基于5E模式的微課教學(xué)
——“亦剛亦柔的神奇流體”教學(xué)設(shè)計(jì)

■中國(guó)福利會(huì)少年宮 張 鑫

5E教學(xué)模式是一種基于建構(gòu)主義的探究式教學(xué)模式，近年來(lái)在科學(xué)教育領(lǐng)域備受關(guān)注，該模式主要包括引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評(píng)價(jià)（Evaluation）5個(gè)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生自主探究、學(xué)習(xí)等科學(xué)能力方面起著重要作用。

隨著后疫情時(shí)代的到來(lái)，人們的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了改變，一些線下課程逐步轉(zhuǎn)為線上形式。作為一種新型教學(xué)形態(tài)，微課短小精悍，能滿足不同需求的學(xué)生進(jìn)行移動(dòng)化和碎片化學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)習(xí)時(shí)間和空間的自由度。將5E教學(xué)模式融入微課設(shè)計(jì)，注重在有限的時(shí)間內(nèi)把握教學(xué)主題、內(nèi)容和活動(dòng)設(shè)計(jì)與組織，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)和構(gòu)建核心概念的能力。

因此，筆者以微課設(shè)計(jì)為著眼點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于5E教學(xué)模式的“亦剛亦柔的神奇流體”的教學(xué)設(shè)計(jì)，分析和展示了5E模式在探究性微課中的具體應(yīng)用。

圖1 “亦剛亦柔的神奇流體”探究活動(dòng)的“5E”探究流程

一、引入

在一些綜藝節(jié)目和科學(xué)表演秀的舞臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)，我們經(jīng)常會(huì)看到表演者在一個(gè)裝滿白色流體的池子里跑來(lái)跑去，輕松表演“水上輕功”。難道真的存在“水上漂”這類武功絕學(xué)？走近后你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些白色流體物質(zhì)竟像酸奶一樣柔軟。白色流體究竟是什么物質(zhì)？

它的名字聽(tīng)上去有點(diǎn)高端，叫作“非牛頓流體”，通過(guò)將淀粉和水混合就可以獲得。下面我們一同探究如何用淀粉和水制備“亦剛亦柔的神奇流體”！

以上是“引入”環(huán)節(jié)中的相關(guān)內(nèi)容。

“引入”是5E教學(xué)模式的起始環(huán)節(jié)?！耙鄤傄嗳岬纳衿媪黧w”教學(xué)主題的設(shè)計(jì)是基于生活科普理念的科學(xué)探究活動(dòng)，通過(guò)觀察生活現(xiàn)象，利用生活中的材料探究生活中的科學(xué)。

通過(guò)視頻中有趣的發(fā)現(xiàn)引發(fā)學(xué)生思考：為什么表演者可以在看似“酸奶”的物質(zhì)上表演而不會(huì)沉下去？這一現(xiàn)象與學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)發(fā)生沖突，能激發(fā)他們的研究興趣。

二、探究

探究是5E模式的中心環(huán)節(jié)，也是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在科學(xué)課中，僅僅觀看視頻和圖片并不能滿足學(xué)生動(dòng)手探究的欲望，因此筆者在科學(xué)微課中同樣設(shè)計(jì)了探究環(huán)節(jié)。

該環(huán)節(jié)主要分三個(gè)層次進(jìn)行。教師先提供主要參考的材料（淀粉、水、攪拌棒、量杯、容器），引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案以探究非牛頓流體的特性。隨后，教師演示如何制作非牛頓流體并測(cè)試其性質(zhì)，再指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。

1.合成非牛頓流體

根據(jù)提供的材料，教師示范將淀粉和水以3∶1的比例混合并攪拌均勻。

2.測(cè)試非牛頓流體的特性

合成淀粉溶液后，抓一把淀粉溶液握在手里，用力捏一捏再松開(kāi)，會(huì)發(fā)現(xiàn)淀粉溶液可以在固體和液體間切換。

為進(jìn)一步測(cè)試非牛頓流體“遇強(qiáng)則強(qiáng)”的特性，師生進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比用木棒捶打水溶液和淀粉溶液后產(chǎn)生的不同現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)木棒可以直接穿透水溶液，使水花四濺，而快速捶打淀粉溶液時(shí)卻感覺(jué)硬如墻壁。此外，將玻璃珠分別從同一高度扔進(jìn)水溶液和淀粉溶液時(shí)，玻璃珠會(huì)直接穿入水面，但碰到淀粉溶液時(shí)會(huì)在微小反彈后再次下沉，如圖2。

圖2 探究非牛頓流體的性質(zhì)

3.探究不同比例的淀粉和水對(duì)非牛頓流體特性的影響

在體驗(yàn)過(guò)非牛頓流體的特性后，教師提出疑問(wèn)：“為什么淀粉和水的體積比是3∶1？”“淀粉和水的體積比會(huì)影響非牛頓流體的特性嗎？”用這些問(wèn)題進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)淀粉溶液的濃度進(jìn)行探究。

