基于5E教學(xué)模式的活動(dòng)設(shè)計(jì)
——以中國(guó)鐵道博物館“火車車輪踏面”教育活動(dòng)為例

杜 媛

（北京市中國(guó)鐵道博物館，北京 100055）

一、5E教學(xué)模式的概念、要素及其運(yùn)用

5E 教學(xué)模式，一般被稱作5E學(xué)習(xí)閉環(huán)，囊括了在認(rèn)知產(chǎn)生時(shí)，五項(xiàng)和教育有關(guān)的認(rèn)知階段：投入（Engagement）、 探索（Exploration）、釋義（Explanation）、拓展（Extension）、反饋（Evaluation）。美國(guó)生物學(xué)課程研究會(huì)在教學(xué)研討中提出了該教學(xué)模式，此模式的總結(jié)建立在教育理論中建構(gòu)主義理論的基礎(chǔ)支持，該模式聚焦于研究怎樣的教育實(shí)踐能吸引學(xué)生投入教育活動(dòng)之中。模式突出以教育對(duì)象為教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)核心，使用包括調(diào)研、觀察、探索等教學(xué)問(wèn)題處理方法，鼓勵(lì)嘗試以教育對(duì)象團(tuán)隊(duì)合作為教育突破點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)用實(shí)踐認(rèn)知科學(xué)理論，架構(gòu)和完形整個(gè)科學(xué)知識(shí)框架。5E教學(xué)模式引導(dǎo)下的教育過(guò)程不再是僵化說(shuō)教，而是在教育現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)教學(xué)合作，達(dá)成知識(shí)的積極架構(gòu)。教育者不再僅僅是科學(xué)的傳播者，教育對(duì)象經(jīng)過(guò)投入探索實(shí)踐的完整過(guò)程，而整體投入教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)，將需認(rèn)知的科學(xué)知識(shí)、模式操作和知識(shí)體系的整體把握，以求整合產(chǎn)生不同以往的認(rèn)知體系。

二、中國(guó)鐵道博物館教育的特征、形式及現(xiàn)狀

中國(guó)鐵道博物館是當(dāng)前國(guó)內(nèi)鐵路業(yè)獨(dú)有的高級(jí)別專項(xiàng)博物館, 博物館具備有匯總、整理和展出近百年以來(lái)我國(guó)鐵路系統(tǒng)的發(fā)展史、探索史和鐵路科技史。中國(guó)鐵路博物館包含了多個(gè)展覽版塊，有“中國(guó)鐵路發(fā)展史陳列”“機(jī)車車輛陳列”“詹天佑生平展”等聚焦于中國(guó)鐵路不同方面的日常展示項(xiàng)目, 完整、體系化和有趣地說(shuō)明了我國(guó)鐵路從學(xué)習(xí)國(guó)外到自創(chuàng)自主、由一貧如洗到科技發(fā)達(dá)的奮斗過(guò)程和輝煌成就, 為大眾進(jìn)行了鐵路有關(guān)科學(xué)知識(shí)的宣傳，并展示我國(guó)鐵路奮斗歷史概況與火車動(dòng)力科技革新的歷程, 從而傳播我國(guó)特有的人民大眾鐵路文化并啟迪了參觀者群體精神情懷 (如熱愛(ài)祖國(guó)、自尊自強(qiáng)，奮斗前進(jìn)等) 。博物館憑借布置場(chǎng)館中陳設(shè)的大量而特有的火車事物與歷史資源,可以謀劃開(kāi)展更多有趣互動(dòng)的火車主題科普項(xiàng)目, 主動(dòng)體現(xiàn)博物館應(yīng)承擔(dān)的社會(huì)教育作用。例如,博物館使用搜集、匯總而成的機(jī)車模型與科學(xué)原理講解,讓博物館可以接待初高中生而特意謀劃推出了“鐵路背后的科學(xué)”系列火車動(dòng)力實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和匹配的科學(xué)實(shí)踐材料包。該活動(dòng)把“躲在背后”的鐵路動(dòng)力知識(shí)與機(jī)車整體推動(dòng)方式、動(dòng)力特點(diǎn)、物理指導(dǎo)和安全常識(shí)合為整體,互動(dòng)項(xiàng)目鼓勵(lì)觀眾自己動(dòng)手操作、觀察體驗(yàn)、探究學(xué)習(xí)，具備突出的互動(dòng)性、實(shí)踐性及傳播性, 實(shí)實(shí)在在地踐行了5E教學(xué)模式中突出的學(xué)生主體、互動(dòng)溝通、實(shí)踐認(rèn)知的教育理念。

