基于“5E”教学模式的高中物理规律教学研究

杨英恺 王功斌

摘  要：《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》给出了在教学设计和教学实施过程中重视情境创设的实施建议。为顺应课标教学实施建议的指导，强化物理教学的情境性，采用“5E”教学模式，对“自由落体运动”一节进行教学设计与实践。实践表明，“5E”教学模式与高中物理规律教学具备一定的适切性，可以作为物理规律教学的参考范式。为给一线教师有效应用“5E”教学模式进行物理规律教学提供参考，提出以下建议：突出规律教学的情境性，注重情境素材的过渡；强化规律教学的实践性，注重物理规律的生成；凸显规律教学的有效性，注重教学设计的优化。

关键词：“5E”教学模式；物理规律教学；自由落体运动；教学建议

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）9-0005-4

收稿日期：2023-02-16

基金項目：安康市教育科学“十四五”规划2023年度教师教学课题“高中物理教学中落实立德树人根本任务的路径研究”（GH23JX0084）。

作者简介：杨英恺（1996-），男，中学二级教师，主要从事物理课程与教学研究。

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》指出：创设情境进行教学，对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用；物理规律的探究需要创设问题情境；应用物理知识解决具体问题亦结合具体的实际情境［1］。

在高中物理课程改革不断推进的大背景下，为更好地落实新课标提出创设情境进行教学的要求，强化物理教学的情境性，尝试采用“5E”教学模式，以“自由落体运动”为例，通过吸引、探究、解释、迁移、评价5个教学环节进行教学设计与实践，以期探讨“5E”教学模式对物理规律教学的适切性，为一线教师进行物理规律教学提供借鉴与参考。

1    基于“5E”教学模式的物理规律教学思路

“5E”教学模式是美国生物课程研究（BSCS，1989）开发的一种基于建构主义理论的教学模式，它描述了可以用于具体学科课程或某一节课的教学程序，其最终目标指向科学观念的建构，发展学生解决问题的能力，与物理学科核心素养的要求不谋而合［2］。“5E”教学模式分为五步，分别为吸引（engagement）、探究（exploration）、解释（explanation）、迁移（elaboration）、评价（evaluation）。

在吸引环节，创设问题情境以吸引学生的注意力，同时用与生活经验相悖的现象激发认知冲突，引导学生产生探究欲望。在探究环节，经历科学探究过程，解决认知冲突，完成思维训练。在解释环节，用物理知识解释现象，有助于物理观念的形成与提炼。在迁移环节，通过对物理知识的应用，完成知识的迁移和思维的提升。评价环节贯彻整个教学活动，根据过程性评价的情况，可以适时对教学过程进行微调。采用“5E”教学模式设计教学，是能有效贯彻提升学生物理学科核心素养的可行之道［3］，以“自由落体运动”一节为例，其教学流程如图1所示。

（1）吸引环节

用刻度尺测量学生的“反应时间”，激发学生的认知冲突和探究欲望，为探究环节埋下伏笔。

（2）探究环节

学生分组进行科学探究，并观察教师演示实验，经历知识的发现过程，自己得出自由落体运动的概念和规律。在探究过程中可以训练学生的思维，学生经历了知识的探究过程，亦能更好地为观念的形成与提炼奠定基础。

（3）解释环节

解释环节是学习新概念和新规律的关键，教师应鼓励学生表达自己对知识的理解。这一环节中，学生可以在实验探究的基础上，用自己的话解释对自由落体运动性质的理解，解释过程可以有效为演绎推理得到自由落体运动的规律创造条件，并用自己的话对规律进行解释说明。对知识解释的过程，亦伴随着物理观念的形成过程。

（4）迁移环节

引导学生用自由落体运动规律测量井深。学生在迁移环节能有效巩固所学知识，了解本节知识与生产生活的联系。在迁移过程中，加深对知识的认识，实现问题解决能力的提升。

（5）评价环节

采用多元方式展开评价，将学生课堂中的表现作为评价的重要指标，评价贯穿整个教学过程。根据学生的课堂表现和课后作业的完成情况，制订课堂评价量表，对学生综合情况进行评价。

