杜媛

（中國鐵道博物館，北京 100055）

0 引言

5E教學(xué)模式即吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）、評價（Evaluation），是一種基于建構(gòu)主義理論的教學(xué)方法，致力于組織學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)。5E教學(xué)模式下的學(xué)習(xí)過程不是被動灌輸，而是在情境中完成協(xié)作、實現(xiàn)主動建構(gòu)，這與《義務(wù)教育階段小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）倡導(dǎo)的“探究式學(xué)習(xí)，在探究過程中學(xué)生主動參與，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，以獲取科學(xué)知識的教育理念”相吻合。為此，中國鐵道博物館設(shè)計了“火車旁的隱形力量”教育活動，通過一系列活動激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、提高學(xué)生的探究能力。

1 教學(xué)對象和學(xué)情分析

教學(xué)對象：小學(xué)3-4年級學(xué)生。

學(xué)情分析：這一階段學(xué)生的思維形式向抽象思維過渡，良好的學(xué)習(xí)動機(jī)和態(tài)度逐步形成，需要進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣。在認(rèn)知上，思維從具象思維向邏輯思維過渡，具備了一定的比較、分類、判斷、推理的能力，有能力通過實驗發(fā)現(xiàn)問題，但仍缺少自主推理和主動探究的能力。

2 教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)重難點

2.1 教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)知識：理解伯努利原理，并能夠應(yīng)用伯努利原理解釋身邊的科學(xué)現(xiàn)象。

科學(xué)探究：通過模型法開展科學(xué)探究獲取直接經(jīng)驗，構(gòu)建伯努利原理科學(xué)概念。培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真觀察、根據(jù)身邊的事情提出科學(xué)問題、基于自身認(rèn)知做出假設(shè)、開展探究、動手操作、尋求實證、解決問題的科學(xué)探究能力。

科學(xué)態(tài)度：通過學(xué)生身邊的事情—“站臺黃線”現(xiàn)象背后的科學(xué)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生的探究興趣；通過探究結(jié)果分析“站臺黃線”現(xiàn)象的原因，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度；通過拓展模型法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識；通過小組合作探究、解釋交流培養(yǎng)學(xué)生合作分享的科學(xué)態(tài)度。

科學(xué)技術(shù)社會環(huán)境：了解科學(xué)對人們?nèi)粘Ｉ顜淼挠绊憽?/p>

2.2 教學(xué)重難點

教學(xué)重點：學(xué)習(xí)并應(yīng)用伯努利原理，掌握模型法。

教學(xué)難點：組織學(xué)生自主制作模型，合作完成科學(xué)探究，學(xué)習(xí)伯努利原理。

教學(xué)策略：教師通過引導(dǎo)學(xué)生解讀模型與實際情況的對應(yīng)關(guān)系，幫助學(xué)生理解物理模型，理解模型法，從而學(xué)習(xí)伯努利原理。

2.3 教學(xué)場地、教學(xué)準(zhǔn)備、活動時間

教學(xué)場地：中國鐵道博物館正陽門展館內(nèi)一層中廳區(qū)域；教學(xué)準(zhǔn)備：撰寫活動方案；準(zhǔn)備活動教具：乒乓球、乒乓球支撐架等；活動時間：60分鐘。

3 教學(xué)過程

3.1 吸引

吸引環(huán)節(jié)要讓學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)產(chǎn)生興趣、主動探究，強(qiáng)調(diào)通過創(chuàng)設(shè)情境來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在吸引環(huán)節(jié)，學(xué)生的已有知識與教師創(chuàng)設(shè)的情境之間產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，這是實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的重要策略之一。鑒于此，設(shè)計了第一環(huán)節(jié)。

第一環(huán)節(jié)：教師帶領(lǐng)學(xué)生參觀中國鐵道博物館展廳內(nèi)的火車模型，并模仿站臺播報員的語音提示“列車即將到站，請大家不要越過站臺黃線”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索欲，提出學(xué)生準(zhǔn)備坐火車、地鐵的時候是不是總能聽到這樣的聲音？為什么？引出探究問題，創(chuàng)設(shè)探究情景。

