基于5E模式的微课教学——“亦刚亦柔的神奇流体”教学设计

■中国福利会少年宫 张 鑫

5E教学模式是一种基于建构主义的探究式教学模式，近年来在科学教育领域备受关注，该模式主要包括引入（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）5个环节，在培养学生自主探究、学习等科学能力方面起着重要作用。

随着后疫情时代的到来，人们的学习方式发生了改变，一些线下课程逐步转为线上形式。作为一种新型教学形态，微课短小精悍，能满足不同需求的学生进行移动化和碎片化学习，大大提高了学习时间和空间的自由度。将5E教学模式融入微课设计，注重在有限的时间内把握教学主题、内容和活动设计与组织，能激发学生的学习兴趣，促使学生动手实践，培养其自主学习和构建核心概念的能力。

因此，笔者以微课设计为着眼点，设计了基于5E教学模式的“亦刚亦柔的神奇流体”的教学设计，分析和展示了5E模式在探究性微课中的具体应用。

图1 “亦刚亦柔的神奇流体”探究活动的“5E”探究流程

一、引入

在一些综艺节目和科学表演秀的舞台现场，我们经常会看到表演者在一个装满白色流体的池子里跑来跑去，轻松表演“水上轻功”。难道真的存在“水上漂”这类武功绝学？走近后你会发现，这些白色流体物质竟像酸奶一样柔软。白色流体究竟是什么物质？

它的名字听上去有点高端，叫作“非牛顿流体”，通过将淀粉和水混合就可以获得。下面我们一同探究如何用淀粉和水制备“亦刚亦柔的神奇流体”！

以上是“引入”环节中的相关内容。

“引入”是5E教学模式的起始环节。“亦刚亦柔的神奇流体”教学主题的设计是基于生活科普理念的科学探究活动，通过观察生活现象，利用生活中的材料探究生活中的科学。

通过视频中有趣的发现引发学生思考：为什么表演者可以在看似“酸奶”的物质上表演而不会沉下去？这一现象与学生已有的生活经验发生冲突，能激发他们的研究兴趣。

二、探究

探究是5E模式的中心环节，也是本节课的重点和难点。在科学课中，仅仅观看视频和图片并不能满足学生动手探究的欲望，因此笔者在科学微课中同样设计了探究环节。

该环节主要分三个层次进行。教师先提供主要参考的材料（淀粉、水、搅拌棒、量杯、容器），引导学生设计实验方案以探究非牛顿流体的特性。随后，教师演示如何制作非牛顿流体并测试其性质，再指导学生进行探究。

1.合成非牛顿流体

根据提供的材料，教师示范将淀粉和水以3∶1的比例混合并搅拌均匀。

2.测试非牛顿流体的特性

合成淀粉溶液后，抓一把淀粉溶液握在手里，用力捏一捏再松开，会发现淀粉溶液可以在固体和液体间切换。

为进一步测试非牛顿流体“遇强则强”的特性，师生进行对比实验。通过对比用木棒捶打水溶液和淀粉溶液后产生的不同现象，发现木棒可以直接穿透水溶液，使水花四溅，而快速捶打淀粉溶液时却感觉硬如墙壁。此外，将玻璃珠分别从同一高度扔进水溶液和淀粉溶液时，玻璃珠会直接穿入水面，但碰到淀粉溶液时会在微小反弹后再次下沉，如图2。

图2 探究非牛顿流体的性质

3.探究不同比例的淀粉和水对非牛顿流体特性的影响

在体验过非牛顿流体的特性后，教师提出疑问：“为什么淀粉和水的体积比是3∶1？”“淀粉和水的体积比会影响非牛顿流体的特性吗？”用这些问题进一步激发学生对淀粉溶液的浓度进行探究。

学生设计了淀粉和水的体积比为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1进行实验，最终得到合适的浓度配比，见图3。

图3 淀粉和水不同浓度配比（体积比）

三、解释

解释是5E模式的关键环节。在微课设计中，虽然仍以教师讲授为主，但在引出解释环节时应给予学生更多的时间进行思考与整理。学生可用自己的语言对实验现象作出初步解释，教师再对学生的解释进行提炼或补充，在知识与技能层面更好地完善概念。当学生出现多元化的探究结果时，教师也可以在微课中给予提醒与修正。

在本节课中，学生通过观察实验、描述现象、记录数据等方式，对相关概念或探究现象进行规律总结、科学解释。

通过对比实验，学生发现淀粉溶液多变的“性格”来源于流体的粘度，而流体的粘度会因受到的压力不同而变化。当表面没有压力时，它像液体一样柔软；当受到压力时，它就会产生粘度。非牛顿流体受到击打的速度越快，产生的力越大，反弹的力也就越大，这就导致在压力极强的情况下，非牛顿流体会暂时变成固体。

得到这一解释后，学生进行了淀粉溶液的浓度实验，在改变淀粉用量的同时，发现溶液很稀或很稠的情况下，都无法明显体现非牛顿流体的特性，说明淀粉溶液要在一定粘度范围内才具有良好的非牛顿流体特性。

四、迁移

迁移是5E模式的拓展环节。在继续实践中，学生对已知概念的理解得到进一步升华，收获了新的知识与技能，更好地锻炼了理论联系实际的科学思维。

基于淀粉溶液“遇强则强”的特点，引导学生思考如何利用剩余的淀粉溶液，将教学活动从“探究”层面落实到“应用”层面。还可以进行概念的迁移，如教师向学生提问：“生活中除了淀粉溶液，还有哪些非牛顿流体？”

学生借助网络等，发现生活中除了水和空气，绝大部分的流体都是非牛顿流体，如番茄汁、口香糖、苹果浆、牙膏、胶水等。并且非牛顿流体这种忽软忽硬的特性不但有趣还有很多应用，比如减速带，当车辆缓慢驶过，它就像液体一样柔软；当车辆快速驶过，它就会变得坚硬。科学家也利用它的“臭脾气”研制了“非牛顿流体”防弹衣，它比旧式防弹衣舒适柔软，且防弹性能更加优秀。

五、评价

评价是 5E 模式的总结环节。

微课的评价可以分两种方式进行，一是通过录制学员实际的实践情况，根据课堂实践过程（例如实验操作过程中的规范性、实验习惯、方案设计、数据记录、合作交流过程等）和结果（知识概念的理解和判断、成果的创新意识、自我收获的表达与交流等）进行结果性点评，如图4。二是评价学生通过观看微课后完成学习单的反馈情况。教师可以在学习单上设计相应的“自评”和“互评”环节，鼓励学生在课下合作探究并完成互评。

总之，在评价环节鼓励学生表达和交流，除了能锻炼学生的能力，也能让教师了解学生的探究效果和教学目标的达成情况。

图4 学生总结分享环节

六、结语

“亦刚亦柔的神奇流体”科学微课融合了5E教学模式，可满足学生移动化学习，拓宽了学习的空间，使碎片化时间得以利用，提高了学习效率。此外，该课程更加注重学生自主学习习惯的养成和自主探究能力的培养，为5E 模式在微课程设计中提供了有效的、新的实践与参考。