融合中华传统文化的初中物理5E教学模式

王正全 赵高森 董皓 李红梅

摘   要：初中物理课堂教学中融入中华传统文化有助于优秀传统文化的传承与发展。以5E教学模式的5个教学环节为线索，将“杆秤”这一传统测量工具融入初中物理课堂教学，不仅能激发学生的学习兴趣，培养学生的观察分析能力、科学探究能力、语言表达能力和迁移应用能力，还能在初中物理课堂中弘扬中华优秀传统文化。

关键词：5E教学模式；中华传统文化；初中物理；杆秤

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）4-0061-4

中華传统文化是中华民族几千年文明的结晶，是中华民族在长期自由自觉的活动中所积累和沉淀下来的对中华民族历史进程起着推动作用的包括物质、制度、精神等各事物的总称[1]。将中华传统文化融入初中物理课堂教学，创设真实的物理情境，不仅能够吸引学生的注意力、增强学生学习物理的兴趣，也可以提升学生的爱国精神和民族自豪感。

5E教学模式是一种探究教学模式，它包括5个教学环节：参与（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）。该教学模式可以用来探查学生的前科学概念，让学生经历科学探究过程，增进其对科学探究的理解，发展其科学探究能力［2］。基于5E教学模式，将传统的称量工具杆秤应用于人教版初中物理“杠杆的平衡条件”教学中，在提高学生观察分析能力、科学探究能力、语言表达能力和物理学习兴趣的同时，实现弘扬优秀传统文化的目的。

1    5E模式在“杠杆的平衡条件”教学中的应用

在中国已有千年历史的杆秤蕴含着浓厚的传统文化气息，是中国古代广大劳动人民勤劳与智慧的结晶。以5E教学模式的5个教学环节为线索，将杆秤引入到“杠杆的平衡条件”的物理课堂教学中，帮助学生构建新概念的同时，向学生传达中华传统文化不朽的力量和无限的魅力。

1.1    引入杆秤激发认知冲突

在科技高速发展的今天，杆秤这一传统的称量工具已很少使用，取而代之的是方便快捷的电子秤，导致大部分学生（尤其是城镇学生）对杆秤比较陌生。所以，在探究杠杆的平衡条件之前，教师播放一段“杆秤称肥猪”的视频，让学生了解杆秤，并提问：杆秤真的能称量出肥猪的重量吗？学生表示怀疑。

如图1所示，教师拿出一根比视频中小得多的杆秤。先用杆秤称量出苹果的重量，再用电子秤进行验证。

验证结果表明，杆秤称量值和电子秤称量值虽然存在一定的误差，但足以证明杆秤能够称量出物体的重量。学生一片惊呼，课堂气氛活跃起来，教师顺势提问：结合刚刚学习的新概念，你能判断杆秤实质上是什么吗？

学生观察后作答：杠杆。

教师进一步提问：杆秤这一杠杆称量物体重量的原理是什么？

设计意图：在5E教学模式参与环节，教师要通过创设情境或设计活动吸引学生的注意力，从而激发学生的认知冲突，使学生通过和教师、同学的互动构建新知。在学生普遍认知中，一头肥猪的重量远远大于秤砣，教师引入杆秤，使小小的秤砣起到了“四两拨千斤”的效果，和学生的原有认知相冲突。因此，通过杆秤得出苹果的真实重量，进一步激发了学生的好奇心和求知欲。

