5E教学模式在初中科学教学中的应用

摘要：5E教学模式是一种基于建构主义的教学模式，包括吸引、探究、解释、迁移和评价五个环节。参照5E教学模式的理论与方法，以“太阳辐射能”内容为例，阐释了运用5E教学模式进行初中科学教学的操作步骤和具体方法。

关键词：5E教学模式；太阳辐射能；科学教学

一、 5E教学模式

5E教学模式的前身是柏克莱大学两位学者提出的“学习环”模式，这一模式的理论基础是皮亚杰的发生认识论。“学习环”模式包括探索、概念引入和概念应用三个环节，而随着科学教育改革的发展，建构主义等学习理论的渗透，“学习环”模式逐渐发展成为今天我们所熟悉的5E教学模式，5E即5个学习阶段：吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）。通过创设问题情境，引发认知冲突是吸引阶段的主要任务；而在探究阶段，学生将分成小组进行讨论或实验；解释阶段的核心是引导学生将探索阶段的经验上升到核心科学概念上去；迁移阶段对于学生来说，即用一种新的方式使用概念或者在一个新的情境中使用概念；评价阶段则不仅提供教师评价学生达到目标的机会，也提供学生参与对自己学习的评价与反思机会，在评价阶段进行适当的强调，能够巩固概念的掌握程度。

这五个阶段的设置，不仅符合学生的认知发展规律，也契合新课改的主旨。初中科学是一门强调科学探究、强调以实验为基础的学科，5E教学模式产生于国外科学教育，是一种强调以探究为基础的建构主义教学模式，其理论基础与操作流程非常符合初中科学课程的特点。

二、 教学内容分析

“太阳辐射能”是华东师范大学出版社七年级下册《科学》第三章第一节的内容。本节内容属于“地球和宇宙”学科，从同一门学科视野出发可以发现：上册第七章“地月系”和第八章“星空世界”涉及的相关内容分别是“昼夜与四季”和“太阳”，下册第三章“阳光”涉及的后续相关内容是“阳光的传播”和“阳光的组成”，这些内容与本节内容的逻辑联系是：发光发热的太阳释放出的是太阳能，昼夜与四季的变化是由于地球围绕太阳旋转，在不同位置时接受太阳辐射的量不同而引起，而阳光的传播与组成无不与太阳辐射能有密切的联系。

另外，从不同学科出发，如上册第一章“地球上的生物”、下册第五章“生态系统”与本节内容的逻辑联系是：“太阳辐射能”为“地球上的生物”的生长发育及“生态系统”的维持提供主要能量来源，再如下册第一章“水”、第二章“空氣”、第四章“土壤”与本节内容的逻辑联系是：“水”“空气”“土壤”“阳光”四大环境要素共同构成了地球上生物赖以存续发展的“地球物质-能量环境”。

由此，让学生发现并建立学科内部的统整联系，有利于理解太阳与地球间的统一性联系，理解太阳辐射能对地球万物生长的意义。而让学生发现并建立学科之间的统整联系，正是综合科学课程的核心价值追求。

三、 确立教学目标

1. 科学知识与技能

知道太阳辐射能的主要形式是光能与热能，太阳辐射能是地球生命活动的主要能量来源；理解物体吸热本领与物体表面颜色的关系，并能用来解释生产生活中的相关现象；会用温度计测量水温，并能正确观察与读数。

2. 科学过程与方法

初步理解控制实验因素的方法原理；能够用控制物体表面颜色的实验方法探究物体吸热本领与表面颜色的关系。

3. 科学态度、情感与价值观

通过进行物体吸热本领与表面颜色关系实验探究活动，培养认真观察、正确测量、如实记录、积极思考的科学态度；形成太阳辐射能是地球万物生长主要能量来源的基本观点。

4. 科学、技术、社会、环境目标

了解太阳辐射能、物体吸热本领及其在生产、生活中的应用。

四、 教学设计思路

本节教学利用5E教学模式来强调科学探究与合作体验，使学生形成学科内部与学科间的统整联系，并拟定了如下教学内容：①认识太阳辐射能的形式与特点；②探究物体对太阳辐射热的吸收与物体颜色的关系，并应用“物体吸热本领与表面颜色关系”的知识，解决问题；③总结本节课主要收获，形成具有统整联系的知识结构。

五、 教学过程

1. 认识太阳辐射能的形式与特点

（1）引入、探究与解释

联系旧知，创设问题情境：在上册我们已经知道了太阳是发光发热的气体球，请同学们讨论一下这样两个问题：①“在夏季阳光的曝晒下皮肤有什么感受”？②“我们没有接触太阳，太阳发出的光和热是如何到达身边的”？然后分组讨论，学生在教师的协助下总结出太阳辐射能及其形式：①阳光直接照射在皮肤上，会感受到一种灼热感；②这种通过阳光照射散发热量的方式称为“辐射”，太阳光和热都是通过阳光辐射方式到我们身边的；③太阳通过辐射方式散发的能量称为“辐射能”；光和热是太阳辐射能的主要形式。

此环节设置意在以复习旧知的形式创设问题情境，引发认知冲突，形成对太阳辐射能及其主要形式的科学认识。

（2）引入、探究与解释

创设问题情境：我们知道，太阳能够产生巨大能量，但是，为什么在地球上生长的人和动物不会被烤焦呢？同学们查阅一下教材提供的小资料，就能明白其中的科学道理。学生阅读与思考，在教师的协助下，总结出太阳辐射的特点：（1）到达地球的太阳光几乎是均匀的平行光；（2）相同地点、时间、面积获得太阳辐射能几乎相同；辐射到地球上光能与热能极少。

