王正全 趙高森 董皓 李紅梅

摘? ?要：初中物理課堂教學(xué)中融入中華傳統(tǒng)文化有助于優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承與發(fā)展。以5E教學(xué)模式的5個教學(xué)環(huán)節(jié)為線索，將“桿秤”這一傳統(tǒng)測量工具融入初中物理課堂教學(xué)，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析能力、科學(xué)探究能力、語言表達(dá)能力和遷移應(yīng)用能力，還能在初中物理課堂中弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

關(guān)鍵詞：5E教學(xué)模式；中華傳統(tǒng)文化；初中物理；桿秤

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）4-0061-4

中華傳統(tǒng)文化是中華民族幾千年文明的結(jié)晶，是中華民族在長期自由自覺的活動中所積累和沉淀下來的對中華民族歷史進(jìn)程起著推動作用的包括物質(zhì)、制度、精神等各事物的總稱[1]。將中華傳統(tǒng)文化融入初中物理課堂教學(xué)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境，不僅能夠吸引學(xué)生的注意力、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，也可以提升學(xué)生的愛國精神和民族自豪感。

5E教學(xué)模式是一種探究教學(xué)模式，它包括5個教學(xué)環(huán)節(jié)：參與（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）。該教學(xué)模式可以用來探查學(xué)生的前科學(xué)概念，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，增進(jìn)其對科學(xué)探究的理解，發(fā)展其科學(xué)探究能力［2］。基于5E教學(xué)模式，將傳統(tǒng)的稱量工具桿秤應(yīng)用于人教版初中物理“杠桿的平衡條件”教學(xué)中，在提高學(xué)生觀察分析能力、科學(xué)探究能力、語言表達(dá)能力和物理學(xué)習(xí)興趣的同時，實(shí)現(xiàn)弘揚(yáng)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的目的。

1? ? 5E模式在“杠桿的平衡條件”教學(xué)中的應(yīng)用

在中國已有千年歷史的桿秤蘊(yùn)含著濃厚的傳統(tǒng)文化氣息，是中國古代廣大勞動人民勤勞與智慧的結(jié)晶。以5E教學(xué)模式的5個教學(xué)環(huán)節(jié)為線索，將桿秤引入到“杠桿的平衡條件”的物理課堂教學(xué)中，幫助學(xué)生構(gòu)建新概念的同時，向?qū)W生傳達(dá)中華傳統(tǒng)文化不朽的力量和無限的魅力。

1.1? ? 引入桿秤激發(fā)認(rèn)知沖突

在科技高速發(fā)展的今天，桿秤這一傳統(tǒng)的稱量工具已很少使用，取而代之的是方便快捷的電子秤，導(dǎo)致大部分學(xué)生（尤其是城鎮(zhèn)學(xué)生）對桿秤比較陌生。所以，在探究杠桿的平衡條件之前，教師播放一段“桿秤稱肥豬”的視頻，讓學(xué)生了解桿秤，并提問：桿秤真的能稱量出肥豬的重量嗎？學(xué)生表示懷疑。

如圖1所示，教師拿出一根比視頻中小得多的桿秤。先用桿秤稱量出蘋果的重量，再用電子秤進(jìn)行驗(yàn)證。

驗(yàn)證結(jié)果表明，桿秤稱量值和電子秤稱量值雖然存在一定的誤差，但足以證明桿秤能夠稱量出物體的重量。學(xué)生一片驚呼，課堂氣氛活躍起來，教師順勢提問：結(jié)合剛剛學(xué)習(xí)的新概念，你能判斷桿秤實(shí)質(zhì)上是什么嗎？

學(xué)生觀察后作答：杠桿。

教師進(jìn)一步提問：桿秤這一杠桿稱量物體重量的原理是什么？

設(shè)計意圖：在5E教學(xué)模式參與環(huán)節(jié)，教師要通過創(chuàng)設(shè)情境或設(shè)計活動吸引學(xué)生的注意力，從而激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生通過和教師、同學(xué)的互動構(gòu)建新知。在學(xué)生普遍認(rèn)知中，一頭肥豬的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于秤砣，教師引入桿秤，使小小的秤砣起到了“四兩撥千斤”的效果，和學(xué)生的原有認(rèn)知相沖突。因此，通過桿秤得出蘋果的真實(shí)重量，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲。

