應(yīng)用5E教學(xué)模式 實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變
——以“物體的浮與沉”為例

(福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院,福建 福州 350117)

1 5E教學(xué)模式簡(jiǎn)介

5E教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論和概念轉(zhuǎn)變理論的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位以及學(xué)生的自我建構(gòu)。該模式包括了5個(gè)環(huán)節(jié)：引入(Engagement)、探究(Exploration)、解釋(Explanation)、遷移(Elaboration)、評(píng)價(jià)(Evaluation)。引入是教學(xué)的起始環(huán)節(jié),教師通過(guò)該環(huán)節(jié)吸引學(xué)生的注意力,創(chuàng)設(shè)情境引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生自主探究的熱情;探究是教學(xué)的中心環(huán)節(jié),在教師引導(dǎo)下,學(xué)生基于之前產(chǎn)生的認(rèn)知沖突進(jìn)行合理的猜想,繼而進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn),得到初步的科學(xué)概念,該過(guò)程要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用;解釋是教學(xué)的關(guān)鍵,學(xué)生對(duì)探究過(guò)程中的問(wèn)題以及結(jié)果進(jìn)行討論,最后在教師幫助下構(gòu)建完整的科學(xué)概念;在遷移階段，教師結(jié)合具體問(wèn)題和情境,讓學(xué)生利用新概念解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題,在實(shí)踐中加深或拓展對(duì)概念的理解,提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力;在評(píng)價(jià)階段，對(duì)教師教學(xué)過(guò)程和學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程做綜合評(píng)價(jià),通過(guò)評(píng)價(jià)進(jìn)行反思,有利于改進(jìn)教師教學(xué),提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。

2 前概念及其轉(zhuǎn)變

學(xué)生在沒(méi)有接受正式的科學(xué)教育之前,對(duì)日常生活中所感知的現(xiàn)象,通過(guò)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累與辨別式學(xué)習(xí),會(huì)形成對(duì)事物的初步認(rèn)識(shí),我們稱之為前概念。正確的前概念能幫助教師找到教學(xué)切入點(diǎn),促進(jìn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解與掌握。而錯(cuò)誤的前概念則容易對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)造成干擾,增加學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。所以,了解學(xué)生的前概念,進(jìn)而采取有效的教學(xué)策略對(duì)物理教學(xué)來(lái)說(shuō)是非常重要的。

5E教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心,認(rèn)為從學(xué)生前概念出發(fā),激發(fā)認(rèn)知沖突是轉(zhuǎn)變學(xué)生概念、構(gòu)建科學(xué)概念的關(guān)鍵動(dòng)力。Posner認(rèn)為：學(xué)習(xí)者要轉(zhuǎn)變概念,首先需要產(chǎn)生對(duì)自己舊概念(也就是前概念)的不滿。認(rèn)知沖突策略是引起學(xué)生對(duì)現(xiàn)有概念不滿的最有效的教學(xué)策略，這正與5E教學(xué)模式相吻合。

3 5E教學(xué)模式破除學(xué)生前概念的教學(xué)設(shè)計(jì)案例

本文以滬科版第九章最后一節(jié)“物體的浮與沉”的教學(xué)為例,探討如何利用5E教學(xué)模式轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤的前概念。

3.1 教材分析

本節(jié)的主要內(nèi)容為：探究物體的浮沉條件，了解物體的浮沉條件在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。本節(jié)內(nèi)容是對(duì)浮力學(xué)習(xí)的深入和升華,與生活實(shí)際緊密結(jié)合,對(duì)提高學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解釋和解決生活、生產(chǎn)中的現(xiàn)象和問(wèn)題的能力有著重要意義。由于本節(jié)內(nèi)容有一定的綜合性,也存在一定的難度。

3.2 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)有了受力分析、浮力計(jì)算的基礎(chǔ),對(duì)于物體在液體中上浮、下沉、漂浮的現(xiàn)象都有一定的感性認(rèn)識(shí),這些都為教師順利開(kāi)展教學(xué)提供了有效切入點(diǎn)。但學(xué)生對(duì)于物體的上浮或下沉也有很多錯(cuò)誤的前概念,如:認(rèn)為重的物體就會(huì)下沉、輕的物體就會(huì)上浮;物體上浮是因?yàn)槭艿降母×Υ?、下沉的物體受到的浮力小。同時(shí)很多學(xué)生對(duì)懸浮現(xiàn)象沒(méi)有生活經(jīng)驗(yàn)。

3.3 教學(xué)目標(biāo)

(1) 理解物體的浮沉條件,能應(yīng)用浮沉條件解釋一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題,知道浮沉條件在日常生活中的應(yīng)用。

(2) 觀察物體上浮、下沉現(xiàn)象,通過(guò)探究物體的浮沉條件和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)控制物體的浮沉,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

