5E教學模式在大學物理教學中的實踐研究

摘"要：為深化課程教學改革，提高教學質量和培養(yǎng)創(chuàng)新人才，5E教學模式作為一種強調學生主動探究和積極建構知識的創(chuàng)新模式，為大學物理教學改革提供了新途徑。文章分析了基于5E教學模式進行大學物理教學設計的可行性，并對教學目標和教學過程進行設計與效果分析。將5E教學模式引入大學物理教學，對提高學生學習成績具有顯著效果。調查結果表明，5E教學模式旨在激發(fā)學生學習興趣，提升學生獨立思考和解決問題能力，以及提高學生認知水平和實踐創(chuàng)新能力中有積極促進作用。

關鍵詞：5E教學模式；大學物理教學；認知水平；實踐創(chuàng)新

中圖分類號：O4-4""""""文獻標識碼：A"""""""文章編號：20959699（2024）03010406

教育部辦公廳在《基礎教育課程教學改革深化行動方案》（以下簡稱《方案》）中指出：“深化課程教學改革，加強機制創(chuàng)新，指導、發(fā)動各地和學校深化育人關鍵環(huán)節(jié)和重點領域改革，更新教育理念，轉變育人方式，堅決扭轉片面應試教育傾向，切實提高育人水平，促進學生德智體美勞全面發(fā)展。”[1]深化課程教學改革是當前高校提高教學質量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要切入點，《方案》的提出為高校教學改革指明了方向，提供了有力支撐，彰顯了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重大時代意義。大學物理作為工科類專業(yè)的重要必修基礎課程，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面具有不可替代的重要作用。因此，大學物理教學質量的提高對新時代高科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有深遠意義。

5E教學模式是基于建構主義理論開發(fā)的美國生物學課程教學模式，包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）五個環(huán)節(jié)。該模式強調以學生為主體，致力于激發(fā)學生的學習興趣，已受到教育界的廣泛關注[23]。5E教學模式強調學生的主動參與和探究，注重科學素養(yǎng)和思維能力的培養(yǎng)，與大學物理教育理念不謀而合，為大學物理教學的改革提供了新思路。文章通過采用5E教學模式，構建適應性強的大學物理教學模式，并通過具體的教學設計和數(shù)據(jù)分析，驗證5E教學模式在提高學生學習效果、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力方面的有效性，以期為大學物理教學的改革提供有益的參考和借鑒。

1"5E教學模式內涵及研究現(xiàn)狀

1.1"5E教學模式

5E教學模式，也被稱為5E學習環(huán)，是美國生物學課程研究所在1989年基于原有學習環(huán)模式，結合建構主義理論和概念轉變理論開發(fā)的一種教學模式[4]。該模式強調學生在教學過程中的主動參與和探究，通過一系列有序的學習階段，引導學生深入理解知識，構建知識體系，并培養(yǎng)解決問題的能力。5E教學模式包括五個環(huán)節(jié)，如圖1所示[56]。

吸引（Engagement）：教師通過創(chuàng)設與學習內容相關的問題情境，激發(fā)學生的好奇心和探究欲望。吸引學生的關鍵在于了解學生已有的知識和經驗，以便更好地設計能夠引發(fā)學生興趣的教學情境。

探究（Exploration）：學生主動探索問題，全身心開展探究活動，自主發(fā)現(xiàn)和解決問題。

解釋（Explanation）：學生對探究過程中獲得的知識進行理解和整合，教師引導學生對所學知識進行梳理和歸納，幫助他們建立清晰的知識框架。

遷移（Elaboration）：學生將所學知識應用到新的情境中，解決新的問題，遷移階段有助于培養(yǎng)學生的知識遷移能力和創(chuàng)新思維。

評價（Evaluation）：對學生學習效果進行檢驗和反饋的環(huán)節(jié)。鼓勵學生自我評價、同伴評價，同時教師對教學目標及學習過程進行評價[78]。

1.2"研究現(xiàn)狀

在現(xiàn)代教育理念的推動下，立足學生主體，探究式教學等創(chuàng)新方法日益受到重視，5E教學模式以其獨特的優(yōu)勢，逐漸成為教育領域研究的熱點并被廣泛應用。

孔麗麗等[9]立足學生主體，對5E教學模式的理論內涵以及教師行為進行研究分析，設計了符合學生認知特點的教學方案，顯著提升了學生的學習興趣和主動探究能力。胡九華等[7]從理論角度系統(tǒng)梳理了5E教學模式的起源、內涵以及特征，并深入分析了目前中國基于5E教學模式的實踐案例，提出了積極的改進建議，為相關教學提供了扎實的理論基礎。宋連鵬等[10]結合大學物理實驗特點，基于5E教學模式，創(chuàng)新性地調整了“探究”與“解釋”環(huán)節(jié)的順序，結果發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)效果更為顯著。何爽[11]同樣將5E教學模式應用于大學物理實驗教學，結果表明該模式在培養(yǎng)學生自主學習能力、創(chuàng)新能力以及科學精神方面效果顯著，充分發(fā)揮了大學物理實驗課程的育人功能。周玉修等[12]基于STEAM教育理念，將5E教學模式應用于大學物理教學，研究發(fā)現(xiàn)該模式能夠較好地實現(xiàn)以學生為主體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)教學目標。

