5E教学模式在“河流动力学”课程中的探索与应用

摘

要：“河流动力学”作为黑龙江大学水文与水资源工程专业的必修课程之一，在目前的教学模式下，由于内容复杂、理论性和经验性强、对学生逻辑性要求较高等原因，很难引起学生兴趣，课堂教学效果不佳。文章以此为基础，阐述5E教学模式的各个环节特点，探究其在在河流动力学的实际应用效果，并分析5E教学模式大规模应用于教学的可行性。关键词：河流动力学；5E教学模式；教学改革；应用分析随着我国社会经济的快速发展和现代治水观念的转变以及国家对水利行业的重视，水文与水资源专业人才的缺口日益扩大，对人才也提出了更高的要求。为了更好地适应社会的需要，培养出更多的水文人才，水文与水资源课程改革迫在眉睫。“河流动力学”课程是黑龙江大学水文专业的专业基础课之一，主要包括泥沙运动基本规律和河道演变原理及规律两部分[1]，这两部分课程内容都包含着大量的经验公式。经验公式的推导离不开高等数学、三大力学、水力学等知识的积累，所以对于学生的逻辑性以及理论性都提出了非常大的挑战。本文以“河流动力学”课程为例，采用5E教学模式，分析其在“河流动力学”课程中的应用效果，并讨论它应用于课程的可行性。一、5E教学模式特点5E教学模式是由美国生物学课程的研究者研发出来的一种基于构建主义教学理论的教学模式[2]。5E教学模式的由来是因为它一共分为吸引（engagement）、探究（exploration）、解释（explanation）、迁移（elaboration）和评价（evaluation）这5个步骤，各个步骤的英文单词都恰好以“E”作为开头。吸引（engagement）：吸引环节在5E教学模式中是最先的环节，也是整个教学模式中的起始环节。所谓吸引，顾名思义就是教师抛出情境话题来吸引学生的兴趣，激发学生主动探索新世界的好奇心。为更加容易地达成这一目标，设置的情境问题应该是尽量贴合实际，能与学生产生较大关联的话题，同时，该情境话题应该与课堂内容相结合，起到一个很好的引入作用。在这一环节中，教师也需要积极鼓励学生大胆发言，例如“关于黑板上的问题，我已经了解到了什么”“对于这种现象，我觉得产生的原因可能是什么”。通过学生的回答，教师会了解到学生对即将学习的内容已经形成的初步的前概念，从而可以通过创设相应的问题情境或者是在PPT上演示实验与学生已经形成的前概念产生认知上的冲突，由此来激发学生对于学习内容的兴趣，调动学生的探究意愿。探究（exploration）：探究环节是5E教学模式的中心环节。在这个环节中，以在吸引环节设置的认识冲突作为出发点，引导学生逐步开始进行探究。在探究环节中，教师所需要做的就是给学生提供解决问题所必须的背景知识，如果是进行实验探究，还必须提供给学生相应的实验仪器、实验材料、背景知识等等。这些都准备好后，就可以鼓励学生大胆进行探究。在探究过程中，教师要进行观察、倾听，如果学生的探究方向严重偏离，要给学生的探究指明正确的方向。同时，教师应该记录学生在探究过程中所展现出来的概念信息，以便为后来的概念转换以及概念界定提供相对便利的条件。解释（explanation）：解释阶段是5E教学模式中最为关键的环节。在这一环节中，重点是要引导学生将注意力放在对探究结果的展示以及最后得出的结果中，这就要给学生提供一个展示自我的机会。学生将在探究环节中得出的结论向其他同学进行讲解，且每个学生可以对结论提出质疑。在说明结论、学生相互讨论的过程中，为教师提供直接了解学生对概念的认识和其学习过程与方法的机会。迁移（elaboration）：在这一环节中，学生要在教师的引导下继续发展对概念的理解以及进行新概念的扩展。在初步实现这一目标之后，学生可以尝试用新获得的知识来解释新的情境以及新的问题。通过一次次的尝试以及实践，学生会一步步加深或者扩展对概念的理解，也可以获得更多的信息以及相对应的技能。评价（evaluation）：在这一阶段，教师和学生都成为了评价的主体，评价的方法也趋于多样化。