在新一轮基础教育课程改革深入推进的背景下，培养学生的问题解决能力与物理学科核心素养成为初中物理教学的重要目标。《义务教育物理课程标准（2022年版）》明确指出，物理教学应注重科学探究，突出问题导向，通过真实问题情境引导学生主动探索，提升分析与解决问题的能力
［1］。“5E”教学模式作为一种以问题解决为驱动、聚焦概念建构与实践创新的经典教学范式，其“参与（Engage）—探究（Explore）—解释（Explain）—迁移（Elaborate）—评价（Evaluate）”的递进式教学流程，与物理学科强调探究、实践的特性高度契合。
初中物理实验教学是培养学生科学思维、探究能力和实践创新精神的关键载体，但在实际教学中，常面临情境创设缺乏真实感、探究过程程式化、知识迁移应用不足等问题。“磁生电”作为电磁学领域的核心内容，既是对“电生磁”知识的逆向延伸，也是理解发电机原理的基础，其抽象的物理现象和复杂的探究过程对学生的思维能力提出了较高要求。
基于此，笔者以人教版物理九年级“磁生电”教学为例，尝试构建指向问题解决的“5E”模式实验探究教学框架，通过创设真实的任务情境、设计递进式探究活动、融入现代信息技术等策略，探索如何借助“5E”模式引导学生在解决实际问题的过程中，深度建构物理概念，提升其科学探究能力与创新实践素养，最终为初中物理实验教学的优化提供可参考的实践范例。
1 指向问题解决的“5E”教学模式构建
“5E”教学模式，是指向问题解决、概念建构、实践创新的经典教学模式
［2］。它关注概念、方法、思维，以问题解决为驱动，聚焦物理概念与规律的自主建构，鼓励学生自主参与探究，注重在概念建构与内化的过程中促进科学思维的体系化发展，并培养学生的科学思维与推理能力。指向问题解决的“5E”模式教学，将问题链作为课堂教学的“骨架”，让学生在参与问题解决的过程中，通过自主思考、合作探究、感知体验以及信息加工，掌握科学探究方法，积极构建结构化知识体系，提升自身的高阶思维能力。继而推知，指向问题解决的“5E”模式实验教学，能够让学生以兼具探究性和实践性的任务情境为依托，促成学生深度学习的发生和物理学科核心素养的全面发展
［3］，据此提出如
图1所示的教学流程。笔者以人教版物理九年级“磁生电”实验教学为例，探索指向问题解决的“5E”模式在初中物理实验教学中的运用。
2 “5E”教学模式的实验问题和活动设计
指向问题解决的“5E”模式实验教学，应对接物理学科核心素养培育和课程标准学业质量的相关要求
［4］，立足教材内容设置和现阶段学情，设计以“探秘磁生电”为大任务的问题解决教学，覆盖7个子问题和相应课堂活动（
图2）。其设计考虑学生的知识储备和认知规律，在引入环节尝试搭建“磁生电”跟“电生磁”间的互逆关系，培养学生的逆向思维和质疑创新品质；在探究环节，通过层层设问，为学生搭建脚手架，同时联系生产生活实际，类比建构切割磁感线模型，让学生形成深层次、持久性的概念理解；在解释环节，巧妙借用信息技术手段，有效丰富实验内容和细节，提升学生适应未来社会发展的必备技能；在迁移环节，通过自制简易发电机模型，有效培养学生迁移应用所学知识的创新实践能力；在评价环节，坚持多元主体评价，融入过程性评价和终结性评价，实现以评促学、以评促教。
图2展示“问题线—活动线—思维线”三线并行的设计逻辑，凸显“逆向思维→模型建构→系统论证”的能力进阶路径。
3 指向问题解决的“5E”教学模式的实践案例
3.1 创设问题情境，激发主动参与
任务一：探究滑板车轮子发光的奥秘。
问题1：为什么滑板车运动时轮子能够发光？此问题是通过生活中常见的发光现象创设真实问题情境，引发学生“无电池为何能发光”的认知冲突，激活逆向思维（从“电生磁”到“磁生电”的联想）。
【学生活动】学生猜想滑板车轮子内含有若干小电池可提供发光的电压。拆卸滑板车的轮子，观察其结构组成为：塑料轮套、轴承、磁铁圈，且可看到轮套内嵌有小灯泡和部分导线，但未找到电池，而是发现有磁铁。通过实物拆解证据推翻“电池供电”猜想，引导学生聚焦“磁铁+导线”的结构特征，为探究“磁生电”奠定事实基础。
问题2：引导学生回顾“电生磁”原理，思考其是否存在逆过程——磁能生电吗？
【设计意图】呈现日常生活中的娱乐工具，在激发学生的学习兴趣的同时，引发学生思考“发光”现象背后蕴含的物理原理，启发学生回顾所学知识，启迪智慧新火花，在批判思考中培养学生的逆向思维和能量转化观念。
3.2 设计驱动任务，引导合作探究
（1） 初探“磁生电”。
任务二：寻找探究“磁生电”现象的实验器材。
