基于“5E”探究模式的生活化教學(xué)
——以初中物理“杠桿”教學(xué)為例

蔡田怡

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215006)

周光召先生在給《科學(xué)教育的原則和大概念》一書中作序道:“科學(xué)教育不應(yīng)該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實,而是應(yīng)當(dāng)慎重選擇一些重要的科學(xué)觀念,用恰當(dāng)、生動的方法,幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解.”但是,學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之前,頭腦里并非一片空白,而是已經(jīng)存在許多能解釋自然世界的概念.這些概念中與科學(xué)概念不一致的概念就是所謂的“迷思概念”(Misconception).[1]迷思概念的形成可能與學(xué)生日常生活經(jīng)驗有關(guān),也可能由消極的思維定勢造成,或起源于原有概念認(rèn)識的局限性,或由物理名詞理解錯誤所導(dǎo)致等.它具有自發(fā)性、廣泛性、隱蔽性和頑固性等特征.學(xué)生迷思概念的轉(zhuǎn)變很難一蹴而就,這是一個從膚淺到深刻、從表象到本質(zhì)的過程,然而傳統(tǒng)教學(xué)方式卻對之收效不大.

根據(jù)建構(gòu)主義倡導(dǎo)的教學(xué)理論,科學(xué)教學(xué)需要以學(xué)生原有的概念為基礎(chǔ),幫助學(xué)生實現(xiàn)從迷思概念到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變.[2]概念轉(zhuǎn)變就是一個解構(gòu)原有概念建立新概念的過程.“5E”探究教學(xué)模式更加注重概念轉(zhuǎn)變過程中新概念的建構(gòu).它是美國生物學(xué)課程研究(BSCS,1989)開發(fā)的一種基于建構(gòu)主義理論和概念轉(zhuǎn)變理論的模式,有5個環(huán)節(jié)構(gòu)成,分別是:吸引(Engagement);探究(Exploration);解釋(Explanation);遷移(Elaboration);評價(Evaluation).[3]“5E”教學(xué)模式的吸引階段開始于學(xué)生迷思概念的認(rèn)知沖突情境;探究階段建立在學(xué)生認(rèn)知沖突的基礎(chǔ)之上;解釋階段是學(xué)生對新概念的重新建構(gòu)的過程;遷移階段是學(xué)生將新概念與原有經(jīng)驗或其他概念建立聯(lián)系的過程;而評價貫穿在所有環(huán)節(jié)之中.為了幫助學(xué)生從迷思概念轉(zhuǎn)變至科學(xué)概念,筆者提出基于“5E”探究教學(xué)模式開展生活化的物理教學(xué),本文以蘇教版初中物理教材的“杠桿”為例,對這一重要問題進(jìn)行探討.

1 “5E”探究教學(xué)模式各環(huán)節(jié)的“生活化”

1.1 生活化的“吸引”環(huán)節(jié)

為了在教學(xué)伊始就迅速抓住學(xué)生的注意力,教師可以生活化“吸引”環(huán)節(jié).“吸引”環(huán)節(jié)的第一個目的,是激發(fā)學(xué)生足夠的興趣進(jìn)入新知識點的學(xué)習(xí).因此教師可以對書本內(nèi)容進(jìn)行“二次創(chuàng)作”,把生活帶進(jìn)課堂充實教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生在重溫生活經(jīng)驗中體會物理的奇妙之處.例如學(xué)習(xí)杠桿一節(jié)時,請學(xué)生帶著指甲刀、剪刀、核桃夾等家用小型工具進(jìn)入課堂,體驗簡單機械的便利,深入體會簡單機械對人們生產(chǎn)生活的重要性,“吸引”學(xué)生進(jìn)行“杠桿”一節(jié)的學(xué)習(xí).“吸引”環(huán)節(jié)的另一個目的是建立學(xué)生迷思概念的認(rèn)知沖突情境.教師可以進(jìn)行演示實驗“托盤天平”,或者展示要求學(xué)生提前拍攝好的玩蹺蹺板微視頻,對杠桿的不同狀態(tài)進(jìn)行提問,尤其是“什么是杠桿的平衡條件”,引起學(xué)生的認(rèn)知沖突.通過這樣來自于生活中的實例,既培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、獨立思考問題的能力,又吸引學(xué)生快速地進(jìn)行新知識點的學(xué)習(xí).