三、中國(guó)鐵道博物館科普互動(dòng)教學(xué)中亟待解決的問(wèn)題

（一）中國(guó)鐵道博物館學(xué)生科普互動(dòng)項(xiàng)目仍需提高

中國(guó)鐵道博物館科普探索互動(dòng)項(xiàng)目雖然經(jīng)歷了多次調(diào)整，但依舊是以課堂授課方式為主的傳統(tǒng)科普方式陳列?？破战處熤匾暬疖嚈C(jī)械結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大物理知識(shí)和火車歷史的講解，以此突出鐵道博物館的專業(yè)性；學(xué)生熱衷于參與各種互動(dòng)活動(dòng)項(xiàng)目，走馬觀花，淺嘗輒止，僅僅提高了學(xué)生對(duì)科普活動(dòng)的參與度。雖然科普探索互動(dòng)項(xiàng)目確實(shí)以學(xué)生為主題，提高了學(xué)生整體參與科普探索程度，但是科普探索互動(dòng)項(xiàng)目作為科學(xué)認(rèn)知工具，沒(méi)有突出互動(dòng)實(shí)踐應(yīng)用能力，并且火車動(dòng)力原理認(rèn)知也沒(méi)有提高。當(dāng)學(xué)生走出鐵道博物館，仍感到火車各類技術(shù)的陌生感。因此，博物館學(xué)生科普探索互動(dòng)場(chǎng)景的教學(xué)應(yīng)用能力有待提高。

（二）中國(guó)鐵道博物館科普互動(dòng)教學(xué)形式單一

中國(guó)鐵道博物館的科普互動(dòng)教學(xué)基本以說(shuō)教為主。在課堂上，科普教師向?qū)W生提示火車中的物理與機(jī)械知識(shí)，講解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)及其聯(lián)系，教學(xué)中互動(dòng)較少。在實(shí)際科普教學(xué)過(guò)程中，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生都埋頭記筆記，科普教師提問(wèn)很少有學(xué)生主動(dòng)應(yīng)答，需要點(diǎn)名問(wèn)答，有時(shí)甚至對(duì)提出的問(wèn)題置若罔聞。為了讓課程繼續(xù)開(kāi)展，科普教師有時(shí)只能自問(wèn)自答。此外，科普探索教育作為博物館的特定社會(huì)功能，其互動(dòng)教學(xué)形式本身就應(yīng)多種多樣，滲透在整個(gè)參觀學(xué)習(xí)過(guò)程中，只有廣泛地使用新教育理念才能最大限度地提高博物館科普作用。

四、博物館采用5E教學(xué)模式的意義

（一）培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，樹(shù)立探究意識(shí)