1.2? ? 探究問題答案

活動一：尋找桿秤稱量線索

將學(xué)生分為若干小組，每個小組分配一根桿秤，讓學(xué)生觀察桿秤，并利用桿秤模仿視頻中的操作，嘗試稱量身邊的一些物品。

問題1：如何尋找出杠桿的五要素？

問題2：稱量時，要使桿秤處于什么狀態(tài)？

問題3：如何使桿秤達(dá)到這種狀態(tài)？

基于以上問題，教師引導(dǎo)學(xué)生制作出桿秤簡易圖，如圖2所示。然后，啟發(fā)學(xué)生發(fā)散抽象思維，構(gòu)建物理模型，作出桿秤的杠桿示意圖，如圖3所示。

經(jīng)歷桿秤的實(shí)際操作及物理模型的建構(gòu)過程，學(xué)生可以知道以下信息：

（1）秤砣提供動力F1，稱量重物提供阻力F2，且通常F2>>F1。

（2）稱量重物時，秤桿要處于水平平衡狀態(tài)。

（3）阻力臂l2一定時，要使秤桿達(dá)到水平平衡狀態(tài)，就要調(diào)節(jié)秤砣的位置，即調(diào)節(jié)動力臂l1的大小。

整合以上信息，經(jīng)過小組討論、思考，再加以教師的啟發(fā)，提出了猜想：桿秤的動力、動力臂、阻力、阻力臂之間可能存在某種等量關(guān)系，需要進(jìn)行定量的實(shí)驗(yàn)探究。

活動二：進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。閱讀后，學(xué)生以小組為單位，采用如圖4所示的實(shí)驗(yàn)器材代替桿秤進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)探究。

教師提問：實(shí)驗(yàn)前為什么要調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使其在不掛鉤碼時達(dá)到水平平衡狀態(tài)？

學(xué)生答：這樣做可以使力臂和杠桿的刻度尺在一條直線上，方便讀出動力臂和阻力臂的大小。

教師提問：為什么要讓支點(diǎn)位于杠桿的中央呢？

學(xué)生答：為了減小杠桿自身重力對實(shí)驗(yàn)造成影響。

學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入對應(yīng)表格后，教師提問：從表格記錄的多組數(shù)據(jù)中，能否分析出它們之間有什么關(guān)系？

學(xué)生小組討論后答：動力×動力臂=阻力×阻力臂，即F1l1=F2l2。

為了能直接讀出力的大小，教師啟發(fā)學(xué)生將動力臂一側(cè)的鉤碼替換為彈簧測力計。先豎直拉動彈簧測力計使杠桿平衡，再斜拉。

教師提問：斜拉彈簧測力計使杠桿平衡時，彈簧測力計示數(shù)發(fā)生了什么變化？為什么？

學(xué)生作圖分析、討論后答：彈簧測力計示數(shù)變大，因?yàn)樾崩瓘椈蓽y力計后動力臂變小了，而阻力臂和阻力不變，所以動力變大。

教師提問：現(xiàn)在你能嘗試解答桿秤是如何稱量出物體重量的嗎？

學(xué)生小組討論后作答：使用桿秤時，將重物懸掛在秤鉤上，一只手提吊環(huán)，一只手不斷調(diào)整秤砣的位置。待秤桿水平平衡時，根據(jù)杠桿的平衡條件F1l1=F2l2，可得出物體的重量為F2=，質(zhì)量為m=。

活動三：追溯桿秤歷史淵源

探究完桿秤的工作原理，有必要讓學(xué)生進(jìn)一步了解桿秤的發(fā)展歷史和寓意，感受中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的奇妙。相傳桿秤是由春秋時期魯班發(fā)明的，但也有說是輔佐越王勾踐的范蠡發(fā)明的。桿秤在中國歷史上的發(fā)展演變可劃分為三個時期、兩個階段[3]，如圖5所示。

