问题链下5E 教学模式实践分析

摘要：本文以具体案例分析问题链如何在科技馆教育活动中引导学生从展品参观出发，逐步深入探究科学原理，最终实现知识的内化与创新应用。

关键词：问题链 5E 教学模式 科技馆 教育活动 非遗+ 科技

一、问题链下5E 教学模式

5E 教学模式是一种基于建构主义教学理论的教学模式，于1989 年由美国生物科学课程研究会（BSCS） 开发，包括引入（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、拓展（Elaboration）和评估（Evaluation）5 个环节。

问题链是教师根据教学目标和教学内容，结合学生的已有知识或经验，将教材知识转变为层次鲜明、具有一定系统性、相对独立又相互关联的系列问题，其核心功能在于通过一连串精心编排的问题，通过紧密相连、逐步深入，共同编织成一条引导学生探索知识、发展思维的完整逻辑链，为教育活动注入方向，确保教学内容的有效进行。

在5E 教学模式下，问题链成为引领学生探索知识、构建认知的关键线索，二者都是以建构主义为基础，强调学生的主动参与和知识的自我建构，其中的问题链是通过一系列的问题，引导学生逐步深入探究，实现知识的内化；5E教学模式则注重学生的主动学习和深度参与。将问题链融入5E 教学模式，能进一步强化学生的主体地位，促进他们对知识的深度理解和应用。问题链下的5E 教学模式，通过一连串精心编排的问题与5 个关键步骤的有机结合，让学生学会提出问题、设计实验、分析数据、得出结论等科学探究方法，帮助学生在探究中学习，在解释中理解，在拓展中创新，在评估中成长，从而全面提升他们的核心素养（见图1）。

二、千里舟楫，内有乾坤——“非遗+ 科技”教育活动

中国科学技术馆的“千里舟楫，内有乾坤——‘非遗+ 科技’教育活动”是以传统非物质文化遗产福船为核心，体现了科技馆在促进科技与文化遗产融合、传承非物质文化遗产方面的创新尝试，通过一系列精心策划的教育环节，加深学生对福船结构及其制造工艺的理解，同时借助科技实验与模型制作，有效激发学生的科学兴趣，锻炼他们的科学思维与实践操作能力。

1. 教学对象

本活动面向10 ～ 12 岁学生群体，此年龄段学生已具备开展观察、探究、类比迁移等活动的基础能力。

2. 教学目标

（1）培养科学概念 让学生认识福船“上大下小”的结构特征，理解其科学原理；通过有序观察，让学生能够描述福船的构成部件，并分析各部件功能；掌握福船水密隔舱结构，理解其在提升船只稳固性、抗沉性及货物管理方面的作用，了解水密技艺及传统制造工艺；培养学生形成“结构影响功能”的科学概念。

（2）锻炼科学思维 引导学生按空间顺序有序观察福船，培养有序观察习惯；通过沉船实验、桐油防水实验等，让学生掌握控制变量的方法，设计简单实验；运用所学知识，通过类比迁移，解释生活中的类似现象。

（3）提升探究实践能力 引导学生从实际情境中提炼科学问题，设计实验方案，形成自主探究能力；运用科学原理制作模型，验证假设，体会科学原理与实物模型的互动。

（4）培养态度与责任感 让学生体会科技与文化的紧密联系；培养学生乐于探索、合作与交流的精神；通过了解水密隔舱的发明故事并亲手制作模型，提升学生对传统文化的自豪感，建立传承非遗的使命感。

3. 教学重点与难点

教学重点 引导学生提炼科学问题，提出质疑，设计探究方案，建立科学探究思路；通过实验方法，让学生理解水密隔舱在提升船只稳固性、抗沉性中的科学原理；以福船为例，展示非遗的科技内涵与文化魅力，发掘其科普价值。

教学难点 平衡科技与文化的关系，让学生在掌握福船特点、优势及科学原理的同时，体会其历史意义、文化内涵及非遗价值，提炼福船技艺中的当代精神价值。此过程需教师精心策划，确保学生在科技探究与文化遗产传承之间取得平衡。