1.2 創(chuàng)設(shè)生活化的問題情境,引導(dǎo)學(xué)生“探究”

問題設(shè)置是最有效啟發(fā)學(xué)生思考的方式之一.在課堂教學(xué)中,教師可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)某些基于現(xiàn)實的問題、然后一起分析、解決問題．新課導(dǎo)入時,教師可以巧用貼近生活實踐的提問逐步引導(dǎo)學(xué)生對物理問題進(jìn)行探究.例如,在幫助學(xué)生歸納出“機械是提供方便的工具”結(jié)論后,可以： (1) 給學(xué)生提供幾個生活中的實例:用木棒撬動巨石;游樂園里小朋友玩蹺蹺板;在池塘邊用釣竿釣魚.(2) 讓學(xué)生分析找出這些工具的共同點.(3) 幫助學(xué)生歸納出杠桿的概念,即杠桿是在力的作用下能繞固定點轉(zhuǎn)動的硬棒.(4) 要求學(xué)生根據(jù)杠桿的概念,舉出生活中其他杠桿的實例.這樣的“探究”過程不僅訓(xùn)練學(xué)生從復(fù)雜多變的生活工具中抽象出杠桿的模型,培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的能力,還對學(xué)生構(gòu)建簡單模型的物理思維進(jìn)行訓(xùn)練,先通過多個實例得到物理模型的歸納過程訓(xùn)練學(xué)生的聚合思維,再通過舉例訓(xùn)練發(fā)散思維．

1.3 加強課堂生活感,幫助學(xué)生在解釋階段轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)思維

在“解釋”階段,教師要設(shè)法構(gòu)建生活與課堂的聯(lián)系.這需要教師在教學(xué)中積極建立物理與生活的聯(lián)系,增強學(xué)生在課堂中的生活體驗感,重新認(rèn)識自己生活中熟悉的事物,構(gòu)建屬于物理學(xué)范圍的新認(rèn)知.例如,學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識到選擇羊角錘拔釘子最省力的生活常識,在課堂上,教師可舉此例標(biāo)出杠桿的“五要素”,學(xué)生在以后的生活實踐中,就會順其自然地將這些省力的生活小工具與杠桿聯(lián)系起來,形成對生活常識的再認(rèn)識.另外,教師還可以從學(xué)生不是很了解的生活經(jīng)驗處著手,增強他們的新奇感,促使他們將課堂知識應(yīng)用于生活,增強學(xué)習(xí)的滿足感以及成就感,比如綠化工人的修枝剪和理發(fā)師的理發(fā)剪在生活中都為人們帶來方便,通常會認(rèn)為這些屬于同種杠桿,但在學(xué)習(xí)過杠桿“五要素”和杠桿的分類之后,學(xué)生就會在課堂上認(rèn)識到這實際屬于兩種不同類型的杠桿,修枝剪是動力臂大于阻力臂的省力杠桿,而理發(fā)剪是動力臂小于阻力臂的費力杠桿,從而讓學(xué)生增強對生活現(xiàn)象的認(rèn)識.

1.4 利用生活化的物理實驗,降低“遷移”難度

作為一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科,物理教學(xué)過程中一定少不了物理實驗的參與.就地取材,做生活化的物理實驗,不僅可以減小學(xué)生生活與物理實驗之間的距離,消除學(xué)生對物理知識的懼怕感,提高學(xué)習(xí)物理的興趣,還鍛煉學(xué)生在生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象,并利用生活素材開展物理實驗的意識和能力,培養(yǎng)探究與創(chuàng)新精神.教師可以生活化地“改造”學(xué)生實驗,引導(dǎo)學(xué)生用生活實際合理設(shè)計實驗.例如在引導(dǎo)學(xué)生掌握作用力和力臂間此消彼長的關(guān)系時,可以請學(xué)生在教室里做“推門”的簡單實驗,在垂直于門軸的一條直線上,請學(xué)生在不同的位置將門推開至同樣的角度,感受不同位置時施加作用力的大小.教師還可以將實驗教學(xué)直接生活化.例如,在杠桿教學(xué)中,教師可以突破傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式,既不講解,也不用將學(xué)生帶領(lǐng)到實驗室中.相反教師組織學(xué)生進(jìn)行跑步比賽,讓學(xué)生在跑步比賽中思考贏得比賽、跑得輕松的關(guān)鍵因素,經(jīng)過對跑步姿勢的不斷調(diào)整,學(xué)生逐步認(rèn)識到在跑步中腰、膝和腳部形成多個杠桿,并組織學(xué)生討論如何使用身體中的杠桿才能更好地保護(hù)身體.