階段目標(biāo)：基于展廳火車展項，引導(dǎo)學(xué)生從身邊的事情中提出可探究的科學(xué)問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究興趣。

學(xué)情分析：這一階段學(xué)生有強(qiáng)烈的好奇心和探究欲望，能夠發(fā)現(xiàn)身邊的科學(xué)現(xiàn)象，但是還不能從科學(xué)現(xiàn)象中提出可探究的科學(xué)問題，并結(jié)合學(xué)校、生活經(jīng)驗提出假設(shè)，仍需要教師的引導(dǎo)。

設(shè)計意圖：通過組織學(xué)生展廳參觀火車模型，創(chuàng)設(shè)情景引發(fā)“乘坐火車、地鐵不要越過站臺黃線”與日常生活中“乘坐公交車離車近一點可以更快速上下車”的認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生提出探究問題“距離高速行駛的列車太近會有什么危險”，做出“距離高速行駛的列車太近會被卷到（擠壓），還是會被推開”的假設(shè)。

教學(xué)策略：利用展廳火車展項吸引學(xué)生發(fā)現(xiàn)和關(guān)注“站臺黃線”現(xiàn)象，通過提問的形式引導(dǎo)學(xué)生提出可探究的問題，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想在日常生活中遇到的場景作出假設(shè)。

教師活動：組織學(xué)生參觀展廳，在火車展品前提出問題“大家乘坐地鐵或火車的時候在站臺上有沒有發(fā)現(xiàn)一條黃色的直線？大家知道為什么要設(shè)置站臺黃線嗎？”鼓勵學(xué)生開動腦筋，思考并大膽表達(dá)自己的想法，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生好奇心，引出問題“人為什么要距離快速行駛的列車遠(yuǎn)一點”，組織學(xué)生討論并作出假設(shè)“距離太近會被卷到火車上，還是會被推開”，同時了解學(xué)生的前概念。

學(xué)生活動：參觀展廳，在教師的引導(dǎo)下思考“站臺黃線”現(xiàn)象，提出問題“設(shè)置站臺黃線的原因是什么”，同學(xué)之間開展討論并作出假設(shè)。

3.2 探究

這一環(huán)節(jié)的特別之處，在于學(xué)生需要在老師的引導(dǎo)下自己動手制作實驗道具，通過模型法開展探究，使學(xué)生能在實踐中獲得真知，然后將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中。鑒于此，設(shè)計了第二、第三環(huán)節(jié)。

第二環(huán)節(jié)：引導(dǎo)學(xué)生動手搭建模型，為開展科學(xué)探究、理解伯努利原理做準(zhǔn)備。

階段目標(biāo)：讓學(xué)生了解模型法的概念，引導(dǎo)學(xué)生自己動手搭建實驗道具，為開展探究做準(zhǔn)備。

學(xué)情分析：學(xué)生通過引入環(huán)節(jié)了解到需要通過探究來驗證“人距離高速列車比較近會有什么危險”的假說，但不了解如何安全地探究現(xiàn)實中比較危險的問題，更沒有自己設(shè)計模型教具去驗證假說的經(jīng)歷，不知道如何操作。

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生動手搭建制作實驗?zāi)Ｐ?，?jīng)歷和了解科學(xué)探究的過程與方法，尤其是親自動手組建實驗教具，進(jìn)一步提升學(xué)生的探究能力，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

教學(xué)策略：教師給出模型的基本框架做參考，向?qū)W生解釋模型與實際情況的相似之處，引導(dǎo)學(xué)生動手、動腦制作自己的實驗教具，在模型與實際情形之間建立關(guān)聯(lián)，同時給學(xué)生一定的自由度。

