论文部分内容阅读
摘 要 5E教学模式是一种建构主义教学策略，包含吸引、探索、解释、精致或延伸、评价五个阶段，强调以学生为中心，运用调查和探究的方法解决问题，促进学生对科学概念的理解和知识的构建。这与科技馆教育为观众营造探究式学习的情境，使其获得直接经验的特征，以及启迪科学思维、培育科学精神、培養科学方法的目的极为吻合。以广东科学中心“摆的快慢”活动为例，就引入5E教学模式开发科技馆的科学探究活动进行探讨。
关键词 5E教学模式 科技馆教育 探究活动
0 引言
近些年，科技馆事业飞速发展，科技馆的科普教育功能日渐清晰并日趋完善。随着学习型社会的到来，科技馆教育被视为贯穿基础教育至高等教育的有益延续和重要补充，也为实现全民学习、终身学习提供了有效途径。
广东科学中心作为一所综合性大型科普场馆，是广东省青少年科普教育的主阵地，始终致力于科学教育资源的利用与整合以及科学教育活动的组织与实施，依据不同对象而进行差异化设计开发。在实践中，我们总结提炼出“整合队伍”、“梳理素材”、“确定理念”、“设立目标”、“构建主题”、“设计活动”、“反复讨论”、“培训试教”、“投入使用”、“反馈修正”十大环节的非线性模式，积极引入现代科学教育理念，适时开发并更新科学教育资源。
1 5E教学模式的内涵、特征及应用
5E教学模式也称5E学习环，包含在学习发生时五个与认知理论一致的阶段：吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、精致（Elaboration）或延伸（Extension）、评价（Evaluation）。这一模式是由美国生物学课程研究会开发的一种基于建构主义理论的教学方法，致力于引起学生的学习兴趣。其强调以学生为中心，运用调查和探究的方法解决问题，通过小组合作学习促进学生对科学概念的理解和知识的构建。5E教学模式下的学习过程不是被动灌输，而是在情境中完成协作实现主动建构。教师不再是知识的传授者，学生通过对探究过程的全程参与，对科学概念、科学方法及科学本质的全面掌握，构建新的概念与知识。
从20世纪80年代末开始，美国生物学课程研究会就已经大规模地使用5E教学模式：（1）构成大量成果的文件，例如课程框架、评估指导或课程大纲；（2）不同范围和数量的课程资源；（3）调整教师的职业发展、非正式教育的设置和除科学以外的其他学科。我国自1999年引进并小范围内推广此类教材，近年来越来越多地被应用于中小学科学课程中。
2 科技馆教育的特征、形式及现状
科技馆教育，主要以展示为基础，以参与、互动、体验的形式，鼓励观众自己动手操作、观察体验、探究学习。科技馆教育的基本特征是通过模拟在线的科学实践，为观众营造探究式学习的情境，从而使其获得直接经验。它调强学生亲自实践，再现并亲历科学研究过程，进而掌握新的科学知识及概念。
广东科学中心策划了丰富的科学教育活动，如主题导览式工作纸活动、专项科学探究活动，以及创意机器人系列活动、开放实验室活动等。其中专项探究活动是一项有组织的依托展项开展的非正规教育活动，学生在科技馆辅导员的指导下，就某个展项或某一主题下的相关展项，完成一定的学习任务。
展示和教育是科技馆的基本功能，而展示也是教育的一种形式或手段。科技馆已从过去的“以展代教”、“重展轻教”，发展到现在的“展教并重”，并逐步由“展”向“教”倾斜。当下，科技馆的科学教育活动被视为校外科学教育实践活动的主要形式。我国各地科技馆正在不断开发有关教育资源，特别是与学校的合作。
3 科学探究活动的开发设计
广东科学中心引入5E教学模式，依托“摆长最重要”展项（见图1），选定小学3—4年级学生为对象，邀请科技骨干教师参与，开发设计了“摆的快慢”专项科学探究活动。
3.1 吸引（Engagement）
