蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（215006） 邱 蕾 袁海泉

目前，物理教學(xué)比較注重物理基本概念、客觀規(guī)律的講授，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生采用死記硬背的方式學(xué)習物理，這樣學(xué)生獲得的物理知識大多是一些零碎、散亂的物理概念、規(guī)律、公式以及解題技巧，因此，當學(xué)生面對新情境中的問題時常會束手無策。究其原因，很大程度上是教師不重視物理觀念的教學(xué)，學(xué)生沒有形成整體的物理觀念。物理觀念是學(xué)生認識物理概念和物理規(guī)律后在頭腦中形成的概括性認識，是對概念和規(guī)律的提煉和升華，能夠指導(dǎo)學(xué)生反作用于客觀事實，并影響學(xué)生的物理學(xué)習和研究活動?？梢姡锢碛^念的形成對學(xué)生的物理素養(yǎng)及終身學(xué)習起到了重要的作用，物理觀念的教學(xué)無疑是當前物理教學(xué)的當務(wù)之急。

一、“5E”教學(xué)模式是形成與發(fā)展學(xué)生物理觀念的有效方法

（一）“5E”教學(xué)模式的基本內(nèi)涵

“5E”教學(xué)模式共分五步，這五步分別是吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Expla?nation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）［1］。“吸引”是“5E”教學(xué)模式的起始環(huán)節(jié)，教師創(chuàng)設(shè)情境暴露學(xué)生的前概念，引發(fā)認知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣?！疤骄俊笔恰?E”教學(xué)模式的中心環(huán)節(jié)，學(xué)生采取小組合作的方式參與，針對特定的內(nèi)容開展探究活動?！敖忉尅笔恰?E”教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生用自己的語言展示探究過程及結(jié)果，教師進一步規(guī)范物理知識的表達。在“遷移”階段，學(xué)生運用新知識解釋新情境中的問題，甚至解決新問題，全方位地理解新知識的深刻內(nèi)涵。在“評價”階段，需要評價學(xué)生對新知識的理解水平和新技能的應(yīng)用情況，同時教師在這一環(huán)節(jié)可以評估自己的教學(xué)效果。

（二）“5E”教學(xué)模式對物理觀念教學(xué)的適用性

“5E”教學(xué)模式是當前科學(xué)教育領(lǐng)域能夠體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)教育理論的重要教學(xué)模式之一，最終目標是指向?qū)W生科學(xué)概念的構(gòu)建，發(fā)展學(xué)生解決問題的能力，而物理觀念的培養(yǎng)目標與其具有高度的一致性，要求學(xué)生能夠形成關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識，能夠在頭腦中提煉和升華物理概念和規(guī)律，并能從物理學(xué)的視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題［2］，因此，“5E”教學(xué)模式無疑為物理觀念教學(xué)的實施提供了更多的可能性。此外，物理觀念的形成過程既需要認知，又需要體驗，還要避免物理知識的機械記憶，同時引導(dǎo)學(xué)生在積極主動的探究活動中理解掌握物理知識，并概括提煉形成物理觀念［3］。BSCS 開展的一項實證研究表明，“5E”教學(xué)模式比傳統(tǒng)的教學(xué)模式更有利于學(xué)生學(xué)習成績的提高，也更能提高學(xué)生的學(xué)習興趣?！?E”教學(xué)模式的各個環(huán)節(jié)都強調(diào)學(xué)生的主體地位，強調(diào)學(xué)生的自主構(gòu)建，注重讓他們經(jīng)歷探究過程并重視解決問題能力的培養(yǎng)，通過循序漸進的教學(xué)流程真正實現(xiàn)物理觀念的深刻轉(zhuǎn)變。可以說，“5E”教學(xué)模式為物理觀念教學(xué)指明了方向。

二、基于“5E”教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的教學(xué)策略

基于物理觀念的培養(yǎng)目標，本文設(shè)計了“5E”教學(xué)各個環(huán)節(jié)的教學(xué)活動及觀念建構(gòu)層級，如圖1所示。

圖1 基于“5E”教學(xué)模式培養(yǎng)物理觀念的教學(xué)設(shè)計

首先，創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)認知沖突，在對情境的觀察中得到物理事實，在對既往知識的回憶中重現(xiàn)既往經(jīng)驗，為物理觀念的建構(gòu)提供條件。接著，設(shè)置合作探究活動，適時引導(dǎo)，讓學(xué)生在主動探究中初步明確物理概念，在思維深加工中嘗試理解內(nèi)在規(guī)律。在解釋環(huán)節(jié)，學(xué)生對探究過程及結(jié)果進行分析，同時教師使用專業(yè)術(shù)語規(guī)范表述概念規(guī)律，初步建構(gòu)物理觀念。然后，創(chuàng)設(shè)新的情境，鼓勵學(xué)生在新情境中拓展運用概念，強化問題解決意識，促使學(xué)生用物理觀念指導(dǎo)實踐。最后，運用正式或非正式的多種評價方式，評定學(xué)生對相關(guān)物理概念的掌握情況。