綜上所述，文章基于5E教學模型的理論基礎和研究現(xiàn)狀，著眼于大學物理的教與學，以學生為主體，以課例為載體，嘗試構建大學物理教學模式與教學策略，以期充分發(fā)揮5E教學模式在大學物理教學中的應用優(yōu)勢，推動大學物理教學質量提升和學生物理素養(yǎng)的全面發(fā)展。

2"基于5E教學模式進行大學物理教學設計的可行性

2.1"培養(yǎng)目標相一致

5E教學模式與大學物理教育在培養(yǎng)目標上的一致性，主要體現(xiàn)在對學生科學思維和實踐能力的雙重提升。大學物理作為重要的必修基礎課，旨在培養(yǎng)學生的邏輯思維、實驗能力和創(chuàng)新精神。5E教學模式通過引入、探索、解釋、遷移和評價五個環(huán)節(jié)，全面促進學生的主動學習和深度學習，兩者在目標上高度契合。

2.2"教學理念相契合

5E教學模式與大學物理課程學習都強調學生的主體性。具體表現(xiàn)在：大學物理課程教學注重引導學生自主探索和發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力；5E教學模式鼓勵學生通過探究、實驗、發(fā)現(xiàn)等方式來獲取知識，通過激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，讓學生在教師的引導下主動構建知識體系，提升解決問題的能力。

2.3"教學過程相切合

5E教學的五個環(huán)節(jié)緊密相連，形成一個完整的探究過程，與大學物理教學過程相得益彰。在引入環(huán)節(jié)，教師可以通過生活中的物理現(xiàn)象或有趣的實驗激發(fā)學生的學習興趣；在探索環(huán)節(jié)，學生可以通過小組合作或獨立探究發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律和原理；在解釋環(huán)節(jié)，教師對學生的發(fā)現(xiàn)進行歸納和總結，幫助學生建立完整的知識體系；在遷移環(huán)節(jié)，學生運用所學知識解決實際問題，提升應用能力；在評價環(huán)節(jié)，教師通過多種方式對學生的學習成果進行評價和反饋，幫助學生不斷完善和提升。

3"基于5E教學模式的大學物理教學設計

3.1"教學目標設計

基于5E教學模式的大學物理教學目標和教學內容設計見表1。通過教學內容、教師活動和學生活動的有機結合，實現(xiàn)對科學的世界觀的認識、科學探索精神和創(chuàng)新意識，以及分析問題和解決問題能力的全面提升。

3.2"教學過程設計

（1）吸引環(huán)節(jié)

吸引環(huán)節(jié)是關鍵，作為整個教學模式的起點，對于激發(fā)學生的學習興趣和積極性至關重要。該環(huán)節(jié)主要通過課堂導入來實現(xiàn)，旨在吸引學生的注意力。教師可以通過提問和討論的方式，結合多媒體教學資源，通過展示圖片、視頻和動畫等生動素材，從日常生活場景或已知知識出發(fā)，引導學生從感知注意轉向深入思考，進而培養(yǎng)學生的觀察能力和發(fā)現(xiàn)問題能力。例如，在講授電磁學部分時，教師可以介紹無線充電、電磁懸浮等技術的應用，讓學生了解物理知識與現(xiàn)代科技的緊密聯(lián)系，認識到學習物理的重要性和實用性。

（2）探究環(huán)節(jié)

課堂研討是核心。在實際教學中，教師可以通過設計一系列與物理現(xiàn)象相關的實驗和觀察活動，引導學生認真觀察，記錄實驗現(xiàn)象并組織小組討論，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。例如，在“振動”知識教學中，教師可以設計“牛頓環(huán)與劈尖干涉”實驗，讓學生認真觀察并記錄實驗現(xiàn)象，同時教師對關鍵調節(jié)步驟設置思考問題，如“螺絲旋過緊會有什么影響？”“如何讓鈉燈垂直照射到牛頓環(huán)上？”，引導學生明確調節(jié)目的和意義。通過此環(huán)節(jié)讓學生掌握實驗儀器的基本結構和調節(jié)方法，培養(yǎng)學生的自主和合作探究能力，有效推動課堂教學的進程。

（3）解釋環(huán)節(jié)

