融合中華傳統(tǒng)文化的初中物理5E教學(xué)模式

王正全 趙高森 董皓 李紅梅

摘? ?要：初中物理課堂教學(xué)中融入中華傳統(tǒng)文化有助于優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承與發(fā)展。以5E教學(xué)模式的5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)為線索，將“桿秤”這一傳統(tǒng)測(cè)量工具融入初中物理課堂教學(xué)，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析能力、科學(xué)探究能力、語言表達(dá)能力和遷移應(yīng)用能力，還能在初中物理課堂中弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

關(guān)鍵詞：5E教學(xué)模式；中華傳統(tǒng)文化；初中物理；桿秤

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）4-0061-4

中華傳統(tǒng)文化是中華民族幾千年文明的結(jié)晶，是中華民族在長(zhǎng)期自由自覺的活動(dòng)中所積累和沉淀下來的對(duì)中華民族歷史進(jìn)程起著推動(dòng)作用的包括物質(zhì)、制度、精神等各事物的總稱[1]。將中華傳統(tǒng)文化融入初中物理課堂教學(xué)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境，不僅能夠吸引學(xué)生的注意力、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，也可以提升學(xué)生的愛國精神和民族自豪感。

5E教學(xué)模式是一種探究教學(xué)模式，它包括5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：參與（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評(píng)價(jià)（Evaluation）。該教學(xué)模式可以用來探查學(xué)生的前科學(xué)概念，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，增進(jìn)其對(duì)科學(xué)探究的理解，發(fā)展其科學(xué)探究能力［2］?；?E教學(xué)模式，將傳統(tǒng)的稱量工具桿秤應(yīng)用于人教版初中物理“杠桿的平衡條件”教學(xué)中，在提高學(xué)生觀察分析能力、科學(xué)探究能力、語言表達(dá)能力和物理學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)弘揚(yáng)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的目的。

1? ? 5E模式在“杠桿的平衡條件”教學(xué)中的應(yīng)用

在中國已有千年歷史的桿秤蘊(yùn)含著濃厚的傳統(tǒng)文化氣息，是中國古代廣大勞動(dòng)人民勤勞與智慧的結(jié)晶。以5E教學(xué)模式的5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)為線索，將桿秤引入到“杠桿的平衡條件”的物理課堂教學(xué)中，幫助學(xué)生構(gòu)建新概念的同時(shí)，向?qū)W生傳達(dá)中華傳統(tǒng)文化不朽的力量和無限的魅力。

1.1? ? 引入桿秤激發(fā)認(rèn)知沖突

在科技高速發(fā)展的今天，桿秤這一傳統(tǒng)的稱量工具已很少使用，取而代之的是方便快捷的電子秤，導(dǎo)致大部分學(xué)生（尤其是城鎮(zhèn)學(xué)生）對(duì)桿秤比較陌生。所以，在探究杠桿的平衡條件之前，教師播放一段“桿秤稱肥豬”的視頻，讓學(xué)生了解桿秤，并提問：桿秤真的能稱量出肥豬的重量嗎？學(xué)生表示懷疑。

如圖1所示，教師拿出一根比視頻中小得多的桿秤。先用桿秤稱量出蘋果的重量，再用電子秤進(jìn)行驗(yàn)證。

驗(yàn)證結(jié)果表明，桿秤稱量值和電子秤稱量值雖然存在一定的誤差，但足以證明桿秤能夠稱量出物體的重量。學(xué)生一片驚呼，課堂氣氛活躍起來，教師順勢(shì)提問：結(jié)合剛剛學(xué)習(xí)的新概念，你能判斷桿秤實(shí)質(zhì)上是什么嗎？

