基于核心素養(yǎng)視角的5-E教學(xué)模式運用

陳宇

[摘 要]? 基于核心素養(yǎng)視角的“5-E”教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，注重科學(xué)思維的培養(yǎng)和科學(xué)探究的體驗，在循序漸進構(gòu)建正確物理觀念的同時，培養(yǎng)了學(xué)生的正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。

[關(guān)鍵詞]?高中物理;5-E教學(xué)模式;核心素養(yǎng)

從2014年教育部印發(fā)《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》 到2016年9月《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》發(fā)布，再到從2016年12月《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）》頒布，新一輪物理課程改革的大幕徐徐拉開，如何有效培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)進而支撐公民核心素養(yǎng)的發(fā)展，成為尋找物理課堂教學(xué)有效運作模式的“源動力”。

一、“5-E”教學(xué)模式貼合新課程理念

基于“立德樹人”理念的高中物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)強調(diào)，教師在課堂教學(xué)時應(yīng)圍繞核心概念展開教學(xué)、提供機會讓學(xué)生親歷科學(xué)探究過程、創(chuàng)設(shè)真實問題情境培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、促使學(xué)生正確物理觀念的形成和嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。

而在眾多的現(xiàn)代科學(xué)教育理論中，“5-E”教學(xué)模式基于建構(gòu)、注重生本，能較好地貼合新課程培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的理念。該模式由吸引（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、精致（Elaborate）以及評價（Evaluate）5個環(huán)節(jié)構(gòu)成，環(huán)環(huán)相扣、缺一不可?！拔笔恰?-E”教學(xué)模式的起始環(huán)節(jié)。由教學(xué)目標(biāo)和課程內(nèi)容出發(fā)，通過創(chuàng)設(shè)真實的問題情境引起認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)的興趣，激發(fā)學(xué)生主動探究、建構(gòu)的欲望;“探究”作為“5-E”教學(xué)模式的核心環(huán)節(jié)，要求教師在已生成的認(rèn)知沖突的基礎(chǔ)上，提供必要的平臺或輔助，引導(dǎo)學(xué)生針對特定內(nèi)容進行探究。本環(huán)節(jié)以學(xué)生探究為主，教師只需進行適當(dāng)引導(dǎo)并把握探究的進程;“解釋”是“5-E”教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，教師需引導(dǎo)學(xué)生對探究結(jié)果進行闡述，讓學(xué)生充分展示其對概念、規(guī)律的理解或?qū)寄艿恼莆?，最終對探究結(jié)果進行綜合分析;“精致”是“解釋”的延伸環(huán)節(jié)，是在學(xué)生已經(jīng)建立了新概念的基礎(chǔ)上進行的，教師在這一環(huán)節(jié)可以利用新的經(jīng)歷或體驗挑戰(zhàn)學(xué)生對已形成的概念的認(rèn)知程度，也可以進一步深化、遷移，進而使學(xué)生加深對概念的內(nèi)涵和外延的理解;“評價”是“5-E”教學(xué)模式的結(jié)尾環(huán)節(jié)，教師通過測驗或提問的方式，引領(lǐng)學(xué)生對整個教學(xué)活動進行反思和評估。不但為教師提供評估教學(xué)效果、促進教學(xué)能力的提升的機會，也有利于學(xué)生培養(yǎng)交流溝通能力、反芻自己的認(rèn)知思路和探究方法、體驗探究的艱辛與快樂。

現(xiàn)以高中物理人教版選修3-4“簡諧運動”一節(jié)教學(xué)為例，管窺“5-E”教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)方面的實踐運用。

二、“簡諧運動”教學(xué)案例及分析

（一）教材分析與目標(biāo)設(shè)定

振動是自然界最基礎(chǔ)的運動之一，在力學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、生物工程和自控等領(lǐng)域都占有重要的地位，簡諧運動模型的建立，對學(xué)生后續(xù)振動與波動模塊的學(xué)習(xí)有著重要的意義。最新的人教版高中物理教材中，“簡諧運動”延續(xù)了之前2013版的教學(xué)邏輯順序，從運動學(xué)視角出發(fā)，通過彈簧振子的振動位移和時間關(guān)系圖像建構(gòu)對簡諧運動的基本認(rèn)知，本節(jié)課的教學(xué)重心自然就放在了彈簧振子的位移時間圖像的描繪及驗證上?；诖耍菊n的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：①了解機械振動、認(rèn)識彈簧振子;②學(xué)會運用圖像法研究彈簧振子的運動規(guī)律;③建立簡諧運動模型，學(xué)會驗證物體是否做簡諧運動。

（二）教學(xué)流程設(shè)計

1.吸引環(huán)節(jié)——創(chuàng)設(shè)情境、提出問題

活動一：觀察樹枝的搖擺、秋千的擺動、氣墊式彈簧振子的振動，引導(dǎo)學(xué)生得出共同特點：繞平衡位置往復(fù)運動，進而得出機械振動的概念。

活動二：回顧已學(xué)過的運動類型（如自由落體運動、勻速圓周運動等）的運動學(xué)特點。對比機械振動形成認(rèn)知沖突，使學(xué)生激起學(xué)習(xí)興趣的同時感受探究的難度。