(3) 通過(guò)了解物體浮沉條件的應(yīng)用,讓學(xué)生體驗(yàn)生活、物理、社會(huì)、科技的緊密聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)之情。

3.4 教學(xué)過(guò)程

3.4.1 引入

教師應(yīng)當(dāng)了解學(xué)生的前概念，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境,暴露學(xué)生的前概念,激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生的求知欲。

師:將柚子皮和柚子放入水中,請(qǐng)猜想二者的浮沉狀態(tài)。

生:因?yàn)殍肿悠け容^輕,所以柚子皮會(huì)上浮。柚子重,所以柚子會(huì)下沉。

演示實(shí)驗(yàn)1:實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)柚子皮下沉,而柚子漂浮在水面上。

通過(guò)猜想暴露了學(xué)生“重的物體會(huì)下沉,輕的物體會(huì)上浮”的錯(cuò)誤前概念。而該實(shí)驗(yàn)中“重浮輕沉”的現(xiàn)象與學(xué)生日常生活經(jīng)驗(yàn)相悖,引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突。

師:柚子上浮的原因是什么?

生:因?yàn)殍肿铀艿降母×Υ?

演示實(shí)驗(yàn)2:將兩只相同的小瓶子浸沒(méi)于水中,其中一只瓶?jī)?nèi)裝有沙子,讓學(xué)生觀察兩瓶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：裝有沙子的小瓶子下沉,另一只小瓶子上浮,最終漂浮。

讓學(xué)生討論這兩只瓶子靜止后所受浮力大小情況。討論中,有學(xué)生認(rèn)為空小瓶上浮至漂浮是因?yàn)樗艿降母×Υ?。但最終學(xué)生們通過(guò)阿基米德原理分析,兩只瓶子浸沒(méi)于水中時(shí),二者所受浮力大小是一樣的，靜止后漂浮的小瓶所受浮力比下沉的小。

該問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)揭露了學(xué)生“物體上浮是因?yàn)楦×Υ蟆钡腻e(cuò)誤前概念,通過(guò)討論與分析,引發(fā)認(rèn)知沖突。

師:可見(jiàn),物體的浮與沉并不是由物體輕重或者所受浮力大小一個(gè)因素決定的。那么,到底是什么決定了物體的浮與沉呢?我們一起來(lái)探究。

3.4.2 探究

當(dāng)學(xué)生對(duì)自己的前概念不滿時(shí),并不代表學(xué)生就會(huì)摒棄錯(cuò)誤的前概念。要讓學(xué)生真正轉(zhuǎn)變概念,教師還應(yīng)當(dāng)調(diào)動(dòng)學(xué)生充分參與科學(xué)概念的構(gòu)建過(guò)程，讓學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)、合作交流是一個(gè)很好的方式。

教師提供的實(shí)驗(yàn)器材為:木塊、鐵塊、裝有少量水的玻璃瓶和裝有較多水的玻璃瓶、橡皮泥、蠟塊、彈簧測(cè)力計(jì)、天平、量筒、溢水杯、小桶、燒杯等。

首先讓學(xué)生把木塊等研究對(duì)象浸沒(méi)于水中,觀察浮沉情況。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物體進(jìn)行受力分析，畫出受力圖后,初步了解到物體浮沉與重力和浮力兩個(gè)因素有關(guān)。

然后引導(dǎo)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)的目的:(1) 記錄研究對(duì)象的浮沉情況;(2) 測(cè)量其所受重力和浮力大小,記錄于表格中;(3) 分析物體浮沉情況與重力和浮力大小之間的關(guān)系。

學(xué)生自己設(shè)計(jì)表格，記錄物體的浮沉狀況,此過(guò)程可以鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)表格的能力。在測(cè)量浮力大小的過(guò)程中,有的小組采用拉力差法測(cè)量浮力,有的采用溢水法測(cè)量浮力,有的則用量筒測(cè)出排開(kāi)水的體積,再根據(jù)阿基米德原理得出浮力大小。這就涉及浮力計(jì)算方法的應(yīng)用,能夠提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力。測(cè)量重力也有不同方法,這種開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)充分給予學(xué)生發(fā)揮的空間,做到了真正將課堂還給學(xué)生,也開(kāi)拓了學(xué)生的思維。

3.4.3 解釋

學(xué)生實(shí)驗(yàn)后,對(duì)物體的浮沉條件有了初步的理解,教師就要在此基礎(chǔ)上與學(xué)生進(jìn)一步討論,引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建更為完整的科學(xué)概念。

首先,讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),歸納出物體的浮沉條件。然后教師組織小組之間交流探究過(guò)程中遇到的問(wèn)題,討論和評(píng)價(jià)彼此的測(cè)量方法和結(jié)論。這一過(guò)程有利于提高學(xué)生的表達(dá)能力和歸納總結(jié)能力。

