中提供的3個跨學科課例進行系統分析，發現5E教學模式與初中跨學科主題學習具有較好的契合性，進而構建出跨學科教學模型，為一線數學教師提供理論指導和模型參考.

關鍵詞：5E教學模式；初中數學；跨學科

基金項目：吉林省教育科學“十四五”規劃課題“基于核心素養的‘項目式學習’課堂教學模式研究”（項目編號：GH22763）.

《義務教育數學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《新課標》）在綜合與實踐主題中提出了跨學科主題學習的學習方式，以解決現實問題為重點，提高學生發現與提出問題、分析與解決問題的能力，發展學生應用意識、創新意識和實踐能力.［1］數學是推動現代科技發展的重要力量，數學方法是我國科技研究的重要基礎［2］，系統研究數學跨學科主題學習對我國人才培養和科技發展具有重要意義，華志遠在探究以數學為主導的跨學科教學中倡導數學與其他學科間的方法借鑒，以促進思想交融，體驗數學在各領域發展中的地位與作用.［3］

5E教學模式是以建構主義為理論基礎的探究式教學過程，從問題情境出發，教師引導學生提出問題、設計方案、自主探究與合作交流、嘗試解決問題，這種教學模式與跨學科主題學習的內涵契合性較高.國內一些學者、專家和一線教師已經對跨學科主題學習展開了一定的理論與實踐研究，吳小兵［4］從項目實施機制和評價體系角度進行了初中數學跨學科項目式學習的探索；馬麗［5］對初中數學跨學科項目化教學法的應用和評價進行了研究.目前，我國跨學科主題學習的相關研究還處于起步階段，尚未建立普遍認可的理論基礎，未形成標準的跨學科主題教學模式.鑒于此，本文旨在構建跨學科教學模型，以期為我國初中數學教師進行跨學科教學提供參考，為新教材跨學科內容的設計和編寫提供借鑒.

1" 5E教學模式概述

5E教學模式是美國生物學課程研究開發的一種基于建構主義教學理論的模式，分為5個環節，依次是吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）.［6］起初這種教學模式主要應用于生物學領域，隨后蔓延至各個學科的教學之中.國內外學者普遍認為5E教學模式對理科教學有良好的促進作用，他們通過實驗研究發現，采用5E教學模式進行教學可以明顯提高學生的學習成績和學習興趣，改變學生的學習態度.

1.1" 吸引環節

吸引環節是5E教學模式的起始環節，由教師創設問題情境，引導學生提出問題，該問題與學生現有認知既有聯系又有沖突，學生的現有認知水平不足以解決此問題，從而激發學生學習興趣和求知欲望，以便順利進入探究環節.這里教師所創設的問題情境應盡可能地與學生生活實際相結合，幫助學生解決實際問題.

1.2" 探究環節

探究環節是5E教學模式的核心環節，根據吸引環節提出的問題，設計探究流程，包括分析、猜想、實驗等一般步驟.在探究環節中，教師只是指導者，提供給學生共同的基本經驗后，由學生通過自主探究或者小組合作的方式完成.在這一過程中，學生的思考、表達與操作過程十分重要，學生通過探究環節獲得活動經驗，即可順利進入解釋環節.

1.3" 解釋環節

解釋環節是5E教學模式的關鍵環節，是對問題本質的深入理解.在該環節中，學生可以充分表達出他們對于問題的認識，闡述各自探究的結果，通過教師的引導加以總結和概括，逐漸能夠運用專業術語形成科學、準確的概念.

1.4" 遷移環節

遷移環節是5E教學模式的強化環節，是將新概念應用于新問題的實踐環節.教師提供與原問題相似的情境，學生運用新知識新方法來解決這些問題.在知識遷移過程中，學生能夠加深新概念的理解，優化實踐過程，提升解決問題的能力.

1.5" 評價環節

評價環節是5E教學模式的重要環節，貫穿于整個教學過程之中.教師除了要關注過程性評價和總結性評價外，還要鼓勵學生自我評價和互相評價，促進全體同學共同進步.及時、清晰、多元的評價能夠幫助學生了解自己的學習進度和增強學習信心.

2" 基于5E教學模式的數學跨學科課例分析

《新課標》提供了3個初中階段數學跨學科主題學習課例，分別是例89“體育運動與心率”、例90“繪制公園平面地圖”、例91“國內生產總值（GDP）調研”，基于5E教學模式，從吸引（E1）、探究（E2）、解釋（E3）、遷移（E4）和評價（E5）5個環節對其進行總結與分析（見表1）.

通過分析發現，上述3個初中數學跨學科主題學習課例均有完整的吸引、探究、解釋、遷移和評價這5個環節，由此可見5E教學模式與跨學科學習活動具有一定的契合度，可以基于5E教學模式進一步構建跨學科教學模型.同時，3個課例均在真實的情境中由教師指導，學生通過自主學習與合作探究的方式來完成學習活動.上述課例均有學生分享和展示自己作品或報告的環節，也均有反思、完善、總結的環節.跨學科課例秉持以問題為導向，以學生為中心的理念，教師引導學生用數學的眼光觀察現實世界，從不同視角提出開放性的研究問題，用數學和跨學科思維分析問題，用數學和其他學科語言表達觀點，綜合運用不同學科知識與方法解決問題，發展學生的應用意識、創新意識和實踐能力.