吸引学生参与到教学活动中来。科技馆辅导员通过设置情境及布置任务，将学生的注意力集中到一个物体、问题或事件上。让学生联系以前的经历，并暴露出错误概念，转而关注当前活动。
在这一阶段，辅导员由儿童熟知或喜爱的事物出发，如“玩过秋千吗？”、“见过钟摆吗？”等，吸引孩子的注意，将其引入学习状态。然后，辅导员针对“摆长最重要”展项提出问题，通过小组讨论找出秋千、钟摆和摆的共同点，逐步引出活动主题，期间了解学生对摆的已有认知及其对有关概念的掌握和描述。
3.2 探究（Exploration）
辅导员介绍概念，引导学生进行探究。探究的过程中，学生是主体，教师的作用是协助学生阐明准确的概念并获得直接经验。
辅导员根据上一阶段中学生对摆的认知程度，借助《单摆》挂画（见图2），首先简单介绍摆的基本概念，如摆长、摆幅、周期（快慢）和摆锤重量等。然后，引导学生利用展项，分别探究摆的快慢与摆长、摆幅和摆锤重量之间的关系。“摆长最重要”展项设有五个摆，摆1、摆2和摆3的摆锤重量相同而摆长不同，摆3和摆4的摆长相同而摆锤重量不同，摆的下方有一个横杆可以控制这四个摆的摆幅大小，摆5则可以随意调节摆长。
（1）摆的快慢与摆长之间的关系：引导学生以小组为单位，设定摆幅相同、摆锤重量相同的前提下，借助摆1、摆2和摆3，探究摆长对摆的快慢的影响。利用横杆将摆1、摆2和摆3提高到相同的高度，然后放下并开始计时30 s，记录相同时间内三个摆分别完成的摆动次数。
（2）摆的快慢与摆锤重量之间的关系：引导学生以小组为单位，设定摆幅相同、摆长相同的前提下，借助摆3和摆4，探究摆锤重量对摆的快慢的影响。利用横杆将摆3和摆4提高到相同的高度，然后放下并开始计时30 s，记录相同时间内两个摆各自完成的摆动次数。
（3）摆的快慢与摆幅之间的关系：引导学生以小组为单位，选取一个摆（为方便观察和操作，可选择摆1或摆4），探究摆幅对摆的快慢的影响。先后将横杆提到不同的高度，然后放下并开始计时30 s，记录不同摆幅下的摆动次数。 3.3 解释（Explanation）
解释，是指让概念、过程或技能变得易于理解的行为，是将探究经历排序的过程。在这个阶段，辅导员要鼓励并提醒学生根据已有的知识经验，针对探究的過程与结果进行分析、推理，给出自己的解释。辅导员基于学生的解释，简短、清楚、直接地展现概念、过程或技能，为进入下一阶段做铺垫。
学生以小组为单位，对各环节的探究进行小结，并得出整个探究过程的结果。辅导员则引导学生分别就三个探究环节进行分析，并推理出最后的结论。在各组学生各自叙述了各环节的结果之后，辅导员应进行概括总结。如第一个探究环节得出：摆长越长，摆动越慢；摆长越短，摆动越快。第二个探究环节得出：无论重摆锤或轻摆锤，摆不分快慢，即摆锤重量不影响摆动速度。第三个探究环节得出：摆幅的大小，对摆的快慢没有影响。综合三个环节得出：摆的快慢与摆幅、摆锤重量无关，仅与摆长有关。摆长越长，摆动越慢；摆长越短，摆动越快。
3.4 精致（Elaboration）或延伸（Extension）
精致或延伸，也称为迁移。在这一阶段，学生参与讨论并寻找信息，详细阐述或扩展前一阶段获得的概念、过程或技能，展现完成任务的方法并为之辩护。辅导员则指导学生将所获得的概念或技能，向相关的新情境中进行迁移延伸，并引导他们互相学习、互促互进。
如引导学生继续测量在第一个探究环节中摆1、摆2和摆3的摆长，与它们对应的摆动次数。然后，借助摆5继续探究扩展，进一步巩固知识：设计一个特殊的摆，1 min能摆动60次。最后，引导学生将活动中得到的知识向其他展项进行延伸，如“傅科摆”、“蛇形摆”、“混沌摆”等。
3.5 评价（Evaluation）
评价不是一个特定的阶段，是用正式和非正式的方法评价学生对新概念、新技能的理解及应用能力。非正式的评价贯穿于整个5E过程，可以是学生自评、互评，也可以是辅导员给予评价。在精致或延伸阶段之后，辅导员可以就学习效果以及每个学生的表现、理解水平等，进行一次正式评价。