（一）吸引：創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)認知沖突

為進一步探索求知，需要在教學(xué)中制造認知沖突，向?qū)W生呈現(xiàn)原有認知結(jié)構(gòu)和新知識無法包容的矛盾，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理的興趣?；谖锢碛^念的培養(yǎng)，我們認為有三種不同的認知沖突：前概念與科學(xué)概念之間的沖突；新舊知識之間的沖突；科學(xué)爭論引發(fā)的沖突?；诖?，教師需要根據(jù)學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)和知識基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)恰當?shù)膯栴}情境，誘發(fā)認知沖突。

（1）前概念與科學(xué)概念之間的沖突

前概念指的是學(xué)生在日常生活中所習得的（或理解的）概念，當前概念與科學(xué)概念具有一定的聯(lián)結(jié)性或沖突性時，科學(xué)概念的學(xué)習就比較容易。引發(fā)這類認知沖突的策略是創(chuàng)設(shè)直觀的問題情境，比如真實的實驗現(xiàn)象或日常體驗，學(xué)生已有的粗略、模糊的知識與教師創(chuàng)設(shè)的問題情境存在顯著的差異，就會引發(fā)學(xué)生對實驗現(xiàn)象或日常體驗進行重新思考。例如，學(xué)生通常會認為物體受到的支持力等于物體自身的重量，但這一結(jié)論是物體靜止在水平面上成立，一旦物體在豎直方向上具有了加速度，就變得不一樣了，因此教師可以利用這一錯誤的前概念設(shè)計一個演示實驗，讓學(xué)生觀察“人突然下蹲、突然站起來”體重計示數(shù)的變化，此時錯誤的前概念引發(fā)學(xué)生強烈的認知沖突，教師適時引出“超重與失重”的新概念，為運動與相互作用觀念的形成創(chuàng)造條件。

（2）新舊知識之間的沖突

物理概念的教學(xué)往往是由淺入深的，很多新知識是舊知識的延伸和拓展。學(xué)生在新舊知識的連接點上，如果不能順利地將新知識同化到原有的認知結(jié)構(gòu)中，就會產(chǎn)生認知沖突。引發(fā)這類認知沖突的策略是重現(xiàn)既往知識，同時充分利用新舊知識的連接點，引出新知識，發(fā)現(xiàn)新舊知識的關(guān)聯(lián)，引發(fā)認知沖突，采取的教學(xué)策略通常是講授法。例如，初中階段給出的功的定量表達式為W=Fs，功是力與物體在力的方向上通過的距離的乘積。到了高中階段，在認識到力和位移都是矢量之后，需要重新討論功的定義，給出功的矢量表達式W=F·s=Fscosθ，功等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積。

（3）科學(xué)爭論引發(fā)的沖突

追溯科學(xué)的演進歷程，科學(xué)真理向來是所有科學(xué)家的畢生追求，但科學(xué)的進步往往伴以激烈的斗爭和爭論。由于社會背景、人文環(huán)境、科學(xué)研究的種種限制，一些在當時不被眾人接受的科學(xué)理論有可能明天就會成為科學(xué)界廣泛接納和認同的說法，由此可見，科學(xué)的發(fā)展是一個否定之否定螺旋上升的過程。因此，可以重現(xiàn)科學(xué)發(fā)展過程中的爭論，帶領(lǐng)學(xué)生親身體會科學(xué)發(fā)展的過程，引發(fā)認知沖突，激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的批判質(zhì)疑精神。例如，教師以17 世紀光的微粒說與波動說之爭為背景，帶領(lǐng)學(xué)生感受學(xué)界泰斗上下求索、追求真理的過程，講述人類對光的本性的認識是由矛盾對立走向辯證統(tǒng)一的，使學(xué)生經(jīng)歷物理觀念變革的洗禮，從而為物質(zhì)觀念的形成提供條件。

（二）探究：設(shè)置合作探究活動，引導(dǎo)學(xué)生開展合作探究

物理觀念的形成，與科學(xué)探究活動的開展息息相關(guān)。學(xué)生親歷探究過程，在發(fā)現(xiàn)問題、猜想假設(shè)、設(shè)計實驗、收集證據(jù)、分析論證、合作交流的過程中充分調(diào)動學(xué)生的物理思維，引導(dǎo)學(xué)生參與物理概念和規(guī)律的構(gòu)建過程，使學(xué)生物理觀念的形成由被動變?yōu)橹鲃印＝處熢谔骄凯h(huán)節(jié)的作用是學(xué)生學(xué)習的促進者，為學(xué)生提供一些必需的支架式支持，比如實驗儀器、問題鏈，支架的支持方式和支持力度取決于學(xué)習任務(wù)的性質(zhì)、學(xué)習者的真實能力。此外，在學(xué)生遇到困難時不能直接說明答案，而是通過問題或建議的形式給學(xué)生恰當?shù)闹笇?dǎo)，同時避免讓學(xué)生過快得到結(jié)論。

