“5E学习环”教学模式下的小学科学实验创新

摘要

运用“5E学习环”对小学科学实验进行创新，以导体和绝缘体为例，按引入、探索、解释、扩展、评价5个环节探讨提高学生科学素养和探究能力的实验教学方法。依托“5E学习环”融合创新教具，提升学生的动手能力、观察能力以及表达能力，发挥“5E学习环”最大的教学价值。

Graphical abstract

关键词

“5E学习环” / 创新实验 / 教学评价

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，要以培养学生核心素养为宗旨。小学是培养学生科学素养的重要阶段，其中科学教育和实验教学发挥着举足轻重的作用。近年来，越来越多的研究证实了“5E学习环”下的小学科学实验创新教学的可行性和重要性。它作为一种科学的教学模型，鼓励学生主动参与、探究、解释、扩展和应用科学知识。笔者以“导体和绝缘体”一课的教学为例，探讨如何开展基于“5E学习环”的实验创新及教学实施。

1 “5E学习环”教学模式

“5E学习环”是美国科学教育专家拜比在生物学课程研究（BSCS）项目中提出的一种以学生为主体的教学模式。分别由引入（Engagement）、探索（Exploration）、解释（Explanation）、扩展（Elaboration）和评价（Evaluation）5个阶段构成。“5E学习环”是建构主义教学理论延伸形成的探索式教学方式，其在小学科学教学中应用，不仅可以提升学生的科学知识水平及科学核心素养，还能激发学生严谨的科学态度，进而促进学生素质化、能力化、理性化成长^［1］。

这5个阶段相互衔接、相互支持，形成了一个完整的学习过程。“5E学习环”强调学生的主动性和教师的引导性，通过系统的、有计划的、科学的步骤来提升学生的学习效果和学习体验。如图1所示。

2 基于“5E学习环”背景下的实验创新与应用

新课标提出“培养学生的探究实践能力”。科学课程是一门具有综合性和实践性的基础课程，实践性是其重要特点，强调学科实践，要求学生“动手做”，亲历探究实践，通过做中学获得知识的建构和能力的提升。实践理念遵循学生的认知规律，彰显学生主体思想，有助于学生探究理解，有利于学生和谐发展^［2］。

“5E学习环”以探究为核心作为一种教学模式，包括情境设置、问题驱动、自主探究、交流分享和总结评价等5个环节，为实验创新提供了新的视角和思路，有助于教师在教学过程中更好地引导学生进行科学探索和实践，提高教学质量和学习效果。笔者选择小学四年级的学生作为研究对象，以教科版四年级下册第2单元第6课“导体和绝缘体”为例，尝试运用“5E学习环”来引导学生进行创新实验教学，在实验教学中，学生需完成一系列关于导体和绝缘体的实验。在实验过程中，学生需要记录数据并进行分析，最终得出结论。

2.1 引入（Engagement）——生活小视频

引入（Engagement）阶段是“5E学习环”的第一阶段，涉及如何引发学生的兴趣。在引入阶段，教师可以使用各种策略，引起共鸣，联系生活，讨论与生活息息相关的问题，提出一些具有深度的问题来激发学生的好奇心和探究欲望。教材从生活出发，身边周围的物体有些能导电，有些不能导电，通过检测橡皮擦是否导电引出其他物体的检测。内容缺乏趣味性，学生的探究性得不到很好的激发。笔者结合“5E学习环”的理念，巧妙引用生活中常见的现象，从视频片段里的派博士入手，我们所有人都有一个共同的目标：便投入思考通过派博士的关卡帮助他们恢复电路。学生很快开始激烈地讨论，有的同学认为用绳子连接。有的同学认为用铁丝代替。学生在激烈的讨论中不亦乐乎，寓教于乐，在游戏中学习，更能激发学生一探究竟的热情。

2.2 探索（Exploration）——“纸电路”探究装置

探索（Exploration）阶段是“5E学习环”的第二阶段，主要是在教师的引导下，让学生亲自去体验和探索问题的解决方法。探索活动最常见的即是实验活动，在实验过程中要求每个小组之间做到分工合作、观察记录现象、建立事物之间的联系、总结规律等。学生作为主体，教师及时引导辅助学生，必要时通过问题或建议的形式给予学生恰当引导^［3］。笔者继续开展趣味化探究，在检测物体导电性能时，将活动探究化为闯关关卡，一起去开启宝藏，每一关对应一个知识探究，环环相扣，层层递进。结合学生的年龄喜好，笔者又转换模式，让小组竞争，组内合作，看哪个小组在规定的时间里找到的导体最多，学生立即投入“侦查”中，人人参与，人人学习。

