5E教學(xué)模式在“河流動(dòng)力學(xué)”課程中的探索與應(yīng)用

摘

要：“河流動(dòng)力學(xué)”作為黑龍江大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)的必修課程之一，在目前的教學(xué)模式下，由于內(nèi)容復(fù)雜、理論性和經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)、對(duì)學(xué)生邏輯性要求較高等原因，很難引起學(xué)生興趣，課堂教學(xué)效果不佳。文章以此為基礎(chǔ)，闡述5E教學(xué)模式的各個(gè)環(huán)節(jié)特點(diǎn)，探究其在在河流動(dòng)力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用效果，并分析5E教學(xué)模式大規(guī)模應(yīng)用于教學(xué)的可行性。關(guān)鍵詞：河流動(dòng)力學(xué)；5E教學(xué)模式；教學(xué)改革；應(yīng)用分析隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代治水觀念的轉(zhuǎn)變以及國(guó)家對(duì)水利行業(yè)的重視，水文與水資源專業(yè)人才的缺口日益擴(kuò)大，對(duì)人才也提出了更高的要求。為了更好地適應(yīng)社會(huì)的需要，培養(yǎng)出更多的水文人才，水文與水資源課程改革迫在眉睫?！昂恿鲃?dòng)力學(xué)”課程是黑龍江大學(xué)水文專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，主要包括泥沙運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律和河道演變?cè)砑耙?guī)律兩部分[1]，這兩部分課程內(nèi)容都包含著大量的經(jīng)驗(yàn)公式。經(jīng)驗(yàn)公式的推導(dǎo)離不開(kāi)高等數(shù)學(xué)、三大力學(xué)、水力學(xué)等知識(shí)的積累，所以對(duì)于學(xué)生的邏輯性以及理論性都提出了非常大的挑戰(zhàn)。本文以“河流動(dòng)力學(xué)”課程為例，采用5E教學(xué)模式，分析其在“河流動(dòng)力學(xué)”課程中的應(yīng)用效果，并討論它應(yīng)用于課程的可行性。一、5E教學(xué)模式特點(diǎn)5E教學(xué)模式是由美國(guó)生物學(xué)課程的研究者研發(fā)出來(lái)的一種基于構(gòu)建主義教學(xué)理論的教學(xué)模式[2]。5E教學(xué)模式的由來(lái)是因?yàn)樗还卜譃槲╡ngagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、遷移（elaboration）和評(píng)價(jià)（evaluation）這5個(gè)步驟，各個(gè)步驟的英文單詞都恰好以“E”作為開(kāi)頭。吸引（engagement）：吸引環(huán)節(jié)在5E教學(xué)模式中是最先的環(huán)節(jié)，也是整個(gè)教學(xué)模式中的起始環(huán)節(jié)。所謂吸引，顧名思義就是教師拋出情境話題來(lái)吸引學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索新世界的好奇心。為更加容易地達(dá)成這一目標(biāo)，設(shè)置的情境問(wèn)題應(yīng)該是盡量貼合實(shí)際，能與學(xué)生產(chǎn)生較大關(guān)聯(lián)的話題，同時(shí)，該情境話題應(yīng)該與課堂內(nèi)容相結(jié)合，起到一個(gè)很好的引入作用。在這一環(huán)節(jié)中，教師也需要積極鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言，例如“關(guān)于黑板上的問(wèn)題，我已經(jīng)了解到了什么”“對(duì)于這種現(xiàn)象，我覺(jué)得產(chǎn)生的原因可能是什么”。通過(guò)學(xué)生的回答，教師會(huì)了解到學(xué)生對(duì)即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容已經(jīng)形成的初步的前概念，從而可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的問(wèn)題情境或者是在PPT上演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生已經(jīng)形成的前概念產(chǎn)生認(rèn)知上的沖突，由此來(lái)激發(fā)學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究意愿。探究（exploration）：探究環(huán)節(jié)是5E教學(xué)模式的中心環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，以在吸引環(huán)節(jié)設(shè)置的認(rèn)識(shí)沖突作為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步開(kāi)始進(jìn)行探究。