教師活動：鼓勵學(xué)生小組合作搭建教具，根據(jù)自身認(rèn)知嘗試新的組建方法，在必要時進(jìn)行引導(dǎo)。

學(xué)生活動：動手制作模型教具，需要邊動手邊動腦，模型為什么這樣組建？思考模型與實際情形的相似之處，別的組建方法是否可行，哪些地方可以改進(jìn)以更好地符合實際情形，參數(shù)的變化會有什么影響？

“相互吸引的乒乓球”實驗教具組建步驟：

①將兩個立柱分別插在兩個底座的中心孔位置。②將緊銷插入第三立柱頂端的孔中。③將第三立柱插入固定好立柱兩側(cè)最上方的孔中。④將棉線剪成合適的長度一頭系在掛件頂端，然后將掛件插入泡沫球。⑤將棉線另一頭纏在十字銷較粗的一側(cè)，調(diào)整至合適的長度后（兩球高度要相同）將兩個十字銷（較粗端）插入橫立柱對稱的第六孔中。

第三環(huán)節(jié)：模型法探究高速行駛列車與行人之間的危險性。

階段目標(biāo)：通過模型法探究高速行駛的列車與行人之間可能發(fā)生的危害，以驗證提出的假說。

學(xué)情分析：相比較聽老師講，這一年齡段的學(xué)生更喜歡動手操作，他們會通過動手操作將原有的知識經(jīng)驗進(jìn)行印證、完善，尤其是用自己親自動手制作的實驗教具進(jìn)行科學(xué)驗證。

設(shè)計意圖：通過探究實驗獲得直接經(jīng)驗，驗證假說。

教學(xué)策略：引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生用自己組建的模型教具開展科學(xué)探究。

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生分組開展科學(xué)探究，進(jìn)行實驗操作，觀察并記錄實驗現(xiàn)象，根據(jù)實驗現(xiàn)象驗證所提出的假設(shè)。

學(xué)生活動：學(xué)生用吸管向小球的中間勻速吹氣，兩只小球分別代表人與列車，吹氣模擬列車行駛帶來的氣流變化，記錄兩個小球的運動狀態(tài)。

3.3 解釋

此環(huán)節(jié)是5E教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在完成探究活動之后，學(xué)生獲得實驗現(xiàn)象，需要依據(jù)獲得的實驗現(xiàn)象嘗試尋找現(xiàn)象背后的原因與規(guī)律，歸納得出伯努利原理的概念。這是使新概念、過程或方法明確化和可理解化的過程。此環(huán)節(jié)通常體現(xiàn)小組內(nèi)個體交流發(fā)言和小組代表交流匯報。鑒于此，設(shè)計了第四環(huán)節(jié)。

第四環(huán)節(jié)：學(xué)生以小組為單位發(fā)言交流匯報，學(xué)習(xí)伯努利原理這一科學(xué)概念。

階段目標(biāo)：學(xué)生根據(jù)獲得的實驗現(xiàn)象提煉出現(xiàn)象背后的規(guī)律，教師對學(xué)生提煉的科學(xué)概念進(jìn)行完善。

學(xué)情分析：學(xué)生通過探究獲得實驗現(xiàn)象，組員合作、討論形成小組意見，有意愿將自己的探究過程、結(jié)果表達(dá)出來。但模型法存在一定的抽象性，學(xué)生很難準(zhǔn)確地把模型法得到的現(xiàn)象與實際情況相關(guān)聯(lián)，并用科學(xué)術(shù)語表達(dá)出來，需要教師的進(jìn)一步引導(dǎo)。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過解釋環(huán)節(jié)，對實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析、思考，驗證科學(xué)假設(shè)，加深對伯努利原理這一科學(xué)概念的理解。

教學(xué)策略：教師能夠從學(xué)生的陳述中了解學(xué)生對于科學(xué)概念的掌握程度，通過詳細(xì)解讀幫助學(xué)生構(gòu)建模型與實際現(xiàn)象的關(guān)聯(lián)，掌握伯努利原理。