學(xué)生觀察后作答：杠桿。

教師進(jìn)一步提問：桿秤這一杠桿稱量物體重量的原理是什么？

設(shè)計(jì)意圖：在5E教學(xué)模式參與環(huán)節(jié)，教師要通過創(chuàng)設(shè)情境或設(shè)計(jì)活動(dòng)吸引學(xué)生的注意力，從而激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生通過和教師、同學(xué)的互動(dòng)構(gòu)建新知。在學(xué)生普遍認(rèn)知中，一頭肥豬的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于秤砣，教師引入桿秤，使小小的秤砣起到了“四兩撥千斤”的效果，和學(xué)生的原有認(rèn)知相沖突。因此，通過桿秤得出蘋果的真實(shí)重量，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲。

1.2? ? 探究問題答案

活動(dòng)一：尋找桿秤稱量線索

將學(xué)生分為若干小組，每個(gè)小組分配一根桿秤，讓學(xué)生觀察桿秤，并利用桿秤模仿視頻中的操作，嘗試稱量身邊的一些物品。

問題1：如何尋找出杠桿的五要素？

問題2：稱量時(shí)，要使桿秤處于什么狀態(tài)？

問題3：如何使桿秤達(dá)到這種狀態(tài)？

基于以上問題，教師引導(dǎo)學(xué)生制作出桿秤簡(jiǎn)易圖，如圖2所示。然后，啟發(fā)學(xué)生發(fā)散抽象思維，構(gòu)建物理模型，作出桿秤的杠桿示意圖，如圖3所示。

經(jīng)歷桿秤的實(shí)際操作及物理模型的建構(gòu)過程，學(xué)生可以知道以下信息：

（1）秤砣提供動(dòng)力F1，稱量重物提供阻力F2，且通常F2>>F1。

（2）稱量重物時(shí)，秤桿要處于水平平衡狀態(tài)。

（3）阻力臂l2一定時(shí)，要使秤桿達(dá)到水平平衡狀態(tài)，就要調(diào)節(jié)秤砣的位置，即調(diào)節(jié)動(dòng)力臂l1的大小。

整合以上信息，經(jīng)過小組討論、思考，再加以教師的啟發(fā)，提出了猜想：桿秤的動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂之間可能存在某種等量關(guān)系，需要進(jìn)行定量的實(shí)驗(yàn)探究。

活動(dòng)二：進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。閱讀后，學(xué)生以小組為單位，采用如圖4所示的實(shí)驗(yàn)器材代替桿秤進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)探究。

教師提問：實(shí)驗(yàn)前為什么要調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使其在不掛鉤碼時(shí)達(dá)到水平平衡狀態(tài)？

學(xué)生答：這樣做可以使力臂和杠桿的刻度尺在一條直線上，方便讀出動(dòng)力臂和阻力臂的大小。

教師提問：為什么要讓支點(diǎn)位于杠桿的中央呢？

學(xué)生答：為了減小杠桿自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響。

學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入對(duì)應(yīng)表格后，教師提問：從表格記錄的多組數(shù)據(jù)中，能否分析出它們之間有什么關(guān)系？

學(xué)生小組討論后答：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，即F1l1=F2l2。

為了能直接讀出力的大小，教師啟發(fā)學(xué)生將動(dòng)力臂一側(cè)的鉤碼替換為彈簧測(cè)力計(jì)。先豎直拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使杠桿平衡，再斜拉。

教師提問：斜拉彈簧測(cè)力計(jì)使杠桿平衡時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)發(fā)生了什么變化？為什么？

學(xué)生作圖分析、討論后答：彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變大，因?yàn)樾崩瓘椈蓽y(cè)力計(jì)后動(dòng)力臂變小了，而阻力臂和阻力不變，所以動(dòng)力變大。

教師提問：現(xiàn)在你能嘗試解答桿秤是如何稱量出物體重量的嗎？

學(xué)生小組討論后作答：使用桿秤時(shí)，將重物懸掛在秤鉤上，一只手提吊環(huán)，一只手不斷調(diào)整秤砣的位置。待秤桿水平平衡時(shí)，根據(jù)杠桿的平衡條件F1l1=F2l2，可得出物體的重量為F2=，質(zhì)量為m=。

