核心素养下物理实验活动巧用5E教学模式

王梅泉

【摘要】经过研究和论证，依托物理实验社团活动在物理实验教学中尝试引入5E教学模式.在教学探索过程中以学生为主体，注重科学思维的培养和科学探究的体验，培养学生构建正确的物理观念，养成严谨的科学态度，提升学生的核心素养.

【关键词】核心素养；高中物理；实验教学

随着《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》［1］的颁布、实施及深化，物理学科核心素养的有效培养成为物理教学的重要目标.物理作为实验学科，通过实验教学可以促使学生更好地理解物理概念和理论知识，形成物理观念；还让学生经历探究过程，培养学生科学探究能力；通过分析实验结果，培养学生科学思维能力；引导学生尊重实验结果，理性分析实验误差，培养学生的科学态度和社会责任感.

经过理论研究，笔者认为5E教学模式适合物理实验活动，下面以本校的物理实验社团活动为例巧用5E教学模式培养学生的核心素养.

1 5E教学模式促进培养学生的物理核心素养

5E教学模式是基于建构主义理论的教学模式［2］，该模式强调学生的小组探究、合作能力和学生沟通能力的培养，符合高中物理新课标理念.表1为 5E教学模式的教学阶段和目的.

从表1可以看出，5E教学模式可以有针对性地发展学生的物理核心素养，深化学生对物理观念的理解，发展学生科学思维和科学探究能力，培养学生的科学态度与责任.

2 5E教学模式在物理实验社团活动中的应用尝试

物理社团活动不同于普通的课堂教学，它可以深入探究传统实验，加深学生对物理概念和理论的理解；也可以通过解密物理有趣现象，训练学生透过现象看本质，提高学生的科学态度和责任感；还可以培养学生有效利用生活物品，理论联系实际.

下面是笔者在三种社团活动中进行5E教学模式的尝试，教学流程如表2所示.因物理实验探究活动的需要，有时活动内容表述不同，但内涵是一致的.表2为5E教学模式应用于物理实验社团活动的流程图.

2.1 传统实验案例训练——小车、斜面和打点计时器模型

高中物理力学实验的一个典型考点就是“小车、斜面和打点计时器模型”，本次活动重点训练以打点计时器为重要计时工具的使用.

实验器材

打点计时器、长直轨道、小车、纸带、电源、砝码、小桶、细沙、细绳、垫木、天平、刻度尺.

提出问题

展示常用的两种打点计时器：电磁打点计时器和电火花打点计时器.教师提出问题：打点计时器是什么仪器？它的工作原理怎样？它的使用注意事项有哪些？两种计时器有什么区别？我们用打点计时器做过哪些实验？

学生活动

学生体验以下实验过程：观察—回忆—回答问题—小组合作—动手组装实验仪器—实验探究—记录实验数据—画图象并进行计算—小组讨论实验结果—分析实验误差.

以上活动是传统实验融合训练.通过活动让学生熟悉实验过程，认真处理实验数据，理性分析实验误差，反思质疑实验设计，训练学生的动手能力、实验探究能力等.

教师引导

实验完成后，学生分小组汇报实验探究结果，教师掌握学生对物理概念及规律的理解情况，对比分析各小组的探究结果，发现并提出如下问题：怎样减小实验误差：还有其他的计时器材吗？

教师引导，引入新的仪器：光电门、频闪相机、气垫导轨、数字计时器、位移传感器、DIS设备.

引入拓展实验

（1）利用光电门测量瞬时速度的大小；

（2）利用频闪相机测量瞬时速度的大小；

（3）利用气垫导轨、光电门、数字计时器及相关器材组合开展“探究牛顿第二定律”的实验探究.

以上拓展实验是学生在学过的理论基础上进行的全新体验.因仪器精密度比较高，有数字化器材，通过体验，学生更能体会物理学科的魅力，增加学生实验的主动性，增强学生的学习兴趣，提升学生的科学思维，便于学生快速跟上时代的步伐.

反思评价

拓展实验完成后，教师引导学生再次梳理实验过程，实验结果反思，实验误差评估，并精选典型例题对学生进行测试，检验他们的实验探究过程及物理理论的掌握程度.最后，小组进行自评和互评，关注学生的全过程表现.

2.2 学以致用，揭开物理神秘面纱——“千人震”实验

在进行电磁感应实验探究时，为了提高学生的学习兴趣，凸显物理学科的神秘，唤醒学生的好奇心，教师引导学生进行了以下的实验活动.

实验器材

N节1号干电池，电池架，导线，开关，小型变压器，实验电路图，如图1.

提出问题

同学们按照这个电路图连接一下电路，先用一节干电池.有哪位同学敢抓住导线的两端？

一位学生带着好奇和不屑，镇定地握住导线两端.教师先闭合开关，紧接着断开开关，学生感受到一阵电流.接着多名同学上台体验，无一例外，感受到了电流的震颤.

教师提出问题：这是一种什么现象？为什么会出现这种情况？

学生活动

学生经过观察和思考，试探着猜测这应该是一种“自感”现象.随即展开对变压器原理和功能的探究，包括变压器的构造、匝数、绕线方式等，结合学习过的自感现象知识，肯定“千人震”实验现象就是一种“自感”现象.这是学生透过现象看本质，揭开物理神秘面纱的开始，极大地提高了学生学习物理的热情，训练了他们的科学思维能力.