桿秤的制作需要一百多道工序，秤桿上原有十三顆星，代表著北斗七星和南斗六星。后來，為了防止商家缺斤少兩，增加了“?！薄暗摗薄皦邸比w星，則一斤就有十六兩，缺一兩少福，缺二兩少祿，缺三兩少壽［4］。桿秤這一歷史悠久的傳統(tǒng)手工藝品，體現(xiàn)了歷史長河里中國勞動人民誠信、智慧、勤懇、善良的優(yōu)秀品質(zhì)。學(xué)習(xí)桿秤使用原理的同時，也會傳承桿秤背后所蘊(yùn)含的不朽精神。

設(shè)計意圖：“探究”是5E教學(xué)模式的核心。在本環(huán)節(jié)，學(xué)生要在教師的啟發(fā)下觀察現(xiàn)象、建立事物之間的聯(lián)系、概括規(guī)律。通過動手操作、場景研究、實(shí)驗(yàn)研究去解決引入環(huán)節(jié)的認(rèn)知沖突。教師通過三個活動設(shè)計，讓學(xué)生以小組為單位，經(jīng)歷觀察、摸索、實(shí)驗(yàn)、總結(jié)等一系列過程，幫助學(xué)生構(gòu)建“杠桿的平衡條件”概念的同時，也讓學(xué)生知道桿秤的工作原理和起源發(fā)展。既培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，又傳承了中華傳統(tǒng)文化。

1.3? ? 通過解釋明確物理概念

出聲思維就是要讓學(xué)生將其思維過程充分展現(xiàn)出來，借助語言向老師或者同學(xué)吐露其內(nèi)隱的思維過程[5]。在此環(huán)節(jié)，教師要給學(xué)生提供充分的機(jī)會，讓學(xué)生通過發(fā)言來描繪他們所觀察到的事物，并解釋原因。不僅要解釋學(xué)到的新概念，還要解釋學(xué)到的新方法；不僅要知其然，還要知其所以然。要把將要解釋的新概念和探究過程中獲得的證據(jù)聯(lián)系起來，形成完整的邏輯體系。

教師可按圖6所示的流程來進(jìn)行本環(huán)節(jié)的教學(xué)。首先，組織學(xué)生進(jìn)行小組內(nèi)的表達(dá)交流，給每個學(xué)生表達(dá)的機(jī)會，解釋“杠桿的平衡條件”的概念，并講解獲得該概念的證據(jù)和方法。其次，小組選出代表進(jìn)行小組間的表達(dá)交流，代表發(fā)言要盡量簡練，解釋“桿秤”的稱量原理以及探究該原理的過程。最后，教師對學(xué)生進(jìn)行評價，并用最精煉的語言給出正確的解釋。

1.4? ? 遷移細(xì)化加深概念理解

根據(jù)桿秤在生活中應(yīng)用時常遇到的問題，教師設(shè)計以下三個遷移問題。

遷移問題1：如圖7所示，生活中常見的桿秤一般有兩個吊環(huán)，何種情況采用A吊環(huán)，何種情況采用B吊環(huán)？

學(xué)生作答：采用B吊環(huán)和采用A吊環(huán)相比，杠桿的阻力臂l2變小，若F1l1不變，由杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可知，阻力F2變大。即A吊環(huán)一般是稱量重量較小的物體，而B吊環(huán)一般是稱量重量較大的物體。

遷移問題2：俗語“秤有頭高頭低”的意思是，在生意中用桿秤稱量物品時，秤頭有時翹起，有時下沉，那么秤頭翹起和下沉分別有利于買家還是賣家呢？

學(xué)生作答：秤頭指的是秤鉤那一端，如圖8所示。秤頭翹起時杠桿沿F1方向轉(zhuǎn)動，則F1l1>F2l2，說明l1大于平衡時的狀態(tài)，有利于賣家。反之，秤頭下沉?xí)r杠桿沿F2方向轉(zhuǎn)動，則F1l1<F2l2，說明l1小于平衡時的狀態(tài)，有利于買家。