第一关：测一测

在传统的导体和绝缘体实验中，学生通常使用预制的如图2所示的电路进行实验，这限制了学生的探究能力。因此，我们根据“5E学习环”的5个阶段，设计出创新性的实验方法——“纸电路”检测，如图3所示。新型检测装置取材简单，成本低，由二极管、纽扣电池、导电胶带、卡纸等生活中的材料组成。

首先让学生回顾简单电路，并出示新型检测装置电路，询问学生如果用其他物品代替电路中的一部分导线，你会想到哪些？又如何验证？紧接着，教师提供圆珠笔、塑料尺、气球、铅笔、橡皮擦、曲别针、钢尺、铁钉、订书针、铅笔芯等实验器材，让学生先小组讨论设计实验方案，接着用实验验证并记录，给学生提供一个自由的探究空间，充分发挥学生的探究自主性。在测试粉笔时出现不一样的现象，有的组灯泡没亮，而有的组灯泡亮起来了，这时几个小组之间自然形成了对比，小组之间分别观察自己的粉笔与其他组的不同，发现了其中的奥妙。其间，教师适当引导实验注意事项，顺利地完成实验探究。通过小组实验，得出结论。采用“纸电路”检测装置显得更加方便、实用，学生可以只需专注测试不同材料在电路中的表现，简化了环节，降低了实验难度。

教材原活动——检测身边的物体是否导电，仅仅让学生选择同一种材料的物体，由此判断其是导体还是绝缘体，缺少实验探究性和对比性。生活中的绝大多数材料都是由几种材料混合而成的，因此，在检测物体导电性时加入剪刀，剪刀既能作导体，又能作绝缘体，激发了学生的探究热情。此外，还增加了干粉笔和湿粉笔的对比实验，让学生大胆质疑，再一次进行实验验证，得出新的实验结论——水也是导体。

第二关：找一找

传统的实验通常局限在课堂上，我们采用“5E学习环”教学模式创新实验形式。学生在上一个活动中已经熟知检测和记录方法，有的学生甚至会检测自己文具袋里的其他物体。“纸电路”检测装置更能融合“5E学习环”模式下的探究，融合小组合作和自主探究，实现实验形式创新。通过合作与交流，共同完成任务，不仅提高了学生的团队协作能力，还能让他们互相学习、互相帮助。鼓励学生自主探究，他们可以选择自己喜欢的物体进行测试，通过自主观察和思考，得出结论。这种方式能够培养学生的独立思考能力和自主学习能力。

2.3 解释（Explanation）——人体导电灯

解释（Explanation）阶段是“5E学习环”的第三阶段，这个阶段主要是让学生用自己的语言来解释他们在探索阶段所获得的知识或经验。教师再根据学生的解释作出进一步的完善，学生和教师最终达成一个共同的理解，搭建完整的知识框架。

解释环节更关注学生交流与讨论，要充分利用问题引导，将学生融入一个探讨的情境当中，此时，他们就是课堂的主人，让他们自己讨论并尝试说服对方，达成共识，实现实验内容创新。

通过问题导入：“请同学们用身边的物体将检测装置点亮，你会选择哪些物品呢？”让学生进入探究，发现新问题又进一步追问：“粉笔、剪刀能导电吗？”“什么物体是导体或绝缘体？它们有什么共同点？”这些问题可以引导学生进行深入思考和探究，学生通过探讨，对导体和绝缘体有了初步的概念认知，明白圆珠笔、塑料尺、气球、铅笔、橡皮擦不能让灯泡亮起来；曲别针、钢尺、铁钉、订书针、铅笔芯能让灯泡亮起来。得出结论：“像曲别针、钢尺等这些容易导电的物体，我们称为导体；像圆珠笔、塑料尺等这些不容易导电的物体，我们称为绝缘体。”但是对于并不能让灯泡亮起来的人是不是导体还不太清楚，对于导体与绝缘体之间可以转换的概念也不太清晰。针对这些现象，笔者引入人体导电灯作为魔术展示，经过师生共同探讨，最终明白人也是导体，导体与绝缘体的定义并不是绝对的，它们之间可以相互转化。

2.4 扩展（Elaboration）——“纸电路”作品集

扩展（Elaboration）阶段是“5E学习环”的第四阶段，在这个阶段，教师将鼓励学生进一步拓展和深化他们的理解，通过引入更多的相关材料和概念，使学生对知识点有更全面和深入的理解。借助在活动探究中学生自己产生的新问题以及它们在日常生活和科学中的应用，引导他们进一步探讨，进而得出结论，这些讨论可以帮助学生更深刻地理解和记忆这个概念。