在探究環(huán)節(jié)中，教師所需要做的就是給學(xué)生提供解決問(wèn)題所必須的背景知識(shí)，如果是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，還必須提供給學(xué)生相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)材料、背景知識(shí)等等。這些都準(zhǔn)備好后，就可以鼓勵(lì)學(xué)生大膽進(jìn)行探究。在探究過(guò)程中，教師要進(jìn)行觀察、傾聽(tīng)，如果學(xué)生的探究方向嚴(yán)重偏離，要給學(xué)生的探究指明正確的方向。同時(shí)，教師應(yīng)該記錄學(xué)生在探究過(guò)程中所展現(xiàn)出來(lái)的概念信息，以便為后來(lái)的概念轉(zhuǎn)換以及概念界定提供相對(duì)便利的條件。解釋（explanation）：解釋階段是5E教學(xué)模式中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)是要引導(dǎo)學(xué)生將注意力放在對(duì)探究結(jié)果的展示以及最后得出的結(jié)果中，這就要給學(xué)生提供一個(gè)展示自我的機(jī)會(huì)。學(xué)生將在探究環(huán)節(jié)中得出的結(jié)論向其他同學(xué)進(jìn)行講解，且每個(gè)學(xué)生可以對(duì)結(jié)論提出質(zhì)疑。在說(shuō)明結(jié)論、學(xué)生相互討論的過(guò)程中，為教師提供直接了解學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)識(shí)和其學(xué)習(xí)過(guò)程與方法的機(jī)會(huì)。遷移（elaboration）：在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生要在教師的引導(dǎo)下繼續(xù)發(fā)展對(duì)概念的理解以及進(jìn)行新概念的擴(kuò)展。在初步實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)之后，學(xué)生可以嘗試用新獲得的知識(shí)來(lái)解釋新的情境以及新的問(wèn)題。通過(guò)一次次的嘗試以及實(shí)踐，學(xué)生會(huì)一步步加深或者擴(kuò)展對(duì)概念的理解，也可以獲得更多的信息以及相對(duì)應(yīng)的技能。評(píng)價(jià)（evaluation）：在這一階段，教師和學(xué)生都成為了評(píng)價(jià)的主體，評(píng)價(jià)的方法也趨于多樣化。教師既可以采取正式的方法評(píng)價(jià)，例如課后發(fā)布課堂任務(wù)來(lái)檢測(cè)學(xué)生水平或者采用試卷考核形式，也可以采用非正式的方式評(píng)價(jià)，例如學(xué)生在探究環(huán)節(jié)的表現(xiàn)、在小組內(nèi)的表現(xiàn)、在解釋環(huán)節(jié)的大膽質(zhì)疑表現(xiàn)等都可以成為評(píng)價(jià)的指標(biāo)?？偠灾?，在評(píng)價(jià)的這一階段，最重要的目標(biāo)是確保學(xué)生對(duì)研究過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的反思并且尋找其在這一過(guò)程中所展現(xiàn)出來(lái)的不足之處以及給教師提供一個(gè)評(píng)估自己教學(xué)過(guò)程和教學(xué)效果的環(huán)節(jié)。從以上5個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)看，相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，5E教學(xué)模式更為多元化、多樣化，即評(píng)價(jià)主體多元化、評(píng)價(jià)指標(biāo)多樣化、評(píng)價(jià)方法多樣化。評(píng)價(jià)主體多元化即評(píng)價(jià)的主體由傳統(tǒng)的學(xué)生轉(zhuǎn)變成了教師、學(xué)生以及學(xué)生小組團(tuán)隊(duì)的管理者；評(píng)價(jià)指標(biāo)多樣化即由傳統(tǒng)的以結(jié)果為導(dǎo)向變?yōu)椴粌H注重學(xué)習(xí)結(jié)果，也注重學(xué)習(xí)過(guò)程；評(píng)價(jià)方法多樣化即可以采用自我評(píng)價(jià)與他人評(píng)價(jià)相結(jié)合、質(zhì)性評(píng)價(jià)與量化評(píng)價(jià)相結(jié)合等評(píng)價(jià)方式[3]。二、5E教學(xué)模式的應(yīng)用效果分析“河流動(dòng)力學(xué)”作為水文與水利工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，主要包括河道水流、泥沙運(yùn)動(dòng)、河床演變規(guī)律與模擬等方面的內(nèi)容，具有很強(qiáng)的理論性和經(jīng)驗(yàn)性。