遷移問題3：有商家在賣商品時，將桿秤的標(biāo)準(zhǔn)秤砣替換成質(zhì)量較小的秤砣，這樣做的結(jié)果是？

學(xué)生作答：秤砣質(zhì)量減小即F1減小，而F2l2不變，由杠桿的平衡條件可知，l1增大，這是無良商家欺騙買家的一種手段。

設(shè)計意圖：經(jīng)歷以上四個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已構(gòu)建起新概念。在“遷移”環(huán)節(jié)，學(xué)生需要利用所學(xué)知識解決相關(guān)問題和解釋相關(guān)現(xiàn)象，以加強(qiáng)對新概念的理解和應(yīng)用。教師為學(xué)生設(shè)計了與桿秤相關(guān)的三個問題，讓學(xué)生運(yùn)用杠桿的平衡條件來解決實(shí)際問題，幫助學(xué)生進(jìn)一步將所學(xué)新概念內(nèi)化到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。

2? ? 利用評價促進(jìn)學(xué)生成長

5E教學(xué)法中，“評價”貫穿于整個課堂教學(xué)，在“參與”“探究”“解釋”“遷移”各個環(huán)節(jié)均有體現(xiàn)[6]。以本堂課為例，教師可在如下幾個環(huán)節(jié)對學(xué)生進(jìn)行評價：在引入環(huán)節(jié)，對桿秤的課堂引入效果進(jìn)行評價；在探究環(huán)節(jié)，對學(xué)生觀察能力、實(shí)驗(yàn)效果、小組合作情況、新概念掌握情況進(jìn)行評價；在解釋環(huán)節(jié)，對學(xué)生小組內(nèi)、小組間的表達(dá)效果進(jìn)行評價；在遷移環(huán)節(jié)，對學(xué)生應(yīng)用新概念解決桿秤相關(guān)問題的效果、解釋其他生活現(xiàn)象的情況進(jìn)行評價。除此以外，教師也可以鼓勵學(xué)生進(jìn)行自評和互評，在評價的過程中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力和語言表達(dá)能力的發(fā)展。

3? ? 結(jié)束語

5E教學(xué)模式的5個教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，應(yīng)用在初中物理課堂教學(xué)中，可有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、探究、合作、語言表述、遷移實(shí)踐等能力。在進(jìn)行“杠桿的平衡條件”課堂教學(xué)時，以5E教學(xué)模式的5個教學(xué)環(huán)節(jié)為線索，以“桿秤”這一傳統(tǒng)測量工具為載體，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生建模，培養(yǎng)其抽象思維。讓學(xué)生以小組合作的形式展開猜想、探究、解釋、遷移、評價等系列活動，促使其科學(xué)探究能力的提升。同時，在本節(jié)課的教學(xué)中，透過桿秤，可讓學(xué)生切身感受到古人的勤勞與智慧，促進(jìn)其民族自豪感的提升，期盼更多的中華傳統(tǒng)文化走進(jìn)初中物理課堂，使中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化在物理教學(xué)進(jìn)程中得到傳承與弘揚(yáng)。

參考文獻(xiàn)：

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［2］汪曉.基于“5E”教學(xué)模式促進(jìn)科學(xué)本質(zhì)理解的教學(xué)實(shí)踐——以“磁場”教學(xué)為例［J］.物理教學(xué)，2018，40（9）：40-41.

［3］張勛燎.桿秤的起源發(fā)展和秦權(quán)的使用方法——兼論四川、河南出土的漢權(quán)［J］.四川大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），1977（3）：52-60.

［4］李建，李鴻，陶艷紅.基于生活的初中物理教學(xué)設(shè)計策略——以“杠桿”教學(xué)為例［J］.物理之友，2022，38（6）：13-16.

［5］顏國英，張皓晶，鄭原琛，等.5E教學(xué)法在中學(xué)物理重心概念教學(xué)中的探討[J].物理教師，2018，39（5）：27-29.

［6］謝夢逸，張皓晶，保永亮，等.傣族地區(qū)本土元素融合5E教學(xué)法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討，2022，40（2）：64-66，71.

（欄目編輯? ? 賈偉堯）