活動三：認(rèn)識彈簧振子模型

設(shè)置問題串：“物理學(xué)中復(fù)雜的問題應(yīng)如何研究？”“三種現(xiàn)象中，哪種最容易研究？為什么？”“還有哪些影響因素？還能不能進一步簡化？”。逐步引導(dǎo)學(xué)生從因繁就簡的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，結(jié)合“抓主要因素”的思想方法，建立彈簧振子這一理想化模型：將小球安裝在輕彈簧一端，另一端固定，小球穿過光滑桿自由滑動。再用動畫模擬強調(diào)平衡位置和其運動往復(fù)性、對稱性。介紹氣墊導(dǎo)軌式彈簧振子的實驗可靠性為后續(xù)探究環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。

2.探究環(huán)節(jié)——設(shè)計實驗、驗證猜想

活動一：描繪彈簧振子的運動圖像

師：描述某一種運動的規(guī)律，往往有哪些方法？（比如自由落體運動）

生：（思考討論）文字描述、公式法以及圖像法

師：今天我們先從彈簧振子的運動圖像中尋找其規(guī)律，大家覺得選擇哪種圖像最容易描繪？需要記錄哪些物理量？

生：（討論）位移-時間圖像;需要記錄位移和對應(yīng)的時間。

師：位移的定義？彈簧振子的初末位置選擇？（可從對稱性角度引導(dǎo)）

生：初位置應(yīng)選在平衡位置處，末位置就是振子某時刻所處的位置。

師：位移的方向如何記錄？

生：可以以平衡位置為原點建立一維坐標(biāo)，用正負(fù)號表示位移方向。

師：位移的問題解決了，但與位移對應(yīng)的時間怎么辦？（演示振動）

生：（思考）振子運動太快了，時間很難觀察。

針對如何在有限實驗條件下記錄振子的位移與對應(yīng)的時間，學(xué)生展開分組討論確定了以下兩種探究方案：

方案一：從自由落體運動的探究手段得到啟發(fā)，利用頻閃照相技術(shù)完成實驗。

（1）利用三腳架固定智能手機，利用其連拍功能（快門統(tǒng)一設(shè)置為1/20秒）拍攝一組吹氣式彈簧振子的振動照片;

（2）按順序在表格中記錄照片中振子的位移和對應(yīng)時刻;

（3）利用坐標(biāo)紙描繪彈簧振子的位移時間圖像。

方案二：從時鐘指針勻速轉(zhuǎn)動表示時間得到啟發(fā)，利用空間位置變化與時間的成固定比例完成實驗。

（1）在氣墊式彈簧振子上加裝滴墨裝置;

（2）在傳送帶上平鋪白紙，利用電機勻速轉(zhuǎn)動帶動白紙垂直振動方向運動，打開滴墨開關(guān)在白紙上留下墨跡;

（3）利用墨跡和電機銘牌標(biāo)記的傳動速度描繪振子的位移時間圖像。

教師展示兩種方案的典型作品，針對如橫縱軸物理量單位、數(shù)據(jù)有效性和描圖技巧進行互評，注重實驗素養(yǎng)養(yǎng)成。

活動二：探究彈簧振子的位移時間圖像與正弦函數(shù)圖像的關(guān)系

師：活動一得到的圖像能看出彈簧振子的運動圖像有何特點？

生：（猜想）彈簧振子位移時間圖像的函數(shù)特征——正弦函數(shù)曲線。

師：回憶所學(xué)過的數(shù)學(xué)知識，設(shè)計方案驗證猜想。

學(xué)生經(jīng)過分組討論，基本采用以下兩種方案進行驗證。

方案一：選取曲線上的某些特殊時刻（橫坐標(biāo)）振子的位移（縱坐標(biāo)）與最大位移值對比，看是否符合正弦函數(shù)規(guī)律。比如1/12、5/12、7/12、11/12波形處位移大小是否為最大值的1/2，以此類推……

方案二：量取一完整波形對應(yīng)的時長（設(shè)為T）和最大位移值（設(shè)為A），將曲線函數(shù)形式假設(shè)為X=Asin（2πt/T），再選取任意時刻代入公式算出對應(yīng)位移理論值，將理論值與曲線上的實際值進行比對……

教師在充分肯定學(xué)生的方案的基礎(chǔ)上提出方案三、四，展示現(xiàn)代技術(shù)在物理實驗中的應(yīng)用，拓展思維開闊眼界。

方案三：將照片上傳至電腦，利用photoshop軟件中的自動批處理功能采集有彈簧振子的“照片條”后插入空白Word文檔（圖1），再利用Word文檔的加載項繪制出正弦函數(shù)圖像，與振動圖像進行擬合比較（圖2）……