因此在授課過(guò)程中，教師需要將課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合來(lái)達(dá)到更好的授課效果。故本文將5E教學(xué)模式的應(yīng)用場(chǎng)景細(xì)分為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂教學(xué)。（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)傳統(tǒng)模式下，為節(jié)省時(shí)間也為了提高效率，“河流動(dòng)力學(xué)”課程中所做實(shí)驗(yàn)基本上已經(jīng)由教師設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生只需按部就班完成實(shí)驗(yàn)就能得到結(jié)果。這與“以學(xué)生為中心”的理念對(duì)比，實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生思索問(wèn)題少，缺乏主動(dòng)性[4]。此外，設(shè)立實(shí)踐課最重要的目的是提升學(xué)生對(duì)河流動(dòng)力學(xué)學(xué)科現(xiàn)象以及對(duì)其中知識(shí)的感悟，一味地跟著教師操作很難引起學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣，也難以培養(yǎng)其獨(dú)立自主思考的能力，并不能夠促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)地去學(xué)習(xí)[5]，也有違實(shí)驗(yàn)課設(shè)立的初心。5E教學(xué)模式下，“河流動(dòng)力學(xué)”課程在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，可以轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，由傳統(tǒng)的教師帶領(lǐng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)課前，教師可以先整理實(shí)驗(yàn)所涉及到的知識(shí)點(diǎn)，在課堂上設(shè)置相關(guān)情境的問(wèn)題，該情境問(wèn)題是為了調(diào)動(dòng)學(xué)生們回答問(wèn)題的積極性。在這一階段，教師需要鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)言，并且對(duì)學(xué)生的發(fā)言作出相應(yīng)的點(diǎn)評(píng)，對(duì)錯(cuò)誤較明顯的回答進(jìn)行糾正。通過(guò)這一問(wèn)一答一糾正來(lái)引發(fā)學(xué)生對(duì)于該問(wèn)題的好奇。隨后，教師講解該實(shí)驗(yàn)可能用到的學(xué)科背景知識(shí)以及展示實(shí)驗(yàn)器材，并將學(xué)生分為2～4個(gè)大組來(lái)進(jìn)行討論。在討論的過(guò)程中，教師要注意探聽(tīng)學(xué)生的討論方向并將之記錄在冊(cè)以此來(lái)了解學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的了解程度。討論結(jié)束后，教師給出對(duì)應(yīng)的題目，讓學(xué)生根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)題目在線下自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并形成一份實(shí)驗(yàn)開(kāi)展報(bào)告交給教師。針對(duì)學(xué)生給出的實(shí)驗(yàn)開(kāi)展報(bào)告，教師鼓勵(lì)學(xué)生在課上進(jìn)行相應(yīng)的展示，并與其他學(xué)生一起探討實(shí)驗(yàn)的可行性以及針對(duì)這份報(bào)告進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)與完善。在遷移階段，教師根據(jù)學(xué)生的思路，從報(bào)告中已有的概念出發(fā)，向其拓展實(shí)驗(yàn)中所包含的相關(guān)知識(shí)。在最后的評(píng)價(jià)階段，教師不是簡(jiǎn)單將實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為唯一的評(píng)價(jià)手段，而是結(jié)合在這一整個(gè)階段學(xué)生所展現(xiàn)出來(lái)的知識(shí)儲(chǔ)備、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)合作精神、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行評(píng)判。