用“5E教學模式”提高學生科學探究能力

摘 要：“5E教學模式”體現了以學生為中心的教學理念，廣泛運用在課堂教學中，以提高學生學習興趣和學習效率.文章將以“電磁阻尼與電磁驅動”為例，運用“5E教學模式”進行教學，結合新課標物理核心素養的要求，在教學中培養學生的動手能力，提高學生科學探究能力.

關鍵詞：“5E教學模式”；電磁阻尼；電磁驅動；科學探究

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）24-0069-03

收稿日期：2024-05-25

作者簡介：張萌（1999.2—），女，山東省威海人，碩士在讀，從事中學物理教學研究；

張志紅（1964.11—），女，山東省煙臺人，博士，教授，從事原子分子物理學研究.

文章以“電磁阻尼與電磁驅動”為例，采用“5E教學模式”對高中物理進行教學設計和教學實踐，以培養學生的科學思維，提高其科學探究能力.

1 研究背景

1.1 研究意義

黨的二十大報告提出“實施科教興國戰略，強化現代化建設人才支撐”，對教育事業作出重大戰略部署.在新課程改革的背景下，呼吁改變傳統的教學方式，更加關注學生的主體地位，倡導形成以學生為主體、教師為主導的課堂教學形式.“5E教學模式”十分注重教師的教學行為與學生的學習行為協調一致.學生是學習的主體，是活動的中心，教師是指導者和幫助者，教師所做的一切，都是為了促進學生更好地探究并獲取科學的概念.

“5E教學模式”共分五步，這五步分別是吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）.因為五個步驟的英文單詞首字母都是“E”而得名^［1］.“5E教學模式”的五個教學環節中有四個教學環節（探究、解釋、遷移和評價）都是由學生主體完成，特別是在探究環節中，學生以小組的形式對教師拋出的問題進行自主探究，教師只是引導者和傾聽者.

1.2 研究現狀

目前，我國“5E教學模式”已經廣泛應用于從小學到大學不同時期的課堂教學中，對促進學生深度學習、突出學生的主體地位起到了很強的推動作用.然而，在實際教學中，教師應用“5E教學模式”教學時，在探究環節中主要是教師引導學生進行探究，沒有充分實現學生完整的、獨立的自主探究.文章以“電磁阻尼與電磁驅動”為例，探索采用“5E教學模式”，通過吸引、探究、解釋、遷移、評價等５個教學環節進行高中物理教學設計和教學實踐^［2］.

2 “5E教學模式”在“電磁阻尼與電磁驅動”中的應用2.1 吸引——借助實驗，創設問題情境

在吸引環節，教師可以演示實驗，使學生直觀感受實驗現象，產生好奇心，提出問題，設置懸念，增強學生求知欲.如圖1所示，利用自制實驗教具“時空隧道”引入教學.將兩根一模一樣的銅管（25 cm）固定在鐵架臺上，兩個外觀一模一樣的磁性小球與不銹鋼小球分別同時從兩根銅管中自由下落，根據自由落體運動，物體自由下落1 s，下落的高度大約為5 m，現在銅管只有25 cm，所以小球下落時間一定不超過1 s.實驗現象是不銹鋼小球下落不需一秒，磁性小球三到四秒之后才落下，學生觀察到的實驗現象與設想并不相符.在物理課堂上用心設計超乎尋常的教學場景，通過意想不到的實驗結論，激發學生的探索欲望，將注意力聚焦到追究實驗現象背后的物理原理上.

2.2 探索——利用例題，引導學生進行探究

在探究環節，可以利用典型例題，引導學生探索電磁阻尼的原理及成因.例如，一單匝線圈落入磁場中，分析感應電流的方向如何，線圈所受安培力的方向如何，此時安培力對線圈的運動有什么影響.學生利用本章已學過的右手定則與左手定則即可判斷出感應電流與安培力的方向.伸出右手讓磁感線穿過掌心，拇指指向線圈運動的方向，五指就是感應電流方向.再根據左手定則，伸出左手，四指指向感應電流，拇指就是安培力方向，而線圈向下運動，所以可以得出安培力阻礙線圈的運動.利用例題，讓學生自己分析、判斷、得出結論，體會電磁阻尼的形成過程.

2.3 解釋——總結結論，理解電磁阻尼現象

在解釋環節中，根據上述例題讓學生嘗試自行總結電磁阻尼概念，即當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導體的運動，這種現象稱為電磁阻尼.從而可以讓學生思考解釋課程開始的“時空隧道”實驗產生的原因，加深學生對電磁阻尼的理解.學生積極思考并回答問題，將25 cm的銅管進行微分，將其看成由許多小環組成（如圖2所示），當磁性小球從小環中穿過時，每個小環中的磁通量就會發生變化.根據楞次定律，小環中就會產生感應電流，從而形成磁場，該磁場與磁性小球的磁場相排斥，從而使磁性小球下落的速度減慢.