活動(dòng)三：追溯桿秤歷史淵源

探究完桿秤的工作原理，有必要讓學(xué)生進(jìn)一步了解桿秤的發(fā)展歷史和寓意，感受中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的奇妙。相傳桿秤是由春秋時(shí)期魯班發(fā)明的，但也有說是輔佐越王勾踐的范蠡發(fā)明的。桿秤在中國歷史上的發(fā)展演變可劃分為三個(gè)時(shí)期、兩個(gè)階段[3]，如圖5所示。

桿秤的制作需要一百多道工序，秤桿上原有十三顆星，代表著北斗七星和南斗六星。后來，為了防止商家缺斤少兩，增加了“?！薄暗摗薄皦邸比w星，則一斤就有十六兩，缺一兩少福，缺二兩少祿，缺三兩少壽［4］。桿秤這一歷史悠久的傳統(tǒng)手工藝品，體現(xiàn)了歷史長(zhǎng)河里中國勞動(dòng)人民誠信、智慧、勤懇、善良的優(yōu)秀品質(zhì)。學(xué)習(xí)桿秤使用原理的同時(shí)，也會(huì)傳承桿秤背后所蘊(yùn)含的不朽精神。

設(shè)計(jì)意圖：“探究”是5E教學(xué)模式的核心。在本環(huán)節(jié)，學(xué)生要在教師的啟發(fā)下觀察現(xiàn)象、建立事物之間的聯(lián)系、概括規(guī)律。通過動(dòng)手操作、場(chǎng)景研究、實(shí)驗(yàn)研究去解決引入環(huán)節(jié)的認(rèn)知沖突。教師通過三個(gè)活動(dòng)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生以小組為單位，經(jīng)歷觀察、摸索、實(shí)驗(yàn)、總結(jié)等一系列過程，幫助學(xué)生構(gòu)建“杠桿的平衡條件”概念的同時(shí)，也讓學(xué)生知道桿秤的工作原理和起源發(fā)展。既培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，又傳承了中華傳統(tǒng)文化。

1.3? ? 通過解釋明確物理概念

出聲思維就是要讓學(xué)生將其思維過程充分展現(xiàn)出來，借助語言向老師或者同學(xué)吐露其內(nèi)隱的思維過程[5]。在此環(huán)節(jié)，教師要給學(xué)生提供充分的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生通過發(fā)言來描繪他們所觀察到的事物，并解釋原因。不僅要解釋學(xué)到的新概念，還要解釋學(xué)到的新方法；不僅要知其然，還要知其所以然。要把將要解釋的新概念和探究過程中獲得的證據(jù)聯(lián)系起來，形成完整的邏輯體系。

教師可按圖6所示的流程來進(jìn)行本環(huán)節(jié)的教學(xué)。首先，組織學(xué)生進(jìn)行小組內(nèi)的表達(dá)交流，給每個(gè)學(xué)生表達(dá)的機(jī)會(huì)，解釋“杠桿的平衡條件”的概念，并講解獲得該概念的證據(jù)和方法。其次，小組選出代表進(jìn)行小組間的表達(dá)交流，代表發(fā)言要盡量簡(jiǎn)練，解釋“桿秤”的稱量原理以及探究該原理的過程。最后，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，并用最精煉的語言給出正確的解釋。

1.4? ? 遷移細(xì)化加深概念理解

根據(jù)桿秤在生活中應(yīng)用時(shí)常遇到的問題，教師設(shè)計(jì)以下三個(gè)遷移問題。

遷移問題1：如圖7所示，生活中常見的桿秤一般有兩個(gè)吊環(huán)，何種情況采用A吊環(huán)，何種情況采用B吊環(huán)？

學(xué)生作答：采用B吊環(huán)和采用A吊環(huán)相比，杠桿的阻力臂l2變小，若F1l1不變，由杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可知，阻力F2變大。即A吊環(huán)一般是稱量重量較小的物體，而B吊環(huán)一般是稱量重量較大的物體。

