楊英愷 王功斌

摘? 要：《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》給出了在教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施過程中重視情境創(chuàng)設(shè)的實施建議。為順應(yīng)課標教學(xué)實施建議的指導(dǎo)，強化物理教學(xué)的情境性，采用“5E”教學(xué)模式，對“自由落體運動”一節(jié)進行教學(xué)設(shè)計與實踐。實踐表明，“5E”教學(xué)模式與高中物理規(guī)律教學(xué)具備一定的適切性，可以作為物理規(guī)律教學(xué)的參考范式。為給一線教師有效應(yīng)用“5E”教學(xué)模式進行物理規(guī)律教學(xué)提供參考，提出以下建議：突出規(guī)律教學(xué)的情境性，注重情境素材的過渡；強化規(guī)律教學(xué)的實踐性，注重物理規(guī)律的生成；凸顯規(guī)律教學(xué)的有效性，注重教學(xué)設(shè)計的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：“5E”教學(xué)模式；物理規(guī)律教學(xué)；自由落體運動；教學(xué)建議

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）9-0005-4

收稿日期：2023-02-16

基金項目：安康市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度教師教學(xué)課題“高中物理教學(xué)中落實立德樹人根本任務(wù)的路徑研究”（GH23JX0084）。

作者簡介：楊英愷（1996-），男，中學(xué)二級教師，主要從事物理課程與教學(xué)研究。

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：創(chuàng)設(shè)情境進行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用；物理規(guī)律的探究需要創(chuàng)設(shè)問題情境；應(yīng)用物理知識解決具體問題亦結(jié)合具體的實際情境［1］。

在高中物理課程改革不斷推進的大背景下，為更好地落實新課標提出創(chuàng)設(shè)情境進行教學(xué)的要求，強化物理教學(xué)的情境性，嘗試采用“5E”教學(xué)模式，以“自由落體運動”為例，通過吸引、探究、解釋、遷移、評價5個教學(xué)環(huán)節(jié)進行教學(xué)設(shè)計與實踐，以期探討“5E”教學(xué)模式對物理規(guī)律教學(xué)的適切性，為一線教師進行物理規(guī)律教學(xué)提供借鑒與參考。

1? ? 基于“5E”教學(xué)模式的物理規(guī)律教學(xué)思路

“5E”教學(xué)模式是美國生物課程研究（BSCS，1989）開發(fā)的一種基于建構(gòu)主義理論的教學(xué)模式，它描述了可以用于具體學(xué)科課程或某一節(jié)課的教學(xué)程序，其最終目標指向科學(xué)觀念的建構(gòu)，發(fā)展學(xué)生解決問題的能力，與物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求不謀而合［2］?！?E”教學(xué)模式分為五步，分別為吸引（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、遷移（elaboration）、評價（evaluation）。

在吸引環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)問題情境以吸引學(xué)生的注意力，同時用與生活經(jīng)驗相悖的現(xiàn)象激發(fā)認知沖突，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生探究欲望。在探究環(huán)節(jié)，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，解決認知沖突，完成思維訓(xùn)練。在解釋環(huán)節(jié)，用物理知識解釋現(xiàn)象，有助于物理觀念的形成與提煉。在遷移環(huán)節(jié)，通過對物理知識的應(yīng)用，完成知識的遷移和思維的提升。評價環(huán)節(jié)貫徹整個教學(xué)活動，根據(jù)過程性評價的情況，可以適時對教學(xué)過程進行微調(diào)。采用“5E”教學(xué)模式設(shè)計教學(xué)，是能有效貫徹提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的可行之道［3］，以“自由落體運動”一節(jié)為例，其教學(xué)流程如圖1所示。

（1）吸引環(huán)節(jié)

用刻度尺測量學(xué)生的“反應(yīng)時間”，激發(fā)學(xué)生的認知沖突和探究欲望，為探究環(huán)節(jié)埋下伏筆。

（2）探究環(huán)節(jié)

學(xué)生分組進行科學(xué)探究，并觀察教師演示實驗，經(jīng)歷知識的發(fā)現(xiàn)過程，自己得出自由落體運動的概念和規(guī)律。在探究過程中可以訓(xùn)練學(xué)生的思維，學(xué)生經(jīng)歷了知識的探究過程，亦能更好地為觀念的形成與提煉奠定基礎(chǔ)。