在整个活动开展的各个阶段，学生之间可以就各自或对方的操作、结论、合作等进行评价。辅导员则可以在最后阶段对学生在活动中的表现，对新知识的学习、任务完成的快慢、实验器材使用的规范、探究过程表现出的科学态度、各组的团队协作等进行评价。
4 结语
综上所述，我们发现5E教学模式鼓励学生在既定的情境或创设的情境中，进行科学探究，并对探究的过程、结果进行解释、阐述、延伸等，形成新的知识、技能或经验。这与科技馆教育为观众营造探究式学习的情境，使其获得直接经验的特征，以及启迪科学思维、培育科学精神、培养科学方法的目的极为吻合，值得在科技馆科学探究活动开发中借鉴使用。
参考文献
[1]侯的平，马学军，张涌林，等.科学中心常设展示项目科学教育资源的开发利用[J].科普研究，2011（5）：60-64.
[2]吴成军，张敏.美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其基本特征[J].课程·教材·教法，2010（6）：108-112.
[3]谢俊翔，许艳.运用5E学习环等教学法设计科技馆教育活动的实践探索——“星空探秘”活动策划[J].自然科学博物馆研究，2016（4）：40-45.
[4]Douglas Llewellyn. Teaching high school science through inquiry： A case study approach[M]. Corwin Press： 2005.
[5]黄晓.“历史—探究—反思”——谈“单摆”的科学本质教学[J].中学物理教学参考，2014（1-2）：40-45.
[6]吴春良.探究实验在物理课堂中的真实应用：“单摆周期公式”启发式教学设计[J].教学仪器与实验，2009（10）：18-21.
[7]陆俊杰.谈“单摆”的探究式教学设计[J].物理教师，2003（2）：6-8.
[8]陈国芳.创新教育模式在“单摆”教学中运用[J].物理教师，2000（11）：7-8.
关键词 5E教学模式 科技馆教育 探究活动
0 引言
近些年，科技馆事业飞速发展，科技馆的科普教育功能日渐清晰并日趋完善。随着学习型社会的到来，科技馆教育被视为贯穿基础教育至高等教育的有益延续和重要补充，也为实现全民学习、终身学习提供了有效途径。
广东科学中心作为一所综合性大型科普场馆，是广东省青少年科普教育的主阵地，始终致力于科学教育资源的利用与整合以及科学教育活动的组织与实施，依据不同对象而进行差异化设计开发。在实践中，我们总结提炼出“整合队伍”、“梳理素材”、“确定理念”、“设立目标”、“构建主题”、“设计活动”、“反复讨论”、“培训试教”、“投入使用”、“反馈修正”十大环节的非线性模式，积极引入现代科学教育理念，适时开发并更新科学教育资源。
1 5E教学模式的内涵、特征及应用
5E教学模式也称5E学习环，包含在学习发生时五个与认知理论一致的阶段：吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、精致（Elaboration）或延伸（Extension）、评价（Evaluation）。这一模式是由美国生物学课程研究会开发的一种基于建构主义理论的教学方法，致力于引起学生的学习兴趣。其强调以学生为中心，运用调查和探究的方法解决问题，通过小组合作学习促进学生对科学概念的理解和知识的构建。5E教学模式下的学习过程不是被动灌输，而是在情境中完成协作实现主动建构。教师不再是知识的传授者，学生通过对探究过程的全程参与，对科学概念、科学方法及科学本质的全面掌握，构建新的概念与知识。