在实验探究得出结论后，学生进一步巩固这节课的内容——导体和绝缘体的性质。利用“纸电路”跨学科融合完成课后布置的实践活动，如图4所示。此外，融合德育给班级制作一个“安全用电守则”。

传统的教材经常用课后作业作为扩展内容，但是由于课后很少跟踪便草草了事，纸电路作品集作为一个扩展环节，让学生能大胆进行创作，它不仅可以锻炼学生的动手能力和创新思维，还能让他们在实际操作中更深入地理解电路的原理和应用。同时，纸电路也为学生提供了一个自由发挥的平台，他们可以根据自己的想象和创意，搭建出各种具有独特功能的电路，从而培养创造力和解决问题的能力。

2.5 评价（Evaluation）——师生合作，多重评价

评价（Evaluation）阶段是“5E学习环”最后一个阶段，主要通过合理的评估来了解学生的学习情况，以便为学生提供有针对性的反馈和建议。每一个阶段都渗透评价，评价又与每一个阶段相连接。

为了更好地了解学生的探究能力和科学素养的发展情况，笔者对实验评价进行了创新。实现实验评价创新，不局限于纸笔测验，可充分利用多元评价，如学生自评、小组互评、师生互评。

学生自评。通过评价研究“纸电路”在“5E学习环”背景下的实践效果。笔者在课后选取1班和2班进行调查和分析，结果如表1所示。

小组互评。小组之间讨论并根据“实用性、参与性、美观性”等评价内容在“安全用电守则”中选择最欣赏的小组投上自己的一票。

师生互评。教学伊始，选择怎样的物体可以帮忙恢复电路呢？学生之间根据各自猜想相互评价；在此期间，教师的适度引导能营造一种轻松愉快的探究氛围。除此之外，教师在整个课堂中针对学生在学习过程中的表现进行有效的口头评价。评价不仅仅局限于课堂，学生的课后实践活动也是一种很好的评价方式。

运用“5E学习环”对小学科学实验进行创新有如下作用：在评价阶段，学生能对自己的表现和知识掌握程度进行有效的评价；在引入阶段，学生对实验表现出浓厚的兴趣；在探索阶段，学生积极思考、主动探究，发现问题并提出解决方案；在解释阶段，学生对实验现象进行解释并得出结论；在扩展阶段，学生运用所学知识解决实际问题的能力和探究能力得到了显著提高。与传统的科学教学模式相比，“5E学习环”背景下的创新实验更能激发学生的学习兴趣，提高其主动探究的意愿。通过“5E学习环”创新实验教学，学生对导体和绝缘体这节课有了更深入的理解，同时探究能力得到了显著提高。

3 结语

实验创新教学对培养学生的创新能力和科学素养具有重要意义，其在小学科学教育中的价值不容忽视。通过运用“5E学习环”开展实验创新教学，我们可以有效地提高实验教学的质量和学生探究能力。为进一步推进实验创新教学的实施，笔者在营造创新氛围、提供探究工具、开展实践活动、总结教学成果等方面需要继续进行深入探究和实践。同时，加强对实验创新教学效果的评估，以便及时发现问题并加以改进。相信在未来的小学科学教育中，实验创新教学将会取得更加显著的成果。

参考文献

[1] 张福鑫.“5E”教学模式在小学科学教学中的开展［J］.小学生（下旬刊），2021（06）：28.

[2] 张燕艳.新课标背景下的小学科学教学实践与反思［J］.新课程导学，2023（06）：41-44.

[3] 宋怡，于秋波.“5E学习环”在小学科学教学中的应用：以“摆”一课为例［J］.生活教育，2018（09）：117-119. （上接第113页）

[4] 两个实验所用仪器基本相同，均是基于Y形管进行的简化实验设计，既节省了实验演示时间，又简化了实验过程。除可用于教师演示实验外，还可用于学生分组实验。

[5] 在“乙醇与乙酸”第一课时“乙醇”的授课中，两个性质实验的装置基本相同，节省了教师的实验备课时间；具有一定的适应性，可以用于其他固液反应的实验教学；在多班教学的连续授课中，乙醇的催化氧化实验装置一般无须拆卸，只需更换新的希夫试剂即可。

基金资助

中山市教育科研2023年度重点项目“基于教师共同体的中小学实验教学数字化转型实践研究”(A2023026)