围绕核心任务二，聚焦“磁”“电”两个关键物理量，引导学生将其拆解成3个子问题：①用什么器材来产生磁场？②用什么仪器检测电路中的电流情况？③用什么元件组装电路？
【学生活动】初探“磁生电”现象，利用现有器材组装电路，开展实验并观察实验现象。具体为：利用电流表、U形磁铁、一根长直导线等器材搭建实验装置并进行测试，观察电流产生的情况。从结果看，学生无论以什么方式在U形磁铁内侧移动矩形线框，电流表的示数均为零。
笔者提问：为什么电流表示数始终为零？电流表示数为零，是不是说明“磁不能生电”？学生反驳：磁可以生电，只是刚才实验时产生的电流比较小，难以观察到电流变化。笔者追问：如何改进，才能显现电流的变化情况呢？学生回答：把电流表改成量程更小或者更灵敏的电流表，再或者把直导线卷成线圈进行实验。层层铺设、环环相扣的引导与追问，就为学生后续开展探究“磁生电”条件的实验奠定了基础。
【设计意图】通过层层设问，引导学生思考实验条件如何实现。“放置磁体以产生磁场—串联电流表以观察电路电流—用导线将其连接以构成闭合回路”的铺设逻辑，凸显了由浅及深、层层递进的教学特征，遵循了学生的认知规律并符合其知识基础。
（2） 再探“磁生电”。
任务三：探究并总结“磁生电”的具体条件。
利用灵敏电流计、导线、矩形线框、U形磁铁、铁架台等器材搭建装置（
图3），分组开展实验。对比不同运动方向的电流计示数，帮助学生归纳“切割磁感线”的关键条件，突破“运动方向与磁场关系”的理解难点。
笔者引导学生共同参与实验操作方法的设计，然后按相关操作方法开展实验，其操作方法和实验操作结果如
表1所示；引导学生总结回路中电流产生的条件，学生往往回答：部分导体框在磁场中运动，且各元件组成闭合回路。那么，是否只要部分导体框在磁场中运动，就能产生电流，抑或产生电流的导体框运动具有某种特定或本质的特征？
这个问题涉及物理现象的本质原理分析，作为以下环节的核心驱动问题，学生能够据此更好地融入理论与实验相印证的探究式教学，把握各环节的问题指向与基本要求。笔者引导学生回顾磁感线概念，绘制U形磁铁的磁感线分布示意图。在此基础上，笔者展示自制的U形磁铁模型，用一支笔代表矩形线框的一条边，并按照
表1的实验操作要求移动该笔。在移动过程中，笔者引入“镰刀割稻穗”的生动类比：将笔视为“镰刀”，磁感线视为“稻穗”，通过模拟切割动作，将抽象的磁感线转化为具象的视觉形象，帮助学生理解“有效切割”须垂直磁感线方向运动。
【学生活动】如果磁铁开口不是水平放置，而是朝上放置，这时水平方向移动线圈，观察实验现象；竖直方向上下移动线圈，再次观察实验现象并比较两次实验结果的差异。
【归纳总结】闭合回路的一部分导体在磁场中做“切割磁感线”运动时，导体中就会产生电流，这种现象称为电磁感应，且产生的电流被称为感应电流。
【设计意图】设置实验探究实践环节，引导学生自主设计操作方法并付诸实施，如实记录实验结果。实验完成之后，学生获得感知体验，此时教师要予以适当设问和引导，让学生探求现象背后的本质，深刻理解“切割”磁感线这一动作，全面把握感应电流产生的条件。
3.3 融入信息技术，尝试科学解释
结合上述实验现象，师生发现灵敏电流计偏转的方向和幅度存在差异。
任务四：灵敏电流计的偏转方向和偏转幅度分别跟什么因素相关？
学生猜想磁场和导体切割磁感线的运动都有方向，因而感应电流方向跟它们的方向相关；切割磁感线运动的速度存在差异，那么感应电流大小应该跟切割时的运动速度相关。
笔者提问：上述猜想是否确切呢？请设计实验方案和实验表格分别予以观测和归纳。
如
图4所示，用两对大号长方体磁铁、木板和彩纸等材料制作大型的平面磁铁4块，且两两相对放置。为更好地显示感应电流的大小和方向，笔者指导学生组装微电流传感器、数据采集器、带有相关软件的笔记本电脑，同时将一段铜导线接入闭合电路。这样学生只需手持铜导线在平行磁场中上下移动，电脑屏幕上就能立即显示感应电流的图像。
图4呈现“两对长方体磁铁平行放置—微电流传感器—数据采集器—铜导线”的实验系统。
【学生活动】采用控制变量法进行实验方案设计，并根据方案开展分组实验。图像可视化呈现“感应电流的方向随导体运动方向变化而反转”“电流大小与切割速度正相关”的规律，能帮助学生树立“多变量动态关联”的科学思维，理解电磁感应的定量关系。
笔者提问：实验结果中的电流图像说明什么？随后，组织学生将其拆解成如下3个问题：①这些图像以时间轴为对称轴分布，说明什么？②锯齿尖峰的高低说明什么？③仅仅改变磁场方向，而铜导线依然沿竖直方向上下移动，电流的图像又如何变化，这又说明什么？