教师引导

指导教师首先肯定了学生的猜测和探究是正确的，“千人震”实验现象确实是一种“自感”现象.变压器是一个有铁芯的线圈，在线路开关闭合或断开的瞬间，线圈中的电流发生变化，引起线圈中的磁通量发生变化，产生了感应电动势，所以学生会有触电的感觉.随着体验人数的增加，电池的数量也可以增加，这是为了体验“震感”，但同时提醒心脏不好的学生不要参与这种体验.

拓展活动

（1）用镇流器代替变压器，来做“千人震”实验；

（2）探究变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系.

以上拓展活动是在学生已经掌握变压器原理的情况下，利用生活中常见的“镇流器”进行探究，更能贴近生活.同时探究变压器原副线圈电压与匝数的关系，也是为了更好地理解变压器的原理和使用，提高学生的实践和应用能力，提升学生的科学素养.

反思评价

本次活动，学生通过实验现象得出理论指导，既有建立“变压器”模型的物理观念培养；又有探究实验过程中探究能力的培养；还有引导学生从物理现象揭秘物理本质的科学态度与责任的培养，能够比较全面地发展学生的核心素养.

2.3 巧用生活物品，拉近学习与生活的距离——“水火箭”发射比赛活动

物理来源于生活，只有教会学生善于观察生活中的现象，利用生活物品进行实验探究，才能拉近学习与生活的距离，笔者引导学生进行了“水火箭”发射比赛活动.

实验器材

大小塑料瓶（学生自带或向废品收购站购买）、胶带、美工刀、剪刀、水火箭发射装置（包含气芯、底座、固定装置并带角度显示）、硬纸板、卷尺、活塞、装饰纸等.

提出问题

指导教师向学生展示“水火箭”模型，提示学生回想“水火箭”发射原理，告知学生“水火箭”发射比赛规则.

学生活动

（1）复习“水火箭”发射的原理和理论，复习反冲的知识点.

选择饮料瓶作为“水火箭” 的箭体，内装适量的水，用橡皮塞紧瓶口，活塞上固定气针.倾斜瓶身，用打气筒往饮料瓶中打入气体，瓶内气压增大，当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时，瓶口与橡皮塞自由脱离，水火箭内水向后喷出，箭体获得反作用力射出.

（2）反复观察“水火箭”的模型，包括大小、平衡翼的数量、活塞的位置、发射装置的使用等.

学生们反复讨论制作过程中需要注意的事项，包括喷口和气针的密封程度，发射的角度、水量的大小、风的影响、平衡翼的形状等.制作时“水火箭”头部做成锥形；箭体作为压力舱；平衡翼位于火箭体的后部，一般分为四片，通常做成梯形；喷射口要确保紧密性.

“水火箭”制作完成后，学生们经过反复地调试，发现“水火箭”发射有以下注意事项：

（1）水量控制：水量控制在箭体空气空间的1/4到2/5之间.

（2）发射角度：发射的最佳角度在50°到55°之间.

（3）风向影响：无风时，按最佳发射角度发射，正对目标；刮风时根据风力和风向适当调整与发射目标的角度.

（4）箭头：箭头要重一些，有利于提高“水火箭”的射程.

（5）高度和长度的测量：长度可以用50m的卷尺测量，高度测量有两种方法，一是可以根据发射装置的倾角换算一下；二是寻找合适的发射地点，如果在高楼附近，可以选择高楼作为参照物估算一下.

教师引导与解释

指导教师引导学生查阅资料，知道“水火箭”又名气压式喷水火箭或水推进火箭，其模型包含了丰富的物理科学知识，比如反冲、流动力学、运动学等，制作材料也都是我们身边的资源，学生们要善于利用身边的实验资源开展实验研究，要知道“生活来源于实践”.

拓展活动

（1）观看载人航天飞船的发射视频；

（2）尝试制作“多级火箭”；

（3）尝试在“水火箭”上设计降落伞，以保护箭体不受重创.

反思评价

活动结束后，学生们依然兴致很高，该活动激发了学生们的学习热情，还有效地将物理知识应用于实践，提高学生的动手和实践能力，并通过拓展活动，开阔了学生的视野，增强了他们的爱国情怀；通过反复改良“水火箭”，训练了学生科学思维和科学探究能力；小组学生相互合作，认真记录实验数据，实事求是地分析误差，提升了他们的科学态度与责任感，全面发展了学生的核心素养.

3 结语

社团活动证明，基于核心素养发展的5E教学模式以学生为主体［3］，教师为引导，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学思维和实验探究能力，在培养学生正确物理观念的同时，提升了学生的科学态度和责任感，是培养学生物理学科核心素养的一条有效途径.

参考文献：

［1］教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京，人民教育出版社，2018，43-44.76.

［2］吴成军，张敏.美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其本质特征［J］.课程·教材·教法，2010（06）：108-112.

［3］陈淑瑜.基于5E实验模式提高初中学生核心素养的探索［J］.教育与装备研究，2022（05）：30-35.