在5E教學(xué)模式中，不僅轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下以教師為主體的模式，大大提升了學(xué)生的參與感，而且在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展設(shè)計(jì)書的過(guò)程中，為了更好地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期，學(xué)生會(huì)運(yùn)用到多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，在查找資料的過(guò)程中也能加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，提高實(shí)踐能力。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程本身也是對(duì)課程整體內(nèi)容的梳理與總結(jié)。（二）課堂教學(xué)為更加詳細(xì)說(shuō)明5E教學(xué)模式在河流動(dòng)力學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用效果，本文以“河流動(dòng)力學(xué)”課程第一章“緒論”為例，本章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容是讓學(xué)生理解河流動(dòng)力學(xué)是什么樣的學(xué)科，主要研究什么。在5E教學(xué)模式中，這節(jié)課可以拆分為5個(gè)階段，分別是吸引、探究、解釋、遷移和評(píng)價(jià)。在吸引階段，教師可以設(shè)置情境問(wèn)題。例如由PPT上的河流引出“你覺(jué)得河流動(dòng)力學(xué)是一門什么樣的學(xué)科，主要研究?jī)?nèi)容是什么”。在提出問(wèn)題的時(shí)候也可以引導(dǎo)學(xué)生回憶已經(jīng)學(xué)過(guò)的專業(yè)課例如水力學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生從已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的專業(yè)知識(shí)出發(fā)，進(jìn)行擴(kuò)展，“關(guān)于河流，我已經(jīng)學(xué)了什么知識(shí)，還有哪些知識(shí)有所欠缺，河流動(dòng)力學(xué)可能涉及到哪些知識(shí)”，這些都是可以拋給學(xué)生的問(wèn)題。有提問(wèn)就會(huì)有回答，通過(guò)學(xué)生對(duì)上述問(wèn)題的回答，教師可以初步了解到學(xué)生對(duì)該學(xué)科的認(rèn)識(shí)程度。在探究階段，教師可以將學(xué)生分成若干個(gè)小組，并讓學(xué)生自行翻閱河流動(dòng)力學(xué)第一章的內(nèi)容，讓學(xué)生通過(guò)小組合作模式自行探究河流動(dòng)力學(xué)第一章的內(nèi)容。在探究階段，教師也應(yīng)該多注意走動(dòng)和記錄學(xué)生探究結(jié)果以便掌握學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度。若有學(xué)生的探究步伐完全偏離了教學(xué)目標(biāo)，教師也要及時(shí)進(jìn)行糾正。待大多數(shù)學(xué)生探究完畢，已經(jīng)有了一個(gè)初步的結(jié)論后，就可以進(jìn)入下一個(gè)解釋環(huán)節(jié)。在解釋環(huán)節(jié)，最重要的就是要給學(xué)生一個(gè)展示的機(jī)會(huì)。教師可以隨機(jī)挑選幾組學(xué)生，讓他們站上講臺(tái)講述結(jié)論。沒(méi)有被挑選到的小組則可以對(duì)展示的小組進(jìn)行質(zhì)疑與補(bǔ)充。在此過(guò)程中，教師所要做的就是在旁邊進(jìn)行記錄，把握整體大方向以及鼓勵(lì)學(xué)生融入更多的新觀點(diǎn)。通過(guò)講述、質(zhì)疑、補(bǔ)充這三個(gè)階段，學(xué)生最終會(huì)形成一份較為完善的答案。在不斷的講述、質(zhì)疑以及補(bǔ)充中，學(xué)生會(huì)逐漸發(fā)現(xiàn)一些自己在討論過(guò)程中所忽視的點(diǎn)，也會(huì)漸漸加深對(duì)河流動(dòng)力學(xué)概論的認(rèn)識(shí)。在學(xué)生最終提交一份較為完善的答案之后，就來(lái)到了遷移環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，教師以學(xué)生提交的較為完善的答案為基點(diǎn)，進(jìn)行知識(shí)的遷移和擴(kuò)展。