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)語言陳述探究過程和觀察到的現(xiàn)象，如何從現(xiàn)象推理到現(xiàn)象背后的規(guī)律。分解模型各個部分，并與實際情形一一對應(yīng)，幫助學(xué)生理解模型法，完善學(xué)生解釋的科學(xué)概念。

學(xué)生活動：以小組為單位，介紹探究過程以及探究過程中遇到的問題、解決辦法、闡釋探究結(jié)果，解釋結(jié)果背后的規(guī)律，把通過模型法探究的結(jié)論與實際情形相關(guān)聯(lián)，解讀“站臺黃線”現(xiàn)象背后的科學(xué)原理。聽取教師對于結(jié)果的解釋，構(gòu)建伯努利原理這一科學(xué)概念。

學(xué)生討論實驗結(jié)果背后的原因：向兩個小球的中間吹氣的時候，把中間的空氣都吹跑了。那么兩邊的空氣多、中間的空氣少，就會把小球擠到中間去了。也就是說，空氣流速快的地方壓強(qiáng)小，空氣流速慢的地方壓強(qiáng)大，壓強(qiáng)差把球往中間擠，這時教師引導(dǎo)學(xué)生從模型獲得的規(guī)律關(guān)聯(lián)到地鐵黃色安全線，將實驗結(jié)果關(guān)聯(lián)到地鐵黃線的現(xiàn)實問題中，并得出列車（地鐵）站臺上都畫有黃色安全線是因為當(dāng)列車高速通過站臺時，人與車體就會產(chǎn)生相對運動，流動的空氣流速越高壓強(qiáng)越小，所以這時候人若越過站臺黃線很容易被吸過去，造成很大的危險。

3.4 遷移

讓學(xué)生根據(jù)自己“已有概念”進(jìn)行擴(kuò)展，教師引導(dǎo)學(xué)生運用獲取的知識、原理、方法來思考或者解決新的問題。鑒于此，設(shè)計了第五環(huán)節(jié)。

第五環(huán)節(jié)：讓學(xué)生利用學(xué)習(xí)的伯努利原理、模型法，解決新環(huán)境中遇到的問題。

階段目標(biāo)：強(qiáng)化學(xué)生對伯努利原理的掌握與應(yīng)用。

學(xué)情分析：通過前面幾個環(huán)節(jié)的探究，大部分學(xué)生能夠從實踐中了解伯努利原理，知道空氣流速快的地方壓強(qiáng)小、空氣流速慢的地方壓強(qiáng)大。但是，對于伯努利原理的掌握程度還沒有達(dá)到從理解到應(yīng)用的層次，不能做到理論與實踐的結(jié)合。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)的伯努利原理去解釋生活中一些問題背后的科學(xué)原理。

教學(xué)策略：教師結(jié)合學(xué)生身邊的事情提出與伯努利原理相關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)概念及模型法結(jié)合之前的探究環(huán)節(jié)，進(jìn)一步拓展使用模型法解決新問題。

教師活動：組織學(xué)生參觀展廳，在普通列車與高鐵列車模型前提出問題“與普通列車相比，高鐵列車站臺的黃色安全線距離軌道的距離是變遠(yuǎn)還是變近了”，并要求學(xué)生自行設(shè)計實驗驗證自己的答案。

學(xué)生活動：思考伯努利原理，小組討論“空氣流速快的地方壓強(qiáng)小、空氣流速慢的地方壓強(qiáng)大”，分析列車速度加快所帶來的地方壓強(qiáng)的變化、人流兩側(cè)壓強(qiáng)差的變化。從安全性的角度考慮，提出安全線應(yīng)該是變遠(yuǎn)還是變近的答案。