在博物館內(nèi)科普互動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)運(yùn)用5E教學(xué)模式，就是將科普教育視為一種特定教育環(huán)境中的教育者與教育對(duì)象之間交流互動(dòng)場(chǎng)景。博物館教育需要關(guān)注科普教師與學(xué)生之間互動(dòng)、學(xué)生小組內(nèi)互動(dòng)以及學(xué)生與館內(nèi)陳設(shè)互動(dòng)教學(xué)裝置的互動(dòng)。在各類互動(dòng)中，博物館科普教師通過(guò)各類科普互動(dòng)將裝置與館內(nèi)陳設(shè)版塊融為一體，增進(jìn)了科普教育的參與度，充分體現(xiàn)科普探索學(xué)習(xí)的目的在于知識(shí)傳遞、操作實(shí)踐和科學(xué)理念掌握，而不是應(yīng)付考試開(kāi)展學(xué)習(xí)。同時(shí)，5E教學(xué)模式運(yùn)用到博物館科普互動(dòng)項(xiàng)目設(shè)置指導(dǎo)之中，增加了學(xué)生在互動(dòng)學(xué)習(xí)中的探索指導(dǎo)。科普教師可以根據(jù)特定學(xué)生心理特征展開(kāi)科普項(xiàng)目安排，為學(xué)生準(zhǔn)備有針對(duì)性的互動(dòng)素材，鼓勵(lì)學(xué)生以小組方式投入互動(dòng)科普活動(dòng)中，學(xué)習(xí)火車有關(guān)的物理與機(jī)械知識(shí)。

（二）順應(yīng)時(shí)代要求，拓展科普功能

借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛使用，博物館線上展示技術(shù)變得成熟，數(shù)字信息技術(shù)使用推動(dòng)了博物館互動(dòng)項(xiàng)目傳統(tǒng)安排模式的變革。5E教學(xué)模式融入博物館科普互動(dòng)項(xiàng)目，使科普互動(dòng)項(xiàng)目安排相較于過(guò)去說(shuō)教的教學(xué)模式更適應(yīng)新時(shí)代的要求。在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的幫助下，科普教師和學(xué)生之間互動(dòng)、學(xué)生小組內(nèi)的互動(dòng)變得更容易實(shí)現(xiàn)，而且實(shí)現(xiàn)的5E教學(xué)模式在博物館內(nèi)落實(shí)的方式也可以多元化，這將使得館內(nèi)科普教學(xué)變?yōu)橐环N良性的互動(dòng)循環(huán)，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的科普教育目標(biāo)。在網(wǎng)絡(luò)博物館展示條件下，可以使用5E教學(xué)模式與科普互動(dòng)項(xiàng)目展示設(shè)計(jì)聯(lián)系，科普教師與學(xué)生一起在網(wǎng)絡(luò)虛擬展廳中互動(dòng)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，徹底打破時(shí)間空間局限，充分體現(xiàn)互動(dòng)教學(xué)的時(shí)代性。

（三）提升互動(dòng)能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)

5E教學(xué)模式在實(shí)際教學(xué)中，博物館開(kāi)展科普教育的能力自然而然得到提高。在一個(gè)碰撞教育過(guò)程中，博物館科普教育也可以扭轉(zhuǎn)課堂教育的慣性思維，進(jìn)而支持學(xué)生們?cè)趯?shí)踐操作中獨(dú)立思考，碰撞產(chǎn)生的火花將激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新靈感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。在教授活動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)革新時(shí)，通過(guò)互動(dòng)裝置的引導(dǎo)，學(xué)生將逐漸理解掌握火車動(dòng)力不但可以有數(shù)量上的變化，還可以有動(dòng)力能源方式的變化，或者有動(dòng)力管理方式的變化，加深學(xué)生對(duì)火車動(dòng)力提供的理解與認(rèn)知。

五、科學(xué)探究活動(dòng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

中國(guó)鐵道博物館引入5E教學(xué)模式，依托“車輪踏面”展項(xiàng)，選定高中學(xué)生為對(duì)象，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了“火車車輪踏面” 特定科普互動(dòng)項(xiàng)目。