1.5 評價階段的生活化

在“5E”探究教學(xué)模式的每個環(huán)節(jié)都可以進(jìn)行評價.這里僅以課堂總結(jié)為例,說明如何生活化地評價教學(xué)成果.教師可以通過課堂總結(jié)獲得學(xué)生反饋,檢驗本節(jié)課教學(xué)效果是否達(dá)到預(yù)期,從而對以后的教學(xué)方式和內(nèi)容做出調(diào)整.很多教師已經(jīng)習(xí)慣詢問式總結(jié),例如:“通過這堂課的學(xué)習(xí),同學(xué)們有哪些收獲?”或者結(jié)構(gòu)圖梳理式總結(jié),鞏固本節(jié)課的教學(xué)成果.這種傳統(tǒng)的總結(jié)方式雖然在鞏固知識和反饋教學(xué)效果上是有效的.但是還不能完全滿足學(xué)生物理素養(yǎng)發(fā)展的需求,教師可以對課堂總結(jié)進(jìn)行生活化的改進(jìn),用學(xué)生感興趣的生活話題進(jìn)行總結(jié).例如在“杠桿”教學(xué)中,教師可以用阿基米德的名言:“只要給我一個支點,我可以撬起整個地球”進(jìn)行總結(jié),讓學(xué)生利用杠桿的知識開展一場小小的辯論會,每位學(xué)生都做做正方、反方,通過辯論清晰地理解這句話為什么是有道理的,又在哪里是荒誕的、無法實現(xiàn)的.

2 以生活化課堂為載體進(jìn)行“5E”探究教學(xué)

即使教師已經(jīng)知曉將生活元素引入到“5E”探究教學(xué)模式的各個環(huán)節(jié),能夠降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度,但是在實際教學(xué)實踐過程中還是碰到一些困難,主要表現(xiàn)為難以找到合適的載體進(jìn)行“5E”探究教學(xué).已知的兩種教學(xué)模式均可為教師提供借鑒.一是任務(wù)驅(qū)動教學(xué),它以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ),主張將教學(xué)內(nèi)容隱含在一個或幾個代表性的任務(wù)中完成教學(xué)活動.[4]另一種是PBL(Problem-based learning)教學(xué),它是以問題為導(dǎo)向、圍繞問題組織教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法.[5]兩種教學(xué)方法的共同特征是導(dǎo)向性和情景性,都是基于情景引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù).區(qū)別在于任務(wù)驅(qū)動教學(xué)更傾向于情景性,而PBL教學(xué)的導(dǎo)向性更為強烈.在“5E”探究模式中,可將任務(wù)驅(qū)動和PBL教學(xué)方式整合,以典型任務(wù)或情景的形式把“5E”教學(xué)模式各環(huán)節(jié)展現(xiàn)出來,以問題的形式完成各環(huán)節(jié)的銜接過渡,以典型任務(wù)的完成情況作為各環(huán)節(jié)的評價.

筆者繼續(xù)以“杠桿”教學(xué)為例,說明如何設(shè)計6個由淺入深的生活化任務(wù),填充“5E”探究教學(xué)模式各環(huán)節(jié),以達(dá)到“應(yīng)用‘杠桿’模型分析實際生活和工業(yè)生產(chǎn)中的杠桿”的教學(xué)目標(biāo).

吸引階段:依托學(xué)生的生活常識設(shè)計任務(wù),創(chuàng)造迷思概念的認(rèn)知沖突情境.