4. 教学过程

“千里舟楫，内有乾坤——‘非遗+ 科技’教育活动”是基于深度学习的5E 教学设计，经历提出问题—分析问题—解决问题的认识过程，实现学习进阶，其中问题环节通过问题链驱动思维环节形成思维链，之后再由思维链带动活动环节构建活动链，三者相互依存、相互促进、协同发展（见图2）。

活动遵循“引入—探究—解释—拓展—评估”的教学思路（见图3），学生将深入理解“结构影响功能”的科学概念，充分体会科学探究的一般思路和过程，同时感受我国传统非物质文化遗产及工匠精神的魅力，是科学教育与人文教育充分融合的一次尝试。

第一阶段：参观展品，引出主题

阶段目标：通过观察展品和模型，激发学生兴趣，进入到置疑、质疑环节，引出科学问题。

问题环节

通过观察福船模型，吸引学生学习兴趣，并引导学生通过全面有序观察，聚焦于水密隔舱这一特征船体结构，该结构与学生原有简化模型产生认知冲突，由此结合学生日常经验、先验知识等，师生共同交流，在介绍水密隔舱的结构、重要历史意义和非遗价值基础上，引导学生提出问题：“船舱为什么设计为隔舱的结构？”并聚焦福船制造的核心技艺——水密隔舱制造技艺，明确有待探究的3 个子问题：“隔舱如何保证稳定性？隔舱为什么可以提升抗沉性？水密效果如何实现？”

思维环节

通过展厅展品和龙骨结构模型，以清晰、直观的方式引导学生提出科学问题。

活动环节

活动1. 带领学生参观“华夏之光”展厅的福船展品。

活动2. 带领学生到活动区，观察“福船龙骨结构模型”。

第二阶段：根据问题，逐一探究

阶段目标：通过多元探究方式理解水密隔舱的基本结构、核心功能及应用，初步了解科学探究的一般思路和方法。

问题环节

探究1. 探究隔舱稳定船体结构的功能

学生通过小组讨论、动手实验总结实验现象：“未插入隔舱壁前，船体晃动明显；插入隔舱壁后，船体明显稳定”，确认假设“隔舱结构可以提升船体的稳固性”合理。师生交流，进一步澄清隔舱与船体稳定性之间的关系：隔舱的隔板起到了船体支架的作用，从而加固了船身，保证了福船整体结构的稳定性。

学生结合隔舱壁稳定结构的原理，思考日常生活中相似的应用，比如承重墙、衣柜、分格式书柜、石柱等。随后互相交流、评价彼此的想法，最后留下问题：参观“华夏之光”展厅，观察哪些展项有相似的结构功能应用？

探究2. 探究隔舱提升船只抗沉性的功能

学生通过总结实验现象“无隔舱的盒子进水速度快，很快便完全沉没了；有隔舱的盒子仅有破损处的隔舱内进水，整体并未沉没”，确认假设“隔舱的结构能够提升船只的抗沉性”合理。师生交流，进一步明确现象背后的原理：①船可以浮在水上，是因为船的重力与水的浮力相等；②隔舱让水只能进入有限的空间（破损的空间），所以能保持浮力和重力相等，从而防止船只下沉；③无隔舱的船因水迅速进入全船，使重力大于浮力，导致沉没。

教师提出“南海一号”“泰坦尼克号”等实例，这些船舶都有隔舱结构，但是都沉没了，引导学生围绕实例分组交流，并填写学习单：①隔舱是否一定能确保船只不沉没？②不能确保的原因可能有哪些？③应该如何科学评价隔舱的抗沉功能？随后，各小组汇报讨论结果，师生共同总结评价。

探究3. 探究水密的实现途径

引导学生思考，由于船是用木板拼接制造而成，木材本身不防水，拼接处也有缝隙，这就难以把水“困在”一个舱区，导致隔舱的抗沉效果变差，所以水密是实现防沉的必要条件，由此引出科学问题：“船如何实现水密？”通过收集资料，让学生意识到桐油具有良好的防水性能，根据实验现象总结：“经桐油浸泡的纸不再吸水，水不会下渗；未经桐油处理的纸吸水且水下渗至背面”，确认假设“桐油具有良好的防水性能”合理。学生结合福船的水密技艺，交流日常生活中相似的应用，比如防水涂层、水龙头（茶杯盖）密封圈、生料带等，并让学生互相评价。