（3）解釋環(huán)節(jié)

解釋環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)新概念和新規(guī)律的關(guān)鍵，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生表達自己對知識的理解。這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以在實驗探究的基礎(chǔ)上，用自己的話解釋對自由落體運動性質(zhì)的理解，解釋過程可以有效為演繹推理得到自由落體運動的規(guī)律創(chuàng)造條件，并用自己的話對規(guī)律進行解釋說明。對知識解釋的過程，亦伴隨著物理觀念的形成過程。

（4）遷移環(huán)節(jié)

引導(dǎo)學(xué)生用自由落體運動規(guī)律測量井深。學(xué)生在遷移環(huán)節(jié)能有效鞏固所學(xué)知識，了解本節(jié)知識與生產(chǎn)生活的聯(lián)系。在遷移過程中，加深對知識的認識，實現(xiàn)問題解決能力的提升。

（5）評價環(huán)節(jié)

采用多元方式展開評價，將學(xué)生課堂中的表現(xiàn)作為評價的重要指標，評價貫穿整個教學(xué)過程。根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)的完成情況，制訂課堂評價量表，對學(xué)生綜合情況進行評價。

2? ? 基于“5E”教學(xué)模式的物理規(guī)律教學(xué)實踐

2.1? ? 吸引環(huán)節(jié)——用刻度尺測量“反應(yīng)時間”

如圖2所示，教師讓學(xué)生上臺，用一把普通的刻度尺測量學(xué)生的“反應(yīng)時間”。

具體步驟如下：教師用手握住刻度尺的一端，學(xué)生看見教師松手后立刻握住刻度尺，便可以知道學(xué)生從看見教師松手到握住刻度尺經(jīng)歷了多長時間，從而判斷學(xué)生反應(yīng)的快慢。

教師提問：為什么刻度尺可以測量同學(xué)們的“反應(yīng)時間”呢？

設(shè)計意圖：學(xué)生疑惑用來測量長度的刻度尺為什么能用來測量時間，激發(fā)學(xué)生的認知沖突，為后續(xù)教學(xué)埋下伏筆。

2.2? ? 探究環(huán)節(jié)

2.2.1? ? 探究不同輕重物體下落快慢

教師引導(dǎo)學(xué)生進行合理猜想，讓學(xué)生利用已有物品（石塊、A4紙等），設(shè)計如下實驗。

實驗一：重的物體比輕的物體下落快。

實驗建議：石塊和紙片從同一高度同時由靜止釋放。

實驗二：輕的物體比重的物體下落快。

實驗建議：半張紙揉成紙團和一張紙片從同一高度同時由靜止釋放。

實驗三：重的物體和輕的物體下落一樣快。

實驗建議：石塊和紙團從同一高度同時由靜止釋放。

教師根據(jù)學(xué)生們設(shè)計的實驗，請一組學(xué)生上臺進行演示操作，其他學(xué)生觀察。并引導(dǎo)學(xué)生猜想：物體下落快慢可能與哪些因素有關(guān)呢？

學(xué)生猜想：空氣阻力、形狀、密度……

教師提問：若排除這些因素的影響，重的物體和輕的物體下落會一樣快嗎？

設(shè)計意圖：學(xué)生親自經(jīng)歷實驗方案的設(shè)計，經(jīng)歷問題的探究過程，更好地認識影響物體下落快慢的因素，為觀念和思維的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2.2.2? ? 牛頓管實驗

教師演示牛頓管實驗（介紹實驗儀器，強調(diào)觀察要點，進行演示實驗），引導(dǎo)學(xué)生觀察思考，驗證前面的猜想。分別演示未抽真空和抽真空時，羽毛和硬幣的下落情況。

學(xué)生得出結(jié)論：物體下落快慢與空氣阻力有關(guān)，若無空氣阻力，不同物體下落快慢均相同。

設(shè)計意圖：通過以上探究過程，歸納自由落體運動的概念和條件，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)自由落體運動的模型，認識到自由落體運動是一種加速運動，為進一步研究自由落體運動規(guī)律創(chuàng)造條件。