課堂展示是重點。在解釋環(huán)節(jié)，教師不僅要清晰地解釋物理概念的定義和內涵，還要通過生動的實例幫助學生建立起對物理世界的直觀感受。鼓勵學生積極提出問題，通過小組討論和課堂辯論等形式充分表達自己的觀點。在教學過程中，教師要結合創(chuàng)新案例，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生批判思維能力。例如，通過引用物理學領域的量子通信、超導技術等最新研究成果或科技應用，鼓勵學生參與科研項目或創(chuàng)新實驗，在實踐中培養(yǎng)批判思維能力和創(chuàng)新精神。

（4）遷移環(huán)節(jié)

課堂情景是關鍵。在這一階段，教師需要引導學生對物理現(xiàn)象進行深入研究，探討其背后的深層次機制，教師可以組織學生進行項目式學習或創(chuàng)新實踐，讓他們將理論知識與實際操作相結合，實現(xiàn)知識的遷移和應用。例如，高校學生利用偏振現(xiàn)象原理實現(xiàn)其在3D影像中的應用；還有學生將物理原理應用于儀器設備的改進。利用金屬線脹系數(shù)改進PSD測定儀，充分展示了遷移環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面的重要作用。

（5）評價環(huán)節(jié)

課堂評價是保障。教師可運用課堂表現(xiàn)觀察、作業(yè)分析、實驗操作考核以及期末考試等多種評價方式，全面了解學生的學習情況。同時，教師還可以利用學生自評和互評的方式，促進學生對自己學習過程的認知，激發(fā)其學習的主動性和積極性。評價之后，教師需要認真反思教學過程，圍繞教學目標是否達成、教學內容是否合適、教學方法是否有效等方面進行深入剖析，發(fā)現(xiàn)教學中的不足之處，并針對發(fā)現(xiàn)的問題進行改進，從調整教學策略、優(yōu)化教學資源、創(chuàng)新教學方法等方面進行優(yōu)化和調整，以期全面提高學生的能力素養(yǎng)。

4"基于5E教學模式的大學物理教學設計能效分析

對于上述教學設計，為驗證其教學目標和教學效果，選用巢湖學院電信專業(yè)大一年級的兩個班級作為研究對象，進行為期一學期的對比教學實驗。根據(jù)調研，大一1班（36人）和大一2班（35人）學習積極性和活躍度上相近，且進行單因素方差分析后，兩個班級知識水平無明顯差異；兩個班級的教學任務均由同一教師完成。

大一1班設定為實驗班，采用基于5E教學模式的設計開展教學；大一2班設為對照班，采用傳統(tǒng)教學模式。在期中和期末分別進行閉卷考試。

4.1"考試成績分析

實驗班和對照班成績評估規(guī)則見表2。

由圖3（a）可知，應用5E教學模式的實驗班90分以上（優(yōu)秀）、80～89分（良好）的學生占比分別為30.6%、27.8%，對照班優(yōu)秀、良好占比分別為17.1%、11.4%；實驗班優(yōu)良率占比58.4%，顯著高于對照班（28.5%）優(yōu)良率；60～69分（及格）實驗班占比13.96%，60分以下（不及格）實驗班占比0.1%，均顯著低于對照班。

由圖3（b）可知，應用5E教學模式的實驗班90分以上（優(yōu)秀）、80～89分（良好）的學生占比分別為44.4%、36.1%，對照班優(yōu)秀、良好占比分別為5.7%、11.4%，實驗班優(yōu)良率占比80.5%，顯著高于對照班（17.1%）優(yōu)良率；60～69分（及格）實驗班占比5.6%，60分以下（不及格）實驗班無，均顯著低于對照班。

5E教學模式在提高學生學習成績方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。從上述數(shù)據(jù)對比中可知，無論是從優(yōu)秀、良好，還是及格的層面來看，實驗班的成績均大幅超過了傳統(tǒng)對照班。在優(yōu)秀分數(shù)段，應用5E教學模式的班級的學生占比明顯高于傳統(tǒng)班級，這說明5E教學模式在激發(fā)學生的學習潛能，培養(yǎng)他們的高階思維能力上起到了顯著的作用。在良好分數(shù)段，實驗班的占比也遠超過對照班，顯示出該模式在促進學生全面發(fā)展上的優(yōu)越性。即使在及格分數(shù)段，實驗班的占比也低于對照班，進一步證明了5E教學模式在整體提升學生學習成績方面的有效性。此外，結果還顯示，實驗班期末成績相比于期中成績，學生不及格人數(shù)為0，再次凸顯了該模式在提升學生學習效果上的顯著作用。相比之下，對照班在不及格分數(shù)段的學生占比較高，這也在一定程度上反映了傳統(tǒng)教學模式在應對學生個體差異，提升學習成績方面的局限性。