从20世纪80年代末开始，美国生物学课程研究会就已经大规模地使用5E教学模式：（1）构成大量成果的文件，例如课程框架、评估指导或课程大纲；（2）不同范围和数量的课程资源；（3）调整教师的职业发展、非正式教育的设置和除科学以外的其他学科。我国自1999年引进并小范围内推广此类教材，近年来越来越多地被应用于中小学科学课程中。
2 科技馆教育的特征、形式及现状
科技馆教育，主要以展示为基础，以参与、互动、体验的形式，鼓励观众自己动手操作、观察体验、探究学习。科技馆教育的基本特征是通过模拟在线的科学实践，为观众营造探究式学习的情境，从而使其获得直接经验。它调强学生亲自实践，再现并亲历科学研究过程，进而掌握新的科学知识及概念。
广东科学中心策划了丰富的科学教育活动，如主题导览式工作纸活动、专项科学探究活动，以及创意机器人系列活动、开放实验室活动等。其中专项探究活动是一项有组织的依托展项开展的非正规教育活动，学生在科技馆辅导员的指导下，就某个展项或某一主题下的相关展项，完成一定的学习任务。
展示和教育是科技馆的基本功能，而展示也是教育的一种形式或手段。科技馆已从过去的“以展代教”、“重展轻教”，发展到现在的“展教并重”，并逐步由“展”向“教”倾斜。当下，科技馆的科学教育活动被视为校外科学教育实践活动的主要形式。我国各地科技馆正在不断开发有关教育资源，特别是与学校的合作。
3 科学探究活动的开发设计
广东科学中心引入5E教学模式，依托“摆长最重要”展项（见图1），选定小学3—4年级学生为对象，邀请科技骨干教师参与，开发设计了“摆的快慢”专项科学探究活动。
3.1 吸引（Engagement）
吸引学生参与到教学活动中来。科技馆辅导员通过设置情境及布置任务，将学生的注意力集中到一个物体、问题或事件上。让学生联系以前的经历，并暴露出错误概念，转而关注当前活动。
在这一阶段，辅导员由儿童熟知或喜爱的事物出发，如“玩过秋千吗？”、“见过钟摆吗？”等，吸引孩子的注意，将其引入学习状态。然后，辅导员针对“摆长最重要”展项提出问题，通过小组讨论找出秋千、钟摆和摆的共同点，逐步引出活动主题，期间了解学生对摆的已有认知及其对有关概念的掌握和描述。
3.2 探究（Exploration）
辅导员介绍概念，引导学生进行探究。探究的过程中，学生是主体，教师的作用是协助学生阐明准确的概念并获得直接经验。
辅导员根据上一阶段中学生对摆的认知程度，借助《单摆》挂画（见图2），首先简单介绍摆的基本概念，如摆长、摆幅、周期（快慢）和摆锤重量等。然后，引导学生利用展项，分别探究摆的快慢与摆长、摆幅和摆锤重量之间的关系。“摆长最重要”展项设有五个摆，摆1、摆2和摆3的摆锤重量相同而摆长不同，摆3和摆4的摆长相同而摆锤重量不同，摆的下方有一个横杆可以控制这四个摆的摆幅大小，摆5则可以随意调节摆长。
（1）摆的快慢与摆长之间的关系：引导学生以小组为单位，设定摆幅相同、摆锤重量相同的前提下，借助摆1、摆2和摆3，探究摆长对摆的快慢的影响。利用横杆将摆1、摆2和摆3提高到相同的高度，然后放下并开始计时30 s，记录相同时间内三个摆分别完成的摆动次数。
（2）摆的快慢与摆锤重量之间的关系：引导学生以小组为单位，设定摆幅相同、摆长相同的前提下，借助摆3和摆4，探究摆锤重量对摆的快慢的影响。利用横杆将摆3和摆4提高到相同的高度，然后放下并开始计时30 s，记录相同时间内两个摆各自完成的摆动次数。
（3）摆的快慢与摆幅之间的关系：引导学生以小组为单位，选取一个摆（为方便观察和操作，可选择摆1或摆4），探究摆幅对摆的快慢的影响。先后将横杆提到不同的高度，然后放下并开始计时30 s，记录不同摆幅下的摆动次数。 3.3 解释（Explanation）