2.2.3? ? 探究自由落體運動的規(guī)律

學(xué)生分組進行實驗，將小球由靜止開始釋放，并用手機錄制高幀率視頻，教師根據(jù)錄制的視頻制作“頻閃照片”［4］，學(xué)生記錄實驗數(shù)據(jù)，實驗示意圖如圖3所示。

學(xué)生活動：記錄每0.1 s物體的下落高度，如表1所示。通過對數(shù)據(jù)進行處理，可以發(fā)現(xiàn)物體做勻加速直線運動，并計算出加速度約為9.5 m/s2。

教師活動：在學(xué)生實驗探究的基礎(chǔ)上，向他們介紹重力加速度g。

設(shè)計意圖：學(xué)生在老師的幫助下，借助智能手機進行實驗探究，既了解頻閃照片研究自由落體運動的思路，在探究中也能認識自由落體運動的性質(zhì)，體現(xiàn)了物理教學(xué)與信息技術(shù)融合的理念。

2.3? ? 解釋環(huán)節(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：自由落體運動是一種什么性質(zhì)的運動？應(yīng)該滿足怎樣的規(guī)律呢？

學(xué)生根據(jù)實驗結(jié)果，解釋自由落體運動是初速度為0、加速度為g的勻加速直線運動。由勻變速直線運動的一般規(guī)律得到自由落體運動的規(guī)律：h=?gt2，vt=gt，v=2gh。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么在不受空氣阻力的情況下，所有物體下落快慢均相同呢？

學(xué)生思考后，用自由落體運動知識解釋：不受空氣阻力時，所有物體由靜止開始都將做自由落體運動，加速度都為g，因此下落快慢都相同。

設(shè)計意圖：解釋環(huán)節(jié)鼓勵學(xué)生自己解釋對知識的理解。教師引導(dǎo)學(xué)生在實驗的基礎(chǔ)上，解釋自由落體運動的性質(zhì)，并引導(dǎo)學(xué)生通過演繹推理得到自由落體運動的規(guī)律，用自己的話對規(guī)律進行解釋說明。在解釋環(huán)節(jié)，有助于完成知識的內(nèi)化，對物理觀念的形成大有裨益。

2.4? ? 遷移環(huán)節(jié)

在得出自由落體運動規(guī)律的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考，為什么用刻度尺能測量人的“反應(yīng)時間”。

學(xué)生思考后得出結(jié)論：自由落體運動的下落高度滿足h?=gt2，可以計算出時刻與下落高度的一一對應(yīng)關(guān)系，在刻度尺上標注不同刻度對應(yīng)的時刻，即可通過刻度尺測量人的“反應(yīng)時間”。

作業(yè)：自己制訂“用石子如何測量枯井的深度”的簡易方案并說明原理。

學(xué)生思考后制訂方案：讓石子在井口自由下落，并開始計時，聽到石子落井的聲音停止計時。

石子先做自由落體運動，落井后聲音傳遞上來，聲音在空氣中傳播的速度為v，則井深h=?gt=vt2，記錄時間t=t1+t2。

設(shè)計意圖：用刻度尺測量“反應(yīng)時間”、利用石子自由下落測量井深都是自由落體運動規(guī)律的具體應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生思考刻度尺測量“反應(yīng)時間”的原因、設(shè)計用石子測量井深的方案都可以加深學(xué)生對自由落體運動規(guī)律的認識，在應(yīng)用物理知識解決問題的過程中，有助于促成物理觀念的建構(gòu)和科學(xué)思維的提升。

2.5? ? 評價環(huán)節(jié)

根據(jù)本節(jié)課的設(shè)計情況，編制課堂評價量表，根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、思政表現(xiàn)、課堂任務(wù)完成情況、課后作業(yè)完成情況四個維度，綜合評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況［5］，如表2所示。在授課過程中，由授課教師和聽課教師根據(jù)課堂評價量表進行打分。