學(xué)生設(shè)計(jì)了淀粉和水的體積比為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終得到合適的濃度配比，見(jiàn)圖3。

圖3 淀粉和水不同濃度配比（體積比）

三、解釋

解釋是5E模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在微課設(shè)計(jì)中，雖然仍以教師講授為主，但在引出解釋環(huán)節(jié)時(shí)應(yīng)給予學(xué)生更多的時(shí)間進(jìn)行思考與整理。學(xué)生可用自己的語(yǔ)言對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出初步解釋，教師再對(duì)學(xué)生的解釋進(jìn)行提煉或補(bǔ)充，在知識(shí)與技能層面更好地完善概念。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)多元化的探究結(jié)果時(shí)，教師也可以在微課中給予提醒與修正。

在本節(jié)課中，學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)、描述現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)等方式，對(duì)相關(guān)概念或探究現(xiàn)象進(jìn)行規(guī)律總結(jié)、科學(xué)解釋。

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)淀粉溶液多變的“性格”來(lái)源于流體的粘度，而流體的粘度會(huì)因受到的壓力不同而變化。當(dāng)表面沒(méi)有壓力時(shí)，它像液體一樣柔軟；當(dāng)受到壓力時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生粘度。非牛頓流體受到擊打的速度越快，產(chǎn)生的力越大，反彈的力也就越大，這就導(dǎo)致在壓力極強(qiáng)的情況下，非牛頓流體會(huì)暫時(shí)變成固體。

得到這一解釋后，學(xué)生進(jìn)行了淀粉溶液的濃度實(shí)驗(yàn)，在改變淀粉用量的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)溶液很稀或很稠的情況下，都無(wú)法明顯體現(xiàn)非牛頓流體的特性，說(shuō)明淀粉溶液要在一定粘度范圍內(nèi)才具有良好的非牛頓流體特性。

四、遷移

遷移是5E模式的拓展環(huán)節(jié)。在繼續(xù)實(shí)踐中，學(xué)生對(duì)已知概念的理解得到進(jìn)一步升華，收獲了新的知識(shí)與技能，更好地鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)思維。

基于淀粉溶液“遇強(qiáng)則強(qiáng)”的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用剩余的淀粉溶液，將教學(xué)活動(dòng)從“探究”層面落實(shí)到“應(yīng)用”層面。還可以進(jìn)行概念的遷移，如教師向?qū)W生提問(wèn)：“生活中除了淀粉溶液，還有哪些非牛頓流體？”

學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)等，發(fā)現(xiàn)生活中除了水和空氣，絕大部分的流體都是非牛頓流體，如番茄汁、口香糖、蘋(píng)果漿、牙膏、膠水等。并且非牛頓流體這種忽軟忽硬的特性不但有趣還有很多應(yīng)用，比如減速帶，當(dāng)車輛緩慢駛過(guò)，它就像液體一樣柔軟；當(dāng)車輛快速駛過(guò)，它就會(huì)變得堅(jiān)硬?？茖W(xué)家也利用它的“臭脾氣”研制了“非牛頓流體”防彈衣，它比舊式防彈衣舒適柔軟，且防彈性能更加優(yōu)秀。

五、評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)是 5E 模式的總結(jié)環(huán)節(jié)。

微課的評(píng)價(jià)可以分兩種方式進(jìn)行，一是通過(guò)錄制學(xué)員實(shí)際的實(shí)踐情況，根據(jù)課堂實(shí)踐過(guò)程（例如實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)記錄、合作交流過(guò)程等）和結(jié)果（知識(shí)概念的理解和判斷、成果的創(chuàng)新意識(shí)、自我收獲的表達(dá)與交流等）進(jìn)行結(jié)果性點(diǎn)評(píng)，如圖4。二是評(píng)價(jià)學(xué)生通過(guò)觀看微課后完成學(xué)習(xí)單的反饋情況。教師可以在學(xué)習(xí)單上設(shè)計(jì)相應(yīng)的“自評(píng)”和“互評(píng)”環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生在課下合作探究并完成互評(píng)。

總之，在評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)和交流，除了能鍛煉學(xué)生的能力，也能讓教師了解學(xué)生的探究效果和教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況。

圖4 學(xué)生總結(jié)分享環(huán)節(jié)

六、結(jié)語(yǔ)

“亦剛亦柔的神奇流體”科學(xué)微課融合了5E教學(xué)模式，可滿足學(xué)生移動(dòng)化學(xué)習(xí)，拓寬了學(xué)習(xí)的空間，使碎片化時(shí)間得以利用，提高了學(xué)習(xí)效率。此外，該課程更加注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成和自主探究能力的培養(yǎng)，為5E 模式在微課程設(shè)計(jì)中提供了有效的、新的實(shí)踐與參考。