1.2    探究问题答案

活动一：寻找杆秤称量线索

将学生分为若干小组，每个小组分配一根杆秤，让学生观察杆秤，并利用杆秤模仿视频中的操作，尝试称量身边的一些物品。

问题1：如何寻找出杠杆的五要素？

问题2：称量时，要使杆秤处于什么状态？

问题3：如何使杆秤达到这种状态？

基于以上问题，教师引导学生制作出杆秤简易图，如图2所示。然后，启发学生发散抽象思维，构建物理模型，作出杆秤的杠杆示意图，如图3所示。

经历杆秤的实际操作及物理模型的建构过程，学生可以知道以下信息：

（1）秤砣提供动力F1，称量重物提供阻力F2，且通常F2>>F1。

（2）称量重物时，秤杆要处于水平平衡状态。

（3）阻力臂l2一定时，要使秤杆达到水平平衡状态，就要调节秤砣的位置，即调节动力臂l1的大小。

整合以上信息，经过小组讨论、思考，再加以教师的启发，提出了猜想：杆秤的动力、动力臂、阻力、阻力臂之间可能存在某种等量关系，需要进行定量的实验探究。

活动二：进行科学实验探究

教师引导学生阅读课本“探究杠杆的平衡条件”的实验内容。阅读后，学生以小组为单位，采用如图4所示的实验器材代替杆秤进行多组实验探究。

教师提问：实验前为什么要调节杠杆两端的螺母，使其在不挂钩码时达到水平平衡状态？

学生答：这样做可以使力臂和杠杆的刻度尺在一条直线上，方便读出动力臂和阻力臂的大小。

教师提问：为什么要让支点位于杠杆的中央呢？

学生答：为了减小杠杆自身重力对实验造成影响。

学生将实验数据填入对应表格后，教师提问：从表格记录的多组数据中，能否分析出它们之间有什么关系？

学生小组讨论后答：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1l1=F2l2。

为了能直接读出力的大小，教师启发学生将动力臂一侧的钩码替换为弹簧测力计。先竖直拉动弹簧测力计使杠杆平衡，再斜拉。

教师提问：斜拉弹簧测力计使杠杆平衡时，弹簧测力计示数发生了什么变化？为什么？

学生作图分析、讨论后答：弹簧测力计示数变大，因为斜拉弹簧测力计后动力臂变小了，而阻力臂和阻力不变，所以动力变大。

教师提问：现在你能尝试解答杆秤是如何称量出物体重量的吗？

学生小组讨论后作答：使用杆秤时，将重物悬挂在秤钩上，一只手提吊环，一只手不断调整秤砣的位置。待秤杆水平平衡时，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，可得出物体的重量为F2=，质量为m=。

活动三：追溯杆秤历史渊源

探究完杆秤的工作原理，有必要让学生进一步了解杆秤的发展历史和寓意，感受中华优秀传统文化的奇妙。相传杆秤是由春秋时期鲁班发明的，但也有说是辅佐越王勾践的范蠡发明的。杆秤在中国历史上的发展演变可划分为三个时期、两个阶段[3]，如图5所示。

杆秤的制作需要一百多道工序，秤杆上原有十三颗星，代表着北斗七星和南斗六星。后来，为了防止商家缺斤少两，增加了“福”“禄”“寿”三颗星，则一斤就有十六两，缺一两少福，缺二两少禄，缺三两少寿［4］。杆秤这一历史悠久的传统手工艺品，体现了历史长河里中国劳动人民诚信、智慧、勤恳、善良的优秀品质。学习杆秤使用原理的同时，也会传承杆秤背后所蕴含的不朽精神。

设计意图：“探究”是5E教学模式的核心。在本环节，学生要在教师的启发下观察现象、建立事物之间的联系、概括规律。通过动手操作、场景研究、实验研究去解决引入环节的认知冲突。教师通过三个活动设计，让学生以小组为单位，经历观察、摸索、实验、总结等一系列过程，帮助学生构建“杠杆的平衡条件”概念的同时，也让学生知道杆秤的工作原理和起源发展。既培养了学生的科学思维和科学探究能力，又传承了中华传统文化。

1.3    通过解释明确物理概念

出声思维就是要让学生将其思维过程充分展现出来，借助语言向老师或者同学吐露其内隐的思维过程[5]。在此环节，教师要给学生提供充分的机会，让学生通过发言来描绘他们所观察到的事物，并解释原因。不仅要解释学到的新概念，还要解释学到的新方法；不仅要知其然，还要知其所以然。要把将要解释的新概念和探究过程中获得的证据联系起来，形成完整的逻辑体系。

教师可按图6所示的流程来进行本环节的教学。首先，组织学生进行小组内的表达交流，给每个学生表达的机会，解释“杠杆的平衡条件”的概念，并讲解获得该概念的证据和方法。其次，小组选出代表进行小组间的表达交流，代表发言要尽量简练，解释“杆秤”的称量原理以及探究该原理的过程。最后，教师对学生进行评价，并用最精炼的语言给出正确的解释。

