5E教學模式在初中科學教學中的應用

摘要：5E教學模式是一種基于建構主義的教學模式，包括吸引、探究、解釋、遷移和評價五個環(huán)節(jié)。參照5E教學模式的理論與方法，以“太陽輻射能”內容為例，闡釋了運用5E教學模式進行初中科學教學的操作步驟和具體方法。

關鍵詞：5E教學模式；太陽輻射能；科學教學

一、 5E教學模式

5E教學模式的前身是柏克萊大學兩位學者提出的“學習環(huán)”模式，這一模式的理論基礎是皮亞杰的發(fā)生認識論。“學習環(huán)”模式包括探索、概念引入和概念應用三個環(huán)節(jié)，而隨著科學教育改革的發(fā)展，建構主義等學習理論的滲透，“學習環(huán)”模式逐漸發(fā)展成為今天我們所熟悉的5E教學模式，5E即5個學習階段：吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）。通過創(chuàng)設問題情境，引發(fā)認知沖突是吸引階段的主要任務；而在探究階段，學生將分成小組進行討論或實驗；解釋階段的核心是引導學生將探索階段的經驗上升到核心科學概念上去；遷移階段對于學生來說，即用一種新的方式使用概念或者在一個新的情境中使用概念；評價階段則不僅提供教師評價學生達到目標的機會，也提供學生參與對自己學習的評價與反思機會，在評價階段進行適當?shù)膹娬{，能夠鞏固概念的掌握程度。

這五個階段的設置，不僅符合學生的認知發(fā)展規(guī)律，也契合新課改的主旨。初中科學是一門強調科學探究、強調以實驗為基礎的學科，5E教學模式產生于國外科學教育，是一種強調以探究為基礎的建構主義教學模式，其理論基礎與操作流程非常符合初中科學課程的特點。

二、 教學內容分析

“太陽輻射能”是華東師范大學出版社七年級下冊《科學》第三章第一節(jié)的內容。本節(jié)內容屬于“地球和宇宙”學科，從同一門學科視野出發(fā)可以發(fā)現(xiàn)：上冊第七章“地月系”和第八章“星空世界”涉及的相關內容分別是“晝夜與四季”和“太陽”，下冊第三章“陽光”涉及的后續(xù)相關內容是“陽光的傳播”和“陽光的組成”，這些內容與本節(jié)內容的邏輯聯(lián)系是：發(fā)光發(fā)熱的太陽釋放出的是太陽能，晝夜與四季的變化是由于地球圍繞太陽旋轉，在不同位置時接受太陽輻射的量不同而引起，而陽光的傳播與組成無不與太陽輻射能有密切的聯(lián)系。

另外，從不同學科出發(fā)，如上冊第一章“地球上的生物”、下冊第五章“生態(tài)系統(tǒng)”與本節(jié)內容的邏輯聯(lián)系是：“太陽輻射能”為“地球上的生物”的生長發(fā)育及“生態(tài)系統(tǒng)”的維持提供主要能量來源，再如下冊第一章“水”、第二章“空氣”、第四章“土壤”與本節(jié)內容的邏輯聯(lián)系是：“水”“空氣”“土壤”“陽光”四大環(huán)境要素共同構成了地球上生物賴以存續(xù)發(fā)展的“地球物質-能量環(huán)境”。

由此，讓學生發(fā)現(xiàn)并建立學科內部的統(tǒng)整聯(lián)系，有利于理解太陽與地球間的統(tǒng)一性聯(lián)系，理解太陽輻射能對地球萬物生長的意義。而讓學生發(fā)現(xiàn)并建立學科之間的統(tǒng)整聯(lián)系，正是綜合科學課程的核心價值追求。

三、 確立教學目標

1. 科學知識與技能

知道太陽輻射能的主要形式是光能與熱能，太陽輻射能是地球生命活動的主要能量來源；理解物體吸熱本領與物體表面顏色的關系，并能用來解釋生產生活中的相關現(xiàn)象；會用溫度計測量水溫，并能正確觀察與讀數(shù)。