2    基于“5E”教学模式的物理规律教学实践

2.1    吸引环节——用刻度尺测量“反应时间”

如图2所示，教师让学生上台，用一把普通的刻度尺测量学生的“反应时间”。

具体步骤如下：教师用手握住刻度尺的一端，学生看见教师松手后立刻握住刻度尺，便可以知道学生从看见教师松手到握住刻度尺经历了多长时间，从而判断学生反应的快慢。

教师提问：为什么刻度尺可以测量同学们的“反应时间”呢？

设计意图：学生疑惑用来测量长度的刻度尺为什么能用来测量时间，激发学生的认知冲突，为后续教学埋下伏笔。

2.2    探究环节

2.2.1    探究不同轻重物体下落快慢

教师引导学生进行合理猜想，让学生利用已有物品（石块、A4纸等），设计如下实验。

实验一：重的物体比轻的物体下落快。

实验建议：石块和纸片从同一高度同时由静止释放。

实验二：轻的物体比重的物体下落快。

实验建议：半张纸揉成纸团和一张纸片从同一高度同时由静止释放。

实验三：重的物体和轻的物体下落一样快。

实验建议：石块和纸团从同一高度同时由静止释放。

教师根据学生们设计的实验，请一组学生上台进行演示操作，其他学生观察。并引导学生猜想：物体下落快慢可能与哪些因素有关呢？

学生猜想：空气阻力、形状、密度……

教师提问：若排除这些因素的影响，重的物体和轻的物体下落会一样快吗？

设计意图：学生亲自经历实验方案的设计，经历问题的探究过程，更好地认识影响物体下落快慢的因素，为观念和思维的发展奠定基础。

2.2.2    牛顿管实验

教师演示牛顿管实验（介绍实验仪器，强调观察要点，进行演示实验），引导学生观察思考，验证前面的猜想。分别演示未抽真空和抽真空时，羽毛和硬币的下落情况。

学生得出结论：物体下落快慢与空气阻力有关，若无空气阻力，不同物体下落快慢均相同。

设计意图：通过以上探究过程，归纳自由落体运动的概念和条件，引导学生建构自由落体运动的模型，认识到自由落体运动是一种加速运动，为进一步研究自由落体运动规律创造条件。

2.2.3    探究自由落体运动的规律

学生分组进行实验，将小球由静止开始释放，并用手机录制高帧率视频，教师根据录制的视频制作“频闪照片”［4］，学生记录实验数据，实验示意图如图3所示。

学生活动：记录每0.1 s物体的下落高度，如表1所示。通过对数据进行处理，可以发现物体做匀加速直线运动，并计算出加速度约为9.5 m/s2。

教师活动：在学生实验探究的基础上，向他们介绍重力加速度g。

设计意图：学生在老师的帮助下，借助智能手机进行实验探究，既了解频闪照片研究自由落体运动的思路，在探究中也能认识自由落体运动的性质，体现了物理教学与信息技术融合的理念。

2.3    解释环节

教师引导学生思考：自由落体运动是一种什么性质的运动？应该满足怎样的规律呢？

学生根据实验结果，解释自由落体运动是初速度为0、加速度为g的匀加速直线运动。由匀变速直线运动的一般规律得到自由落体运动的规律：h=½gt2，vt=gt，v=2gh。

教师引导学生思考：为什么在不受空气阻力的情况下，所有物体下落快慢均相同呢？

学生思考后，用自由落体运动知识解释：不受空气阻力时，所有物体由静止开始都将做自由落体运动，加速度都为g，因此下落快慢都相同。

设计意图：解释环节鼓励学生自己解释对知识的理解。教师引导学生在实验的基础上，解释自由落体运动的性质，并引导学生通过演绎推理得到自由落体运动的规律，用自己的话对规律进行解释说明。在解释环节，有助于完成知识的内化，对物理观念的形成大有裨益。

2.4    迁移环节

在得出自由落体运动规律的基础上，引导学生思考，为什么用刻度尺能测量人的“反应时间”。

学生思考后得出结论：自由落体运动的下落高度满足h½=gt2，可以计算出时刻与下落高度的一一对应关系，在刻度尺上标注不同刻度对应的时刻，即可通过刻度尺测量人的“反应时间”。