2.4 遷移——學會應用，獨立思考解決問題

解釋環節結束后，就到了遷移環節.教師可以給學生布置新的學習任務，比如，提出一個與剛學過的知識相關的問題，要求學生獨立思考解決問題.學生需要應用在上一環節中學到的新概念或技巧，以便將其內化到認知結構中^［3］.例如，在學生學習完電磁阻尼后，可以向學生提出問題，通過學習知道安培力可以阻礙導體的運動，那么安培力是否可以驅動導體運動呢？如何來驗證？又該如何來設計實驗？在課程中可以繼續嵌入探究、解釋與遷移環節，探索安培力驅動導體運動的現象（即電磁驅動現象）的產生原理.

2.4.1 探索電磁驅動，設計實驗

例如，教師演示自制實驗教具“小熊蕩秋千”（如圖3a所示），將小熊用細線連接懸掛在橫梁上，在小熊的下方安裝一塊鋁片，將強磁鐵放置在鋁片下方并拉動磁鐵，學生觀察實驗現象，發現小熊會隨著磁鐵一起運動起來.提出問題：為什么會產生這樣的現象？讓學生以小組為單位進行猜想，自行設計實驗并動手操作實驗，驗證小熊運動的原因.組內分工合作，組間交流溝通，以尋找普遍規律.根據學生的實驗探索，可以提出如下猜想.猜想1：是磁鐵的影響使小熊跟著擺動；猜想2：是鋁片材料的影響使小熊擺動；猜想3：與磁鐵和鋁片之間的距離有關.

學生根據以上猜想設計并進行實驗，對應實驗方案如下.方案1：先將鋁片下方的磁鐵換成木塊，拉動木塊，再增加磁鐵數量，拉動磁鐵（如圖3b、3c所示）；方案2：將小熊底部的鋁片換成塑料片，拉動磁鐵，再將鋁片換成銅片，拉動磁鐵（如圖3d、3e所示）；方案3：將掛有鋁片的小熊升高大約10 cm，拉動磁鐵（如圖3f所示）.

學生根據自己提出的方案完成實驗后也觀察到了相應的實驗現象.現象1：小熊不會跟著木塊擺動，增加磁鐵數量后，小熊擺動更加明顯；現象2：換成塑料片，小熊不會擺動，換成銅片，小熊會擺動；現象3：升高10 cm后，小熊幾乎不會擺動.至此，就可以得出相應的實驗結論：小熊的擺動與材料有關，金屬可以產生擺動而塑料不會；小熊的擺動與磁鐵及磁鐵數量有關，數量越多現象越明顯；小熊擺動與磁鐵和鋁片之間的距離有關，距離越大，現象越弱.

2.4.2 解釋電磁驅動，認識一般規律

根據上述實驗，學生探究到了小熊擺動的影響因素.那么，產生以上現象的原因是什么？通過引導，學生總結出該實驗的原理.即磁鐵運動會產生變化的磁場，根據法拉第電磁感應定律，鋁片中產生感應電流，通電導體在磁場中受到安培力的作用，鋁片就會帶著小熊跟著磁鐵一起運動.進而，我們可以得出結論安培力既可以阻礙導體的運動，同時也可以促進導體的運動，阻礙作用稱為“電磁阻尼”，促進作用被稱為“電磁驅動”.

2.5 評價——總結教學活動，開展教學反思

在各個教學環節，教師都應及時對學生進行相應的評價，使教學過程更加科學合理，有利于學生更專注于課堂學習.在吸引環節，學生認真觀察演示實驗，回答觀察到的實驗現象.教師評價學生實驗現象描述得是否準確，有利于培養學生的科學思維.在探索環節，教師應評價學生電磁阻尼現象分析是否全面.在解釋環節，教師可以通過評價學生電磁阻尼原理掌握是否透徹，培養學生的物理觀念.在遷移環節，學生自己動手做實驗，探索電磁驅動形成因素，教師通過評價學生設計實驗現象是否明顯，培養學生的科學探究能力，獨自解決問題的能力和獨立思考的能力.學生通過完成自我評價和同學間的相互評價，檢驗自己的學習成果，同時實現同學間相互促進，共同學習，共同進步.

3 結束語

教師通過演示自制實驗教具，設置懸念，將物理專業知識與生活實際問題緊密聯系，讓學生可以更容易地接受新知識，極大地吸引了學生的好奇心，為學生后續物理探究實驗類課程的學習奠定了基礎.學生以小組為單位，對實驗進行猜想，自行設計實驗，親自動手操作實驗，尋找實驗規律，得到實驗結論，很好地培養了學生動手能力，培養了學生的科學探究思維，鍛煉了學生科學探究能力，有效提升了學生的科學素養.“5E教學模式”的各個環節，很好地引領了學生從生活走進物理，從物理走向社會，潤物細無聲地促進學生的全面發展.參考文獻：

［1］ 張雪，張靜.基于物理觀念構建的5E教學模式研究：以新教材“超重與失重”為例［J］.物理教師，2020，41（06）：7-8.

［2］ 符譯丹，陳立萬.基于“5E教學模式的高中物理教學設計探究：以人教版“液體的表面張力”教學為例［J］.物理教學，2022，43（01）：6-7.

［3］ 王立超.5E教學模式在摩擦力教學中的應用研究［J］.教學思想實踐，2023（12）：45-46.

［責任編輯：李 璟］