2. 科學過程與方法

初步理解控制實驗因素的方法原理；能夠用控制物體表面顏色的實驗方法探究物體吸熱本領與表面顏色的關系。

3. 科學態(tài)度、情感與價值觀

通過進行物體吸熱本領與表面顏色關系實驗探究活動，培養(yǎng)認真觀察、正確測量、如實記錄、積極思考的科學態(tài)度；形成太陽輻射能是地球萬物生長主要能量來源的基本觀點。

4. 科學、技術、社會、環(huán)境目標

了解太陽輻射能、物體吸熱本領及其在生產、生活中的應用。

四、 教學設計思路

本節(jié)教學利用5E教學模式來強調科學探究與合作體驗，使學生形成學科內部與學科間的統(tǒng)整聯(lián)系，并擬定了如下教學內容：①認識太陽輻射能的形式與特點；②探究物體對太陽輻射熱的吸收與物體顏色的關系，并應用“物體吸熱本領與表面顏色關系”的知識，解決問題；③總結本節(jié)課主要收獲，形成具有統(tǒng)整聯(lián)系的知識結構。

五、 教學過程

1. 認識太陽輻射能的形式與特點

（1）引入、探究與解釋

聯(lián)系舊知，創(chuàng)設問題情境：在上冊我們已經知道了太陽是發(fā)光發(fā)熱的氣體球，請同學們討論一下這樣兩個問題：①“在夏季陽光的曝曬下皮膚有什么感受”？②“我們沒有接觸太陽，太陽發(fā)出的光和熱是如何到達身邊的”？然后分組討論，學生在教師的協(xié)助下總結出太陽輻射能及其形式：①陽光直接照射在皮膚上，會感受到一種灼熱感；②這種通過陽光照射散發(fā)熱量的方式稱為“輻射”，太陽光和熱都是通過陽光輻射方式到我們身邊的；③太陽通過輻射方式散發(fā)的能量稱為“輻射能”；光和熱是太陽輻射能的主要形式。

此環(huán)節(jié)設置意在以復習舊知的形式創(chuàng)設問題情境，引發(fā)認知沖突，形成對太陽輻射能及其主要形式的科學認識。

（2）引入、探究與解釋

創(chuàng)設問題情境：我們知道，太陽能夠產生巨大能量，但是，為什么在地球上生長的人和動物不會被烤焦呢？同學們查閱一下教材提供的小資料，就能明白其中的科學道理。學生閱讀與思考，在教師的協(xié)助下，總結出太陽輻射的特點：（1）到達地球的太陽光幾乎是均勻的平行光；（2）相同地點、時間、面積獲得太陽輻射能幾乎相同；輻射到地球上光能與熱能極少。

此環(huán)節(jié)設置意在引發(fā)認知沖突，進而引導閱讀，形成對太陽輻射能特點的科學認識。

（3）遷移與評價

教師引導閱讀教材延伸材料，如教材“視窗：太陽能飛機”，教材“小資料：輻射計”了解人類對太陽輻射能的利用，使學生感受到太陽輻射能與人類生產、生活的密切關系，并準備相應的習題將所學的知識進行遷移訓練，對學習效果做出及時的評價。

此環(huán)節(jié)意在聯(lián)系生產、生活強化學生對太陽輻射能形式與特點的科學認識。

2. 探究物體對太陽輻射熱的吸收與物體顏色的關系

（1）引入、探究與解釋

創(chuàng)設問題情境：請同學們閱讀教材材料并思考問題，然后分組討論：既然陽光幾乎是均勻的平行光，而且相同地點、時間、面積獲得太陽輻射能幾乎相同，但是：①為什么黑色石頭比黃色沙粒的溫度高？②為什么天然氣柜要漆成白色而不是彩色？③你從這些現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了什么問題？④依據(jù)材料，問題答案想法是什么？其次分組討論，歸納總結，不同小組匯報，交流本組提出的問題與假設：①問題：同一地點顏色不同的物體從陽光中吸收的熱量不同；②假設：顏色深的物體比顏色淺的物體從陽光中吸收的熱量多。

此環(huán)節(jié)設置意在讓學生學會通過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，來提出問題，并作出假設，這是科學探究的首要步驟。