任務(wù)1.請學(xué)生在課堂上觀察、使用自己從家中帶來的剪刀、指甲鉗和核桃夾等小型工具;教師展示“蹺蹺板”或者“托盤天平”實物、圖片或者視頻,引導(dǎo)學(xué)生觀察天平的不同狀態(tài).此任務(wù)從學(xué)生生活中熟悉的杠桿實例入手,讓學(xué)生體驗生活中使用工具的便利,帶領(lǐng)學(xué)生歸納機械的特點;對蹺蹺板的兩種狀態(tài)進(jìn)行提問,帶領(lǐng)學(xué)生回憶“支點、用力點和阻力點”等舊知識,引起學(xué)生的認(rèn)知沖突,使學(xué)生重新認(rèn)識杠桿平衡的概念.

任務(wù)2.利用圖片、視頻等展示3種杠桿:小朋友在公園里玩的蹺蹺板、用木棒撬動石塊、釣魚的釣竿,請學(xué)生找出這3種工具的共同點.此任務(wù)從生活中的杠桿出發(fā),在充分了解其基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,通過分析比較找出幾種杠桿的共同點,從而得到杠桿的概念.

探究階段:設(shè)計任務(wù)著重體現(xiàn)科學(xué)探究的本質(zhì)精神,充分調(diào)動學(xué)生動手、動腦的積極性,督促學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

任務(wù)3.利用教室門,請學(xué)生做“推門”的小實驗,改變推力作用點的位置和推力的方向,感受省力或費力,并自行設(shè)計表格記錄實驗結(jié)果.此任務(wù)讓學(xué)生重溫生活經(jīng)驗,初步意識到力的大小和兩點(支點和力的作用點)距離、力的方向有關(guān),讓學(xué)生感悟生活中的小細(xì)節(jié)也隱藏著科學(xué)中的大道理.

圖1 實驗裝置圖

任務(wù)4.進(jìn)一步探究“怎樣用最小的力撬動大石塊”．在任務(wù)3的基礎(chǔ)上,提供竹筷、鉤碼和彈簧秤做圖1所示的探究實驗.利用竹筷探究作用力的大小和兩點距離、力的方向的關(guān)系，并將數(shù)據(jù)記錄在表1中.此任務(wù)的設(shè)計目的是鼓勵學(xué)生在自覺發(fā)現(xiàn)問題基礎(chǔ)上設(shè)法進(jìn)行自我探究,認(rèn)識到杠桿的作用效果和與力的大小、“支點到動力作用線的垂直距離”(動力臂)和“支點到阻力作用線的垂直距離”(阻力臂)有關(guān),并可鼓勵學(xué)生課后繼續(xù)完成C點、D點的實驗,記錄數(shù)據(jù)并比較.

表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表

解釋階段:設(shè)計任務(wù)為學(xué)生搭建新知識與舊知識間聯(lián)系平臺.

任務(wù)5.標(biāo)出杠桿的五要素,解釋“杠桿”模型．讓學(xué)生練習(xí)畫出任務(wù)2各杠桿的五要素,并由此解釋各杠桿的功能,與已有生活經(jīng)驗相對照.此任務(wù)讓學(xué)生運用新結(jié)論來處理與舊經(jīng)驗存在矛盾的問題.此過程中,學(xué)生不僅能澄清迷思概念,即力臂并不是兩點(支點和力的作用點)間的距離,也可能因為得到不同的結(jié)論引發(fā)激烈的討論.加深了學(xué)生對新概念的理解,更培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)質(zhì)疑精神.

遷移階段:提供學(xué)生利用新知識解決新問題的機會.

任務(wù)6.應(yīng)用杠桿模型分析學(xué)生帶來的剪刀、指甲刀和核桃夾等杠桿組合.此任務(wù)將杠桿平衡的知識再次與生活結(jié)合,讓學(xué)生體會到科學(xué)知識源于生活又回歸生活的道理.同時引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)知識解釋生活現(xiàn)象,體現(xiàn)了STS(科學(xué)—技術(shù)—社會)教育的思想.

本文以初中物理“杠桿”教學(xué)為例,提出基于“5E”探究教學(xué)模式進(jìn)行生活化教學(xué)的策略.教師對課堂教學(xué)設(shè)計進(jìn)行生活化的二次創(chuàng)作,針對教學(xué)重點和難點,設(shè)計生活化的任務(wù)和情境,開展“5E”探究教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生從迷思概念到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變,使學(xué)生在吸引—探究—解釋—遷移過程中,物理核心素養(yǎng)得到培養(yǎng),理解科學(xué)和技術(shù)結(jié)合的社會意義.