1.4    迁移细化加深概念理解

根据杆秤在生活中应用时常遇到的问题，教师设计以下三个迁移问题。

迁移问题1：如图7所示，生活中常见的杆秤一般有两个吊环，何种情况采用A吊环，何种情况采用B吊环？

学生作答：采用B吊环和采用A吊环相比，杠杆的阻力臂l2变小，若F1l1不变，由杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知，阻力F2变大。即A吊环一般是称量重量较小的物体，而B吊环一般是称量重量较大的物体。

迁移问题2：俗语“秤有头高头低”的意思是，在生意中用杆秤称量物品時，秤头有时翘起，有时下沉，那么秤头翘起和下沉分别有利于买家还是卖家呢？

学生作答：秤头指的是秤钩那一端，如图8所示。秤头翘起时杠杆沿F1方向转动，则F1l1>F2l2，说明l1大于平衡时的状态，有利于卖家。反之，秤头下沉时杠杆沿F2方向转动，则F1l1<F2l2，说明l1小于平衡时的状态，有利于买家。

迁移问题3：有商家在卖商品时，将杆秤的标准秤砣替换成质量较小的秤砣，这样做的结果是？

学生作答：秤砣质量减小即F1减小，而F2l2不变，由杠杆的平衡条件可知，l1增大，这是无良商家欺骗买家的一种手段。

设计意图：经历以上四个环节的学习，学生已构建起新概念。在“迁移”环节，学生需要利用所学知识解决相关问题和解释相关现象，以加强对新概念的理解和应用。教师为学生设计了与杆秤相关的三个问题，让学生运用杠杆的平衡条件来解决实际问题，帮助学生进一步将所学新概念内化到认知结构中。

2    利用评价促进学生成长

5E教学法中，“评价”贯穿于整个课堂教学，在“参与”“探究”“解释”“迁移”各个环节均有体现[6]。以本堂课为例，教师可在如下几个环节对学生进行评价：在引入环节，对杆秤的课堂引入效果进行评价；在探究环节，对学生观察能力、实验效果、小组合作情况、新概念掌握情况进行评价；在解释环节，对学生小组内、小组间的表达效果进行评价；在迁移环节，对学生应用新概念解决杆秤相关问题的效果、解释其他生活现象的情况进行评价。除此以外，教师也可以鼓励学生进行自评和互评，在评价的过程中促进学生科学思维能力和语言表达能力的发展。

3    结束语

5E教学模式的5个教学环节环环相扣，应用在初中物理课堂教学中，可有效提升学生的学习兴趣，培养学生观察、分析、探究、合作、语言表述、迁移实践等能力。在进行“杠杆的平衡条件”课堂教学时，以5E教学模式的5个教学环节为线索，以“杆秤”这一传统测量工具为载体，创设真实情境，激发学生的学习兴趣，引导学生建模，培养其抽象思维。让学生以小组合作的形式展开猜想、探究、解释、迁移、评价等系列活动，促使其科学探究能力的提升。同时，在本节课的教学中，透过杆秤，可让学生切身感受到古人的勤劳与智慧，促进其民族自豪感的提升，期盼更多的中华传统文化走进初中物理课堂，使中华优秀传统文化在物理教学进程中得到传承与弘扬。

参考文献：

［1］张树玮，吴伟.将中华传统文化资源融入中学物理教学途径的探讨［J］.中学物理教学参考，2015，44（12）：51-53.

［2］汪晓.基于“5E”教学模式促进科学本质理解的教学实践——以“磁场”教学为例［J］.物理教学，2018，40（9）：40-41.

［3］张勋燎.杆秤的起源发展和秦权的使用方法——兼论四川、河南出土的汉权［J］.四川大学学报（哲学社会科学版），1977（3）：52-60.

［4］李建，李鸿，陶艳红.基于生活的初中物理教学设计策略——以“杠杆”教学为例［J］.物理之友，2022，38（6）：13-16.

［5］颜国英，张皓晶，郑原琛，等.5E教学法在中学物理重心概念教学中的探讨[J].物理教师，2018，39（5）：27-29.

［6］谢梦逸，张皓晶，保永亮，等.傣族地区本土元素融合5E教学法在高中物理教学中的应用[J].物理教学探讨，2022，40（2）：64-66，71.

（栏目编辑    贾伟尧）