思维环节

整个探究过程围绕3 个子问题“隔舱如何保证稳定性？隔舱为什么可以提升抗沉性？水密效果如何实现？”展开。模型拼装、实验操作等动手环节能激发学生探索的兴趣，既能提升活动趣味性，还能训练动手能力、加深对知识的理解；逐步提升探究活动的开放度，在探究具体问题的基础上提炼抽象的探究思路，帮助学生循序渐进感受科学探究的一般过程和思路；鼓励学生完整表达各自观点，锻炼学生的逻辑思维和表达能力；通过不断迁移应用，内化探究成果。

活动环节

活动3. 学生首先组装福船的龙骨和船身四周的框架，晃动船身，观察船身的稳定性。随后，学生把船的隔舱壁全部安装上，再次晃动船身，观察船身稳定性的变化。

活动4. 学生分组，按照探究思路进行实验：在2 个盒子中各放入4 袋石子，并同时把盒子放入水中，观察并记录实验现象。

活动5. 播放非遗技艺视频，了解福船水密处理的工序及目的，安排学生进行实验：将适量红色颜料加入清水中搅拌均匀，用滴管吸取红色溶液，分别滴在2 张纸上，静置1 分钟观察现象。

第三阶段：动手体验，建立模型

阶段目标：通过动手制作，体会福船制造过程，感受水密隔舱福船制造技艺中的工匠精神；鼓励学生学习非遗、传承非遗，理解科学与文化融合在推动社会发展中的重要作用。

问题环节

在前述活动中拼装的船身模型基础上，学生通过归纳问题回答形成完整的福船模型，学会建立思维模型，使得在面对新问题和复杂问题时，能够有清晰的思路可循，促进学生思维的深度与广度得到进一步提升。

思维环节

学生通过模型拼装模拟（动手），以及真实技术与工程情境回归（视频）的方式，真切地思考与感受工匠精神的可贵与非遗的重要价值。

活动环节

活动6. 学生在拼装的船身模型基础上补充船帆等构件，形成完整的福船模型。

活动7. 介绍水密隔舱技术传入西方的故事，在此基础上深化对工匠精神的理解，理解水密隔舱对推动全球化进程的影响和历史意义。

活动8. 播放非遗传承人刘细秀的视频《水密隔舱福船制造技艺传承人》。

第四阶段：活动总结，升华认识

阶段目标：对活动内容进行总结。

问题环节

学生全面了解福船的结构特点和制造技艺，以及福船各部分结构的作用，通过对比实验理解隔舱的原理和抗沉效果，通过组装模型收获动手体验的乐趣，加强对水密隔舱福船制造技艺及非遗的认识和感悟。

思维环节

教师与学生一起总结，帮助学生建立系统认识，鼓励学生认识非遗的多元价值，感悟传统科技的智慧魅力。评价始终贯穿于各环节中，在分析问题、解决问题过程中融入教师点评、学生互评、小组评价、个人自评、纸笔测验等评价方式。

活动环节

活动9. 组织学生总结活动中学到的知识。

活动10. 组织学生总结活动中学到的科学方法和科学探究思路，并对学生发言结果进行梳理和总结。

活动11. 组织学生开放式发言与交流，对学生的发言结果进行梳理和总结。

三、结语

“千里舟楫，内有乾坤——‘非遗+ 科技’教育活动”通过精心设计的问题链，让学生能够在探究过程中主动建构知识，实现从“要我学”到“我要学”的转变，为科技馆教育提供了高效、系统的教学框架。随着科技馆教育资源的不断优化，会有更多青少年能够在这一充满活力的学习平台上，享受到科学探索的乐趣，成长为具有创新精神和实践能力的未来栋梁。5E 教学模式在科技馆教育中的实践应用，可有力推动我国科普教育事业的发展。

参考文献

[1] 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，2010，30（6）：108-112．

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[4] 邢跃，李昊成，李沁，等，问题驱动下5E 教学模式在高中生物学中的应用——以“DNA 是主要的遗传物质”为例[J]．生物学通报，2024，59（2）：53-57．

[5] 中国科学技术馆．第七届全国科技馆辅导员大赛教育活动资源包项目活动方案．https：//cstm.cdstm.cn．