此环节设置意在引发认知冲突，进而引导阅读，形成对太阳辐射能特点的科学认识。

（3）迁移与评价

教师引导阅读教材延伸材料，如教材“视窗：太阳能飞机”，教材“小资料：辐射计”了解人类对太阳辐射能的利用，使学生感受到太阳辐射能与人类生产、生活的密切关系，并准备相应的习题将所学的知识进行迁移训练，对学习效果做出及时的评价。

此环节意在联系生产、生活强化学生对太阳辐射能形式与特点的科学认识。

2. 探究物体对太阳辐射热的吸收与物体颜色的关系

（1）引入、探究与解释

创设问题情境：请同学们阅读教材材料并思考问题，然后分组讨论：既然阳光几乎是均匀的平行光，而且相同地点、时间、面积获得太阳辐射能几乎相同，但是：①为什么黑色石头比黄色沙粒的温度高？②为什么天然气柜要漆成白色而不是彩色？③你从这些现象发现了什么问题？④依据材料，问题答案想法是什么？其次分组讨论，归纳总结，不同小组汇报，交流本组提出的问题与假设：①问题：同一地点颜色不同的物体从阳光中吸收的热量不同；②假设：颜色深的物体比颜色浅的物体从阳光中吸收的热量多。

此环节设置意在让学生学会通过现象发现，来提出问题，并作出假设，这是科学探究的首要步骤。

（2）引入、探究与解释

创设问题情境：科学假设需要严格实验检验证明。想一想，要证明颜色深的物体比颜色浅的物体从阳光中吸收的热量多，就需要在阳光下比较颜色深、浅不同的两个物体温度高低。如果物体不同、照射时间长短也不同，可以进行比较吗？如黑色石头与白色布料；照射1小时与2小时。

其次协助总结，学生分组讨论，交流小结：要验证物体颜色与吸热本领的关系，必须要控制物体颜色不同，而控制其他条件都相同。即除了实验因素不同之外，其余条件都相同。这就是科学探究中广泛使用的控制变量原理。

此环节设置意在让学生通过讨论，初步学习科学探究控制变量的方法原理，并为下面的探究实验做好准备。

（3）引入、探究与解释

创设问题情境：引导阅读教材“活动”方案，提出问题：两个实验装置中不同、相同的因素是什么，根据实验控制原理说明装置设计的合理性在哪里？然后安排实验，协助实验进行与总结。学生分组讨论并实验：

①按照实验方案实施实验；

②观察、比较温度测量结果；

③得出实验结论；

④交流实验结论：物体吸热本领与表面颜色有关；黑色物体比白色物体更易吸收太阳辐射热的结论。

此環节是本节课的重点，意图有三：

第一，通过讨论“实验装置的合理性”，加深对“实验控制方法”的理解；

第二，通过实施实验，学习科学探究的重要组成部分：制定计划、搜集证据、处理信息和表达交流，联系上一部分内容，使学生亲历科学探究的一般步骤；

第三，通过实验过程，培养认真观察、正确测量、如实记录、积极思考的科学态度。

（4）迁移与评价

在这个阶段，学生将应用“物体吸热本领与表面颜色关系”的知识，来解决问题。学生需掌握应用“物体吸热本领与表面颜色关系”的知识来解决问题的能力。完整的科学探究过程包含了假设的演绎验证，因此教师可以将实验探究阶段所学迁移回实验开始前提出的问题与假设，对假设进行演绎验证，使学生体验完整的科学探究过程。

再者，教师设置评价项目，如：请同学们回忆一下在炎热的夏天人们喜欢穿什么颜色的衣服？为什么？为什么冬天雪后人们踩过的雪化得快，而野地里的雪化的慢呢？等生活化问题，加深学生对物体吸热本领与颜色关系的理解。

此环节的设置意图有二，其一，完成对实验假设的演绎验证，使学生体验完整的科学探究过程；其二，将所学内容进行迁移并评价，加深学生对物体吸热本领与颜色关系的理解。

3. 总结本节课主要收获，形成具有统整联系的知识结构

教师引导学生总结本节课的主要收获，并揭示新旧知识之间的统整联系：太阳通过阳光辐射形式辐射光能和热能，是地球上一切生物的主要能量来源；由于地球比太阳小、且远离太阳，照射到地球上的阳光均匀而平行，而且辐射到地球上光能与热能极少；由于物体吸收太阳热能本领与颜色密切相关，深色物体比浅色物体吸收太阳热量多。由于地球不断地绕着太阳公转，使太阳直射点在南北回归线之间来回移动，这样就引起了地球南、北半球接受太阳辐射能的差异，出现了四季变化与节气现象。

太阳为地球生物提供了赖以生长的能量源泉，而水、空气、土壤则为地球生物提供了赖以生长的物质源泉，因而水、空气、阳光、土壤构成了地球一切生物赖以生存发展的自然生态环境，爱惜保护自然环境是我们每个人义不容辞的责任。在老师指导下进行总结交流，理解并建立新旧知识之间的统整联系。意在通过对新旧知识的回顾总结，揭示科学知识之间的统整联系，实现知识的系统化。

参考文献：

[1]Kathleen，Adair，Creghan，等.对学习成果的评估：将形成性评价与5E教学模式中的一系列课程相结合[J].中国科技教育，2014（5）：32-37.

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[3]袁运开.义务教育教科书科学教科书.七年级.下册[M].华东师范大学出版社，2014.

[4]石莺莺.初中科学教材的统整组织问题研究[D].宁波大学，2009.

作者简介：冯达，上海市，华东师范大学教师教育学院。