比如學(xué)生回答出河流動(dòng)力學(xué)是研究河道水流、泥沙運(yùn)動(dòng)、河床演變規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科，教師就可以從這里出發(fā)，使學(xué)生對(duì)于河流動(dòng)力學(xué)的初步概念變得更為具體形象，同時(shí)給學(xué)生拓展相應(yīng)的知識(shí)，水流結(jié)構(gòu)研究水流內(nèi)部運(yùn)動(dòng)特征以及水流運(yùn)動(dòng)要素的空間分布；泥沙運(yùn)動(dòng)則研究泥沙的搬運(yùn)、沖刷以及最后堆積的機(jī)理；河床演變則是研究河流的河床形態(tài)、相對(duì)應(yīng)的演變規(guī)律以及因?yàn)槿藶楦蓴_引起的再造床的過(guò)程。再比如說(shuō)關(guān)于河流動(dòng)力學(xué)的鮮明理論是什么這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)學(xué)生回答出半經(jīng)驗(yàn)半理論后，教師可以順便對(duì)河流動(dòng)力學(xué)的研究方法進(jìn)行深挖，例如說(shuō)明研究方法中包括了理論研究、試驗(yàn)研究、原型觀測(cè)、數(shù)學(xué)模型。通過(guò)知識(shí)的遷移，學(xué)生不僅能加深對(duì)原有概念的理解，也擴(kuò)寬了相應(yīng)的知識(shí)面。在最后一個(gè)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，既是教師評(píng)價(jià)學(xué)生，也是學(xué)生評(píng)價(jià)教師。教師評(píng)價(jià)學(xué)生指的是教師對(duì)學(xué)生在前四個(gè)環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)進(jìn)行綜合打分，比如說(shuō)學(xué)生在一開(kāi)始的吸引環(huán)節(jié)中的提問(wèn)表現(xiàn)，在組內(nèi)合作中的參與度表現(xiàn)以及在解釋環(huán)節(jié)中對(duì)他人答案的補(bǔ)充與質(zhì)疑表現(xiàn)等。在5E教學(xué)模式中，教師對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握程度的判斷不僅僅局限于最后的期末考試成績(jī)，而是從平時(shí)的環(huán)節(jié)出發(fā)，評(píng)價(jià)的結(jié)果可以作為學(xué)生的平時(shí)分，加大平時(shí)分的占比，從多方面、多維度考查學(xué)生知識(shí)掌握的情況。這有利于改變傳統(tǒng)教學(xué)模式下以應(yīng)試為重點(diǎn)的考核模式。學(xué)生評(píng)價(jià)教師指的是學(xué)生也可以對(duì)教師的課堂教學(xué)成果進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的結(jié)果可以作為教師日后課堂教學(xué)模式改革的方向，提升教師的課堂教學(xué)水平。三、5E教學(xué)模式分析為更好地探究5E教學(xué)模式是否適合“河流動(dòng)力學(xué)”這門課程，筆者以傳統(tǒng)模式和5E教學(xué)模式分別上了兩節(jié)除教學(xué)內(nèi)容不同以外，課程難度、講授知識(shí)點(diǎn)等完全一樣的課，并在課后向?qū)W生分發(fā)了調(diào)查問(wèn)卷，調(diào)查學(xué)生對(duì)哪種教學(xué)模式更為喜愛(ài)。結(jié)果如表1所示。通過(guò)對(duì)表1的分析可以得知，超過(guò)70%的學(xué)生認(rèn)可5E教學(xué)模式，與傳統(tǒng)模式相比學(xué)生更喜愛(ài)5E教學(xué)模式的方式。后五個(gè)問(wèn)題圍繞著學(xué)生在5E教學(xué)模式下，在課堂的學(xué)習(xí)主動(dòng)性是否有所提高而展開(kāi)相應(yīng)的調(diào)查。通過(guò)調(diào)查可知，超過(guò)90%的學(xué)生認(rèn)為在5E教學(xué)模式下更能集中注意力。表明在5E教學(xué)模式的探究教學(xué)和遷移階段，通過(guò)教師的引導(dǎo)，學(xué)生已經(jīng)逐漸開(kāi)始進(jìn)行自主探究以及概念的自主建構(gòu)。更進(jìn)一步表明了5E教學(xué)模式和傳統(tǒng)模式相比，能使學(xué)生更加充分地融入課堂，并且提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。最后一個(gè)問(wèn)題則是圍繞著學(xué)生自身能力的提高與否展開(kāi)相對(duì)應(yīng)的調(diào)查。有68%的學(xué)生認(rèn)為在新的教學(xué)模式下，自己的團(tuán)隊(duì)合作能力有所提高。在大學(xué)期間，無(wú)論是競(jìng)賽還是大部分的日常的課堂任務(wù)，都需要團(tuán)隊(duì)合作，鍛煉自己的合作能力對(duì)于大學(xué)生來(lái)說(shuō)也是十分重要的一件事，5E教學(xué)模式下的課堂能為學(xué)生提供很好的幫助。四、結(jié)論通過(guò)上述研究可以表明，5E教學(xué)模式應(yīng)用于“河流動(dòng)力學(xué)”課程中可以給課程帶來(lái)巨大的改變，且通過(guò)調(diào)查研究可知，學(xué)生整體上