方案四：利用位移傳感器（圖3）捕捉振子振動過程的位移變化再自動生成位移時間圖像（圖4），并利用正弦函數(shù)進行擬合比對顯示誤差。

3.解釋環(huán)節(jié)——歸納總結(jié)、構(gòu)建模型

引導(dǎo)學(xué)生辯證地認(rèn)識實驗方案中的產(chǎn)生的誤差并鼓勵他們用自己的話闡述探究環(huán)節(jié)所得到的“結(jié)論”：理想狀態(tài)下，彈簧振子的振動位移隨時間變化的關(guān)系圖像呈現(xiàn)正弦曲線的特征。教師趁熱打鐵拋出簡諧運動的定義：如果質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)規(guī)律，這樣的振動叫作簡諧運動。簡諧運動的典型例子就是彈簧振子的振動。

4.精致環(huán)節(jié)——遷移拓展、知能并進

師：我們已經(jīng)知道了如何用圖像來定義簡諧運動，能否活學(xué)活用？

教師展示擺球的小幅擺動，請學(xué)生分析其擺動是否屬于簡諧運動。通過設(shè)置有效情境，檢驗學(xué)生運用前科學(xué)概念解釋陌生問題的能力，并通過“反芻”加深對科學(xué)探究過程邏輯順序的理解。

師：我們不單要在課堂探究方案的設(shè)計上展現(xiàn)智慧與創(chuàng)新精神，還要敢于將課堂上的知識和思維方法運用于生活當(dāng)中。

教師展示心電圖儀和地震記錄儀的工作過程，并請學(xué)生分析它們的工作原理，進一步深化對利用空間位置變化體現(xiàn)時間進程這一重要物理思想的理解，并明白“物理源于生活并應(yīng)用于生活”，提升社會參與意識。

5.評價環(huán)節(jié)——自我修正、評估效果

評價的目的在于激發(fā)學(xué)生的反思、推動學(xué)生不斷修正自我?；诖?，評價環(huán)節(jié)并不局限于課堂最后，比如在問答環(huán)節(jié)、探究環(huán)節(jié)、遷移應(yīng)用環(huán)節(jié)都可以適時鼓勵學(xué)生自評和互評。當(dāng)然，為了評估課堂教學(xué)效果也可以通過書面方式檢測學(xué)生對所學(xué)概念的理解程度。譬如給出某質(zhì)點的振動圖像，請學(xué)生回答以下問題：（1）質(zhì)點相對平衡位置的位移方向在哪些時段內(nèi)與瞬時速度方向相同？哪些時段相反？（2）質(zhì)點在第n秒位移是多少？（3）質(zhì)點在前n秒內(nèi)走過的路程是多少？

三、運用“5-E”教學(xué)模式的反思與展望

運用“5-E”教學(xué)模式進行簡諧運動教學(xué)達(dá)成以下效果：

（一）踐行課程改革以生為本的理念

與傳統(tǒng)的教學(xué)模式不同，在本節(jié)課的各個教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生始終是課堂行為的主體，教師從旁協(xié)調(diào)只是為了讓學(xué)生更好地通過探究獲取科學(xué)知識。在知識的獲取過程中，學(xué)生經(jīng)歷了認(rèn)知沖突、科學(xué)猜想、實驗探究、生成概念、遷移應(yīng)用的科學(xué)建構(gòu)過程，并在建構(gòu)過程中實現(xiàn)或體驗了觀察、傾聽、思考、操作、歸納、質(zhì)疑、合作等多重技能和能力的鍛煉。

（二）實現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

本節(jié)課通過小球的振動創(chuàng)設(shè)感興趣的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生運用已有的概念和規(guī)律恰當(dāng)選用基本的實驗器材設(shè)計實驗方案、探究常見的振動現(xiàn)象;通過不同的方式分析數(shù)據(jù)得到結(jié)論，建構(gòu)簡諧運動模型，認(rèn)識到物理研究的本質(zhì)是對自然現(xiàn)象的抽象;有效運用簡諧運動模型分析問題，對心電圖、地震儀等相關(guān)現(xiàn)象做出解釋;在探究過程中合作學(xué)習(xí)、實事求是，并能恰當(dāng)使用推理結(jié)果和實驗證據(jù)說明自己的觀點，質(zhì)疑他人的觀點;在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生認(rèn)識到理想化模型是復(fù)雜問題簡單化的切入口、掌握了研究運動最常用的方法——圖像法，還意識到猜想和驗證是科學(xué)探究的必經(jīng)之路，有效地培養(yǎng)了科學(xué)思維。

實踐證明，基于核心素養(yǎng)視角的“5-E”教學(xué)模式以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、注重科學(xué)思維的培養(yǎng)和科學(xué)探究的體驗，在循序漸進構(gòu)建正確物理觀念的同時，培養(yǎng)了學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感?？梢哉雇\用“5-E”教學(xué)模式進行課堂教學(xué)實踐，將是培養(yǎng)中國學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一條有效途徑。

[參 考 文 獻]

[1]吳成軍，張敏.美國生物學(xué)“5E”教學(xué)模式的內(nèi)涵、實例及其本質(zhì)特征[J].課程·教材·教法，2010（6）.

[2]王惠娥，陳欣.基于5E教學(xué)模式的重要概念教學(xué)實踐與探索[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2018（2）.

[3]陶楊娟.5E教學(xué)模式應(yīng)用于高中生物核心概念的教學(xué)——以“DNA復(fù)制”為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2017（12）.

（責(zé)任編輯：張華偉）