得到答案之后，學(xué)生思考之前開展探究所用的實驗方法，并開展小組討論。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生小組討論如何拓展、完善模型法，應(yīng)用控制變量原則，用吹風(fēng)機(jī)的不同風(fēng)速代表普通列車、高速列車通過時帶來的空氣流動。小球向中間聚攏的速度、靠攏的程度表示壓強(qiáng)差所帶來的壓力大小。通過實驗結(jié)果驗證自己的假說。

3.5 評價

此活動的評價貫穿了整個教學(xué)過程，采用正式和非正式的方式評價學(xué)生對科學(xué)概念的掌握及應(yīng)用。這里的評價包括老師對學(xué)生的評價、學(xué)生之間的評價、家長對活動的評價，形成此活動長效的評價體系，探索構(gòu)建教師與學(xué)生、學(xué)生與家長、家長與教師之間的評價體系新途徑。

教師過程性評價：教師對學(xué)生在整個探究過程的表現(xiàn)進(jìn)行觀察評價，從提出問題（“站臺黃線”現(xiàn)象）、思考作出假設(shè)、動手制作模型、利用模型進(jìn)行探究，探究之后學(xué)生討論提煉現(xiàn)象背后的原因，學(xué)生對探究過程、探究結(jié)果進(jìn)行解釋，學(xué)習(xí)模型法、伯努利原理之后如何進(jìn)一步應(yīng)用所學(xué)模型法、科學(xué)概念去解釋身邊現(xiàn)象背后的科學(xué)原理。在整個過程中評價學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、動手動腦表現(xiàn)，對伯努利原理的掌握和對模型法的學(xué)習(xí)，是否達(dá)到了預(yù)期的課程目標(biāo)。

教師總結(jié)性評價：教師進(jìn)一步提出關(guān)于“香蕉球”“飛機(jī)機(jī)翼如何產(chǎn)生上升的力量”“乒乓球如何從一個杯子跳到另一個杯子”等科學(xué)問題、科學(xué)現(xiàn)象讓學(xué)生去解釋，來評價學(xué)生對伯努利原理的概念掌握。在拓展環(huán)節(jié)同時檢測學(xué)生對于模型法的理解和應(yīng)用情況。

學(xué)生自評：設(shè)計自評表格，讓學(xué)生自我評價對于伯努利原理的掌握程度、對于模型法的掌握和應(yīng)用。

4 活動特點與亮點

活動能夠通過教師的引導(dǎo)，暴露學(xué)生們對關(guān)于“站臺黃線”現(xiàn)象的原有認(rèn)知，教師通過學(xué)生原有認(rèn)知對標(biāo)引導(dǎo)自主探究，打破原有的認(rèn)知平衡，從而達(dá)成認(rèn)知沖突，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的思維碰撞，從而達(dá)到自主探究的目的。

活動利用各種方式創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，如教師模仿站臺播報員的語音提示“列車即將到站，請大家不要越過站臺黃線”激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索欲，鼓勵學(xué)生采用觀察、假設(shè)與論證、討論與分析、歸納與推理、分工與合作、表達(dá)與交流等學(xué)習(xí)方法，利用任務(wù)（實驗探究）驅(qū)動，層層設(shè)疑探索，幫助學(xué)生通過自主探究構(gòu)建對伯努利原理的認(rèn)知，鼓勵學(xué)生能夠大膽地將理論應(yīng)用于實踐，解決新環(huán)境中遇到的問題，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識、運用科學(xué)知識、關(guān)注社會生活的熱情，增加為人類美好生活而不懈努力的社會責(zé)任感與使命感。

5 結(jié)語

本活動通過展廳中的火車展項引出學(xué)生身邊的事情—“站臺黃線”現(xiàn)象，充分利用展廳展項資源，采用模型法幫助學(xué)生開展完整的科學(xué)探究以解釋現(xiàn)實生活中的科學(xué)現(xiàn)象，構(gòu)建伯努利原理，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。在活動中秉承培養(yǎng)學(xué)生基于一定依據(jù)提出假設(shè)，基于證據(jù)證實假說的理念，實事求是、合作分享、積極創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。