（一）投入（Engagement）

引導(dǎo)學(xué)生投入科普互動(dòng)項(xiàng)目實(shí)踐中。博物館管理員和科普員運(yùn)用館內(nèi)新布置的活動(dòng)器具和動(dòng)力模型吸引學(xué)生關(guān)注到準(zhǔn)備好的互動(dòng)項(xiàng)目之中，然后由引導(dǎo)員或科普教師向?qū)W生介紹裝置的使用方式，安排學(xué)生以小組的形式投入互動(dòng)任務(wù)之中，引領(lǐng)學(xué)生把自身注意力投入事先準(zhǔn)備好的教學(xué)場(chǎng)景上，關(guān)注需要探索的科學(xué)問(wèn)題?；?dòng)場(chǎng)景的布設(shè)、引導(dǎo)人員的講解和互動(dòng)應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生和過(guò)往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、已有的物理知識(shí)產(chǎn)生聯(lián)系，并且允許學(xué)生展示出原有的錯(cuò)誤認(rèn)知，進(jìn)而投入目前的互動(dòng)活動(dòng)。

博物館科普教師在設(shè)計(jì)此階段時(shí)，需要通過(guò)車輪這一常見(jiàn)而不引人注意的小點(diǎn)，引起觀眾興趣，引導(dǎo)觀眾體驗(yàn)輪軌關(guān)系蘊(yùn)含的科學(xué)原理和設(shè)計(jì)理念，逐漸導(dǎo)入互動(dòng)科普主題，互動(dòng)中鼓勵(lì)學(xué)生說(shuō)出對(duì)車輪踏面原有的認(rèn)知，然后將火車實(shí)際動(dòng)力的傳遞方法進(jìn)行展開(kāi)介紹。在科普員引導(dǎo)學(xué)生投入的過(guò)程中應(yīng)該主動(dòng)關(guān)注學(xué)生的興趣點(diǎn)，積極收集可以吸引學(xué)生將注意力投入項(xiàng)目上的引導(dǎo)語(yǔ)、演示動(dòng)作和動(dòng)畫演示影像，能有效引來(lái)學(xué)生投入項(xiàng)目就是“火車車輪踏面”項(xiàng)目成功的先決要素。

（二）探索（Exploration）

科普教師說(shuō)明物理原理和火車機(jī)械結(jié)構(gòu)方法，指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)始互動(dòng)探索，理解科普展板上的原理構(gòu)造。在探索實(shí)踐互動(dòng)中，學(xué)生就是互動(dòng)活動(dòng)過(guò)程中的主導(dǎo)者，科普教師和引導(dǎo)員需要支持學(xué)生投入互動(dòng)探索的過(guò)程中，用實(shí)踐理解互動(dòng)裝置需要傳遞的物理概念，由自身實(shí)踐獲得直接經(jīng)驗(yàn)。在探索的過(guò)程中，指導(dǎo)教師可以靈活運(yùn)用設(shè)問(wèn)、指引、裝置互動(dòng)、錯(cuò)誤示范等教學(xué)方式，為學(xué)生彈錯(cuò)機(jī)械結(jié)構(gòu)提供方向指導(dǎo)，讓學(xué)生沿著正確的探索方向進(jìn)行嘗試，更高效地理解裝置背后的原理。

科普教師依照前一個(gè)投入階段，中學(xué)生對(duì)車輪踏面的參與情況和原有認(rèn)知水平，依托車輪踏面模型，首先簡(jiǎn)單介紹車輪踏面的基本情況。其次，引導(dǎo)學(xué)生利用展項(xiàng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分別探究直接將車輪放置在軌道上的可行性以及加上輪緣后會(huì)發(fā)生什么？最后，鼓勵(lì)學(xué)生積極與裝置互動(dòng)，并用正確的方式觀察、記錄、整理裝置記錄和裝置的狀態(tài)變化，觀察每個(gè)關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)和傳動(dòng)方式，理解曲軸概念，探索更有效的做功方式。