圖1

值得注意的是,上述實(shí)驗(yàn)中有上浮、漂浮、下沉現(xiàn)象,但未出現(xiàn)懸浮,并且很多學(xué)生缺乏關(guān)于懸浮的生活體驗(yàn)。調(diào)查發(fā)現(xiàn),有一部分學(xué)生覺(jué)得物體不可能懸浮于液體中,也有學(xué)生認(rèn)為物體要實(shí)現(xiàn)懸浮,必須受到其他外力作用，如與圖1中情況類似，所以關(guān)于漂浮和懸浮兩種特殊狀態(tài)的認(rèn)識(shí)和理解還需要老師的指導(dǎo)，可采用以下步驟進(jìn)行教學(xué)。

(1) 教師將雞蛋放入水中,雞蛋下沉,讓學(xué)生畫出此時(shí)雞蛋的受力示意圖(如圖2)。

圖2

圖3

(2) 教師往水中加鹽,直至雞蛋出現(xiàn)懸浮狀態(tài)。教師介紹該狀態(tài)稱為“懸浮”,接著教師引導(dǎo)學(xué)生得出：此時(shí)雞蛋所處狀態(tài)是平衡狀態(tài),讓學(xué)生畫出懸浮狀態(tài)的受力分析,發(fā)現(xiàn)懸浮的特點(diǎn)(如圖3)。

(3) 教師提問(wèn):如果繼續(xù)加鹽,雞蛋會(huì)發(fā)生怎樣的改變?學(xué)生通過(guò)思考回答:雞蛋會(huì)上浮,最終漂浮于液面(如圖4)。

(4) 教師繼續(xù)加鹽,驗(yàn)證學(xué)生猜想。然后讓學(xué)生畫出雞蛋上浮的受力示意圖(如圖5)。

圖4

圖5

(5) 教師與學(xué)生一起討論、總結(jié)物體的浮沉條件(如表1)。

表1

3.4.4 遷移

經(jīng)過(guò)引入、探究、解釋的過(guò)程,學(xué)生自主建構(gòu)了新概念,為了達(dá)到學(xué)以致用的目的,還需要聯(lián)系生活實(shí)際,讓學(xué)生結(jié)合具體的情境運(yùn)用知識(shí)。

師:怎樣讓原來(lái)下沉的物體上浮、讓原來(lái)懸浮的物體下沉?

下沉的物體為:裝較多水的玻璃瓶、橡皮泥、柚子皮、氣球;上浮的物體為:癟的牙膏盒、裝少量水的玻璃瓶。

學(xué)生們集思廣益,提出方案(如圖6)。

圖6

學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后,教師提問(wèn):要改變物體浮沉狀態(tài),僅僅靠改變浮力或者重力大小就一定能實(shí)現(xiàn)嗎?

學(xué)生回答:不一定,必須要改變浮力和重力之間的大小關(guān)系。

教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,引申浮力在生活中的應(yīng)用:① 潛水艇通過(guò)增大和減小自身重力實(shí)現(xiàn)沉浮;② 密度計(jì)的使用。通過(guò)展示浮力在生活中的應(yīng)用,可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)物體浮沉條件的理解,同時(shí)讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)有所用,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)和學(xué)習(xí)興趣。

3.4.5 評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)階段采取師生互評(píng)、生生互評(píng)方式,多元化評(píng)價(jià)可以幫助學(xué)生和教師雙方都獲得及時(shí)的反饋,從而改進(jìn)學(xué)習(xí)和教學(xué)。教師可以通過(guò)提問(wèn),獲得更多學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋信息,如提問(wèn)：上浮過(guò)程中浮力大小是如何變化的?這是對(duì)物體浮沉條件理解的升華,也能進(jìn)一步了解學(xué)生是否真正掌握了上浮與漂浮的區(qū)別。教師也要評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和表現(xiàn)情況,對(duì)于學(xué)生的積極表現(xiàn)要給予充分的肯定。學(xué)生也可以對(duì)教師的教學(xué)不足之處提出自己的意見(jiàn),對(duì)自己課堂中未能理解的問(wèn)題提出討論。在生生互評(píng)階段,既可以互相評(píng)價(jià)課堂表現(xiàn)情況,也可以交流自己的學(xué)習(xí)成果。在此過(guò)程中,會(huì)暴露出學(xué)生前概念的頑固性特點(diǎn),與此同時(shí),學(xué)生間的爭(zhēng)辯與交流可以更好地促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語(yǔ)

要轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤前概念并非易事,利用5E教學(xué)模式,能夠引發(fā)認(rèn)知沖突,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤前概念,然后在教師引導(dǎo)下自主探究,最后通過(guò)遷移與運(yùn)用知識(shí)促進(jìn)科學(xué)概念的升華與鞏固?？傊?應(yīng)用5E教學(xué)模式能有效地幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念,發(fā)展學(xué)生探究的能力、運(yùn)用知識(shí)的能力,提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。