遷移問題2：俗語“秤有頭高頭低”的意思是，在生意中用桿秤稱量物品時(shí)，秤頭有時(shí)翹起，有時(shí)下沉，那么秤頭翹起和下沉分別有利于買家還是賣家呢？

學(xué)生作答：秤頭指的是秤鉤那一端，如圖8所示。秤頭翹起時(shí)杠桿沿F1方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則F1l1>F2l2，說明l1大于平衡時(shí)的狀態(tài)，有利于賣家。反之，秤頭下沉?xí)r杠桿沿F2方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則F1l1<F2l2，說明l1小于平衡時(shí)的狀態(tài)，有利于買家。

遷移問題3：有商家在賣商品時(shí)，將桿秤的標(biāo)準(zhǔn)秤砣替換成質(zhì)量較小的秤砣，這樣做的結(jié)果是？

學(xué)生作答：秤砣質(zhì)量減小即F1減小，而F2l2不變，由杠桿的平衡條件可知，l1增大，這是無良商家欺騙買家的一種手段。

設(shè)計(jì)意圖：經(jīng)歷以上四個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已構(gòu)建起新概念。在“遷移”環(huán)節(jié)，學(xué)生需要利用所學(xué)知識(shí)解決相關(guān)問題和解釋相關(guān)現(xiàn)象，以加強(qiáng)對(duì)新概念的理解和應(yīng)用。教師為學(xué)生設(shè)計(jì)了與桿秤相關(guān)的三個(gè)問題，讓學(xué)生運(yùn)用杠桿的平衡條件來解決實(shí)際問題，幫助學(xué)生進(jìn)一步將所學(xué)新概念內(nèi)化到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。

2? ? 利用評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng)

5E教學(xué)法中，“評(píng)價(jià)”貫穿于整個(gè)課堂教學(xué)，在“參與”“探究”“解釋”“遷移”各個(gè)環(huán)節(jié)均有體現(xiàn)[6]。以本堂課為例，教師可在如下幾個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)：在引入環(huán)節(jié)，對(duì)桿秤的課堂引入效果進(jìn)行評(píng)價(jià)；在探究環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生觀察能力、實(shí)驗(yàn)效果、小組合作情況、新概念掌握情況進(jìn)行評(píng)價(jià)；在解釋環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生小組內(nèi)、小組間的表達(dá)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)；在遷移環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生應(yīng)用新概念解決桿秤相關(guān)問題的效果、解釋其他生活現(xiàn)象的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。除此以外，教師也可以鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，在評(píng)價(jià)的過程中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力和語言表達(dá)能力的發(fā)展。

3? ? 結(jié)束語

5E教學(xué)模式的5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，應(yīng)用在初中物理課堂教學(xué)中，可有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、探究、合作、語言表述、遷移實(shí)踐等能力。在進(jìn)行“杠桿的平衡條件”課堂教學(xué)時(shí)，以5E教學(xué)模式的5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)為線索，以“桿秤”這一傳統(tǒng)測(cè)量工具為載體，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生建模，培養(yǎng)其抽象思維。讓學(xué)生以小組合作的形式展開猜想、探究、解釋、遷移、評(píng)價(jià)等系列活動(dòng)，促使其科學(xué)探究能力的提升。同時(shí)，在本節(jié)課的教學(xué)中，透過桿秤，可讓學(xué)生切身感受到古人的勤勞與智慧，促進(jìn)其民族自豪感的提升，期盼更多的中華傳統(tǒng)文化走進(jìn)初中物理課堂，使中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化在物理教學(xué)進(jìn)程中得到傳承與弘揚(yáng)。

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（欄目編輯? ? 賈偉堯）