作业：自己制订“用石子如何测量枯井的深度”的简易方案并说明原理。

学生思考后制订方案：让石子在井口自由下落，并开始计时，听到石子落井的声音停止计时。

石子先做自由落体运动，落井后声音传递上来，声音在空气中传播的速度为v，则井深h=½gt=vt2，记录时间t=t1+t2。

设计意图：用刻度尺测量“反应时间”、利用石子自由下落测量井深都是自由落体运动规律的具体应用，引导学生思考刻度尺测量“反应时间”的原因、设计用石子测量井深的方案都可以加深学生对自由落体运动规律的认识，在应用物理知识解决问题的过程中，有助于促成物理观念的建构和科学思维的提升。

2.5    评价环节

根据本节课的设计情况，编制课堂评价量表，根据学生的课堂表现、思政表现、课堂任务完成情况、课后作业完成情况四个维度，综合评价学生的学习情况［5］，如表2所示。在授课过程中，由授课教师和听课教师根据课堂评价量表进行打分。

3    建  议

“5E”教学模式涵盖了问题导向、科学探究、知识运用和教学评价的教学设计闭环，基本符合高中物理规律教学的主流思路。基于“5E”教学模式的“自由落体运动”教学实践，指向了落实核心素养进行物理规律教学的可行之道。因此，“5E”教学模式可以作为物理规律教学设计的参考范式，具备一定的理论和实践价值。为更好地应用“5E”教学模式进行物理规律教学，提出以下物理规律教学建议。

3.1    突出规律教学的情境性，注重情境素材的过渡

物理规律的学习伴随真实情境，情境涵盖问题引入、规律建构、规律应用的全过程，但多情境教学需要注重情境素材的合理过渡。情境素材间的衔接和过渡是否流畅，将会影响学生物理规律建构的效果和效率。因此，建议同一情境素材在教学的不同环节多次出现，深挖同一情境素材的教学价值。例如，在引入环节创设的情境问题，可以在物理规律学习完成之后，作为迁移应用物理规律的素材，引导学生回过头来分析情境问题产生的原因。

3.2    强化规律教学的实践性，注重物理规律的生成

物理规律教学的实践性十分重要，实践既包括学生在探究中建构物理规律，也包括迁移运用规律解决问题的过程。不经过问题的探究，学生难以在脑海中完成物理规律的建构；不经过物理规律的迁移运用，学生难以真正理解物理规律描述的问题。因此，教师应注重物理规律教学中学生的实践过程，对“根据探究结果获取物理规律”和“运用物理规律解决实际问题”中出现的问题因势利导，逐个击破学生物理规律学习的难点。

3.3    凸显规律教学的有效性，注重教学设计的优化

物理规律教学的有效性要求明确物理规律研究的主题，以及建立规律的事实依据和科学方法［6］。而不同物理规律建构的思路和方法不同，决定了每个物理规律都具备其独有的教学要点。因此，教师在参考“5E”教学模式进行教学设计时，可以针对物理规律的特点对五大教学环节进行优化。正所谓教学有法，但无定法。“5E”教学模式可以作为物理规律教学的教学范式，但只有基于物理规律的特点设计教学，并根据教学评价反思优化教学设计，才能充分发挥“5E”教学模式的参考价值。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］吴成军，张敏.美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其本质特征［J］.课程·教材·教法，2010，30（6）：108-112.

［3］符译丹，陈立万.基于“5E”教学模式的高中物理教学设计探究——以人教版“液体的表面张力”教学为例［J］.物理教师，2022，43（1）：6-11.

［4］何述平，杨英恺.通过原始物理问题提升核心素养的教学策略［J］.物理通报，2021（5）：14-19.

［5］叶娟.中学物理探究活动中学生合作能力的评价指标研究［D］.天津：天津师范大学，2020.

［6］阎金铎，郭玉英.中学物理教学概论（第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2019.

（欄目编辑    赵保钢）