教师既可以采取正式的方法评价，例如课后发布课堂任务来检测学生水平或者采用试卷考核形式，也可以采用非正式的方式评价，例如学生在探究环节的表现、在小组内的表现、在解释环节的大胆质疑表现等都可以成为评价的指标。总而言之，在评价的这一阶段，最重要的目标是确保学生对研究过程进行相应的反思并且寻找其在这一过程中所展现出来的不足之处以及给教师提供一个评估自己教学过程和教学效果的环节。从以上5个环节来看，相比于传统的教学模式，5E教学模式更为多元化、多样化，即评价主体多元化、评价指标多样化、评价方法多样化。评价主体多元化即评价的主体由传统的学生转变成了教师、学生以及学生小组团队的管理者；评价指标多样化即由传统的以结果为导向变为不仅注重学习结果，也注重学习过程；评价方法多样化即可以采用自我评价与他人评价相结合、质性评价与量化评价相结合等评价方式[3]。二、5E教学模式的应用效果分析“河流动力学”作为水文与水利工程专业的一门重要的专业课，主要包括河道水流、泥沙运动、河床演变规律与模拟等方面的内容，具有很强的理论性和经验性。因此在授课过程中，教师需要将课堂教学与实验教学相结合来达到更好的授课效果。故本文将5E教学模式的应用场景细分为实验教学和课堂教学。（一）实验教学传统模式下，为节省时间也为了提高效率，“河流动力学”课程中所做实验基本上已经由教师设计好实验步骤，学生只需按部就班完成实验就能得到结果。这与“以学生为中心”的理念对比，实验过程学生思索问题少，缺乏主动性[4]。此外，设立实践课最重要的目的是提升学生对河流动力学学科现象以及对其中知识的感悟，一味地跟着教师操作很难引起学生对该门课程的学习兴趣，也难以培养其独立自主思考的能力，并不能够促进学生积极主动地去学习[5]，也有违实验课设立的初心。5E教学模式下，“河流动力学”课程在进行实验教学时，可以转变实验教学模式，由传统的教师带领学生完成实验变为学生自行设计实验。在实验课前，教师可以先整理实验所涉及到的知识点，在课堂上设置相关情境的问题，该情境问题是为了调动学生们回答问题的积极性。在这一阶段，教师需要鼓励学生积极发言，并且对学生的发言作出相应的点评，对错误较明显的回答进行纠正。通过这一问一答一纠正来引发学生对于该问题的好奇。随后，教师讲解该实验可能用到的学科背景知识以及展示实验器材，并将学生分为2～4个大组来进行讨论。在讨论的过程中，教师要注意探听学生的讨论方向并将之记录在册以此来了解学生对于实验的了解程度。讨论结束后，教师给出对应的题目，让学生根据给出的实验题目在线下自行设计实验过程，并形成一份实验开展报告交给教师。针对学生给出的实验开展报告，教师鼓励学生在课上进行相应的展示，并与其他学生一起探讨实验的可行性以及针对这份报告进行相应的评价与完善。在迁移阶段，教师根据学生的思路，从报告中已有的概念出发，向其拓展实验中所包含的相关知识。在最后的评价阶段，教师不是简单将实验结果作为唯一的评价手段，而是结合在这一整个阶段学生所展现出来的知识储备、创新精神、团队合作精神、实验数据综合进行评判。在5E教学模式中，不仅转变了传统实验教学模式下以教师为主体的模式，大大提升了学生的参与感，而且在设计实验开展设计书的过程中，为了更好地设计实验，让实验结果达到预期，学生会运用到多个知识点，在查找资料的过程中也能加深对知识点的理解，提高实践能力。设计实验的过程本身也是对课程整体内容的梳理与总结。（二）课堂教学为更加详细说明5E教学模式在河流动力学课堂教学中的应用效果，本文以“河流动力学”课程第一章“绪论”为例，本章节的重点内容是让学生理解河流动力学是什么样的学科，主要研究什么。在5E教学模式中，这节课可以拆分为5个阶段，分别是吸引、探究、解释、迁移和评价。在吸引阶段，教师可以设置情境问题。例如由PPT上的河流引出“你觉得河流动力学是一门什么样的学科，主要研究内容是什么”。在提出问题的时候也可以引导学生回忆已经学过的专业课例如水力学，鼓励学生从已经学习过的专业知识出发，进行扩展，“关于河流，我已经学了什么知识，还有哪些知识有所欠缺，河流动力学可能涉及到哪些知识”，这些都是可以抛给学生的问题。