解释，是指让概念、过程或技能变得易于理解的行为，是将探究经历排序的过程。在这个阶段，辅导员要鼓励并提醒学生根据已有的知识经验，针对探究的過程与结果进行分析、推理，给出自己的解释。辅导员基于学生的解释，简短、清楚、直接地展现概念、过程或技能，为进入下一阶段做铺垫。
学生以小组为单位，对各环节的探究进行小结，并得出整个探究过程的结果。辅导员则引导学生分别就三个探究环节进行分析，并推理出最后的结论。在各组学生各自叙述了各环节的结果之后，辅导员应进行概括总结。如第一个探究环节得出：摆长越长，摆动越慢；摆长越短，摆动越快。第二个探究环节得出：无论重摆锤或轻摆锤，摆不分快慢，即摆锤重量不影响摆动速度。第三个探究环节得出：摆幅的大小，对摆的快慢没有影响。综合三个环节得出：摆的快慢与摆幅、摆锤重量无关，仅与摆长有关。摆长越长，摆动越慢；摆长越短，摆动越快。
3.4 精致（Elaboration）或延伸（Extension）
精致或延伸，也称为迁移。在这一阶段，学生参与讨论并寻找信息，详细阐述或扩展前一阶段获得的概念、过程或技能，展现完成任务的方法并为之辩护。辅导员则指导学生将所获得的概念或技能，向相关的新情境中进行迁移延伸，并引导他们互相学习、互促互进。
如引导学生继续测量在第一个探究环节中摆1、摆2和摆3的摆长，与它们对应的摆动次数。然后，借助摆5继续探究扩展，进一步巩固知识：设计一个特殊的摆，1 min能摆动60次。最后，引导学生将活动中得到的知识向其他展项进行延伸，如“傅科摆”、“蛇形摆”、“混沌摆”等。
3.5 评价（Evaluation）
评价不是一个特定的阶段，是用正式和非正式的方法评价学生对新概念、新技能的理解及应用能力。非正式的评价贯穿于整个5E过程，可以是学生自评、互评，也可以是辅导员给予评价。在精致或延伸阶段之后，辅导员可以就学习效果以及每个学生的表现、理解水平等，进行一次正式评价。
在整个活动开展的各个阶段，学生之间可以就各自或对方的操作、结论、合作等进行评价。辅导员则可以在最后阶段对学生在活动中的表现，对新知识的学习、任务完成的快慢、实验器材使用的规范、探究过程表现出的科学态度、各组的团队协作等进行评价。
4 结语
综上所述，我们发现5E教学模式鼓励学生在既定的情境或创设的情境中，进行科学探究，并对探究的过程、结果进行解释、阐述、延伸等，形成新的知识、技能或经验。这与科技馆教育为观众营造探究式学习的情境，使其获得直接经验的特征，以及启迪科学思维、培育科学精神、培养科学方法的目的极为吻合，值得在科技馆科学探究活动开发中借鉴使用。
参考文献
[1]侯的平，马学军，张涌林，等.科学中心常设展示项目科学教育资源的开发利用[J].科普研究，2011（5）：60-64.
[2]吴成军，张敏.美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其基本特征[J].课程·教材·教法，2010（6）：108-112.
[3]谢俊翔，许艳.运用5E学习环等教学法设计科技馆教育活动的实践探索——“星空探秘”活动策划[J].自然科学博物馆研究，2016（4）：40-45.
[4]Douglas Llewellyn. Teaching high school science through inquiry： A case study approach[M]. Corwin Press： 2005.
[5]黄晓.“历史—探究—反思”——谈“单摆”的科学本质教学[J].中学物理教学参考，2014（1-2）：40-45.
[6]吴春良.探究实验在物理课堂中的真实应用：“单摆周期公式”启发式教学设计[J].教学仪器与实验，2009（10）：18-21.
[7]陆俊杰.谈“单摆”的探究式教学设计[J].物理教师，2003（2）：6-8.
[8]陈国芳.创新教育模式在“单摆”教学中运用[J].物理教师，2000（11）：7-8.