在每個課例的吸引環節中，教師均創設了真實的、與其他學科有關聯的問題情境，吸引學生從數學角度思考并提出問題的同時，也啟發學生從現實角度思考和探究問題.例如，在課例89中，數學角度為分析變量間的關系，現實角度為影響心率變化的因素，學習活動涉及體育、數學、生物學等學科相關知識；在課例90中，數學角度為幾何圖形與坐標，現實角度為文化古跡、景觀、建筑等公園場景，學習活動涉及地理、數學、美術、歷史、生物學、建筑等學科相關知識；在課例91中，數學角度為數據的整理、分析與預測，現實視角為GDP與社會可持續發展等問題，學習活動涉及數學、經濟、社會、金融等學科相關知識.

在課例的探究和解釋環節中，教師鼓勵學生采用小組合作學習為主、自主探究為輔的方式，收集查閱相關學科資料，探索設計多元化的問題解決方法，而不是追求“標準答案”，并用不同形式、結合多種相關學科知識展示與分享自己的作品.在學生遇到無法解決的困難和無法解釋的現象時，教師采用合適的策略引導學生找到解決問題的方法和解釋現象的原理.在跨學科主題學習活動過程中，教師始終是指導者，學生是活動設計與實施的主體.

上述3個跨學科課例的遷移環節，主要以作品展示、評價反思為主，沒有將習得的跨學科知識與方法應用于新的情境之中，難以起到鞏固強化的作用.課例的評價環節中體現了多樣的評價方式，有自我反思與評價、組間互評與投票，同時也兼顧了對問題的解決過程、團隊協作能力和作品的評價，但缺少了教師對學生的評價，教師是跨學科學習活動的組織者、引領者和監督者，應在各個環節中對學生進行評價，以便及時了解學生跨學科知識和能力掌握情況、合理把控教學流程.

3" I-5E跨學科教學模型構建

基于5E教學模式對初中數學跨學科主題學習課例進行分析，可以發現5E教學模式各環節在跨學科主題學習活動中均有涉及，且二者教學流程基本一致.首先，5E教學模式的吸引環節要求創設真實情境，易于構建跨學科知識背景.其次，探究和解釋環節也需要借助其他學科或相關領域知識方法進行思考與操作、總結與概括.再次，遷移環節要求學生能夠將新概念應用于新情境，提升綜合應用能力，而單一學科知識不足以解決真實問題，往往需要綜合相關學科知識和思想.最后，無論是完整的5E教學模式還是跨學科主題學習活動，多樣化的評價體系都應貫穿于二者的始終.因此，5E教學模式與跨學科主題學習活動具有較高的契合度.同時，受到張海艷［7］設計的I-LAGID初中生物跨學科學習活動模型啟發，結合初中數學學科學習內容的特點，設計出I-5E初中數學跨學科教學模型（如圖1）.該模型主要包括5個教學階段：I-E1跨學科情境創設階段、I-E2跨學科實踐探究階段、I-E3跨學科理論解釋階段、I-E4跨學科知識遷移階段、I-E5跨學科多元評價階段.

I-E1跨學科情境創設階段

綜合問題---具體問題

I-E2跨學科實踐探究階段

知識整合---實驗探究

I-E3跨學科理論解釋階段

多學科理論---科學論證

I-E4跨學科知識遷移階段

真實情境---應用能力

I-E5跨學科多元評價階段

多學科標準評價---全過程評價

首先，在I-E1跨學科情境創設階段，教師構建跨學科知識背景，引導學生在情境中抽象出綜合問題，并進一步分解為具體問題，為實踐探究環節做準備.其次，進入I-E2跨學科實踐探究階段，針對上一環節提出的問題，學生搜集相關學科資料，并進行匯總、分析與提煉，設計探究方案，進行知識整合與實驗探究.接著，進入I-E3跨學科理論解釋階段，教師引導學生查閱多學科相關理論，結合探究結果對知識和技能進一步概括總結，形成新知識，掌握新技能，形成新思想.再次，I-E4跨學科知識遷移階段，教師創設新的真實問題情境，學生綜合多學科的知識、方法和技能，并應用于新情境解決新問題，起到鞏固強化新知的作用，有助于學生提升認知和操作能力.最后，I-E5跨學科多元評價階段貫穿于跨學科教學的全過程之中，包括情境創設階段的診斷性評價、實踐探究階段的形成性評價、理論解釋階段和知識遷移階段的總結性評價等.同時，對于不同學科知識應采用不同的學科評價標準對其進行評價，并且將教師評價、學生自我評價與同學間互相評價等多種評價方式相結合，多元、多學科、多方式、全過程的評價有助于學生全方位綜合發展.

4" 結語

本研究順應我國教育改革新趨勢，重點研究初中數學跨學科主題學習活動，基于5E教學模式對初中數學《新課標》中提供的3個跨學科課例進行系統分析，發現5E教學模式與跨學科主題學習活動具有較高的契合度，并充分借鑒課例中吸引、探究和解釋環節的優點.同時完善課例中遷移和評價環節的不足，設計與構建了I-5E跨學科教學模型，以期為初中一線數學教師進行跨學科教學實踐提供理論參考和模型參考.

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育課程方案和課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］劉家名.淺談數學對現代科技發展的作用［J］.海峽科技與產業，2021，34（3）：34－35.

［3］華志遠.以高中數學為主導的跨學科教學探索與思考 ［J］.數學通報，2022，61（6）： 30－33+37.

［4］吳小兵.初中數學跨學科項目式學習區域實踐探索［J］.教學與管理，2023（34）：29－32.

［5］馬麗.初中數學中的跨學科項目化教學研究［J］.亞太教育，2022（7）：115－117.

［6］吳成軍，張敏.美國生物學“5E”教學模式的內涵、實例及其本質特征［J］.課程·教材·教法，2010，30（6）：108－112.

［7］張海艷.基于LAGID理論的初中生物學跨學科學習活動設計與實踐研究［D］.武漢：華中師范大學，2022.