4.2"教學效果分析

在教學實驗結束后，通過問卷調查了解學生對基于5E教學模式的學習效果。問卷發(fā)放36份，回收36份，回收率100%。問卷采用李克特量表法，以1-5賦分，分別表示“非常認可”“認可”“一般”“不認可”“非常不認可”。采用SPSS22.0對問卷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以克隆巴赫（信度）系數(shù)檢驗法進行問卷內在信度檢驗，量表信度為0.845＞0.7，說明問卷整體信度較好。有關基于5E教學模式學習效果調查如圖4所示。

由圖4可知，基于5E教學模式，在激發(fā)學習興趣、獨立思考和解決問題能力以及持續(xù)改進能力方面均達到了90%以上；提升認知水平和實踐創(chuàng)新能力均在80%以上。這說明5E教學模式在教育教學中不僅有效地激發(fā)了學生的學習興趣，還極大地提升了學生的獨立思考和解決問題能力，更在持續(xù)改進能力方面取得了顯著的提升。在激發(fā)學習興趣方面，5E教學模式通過引導學生自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，使學生在探究過程中體驗到了學習的樂趣，從而更加熱愛學習，形成了良好的學習習慣。在獨立思考和解決問題能力方面，5E教學模式強調學生的主體性，引導學生參與各種實踐活動，讓學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而鍛煉了學生的獨立思考和解決問題的能力。在提高持續(xù)改進能力方面，5E教學模式注重引導學生進行反思，找出自己的不足和需要改進的地方。提升認知水平和實踐創(chuàng)新能力方面，通過引導學生深入學習各種知識，讓學生了解知識的本質和內在聯(lián)系，從而提高了學生的認知水平和實踐創(chuàng)新能力。

5"結論與建議

5.1"結論

綜上所述，文章探討了5E教學模式在大學物理教學中的應用效果。該教學模式以其獨特的教學理念和方法，為大學物理教學注入了新的活力，通過吸引、探究、解釋、遷移和評價五個環(huán)節(jié)的有機結合，形成了一個完整的教學框架，不僅有助于教師系統(tǒng)地組織教學內容，更能引導學生主動參與學習過程，培養(yǎng)他們的物理思維和解決問題的能力，有效提升了學生的學習興趣和物理學科的教學效果。

5.2"建議

5E教學模式以其獨特的教育理念和高效的教學方法，逐漸在大學物理教學中展現(xiàn)出其顯著的教學效果。但教學模式的實踐都需要不斷地探索和完善。在此，筆者提出以下三點建議，以期進一步提升5E教學模式在大學物理教學中的應用效果。

首先，注重跨學科融合。大學物理作為一門基礎學科，與其他學科有著密切的聯(lián)系。在5E教學模式中，積極構建與其他學科的相關知識和方法的橋梁，拓寬學生的視野，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。

其次，強化實驗與實踐環(huán)節(jié)。物理學是一門實驗性很強的學科，實驗教學對于培養(yǎng)學生的實驗技能和創(chuàng)新精神具有重要意義。在5E教學模式中，需要更加注重實踐環(huán)節(jié)的設計和實施。鼓勵學生自主設計實驗方案，進行探究性學習；同時引導學生積極參與科研項目或實踐活動，在實踐中深化對物理知識的理解和應用。

最后，利用現(xiàn)代教學技術提升教學效果。隨著信息技術的快速發(fā)展，現(xiàn)代教學技術為大學物理教學提供了更多的可能性。在5E教學模式中，可以多平臺利用多媒體教學、網(wǎng)絡教學等現(xiàn)代教學手段，豐富教學內容和形式，提高學生的學習興趣和參與度。

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責任編輯：周瑜

Practical Research on 5E Teaching Mode in College Physics Teaching

HE Bingling

（School of Electronic Engineering， Chaohu University， Hefei 238000， China）

Abstract： In order to deepen the reform of curriculum teaching， it is an important entry point for colleges and universities to improve teaching quality and train innovative talents. College physics focuses on cultivating students′ scientific literacy and innovation ability， and 5E teaching mode， as an innovative mode emphasizing students′ active exploration and active construction of knowledge， provides a new way for college physics teaching reform. This paper analyzes the feasibility of college physics teaching design based on the 5E teaching mode， and conducts the design and effect analysis of teaching objectives and teaching process. The introduction of the 5E teaching mode into college physics teaching has a remarkable effect on improving students′ academic performance. Based on the survey results， it can be concluded that the 5E teaching mode plays a positive role in stimulating students′ learning interest， enhancing their independent thinking and problemsolving ability， and improving their cognitive level and practical innovation ability.

Keywords： 5E teaching model; college physics teaching; cognitive level; practical innovation