杜 媛

（北京市中國鐵道博物館，北京 100055）

一、5E教學模式的概念、要素及其運用

5E 教學模式，一般被稱作5E學習閉環(huán)，囊括了在認知產生時，五項和教育有關的認知階段：投入（Engagement）、 探索（Exploration）、釋義（Explanation）、拓展（Extension）、反饋（Evaluation）。美國生物學課程研究會在教學研討中提出了該教學模式，此模式的總結建立在教育理論中建構主義理論的基礎支持，該模式聚焦于研究怎樣的教育實踐能吸引學生投入教育活動之中。模式突出以教育對象為教學現(xiàn)場核心，使用包括調研、觀察、探索等教學問題處理方法，鼓勵嘗試以教育對象團隊合作為教育突破點，鼓勵學生團隊用實踐認知科學理論，架構和完形整個科學知識框架。5E教學模式引導下的教育過程不再是僵化說教，而是在教育現(xiàn)場中實現(xiàn)教學合作，達成知識的積極架構。教育者不再僅僅是科學的傳播者，教育對象經過投入探索實踐的完整過程，而整體投入教學現(xiàn)場，將需認知的科學知識、模式操作和知識體系的整體把握，以求整合產生不同以往的認知體系。

二、中國鐵道博物館教育的特征、形式及現(xiàn)狀

中國鐵道博物館是當前國內鐵路業(yè)獨有的高級別專項博物館, 博物館具備有匯總、整理和展出近百年以來我國鐵路系統(tǒng)的發(fā)展史、探索史和鐵路科技史。中國鐵路博物館包含了多個展覽版塊，有“中國鐵路發(fā)展史陳列”“機車車輛陳列”“詹天佑生平展”等聚焦于中國鐵路不同方面的日常展示項目, 完整、體系化和有趣地說明了我國鐵路從學習國外到自創(chuàng)自主、由一貧如洗到科技發(fā)達的奮斗過程和輝煌成就, 為大眾進行了鐵路有關科學知識的宣傳，并展示我國鐵路奮斗歷史概況與火車動力科技革新的歷程, 從而傳播我國特有的人民大眾鐵路文化并啟迪了參觀者群體精神情懷 (如熱愛祖國、自尊自強，奮斗前進等) 。博物館憑借布置場館中陳設的大量而特有的火車事物與歷史資源,可以謀劃開展更多有趣互動的火車主題科普項目, 主動體現(xiàn)博物館應承擔的社會教育作用。例如,博物館使用搜集、匯總而成的機車模型與科學原理講解,讓博物館可以接待初高中生而特意謀劃推出了“鐵路背后的科學”系列火車動力實驗項目和匹配的科學實踐材料包。該活動把“躲在背后”的鐵路動力知識與機車整體推動方式、動力特點、物理指導和安全常識合為整體,互動項目鼓勵觀眾自己動手操作、觀察體驗、探究學習，具備突出的互動性、實踐性及傳播性, 實實在在地踐行了5E教學模式中突出的學生主體、互動溝通、實踐認知的教育理念。

三、中國鐵道博物館科普互動教學中亟待解決的問題

（一）中國鐵道博物館學生科普互動項目仍需提高

中國鐵道博物館科普探索互動項目雖然經歷了多次調整，但依舊是以課堂授課方式為主的傳統(tǒng)科普方式陳列?？破战處熤匾暬疖嚈C械結構，擴大物理知識和火車歷史的講解，以此突出鐵道博物館的專業(yè)性；學生熱衷于參與各種互動活動項目，走馬觀花，淺嘗輒止，僅僅提高了學生對科普活動的參與度。雖然科普探索互動項目確實以學生為主題，提高了學生整體參與科普探索程度，但是科普探索互動項目作為科學認知工具，沒有突出互動實踐應用能力，并且火車動力原理認知也沒有提高。當學生走出鐵道博物館，仍感到火車各類技術的陌生感。因此，博物館學生科普探索互動場景的教學應用能力有待提高。

（二）中國鐵道博物館科普互動教學形式單一

中國鐵道博物館的科普互動教學基本以說教為主。在課堂上，科普教師向學生提示火車中的物理與機械知識，講解各個知識點及其聯(lián)系，教學中互動較少。在實際科普教學過程中，往往會發(fā)現(xiàn)學生都埋頭記筆記，科普教師提問很少有學生主動應答，需要點名問答，有時甚至對提出的問題置若罔聞。為了讓課程繼續(xù)開展，科普教師有時只能自問自答。此外，科普探索教育作為博物館的特定社會功能，其互動教學形式本身就應多種多樣，滲透在整個參觀學習過程中，只有廣泛地使用新教育理念才能最大限度地提高博物館科普作用。

四、博物館采用5E教學模式的意義

（一）培養(yǎng)學習興趣，樹立探究意識

在博物館內科普互動教學設計運用5E教學模式，就是將科普教育視為一種特定教育環(huán)境中的教育者與教育對象之間交流互動場景。博物館教育需要關注科普教師與學生之間互動、學生小組內互動以及學生與館內陳設互動教學裝置的互動。在各類互動中，博物館科普教師通過各類科普互動將裝置與館內陳設版塊融為一體，增進了科普教育的參與度，充分體現(xiàn)科普探索學習的目的在于知識傳遞、操作實踐和科學理念掌握，而不是應付考試開展學習。同時，5E教學模式運用到博物館科普互動項目設置指導之中，增加了學生在互動學習中的探索指導。科普教師可以根據特定學生心理特征展開科普項目安排，為學生準備有針對性的互動素材，鼓勵學生以小組方式投入互動科普活動中，學習火車有關的物理與機械知識。