（三）釋義（Explanation）

釋義，視為把知識(shí)、經(jīng)過(guò)或操作方法轉(zhuǎn)化為能被認(rèn)知的認(rèn)知體系，也就是將探索實(shí)踐再次認(rèn)知的過(guò)程。處于此階段，科普教師或引導(dǎo)員應(yīng)激勵(lì)學(xué)生運(yùn)用已獲得的認(rèn)知體系對(duì)剛才探索互動(dòng)的過(guò)程和實(shí)踐反饋進(jìn)行認(rèn)知整理與邏輯梳理，提出自己對(duì)實(shí)踐操作的看法?？破战處熈⒆阌诮虒W(xué)對(duì)象自身的認(rèn)知，用簡(jiǎn)潔、明確、快速的方法展示互動(dòng)裝置希望專遞的物理原理、機(jī)械過(guò)程或?qū)嵺`技能，并且為學(xué)生開(kāi)展延展作好鋪墊。

學(xué)生自愿結(jié)成學(xué)習(xí)小組，小組將互動(dòng)活動(dòng)中的火車機(jī)械結(jié)構(gòu)與踏面操作探索時(shí)的收獲進(jìn)行匯總，得到完整探索經(jīng)歷帶來(lái)的收獲，認(rèn)識(shí)到火車傳動(dòng)的方法和動(dòng)力改變對(duì)火車能力提升。在小組討論，學(xué)生表達(dá)自己對(duì)科普教師的釋義提出自己的理解時(shí)，教師可以利用現(xiàn)場(chǎng)的信息互動(dòng)設(shè)備，將學(xué)生的表達(dá)理解與現(xiàn)場(chǎng)的解釋展板信息作比較，讓學(xué)生更理解自己在認(rèn)知中的錯(cuò)誤點(diǎn)。當(dāng)各個(gè)小組學(xué)生都在實(shí)踐中有了自身對(duì)傳動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)的認(rèn)識(shí)之后，科普教師可以開(kāi)展釋義與比較揮動(dòng)?？破战處熞龑?dǎo)學(xué)習(xí)小組逐步對(duì)“火車車輪踏面” 三個(gè)傳動(dòng)環(huán)節(jié)開(kāi)展解析，結(jié)合學(xué)生得出的結(jié)論與物理原理進(jìn)行比對(duì)，從而推導(dǎo)出車輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理構(gòu)造。

（四）拓展（Extension）

拓展，也可以看作遷移。處于拓展階段，教學(xué)對(duì)象加入深層次討論并搜集有關(guān)的新信息，明確了上一個(gè)階段要點(diǎn)，從而拓展剛才已經(jīng)吸收的知識(shí)、經(jīng)過(guò)或操作，展示出已經(jīng)掌握的認(rèn)知與能力，并積極使用掌握的知識(shí)概念?？破战處熞龑?dǎo)學(xué)生把已經(jīng)掌握的知識(shí)和原理運(yùn)用遷移到各類可能的不同情境之中，使知識(shí)和原理得到新運(yùn)用，并在新運(yùn)用中鼓勵(lì)學(xué)生吸收新知識(shí)。只有當(dāng)學(xué)生對(duì)已掌握的認(rèn)知可以自如正確地運(yùn)用到需要解決的問(wèn)題場(chǎng)景之中時(shí)，才能說(shuō)學(xué)生對(duì)需要認(rèn)知的原理和事物，達(dá)成了期望的教學(xué)目標(biāo)。

這一階段引導(dǎo)員繼續(xù)提問(wèn)，為什么我們要在車輪靠軌道內(nèi)側(cè)邊設(shè)置凸起的輪緣，而不在外側(cè)設(shè)置呢？通過(guò)三組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們得出結(jié)論，只有圓錐形的車輪沒(méi)有脫軌，其余兩種都“光榮犧牲”了。這是為什么呢？這是因?yàn)?，在?shí)際中，軌道不僅僅有直線段和曲線段，受各種因素的影響，車輪在軌道上運(yùn)行時(shí)，其實(shí)它的位置中心很難一直保持穩(wěn)定。而如果踏面的輪對(duì)橫向偏離中心位置，對(duì)于圓錐形踏面來(lái)說(shuō)，由于左右車輪滾動(dòng)半徑的不同，輪對(duì)仍能回到軌道中線。因此，輪對(duì)發(fā)生周期性的橫向運(yùn)動(dòng)。在1883年Klingel從理論角度對(duì)此描述，這種運(yùn)動(dòng)通常被稱為“Klingel運(yùn)動(dòng)”。認(rèn)知該運(yùn)動(dòng)方式并準(zhǔn)確應(yīng)用到可能場(chǎng)景中，說(shuō)明科普達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