例如，在教學(xué)杠桿平衡條件時，可以設(shè)計如表1 所示的探究活動，從學(xué)生的認知水平出發(fā)，針對學(xué)生學(xué)習過程中將要解決的問題或可能產(chǎn)生的困惑，將教材知識轉(zhuǎn)換成為層次鮮明、具有系統(tǒng)性的一連串的教學(xué)問題，讓學(xué)生能夠沿著問題支架逐步攀升，體驗像科學(xué)家那樣探索物理世界的過程，從而獲得更加生動、豐富的感性認識。

（三）解釋：系統(tǒng)歸納總結(jié)，規(guī)范概念規(guī)律

物理觀念需要具體的物理知識作為支撐，但不等同于物理知識的簡單積累，而是對物理知識的凝練提升。因此在解釋環(huán)節(jié)，為了初步建構(gòu)物理觀念，需要引導(dǎo)學(xué)生對探究結(jié)果進行分析總結(jié)，規(guī)范概念和規(guī)律的定義、術(shù)語、公式表達，引導(dǎo)學(xué)生思考：物理知識與哪些物理觀念相對應(yīng)？物理觀念與支撐它的物理知識之間存在怎樣的關(guān)系？從而讓學(xué)生站在一個更高的層面看待物理知識。此外，還可以類比相關(guān)物理知識，尋找物理知識之間的統(tǒng)一性，促進觀念的改組并形成新的觀念框架，使新知識成功融入重構(gòu)的觀念框架中。

例如，在進行“電場力做功和電勢能轉(zhuǎn)化的關(guān)系”教學(xué)時，就可以借助類比法。因為此前學(xué)生已建立了功是能量轉(zhuǎn)化的量度及重力做功與重力勢能轉(zhuǎn)化關(guān)系等觀點，所以在教學(xué)中可以讓學(xué)生通過類比法體會電場力做功和電勢能轉(zhuǎn)化的關(guān)系。這樣，新的能量觀念被整合到原有的觀念框架中，進一步拓展了物理觀念的廣度和深度。

（四）遷移：拓展運用概念，強化問題解決

物理觀念形成的重要標志是學(xué)生能夠從物理學(xué)的視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題，因此在遷移環(huán)節(jié)，學(xué)生需要運用物理觀念解決實際問題，問題盡可能地選取“原始”物理問題，即自然界及社會生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理問題。原始問題往往只暴露了現(xiàn)象的某些特征，需要從中抽象并設(shè)置物理量，因此能夠充分調(diào)動學(xué)生的各種物理觀點、思想方法，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決陌生復(fù)雜的實際問題的能力，達到用物理觀念指導(dǎo)實踐的目的。

例如，在秋冬季的夜晚脫衣服時經(jīng)?？吹交鸹?，請完整解釋這一現(xiàn)象。此現(xiàn)象可以用平行板電容器模型對其做出粗略解釋。脫衣服時衣服相互摩擦，相互摩擦的兩物體緊密接觸時，其電壓是有限的，由電容器電容的定義可知，如果平行板電容器帶電荷量不變，分離時相互間的距離（相當于平行板電容器兩極板的距離）有巨大變化，帶電物體的電容非常小，那么即使只帶少量電荷，也會產(chǎn)生非常高的靜電電壓，產(chǎn)生電火花［4］。

（五）評價：運用多種方式，評定掌握情況

評價環(huán)節(jié)是檢查學(xué)生物理觀念建構(gòu)水平的環(huán)節(jié)，也是反思教學(xué)目標達成度的環(huán)節(jié)。評價的形式多樣，就評價主體而言，可分為自評、互評、師評、組評；就評價方式而言，可以分為正式評價和非正式評價；就評價工具而言，可分為評價表、測試題、思維導(dǎo)圖?；谟^念建構(gòu)，正確的做法是，為學(xué)生搭建體驗、評價、交流的平臺，提供概括反思的方向和線索。如引導(dǎo)學(xué)生反思對核心概念的理解程度、能力的養(yǎng)成情況、觀念框架的架構(gòu)層次等［5］。

三、結(jié)論與啟示

物理觀念的提出對中學(xué)物理的教與學(xué)提出了更高的要求，促使一線物理教師重新審視“知識為本”的教學(xué)現(xiàn)狀，同時也對學(xué)生學(xué)科能力的培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)?！?E”教學(xué)模式對物理觀念的形成與發(fā)展起到了積極的促進作用。創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)認知沖突，在主動探究中使學(xué)生明確物理概念，在知識的解釋歸納中初步建構(gòu)物理觀念，在新情境中落實用物理觀念指導(dǎo)實踐能力的養(yǎng)成，并在評價過程中完成物理觀念的進一步提升。因此，將“5E”教學(xué)模式作為實施物理觀念教學(xué)的路徑和模板，開展積極的教學(xué)嘗試，相信實證性的教學(xué)研究會取得理想的效果。