3? ? 建? 議

“5E”教學(xué)模式涵蓋了問題導(dǎo)向、科學(xué)探究、知識運用和教學(xué)評價的教學(xué)設(shè)計閉環(huán)，基本符合高中物理規(guī)律教學(xué)的主流思路。基于“5E”教學(xué)模式的“自由落體運動”教學(xué)實踐，指向了落實核心素養(yǎng)進行物理規(guī)律教學(xué)的可行之道。因此，“5E”教學(xué)模式可以作為物理規(guī)律教學(xué)設(shè)計的參考范式，具備一定的理論和實踐價值。為更好地應(yīng)用“5E”教學(xué)模式進行物理規(guī)律教學(xué)，提出以下物理規(guī)律教學(xué)建議。

3.1? ? 突出規(guī)律教學(xué)的情境性，注重情境素材的過渡

物理規(guī)律的學(xué)習(xí)伴隨真實情境，情境涵蓋問題引入、規(guī)律建構(gòu)、規(guī)律應(yīng)用的全過程，但多情境教學(xué)需要注重情境素材的合理過渡。情境素材間的銜接和過渡是否流暢，將會影響學(xué)生物理規(guī)律建構(gòu)的效果和效率。因此，建議同一情境素材在教學(xué)的不同環(huán)節(jié)多次出現(xiàn)，深挖同一情境素材的教學(xué)價值。例如，在引入環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)的情境問題，可以在物理規(guī)律學(xué)習(xí)完成之后，作為遷移應(yīng)用物理規(guī)律的素材，引導(dǎo)學(xué)生回過頭來分析情境問題產(chǎn)生的原因。

3.2? ? 強化規(guī)律教學(xué)的實踐性，注重物理規(guī)律的生成

物理規(guī)律教學(xué)的實踐性十分重要，實踐既包括學(xué)生在探究中建構(gòu)物理規(guī)律，也包括遷移運用規(guī)律解決問題的過程。不經(jīng)過問題的探究，學(xué)生難以在腦海中完成物理規(guī)律的建構(gòu)；不經(jīng)過物理規(guī)律的遷移運用，學(xué)生難以真正理解物理規(guī)律描述的問題。因此，教師應(yīng)注重物理規(guī)律教學(xué)中學(xué)生的實踐過程，對“根據(jù)探究結(jié)果獲取物理規(guī)律”和“運用物理規(guī)律解決實際問題”中出現(xiàn)的問題因勢利導(dǎo)，逐個擊破學(xué)生物理規(guī)律學(xué)習(xí)的難點。

3.3? ? 凸顯規(guī)律教學(xué)的有效性，注重教學(xué)設(shè)計的優(yōu)化

物理規(guī)律教學(xué)的有效性要求明確物理規(guī)律研究的主題，以及建立規(guī)律的事實依據(jù)和科學(xué)方法［6］。而不同物理規(guī)律建構(gòu)的思路和方法不同，決定了每個物理規(guī)律都具備其獨有的教學(xué)要點。因此，教師在參考“5E”教學(xué)模式進行教學(xué)設(shè)計時，可以針對物理規(guī)律的特點對五大教學(xué)環(huán)節(jié)進行優(yōu)化。正所謂教學(xué)有法，但無定法。“5E”教學(xué)模式可以作為物理規(guī)律教學(xué)的教學(xué)范式，但只有基于物理規(guī)律的特點設(shè)計教學(xué)，并根據(jù)教學(xué)評價反思優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，才能充分發(fā)揮“5E”教學(xué)模式的參考價值。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］吳成軍，張敏.美國生物學(xué)“5E”教學(xué)模式的內(nèi)涵、實例及其本質(zhì)特征［J］.課程·教材·教法，2010，30（6）：108-112.

［3］符譯丹，陳立萬.基于“5E”教學(xué)模式的高中物理教學(xué)設(shè)計探究——以人教版“液體的表面張力”教學(xué)為例［J］.物理教師，2022，43（1）：6-11.

［4］何述平，楊英愷.通過原始物理問題提升核心素養(yǎng)的教學(xué)策略［J］.物理通報，2021（5）：14-19.

［5］葉娟.中學(xué)物理探究活動中學(xué)生合作能力的評價指標研究［D］.天津：天津師范大學(xué)，2020.

［6］閻金鐸，郭玉英.中學(xué)物理教學(xué)概論（第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2019.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）