（五）反饋（Evaluation）

反饋是5E教學(xué)模式的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。檢驗(yàn)和反饋環(huán)節(jié)科普教師應(yīng)當(dāng)支持學(xué)生總結(jié)自己在整個(gè)互動(dòng)活動(dòng)中掌握到的知識(shí)和原理，反饋出自身能力的增強(qiáng)，并且也讓科普教師能有機(jī)會(huì)認(rèn)識(shí)到學(xué)生在互動(dòng)活動(dòng)中的探索成果，反饋出科普教師教學(xué)是否達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，使科普教師更明確自身互動(dòng)裝置布置的實(shí)際教學(xué)效果。

5E教學(xué)模式內(nèi)的反饋階段并非一個(gè)獨(dú)立過(guò)程?？破战處熀鸵龑?dǎo)員可以運(yùn)用各種互動(dòng)方法對(duì)學(xué)生反饋出的知識(shí)認(rèn)知、操作方法進(jìn)行指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。從環(huán)節(jié)來(lái)看，反饋與評(píng)價(jià)可以與5E教學(xué)模式中的各個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，在互動(dòng)項(xiàng)目各環(huán)節(jié)推進(jìn)過(guò)程中，學(xué)習(xí)小組內(nèi)可以將自己或他人的實(shí)踐、收獲、配合等展開(kāi)反饋；從方式來(lái)看，反饋與評(píng)價(jià)可以是學(xué)生自己開(kāi)始，也可以是小組之間相互問(wèn)答，當(dāng)然還可以是科普教師進(jìn)行評(píng)價(jià)解答。在整個(gè)互動(dòng)活動(dòng)結(jié)尾時(shí)，科普教師也可以按照教學(xué)效果與參與學(xué)生的具體表現(xiàn)和收獲的知識(shí)，開(kāi)展單獨(dú)的反饋與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。科普教師在總結(jié)反饋學(xué)生互動(dòng)收獲時(shí)，可以對(duì)學(xué)生認(rèn)知收獲、實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成進(jìn)度、互動(dòng)裝置運(yùn)用的規(guī)范性、探索階段展示的任務(wù)態(tài)度、學(xué)習(xí)小組配合程度等各個(gè)方面進(jìn)行反饋與評(píng)價(jià)。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，博物館為了實(shí)現(xiàn)對(duì)中學(xué)生進(jìn)行科普的教育目標(biāo)，運(yùn)用5E教學(xué)模式激發(fā)學(xué)生在陳設(shè)完成的互動(dòng)裝置上或營(yíng)造的互動(dòng)場(chǎng)景中，開(kāi)展科學(xué)探索，并對(duì)互動(dòng)實(shí)踐、裝置反饋開(kāi)展釋義、說(shuō)明、拓展等，進(jìn)而產(chǎn)生新的認(rèn)知、實(shí)踐或收獲。5E教學(xué)模式與博物館科普教育的目標(biāo)相契合，為學(xué)生打造互動(dòng)式教學(xué)場(chǎng)景提供了理論指導(dǎo)，讓其收獲了有效的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論收獲，并且與博物館希望達(dá)成的訓(xùn)練思維方式、塑造科學(xué)能力、培育實(shí)踐能力的科普教育目的相協(xié)調(diào)，可以在博物館展陳設(shè)置互動(dòng)活動(dòng)中推廣運(yùn)用。