学生回答：铜导线移动方向不同，导致电流显示在时间轴下方或者上方；铜导线上下移动的速度越快，锯齿越深，感应电流越大；铜导线移动方向不变，调换磁场方向，感应电流方向也随之改变，电流的图像在时间轴的上下两个部分会对调，说明感应电流方向也跟磁场方向相关。
【设计意图】借助信息技术手段，用专业软件对实验数据进行可视化处理，实现了实验活动在方式方法上的创新，不仅优化了实验环节和拓展了实验内容，更为学生提供了发展高阶思维的空间，培养了学生运用信息技术的能力。
【基于技术效能突破传统难点】
①瞬态电流捕捉：传统电流表无法检测到微弱/瞬变的电流，而微电流传感器配合高速数据采集器（采样率≥1 kHz），可实时记录毫秒级电流变化，直观呈现“切割速度与电流峰值”的动态关联。
②多变量可视化：软件自动生成“电流-时间”图像，叠加显示磁场方向标记（如N极朝上时，曲线用红色标识），学生对比图像对称性，直接归纳出“电流方向随磁场方向、导体运动方向同步改变”的规律，从而突破抽象推理的认知障碍。
3.4 强化迁移创新，坚持学以致用
任务五：如何制作一个稳定输出电流的发电机模型？
笔者提问：做切割磁感线运动能够在闭合回路中产生感应电流，那么如何利用该原理实现电流的稳定输出？况且，上下移动铜导线的做法相对不稳定，可否将线圈绕中心轴转动？
【学生活动】利用若干漆包线、木制支架、橡胶带等材料制作矩形漆包线线框，并适当改进以保证漆包线线框能够稳定转动。将漆包线线框接入有微电流传感器的闭合电路，摇动线框，观察电脑屏幕上呈现的电流变化。
经过对制作方案的分组讨论与调整优化，某组学生的自制矩形漆包线线框效果甚佳（
图5），将漆包线黏着在木制矩形框的各边上，其中
、
、
为实际接入电路的漆包线，而其余的黑色线圈部分则是配重需要，即可让整体矩形漆包线线框稳定转动。
图5通过结构拆解图展示了“有效切割边”与“配重设计”的工程逻辑，能帮助学生理解“匀速转动—持续切割—稳定电流”的转化关系，渗透了“理论原理—工程实现”的迁移思维。
笔者提问：如何增大简易发电机模型的输出电流？
学生回答：根据电磁铁原理，可以增加线圈匝数或者增大磁场强度。
【学生活动】尝试将匝数更多的线圈固定在矩形木制框架上，再次摇动线圈并观察实验现象。
笔者提问：对比两次实验现象，归纳输出电流有何相同和差异之处？结合问题组织教学，即有：
图6通过实物模型展示“机械能—电能”的转化实例，结合电流的图像分析“交变电流”的产生原理（线圈转动时切割方向呈周期性变化），就能实现从原理理解到应用创新的能力提升。
【归纳总结】增大磁场强度和线圈匝数，能够增大输出电流的最大值；输出电流呈对称锯齿状分布于时间横轴的上下两侧，说明电流的正负方向发生周期性变化，我们称该类型的电流为交变电流。交变电流的周期性变化用“频率”来描述，我国电网供电频率为50 Hz。
【设计意图】引导学生自制简易发电机模型，让学生充分运用所学知识迁移解决新情境问题，灵活利用信息技术手段并获取有效信息，以期有效提升学生学习新知识、运用新知识的体验感和获得感。
3.5 关注学习过程，履行综合评价
课堂学习评价反馈课堂教学效果，该环节的主要任务是进行过程性、发展性和总结性评价，学习评价贯穿课中学习、课后实践的全过程
［5］，采用多维度评价机制（如量表量化、反思日志、作品互评），实现以评促学、以评促思、以评促教。教学综合评价量表如
表2所示。①自评：学生根据实验记录单填写量表，重点反思探究中的逻辑漏洞（如“是否遗漏变量控制”）；②他评：小组互评模型制作成果，依据“结构合理性”“现象稳定性”“创新性”三要素打分；③师评：结合课堂观察记录（如提问质量、协作表现）形成过程性反馈。示例：在“评价设计方案”环节，一学生指出“线圈匝数增加后转速不足导致电流不稳定”，并提出“改用轻质材料框架”的优化方案，该反思被纳入评价量表“创新性想法”栏目的优秀示范。
4 结语
基于问题解决构建初中物理“5E”教学模式，有助于学生对知识形成持久性、深层次的理解，进而实现深度学习。以课前的主动参与活动，调动学生思维的积极性与活跃性；以体验感知与实验验证为主线，开展基于真实情境的合作探究学习；以解决问题为驱动，提升实验设计、信息获取以及科学论证能力；以创新制作实物模型为实践，提升迁移运用能力和科学态度与责任素养；以综合的课堂评价为依据，为学生的“学”、教师的“教”提供客观参考
［6］。利用“5E”教学模式开展指向问题解决的初中物理教学实践，能有效发展学生物理学科核心素养，而以评促教、以评导学，为课堂教学的高质量发展指明了方向。
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