（2）引入、探究與解釋

創(chuàng)設問題情境：科學假設需要嚴格實驗檢驗證明。想一想，要證明顏色深的物體比顏色淺的物體從陽光中吸收的熱量多，就需要在陽光下比較顏色深、淺不同的兩個物體溫度高低。如果物體不同、照射時間長短也不同，可以進行比較嗎？如黑色石頭與白色布料；照射1小時與2小時。

其次協(xié)助總結，學生分組討論，交流小結：要驗證物體顏色與吸熱本領的關系，必須要控制物體顏色不同，而控制其他條件都相同。即除了實驗因素不同之外，其余條件都相同。這就是科學探究中廣泛使用的控制變量原理。

此環(huán)節(jié)設置意在讓學生通過討論，初步學習科學探究控制變量的方法原理，并為下面的探究實驗做好準備。

（3）引入、探究與解釋

創(chuàng)設問題情境：引導閱讀教材“活動”方案，提出問題：兩個實驗裝置中不同、相同的因素是什么，根據(jù)實驗控制原理說明裝置設計的合理性在哪里？然后安排實驗，協(xié)助實驗進行與總結。學生分組討論并實驗：

①按照實驗方案實施實驗；

②觀察、比較溫度測量結果；

③得出實驗結論；

④交流實驗結論：物體吸熱本領與表面顏色有關；黑色物體比白色物體更易吸收太陽輻射熱的結論。

此環(huán)節(jié)是本節(jié)課的重點，意圖有三：

第一，通過討論“實驗裝置的合理性”，加深對“實驗控制方法”的理解；

第二，通過實施實驗，學習科學探究的重要組成部分：制定計劃、搜集證據(jù)、處理信息和表達交流，聯(lián)系上一部分內容，使學生親歷科學探究的一般步驟；

第三，通過實驗過程，培養(yǎng)認真觀察、正確測量、如實記錄、積極思考的科學態(tài)度。

（4）遷移與評價

在這個階段，學生將應用“物體吸熱本領與表面顏色關系”的知識，來解決問題。學生需掌握應用“物體吸熱本領與表面顏色關系”的知識來解決問題的能力。完整的科學探究過程包含了假設的演繹驗證，因此教師可以將實驗探究階段所學遷移回實驗開始前提出的問題與假設，對假設進行演繹驗證，使學生體驗完整的科學探究過程。

再者，教師設置評價項目，如：請同學們回憶一下在炎熱的夏天人們喜歡穿什么顏色的衣服？為什么？為什么冬天雪后人們踩過的雪化得快，而野地里的雪化的慢呢？等生活化問題，加深學生對物體吸熱本領與顏色關系的理解。

此環(huán)節(jié)的設置意圖有二，其一，完成對實驗假設的演繹驗證，使學生體驗完整的科學探究過程；其二，將所學內容進行遷移并評價，加深學生對物體吸熱本領與顏色關系的理解。

3. 總結本節(jié)課主要收獲，形成具有統(tǒng)整聯(lián)系的知識結構

教師引導學生總結本節(jié)課的主要收獲，并揭示新舊知識之間的統(tǒng)整聯(lián)系：太陽通過陽光輻射形式輻射光能和熱能，是地球上一切生物的主要能量來源；由于地球比太陽小、且遠離太陽，照射到地球上的陽光均勻而平行，而且輻射到地球上光能與熱能極少；由于物體吸收太陽熱能本領與顏色密切相關，深色物體比淺色物體吸收太陽熱量多。由于地球不斷地繞著太陽公轉，使太陽直射點在南北回歸線之間來回移動，這樣就引起了地球南、北半球接受太陽輻射能的差異，出現(xiàn)了四季變化與節(jié)氣現(xiàn)象。

太陽為地球生物提供了賴以生長的能量源泉，而水、空氣、土壤則為地球生物提供了賴以生長的物質源泉，因而水、空氣、陽光、土壤構成了地球一切生物賴以生存發(fā)展的自然生態(tài)環(huán)境，愛惜保護自然環(huán)境是我們每個人義不容辭的責任。在老師指導下進行總結交流，理解并建立新舊知識之間的統(tǒng)整聯(lián)系。意在通過對新舊知識的回顧總結，揭示科學知識之間的統(tǒng)整聯(lián)系，實現(xiàn)知識的系統(tǒng)化。

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作者簡介：馮達，上海市，華東師范大學教師教育學院。