有提问就会有回答，通过学生对上述问题的回答，教师可以初步了解到学生对该学科的认识程度。在探究阶段，教师可以将学生分成若干个小组，并让学生自行翻阅河流动力学第一章的内容，让学生通过小组合作模式自行探究河流动力学第一章的内容。在探究阶段，教师也应该多注意走动和记录学生探究结果以便掌握学生学习进度。若有学生的探究步伐完全偏离了教学目标，教师也要及时进行纠正。待大多数学生探究完毕，已经有了一个初步的结论后，就可以进入下一个解释环节。在解释环节，最重要的就是要给学生一个展示的机会。教师可以随机挑选几组学生，让他们站上讲台讲述结论。没有被挑选到的小组则可以对展示的小组进行质疑与补充。在此过程中，教师所要做的就是在旁边进行记录，把握整体大方向以及鼓励学生融入更多的新观点。通过讲述、质疑、补充这三个阶段，学生最终会形成一份较为完善的答案。在不断的讲述、质疑以及补充中，学生会逐渐发现一些自己在讨论过程中所忽视的点，也会渐渐加深对河流动力学概论的认识。在学生最终提交一份较为完善的答案之后，就来到了迁移环节。在这一环节中，教师以学生提交的较为完善的答案为基点，进行知识的迁移和扩展。比如学生回答出河流动力学是研究河道水流、泥沙运动、河床演变规律及其应用的学科，教师就可以从这里出发，使学生对于河流动力学的初步概念变得更为具体形象，同时给学生拓展相应的知识，水流结构研究水流内部运动特征以及水流运动要素的空间分布；泥沙运动则研究泥沙的搬运、冲刷以及最后堆积的机理；河床演变则是研究河流的河床形态、相对应的演变规律以及因为人为干扰引起的再造床的过程。再比如说关于河流动力学的鲜明理论是什么这个问题，当学生回答出半经验半理论后，教师可以顺便对河流动力学的研究方法进行深挖，例如说明研究方法中包括了理论研究、试验研究、原型观测、数学模型。通过知识的迁移，学生不仅能加深对原有概念的理解，也扩宽了相应的知识面。在最后一个评价环节，既是教师评价学生，也是学生评价教师。教师评价学生指的是教师对学生在前四个环节中的表现进行综合打分，比如说学生在一开始的吸引环节中的提问表现，在组内合作中的参与度表现以及在解释环节中对他人答案的补充与质疑表现等。在5E教学模式中，教师对学生知识掌握程度的判断不仅仅局限于最后的期末考试成绩，而是从平时的环节出发，评价的结果可以作为学生的平时分，加大平时分的占比，从多方面、多维度考查学生知识掌握的情况。这有利于改变传统教学模式下以应试为重点的考核模式。学生评价教师指的是学生也可以对教师的课堂教學成果进行相应的评价，评价的结果可以作为教师日后课堂教学模式改革的方向，提升教师的课堂教学水平。三、5E教学模式分析为更好地探究5E教学模式是否适合“河流动力学”这门课程，笔者以传统模式和5E教学模式分别上了两节除教学内容不同以外，课程难度、讲授知识点等完全一样的课，并在课后向学生分发了调查问卷，调查学生对哪种教学模式更为喜爱。结果如表1所示。通过对表1的分析可以得知，超过70%的学生认可5E教学模式，与传统模式相比学生更喜爱5E教学模式的方式。后五个问题围绕着学生在5E教学模式下，在课堂的学习主动性是否有所提高而展开相应的调查。通过调查可知，超过90%的学生认为在5E教学模式下更能集中注意力。表明在5E教学模式的探究教学和迁移阶段，通过教师的引导，学生已经逐渐开始进行自主探究以及概念的自主建构。更进一步表明了5E教学模式和传统模式相比，能使学生更加充分地融入课堂，并且提高了学生的学习积极性。最后一个问题则是围绕着学生自身能力的提高与否展开相对应的调查。有68%的学生认为在新的教学模式下，自己的团队合作能力有所提高。在大学期间，无论是竞赛还是大部分的日常的課堂任务，都需要团队合作，锻炼自己的合作能力对于大学生来说也是十分重要的一件事，5E教学模式下的课堂能为学生提供很好的帮助。四、结论通过上述研究可以表明，5E教学模式应用于“河流动力学”课程中可以给课程带来巨大的改变，且通过调查研究可知，学生整体上