（二）順應時代要求，拓展科普功能

借助移動互聯(lián)網技術的廣泛使用，博物館線上展示技術變得成熟，數(shù)字信息技術使用推動了博物館互動項目傳統(tǒng)安排模式的變革。5E教學模式融入博物館科普互動項目，使科普互動項目安排相較于過去說教的教學模式更適應新時代的要求。在互聯(lián)網應用的幫助下，科普教師和學生之間互動、學生小組內的互動變得更容易實現(xiàn)，而且實現(xiàn)的5E教學模式在博物館內落實的方式也可以多元化，這將使得館內科普教學變?yōu)橐环N良性的互動循環(huán)，真正實現(xiàn)以學生學習為中心的科普教育目標。在網絡博物館展示條件下，可以使用5E教學模式與科普互動項目展示設計聯(lián)系，科普教師與學生一起在網絡虛擬展廳中互動，觀察實驗現(xiàn)象，徹底打破時間空間局限，充分體現(xiàn)互動教學的時代性。

（三）提升互動能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

5E教學模式在實際教學中，博物館開展科普教育的能力自然而然得到提高。在一個碰撞教育過程中，博物館科普教育也可以扭轉課堂教育的慣性思維，進而支持學生們在實踐操作中獨立思考，碰撞產生的火花將激發(fā)學生創(chuàng)新靈感，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。在教授活動動力系統(tǒng)革新時，通過互動裝置的引導，學生將逐漸理解掌握火車動力不但可以有數(shù)量上的變化，還可以有動力能源方式的變化，或者有動力管理方式的變化，加深學生對火車動力提供的理解與認知。

五、科學探究活動的開發(fā)設計

中國鐵道博物館引入5E教學模式，依托“車輪踏面”展項，選定高中學生為對象，開發(fā)設計了“火車車輪踏面” 特定科普互動項目。

（一）投入（Engagement）

引導學生投入科普互動項目實踐中。博物館管理員和科普員運用館內新布置的活動器具和動力模型吸引學生關注到準備好的互動項目之中，然后由引導員或科普教師向學生介紹裝置的使用方式，安排學生以小組的形式投入互動任務之中，引領學生把自身注意力投入事先準備好的教學場景上，關注需要探索的科學問題。互動場景的布設、引導人員的講解和互動應當鼓勵學生和過往的實踐經驗、已有的物理知識產生聯(lián)系，并且允許學生展示出原有的錯誤認知，進而投入目前的互動活動。

博物館科普教師在設計此階段時，需要通過車輪這一常見而不引人注意的小點，引起觀眾興趣，引導觀眾體驗輪軌關系蘊含的科學原理和設計理念，逐漸導入互動科普主題，互動中鼓勵學生說出對車輪踏面原有的認知，然后將火車實際動力的傳遞方法進行展開介紹。在科普員引導學生投入的過程中應該主動關注學生的興趣點，積極收集可以吸引學生將注意力投入項目上的引導語、演示動作和動畫演示影像，能有效引來學生投入項目就是“火車車輪踏面”項目成功的先決要素。

（二）探索（Exploration）

科普教師說明物理原理和火車機械結構方法，指導學生開始互動探索，理解科普展板上的原理構造。在探索實踐互動中，學生就是互動活動過程中的主導者，科普教師和引導員需要支持學生投入互動探索的過程中，用實踐理解互動裝置需要傳遞的物理概念，由自身實踐獲得直接經驗。在探索的過程中，指導教師可以靈活運用設問、指引、裝置互動、錯誤示范等教學方式，為學生彈錯機械結構提供方向指導，讓學生沿著正確的探索方向進行嘗試，更高效地理解裝置背后的原理。

科普教師依照前一個投入階段，中學生對車輪踏面的參與情況和原有認知水平，依托車輪踏面模型，首先簡單介紹車輪踏面的基本情況。其次，引導學生利用展項通過實驗，分別探究直接將車輪放置在軌道上的可行性以及加上輪緣后會發(fā)生什么？最后，鼓勵學生積極與裝置互動，并用正確的方式觀察、記錄、整理裝置記錄和裝置的狀態(tài)變化，觀察每個關聯(lián)機構聯(lián)動和傳動方式，理解曲軸概念，探索更有效的做功方式。

（三）釋義（Explanation）

釋義，視為把知識、經過或操作方法轉化為能被認知的認知體系，也就是將探索實踐再次認知的過程。處于此階段，科普教師或引導員應激勵學生運用已獲得的認知體系對剛才探索互動的過程和實踐反饋進行認知整理與邏輯梳理，提出自己對實踐操作的看法。科普教師立足于教學對象自身的認知，用簡潔、明確、快速的方法展示互動裝置希望專遞的物理原理、機械過程或實踐技能，并且為學生開展延展作好鋪墊。

學生自愿結成學習小組，小組將互動活動中的火車機械結構與踏面操作探索時的收獲進行匯總，得到完整探索經歷帶來的收獲，認識到火車傳動的方法和動力改變對火車能力提升。在小組討論，學生表達自己對科普教師的釋義提出自己的理解時，教師可以利用現(xiàn)場的信息互動設備，將學生的表達理解與現(xiàn)場的解釋展板信息作比較，讓學生更理解自己在認知中的錯誤點。當各個小組學生都在實踐中有了自身對傳動各個環(huán)節(jié)的認識之后，科普教師可以開展釋義與比較揮動?？破战處熞龑W習小組逐步對“火車車輪踏面” 三個傳動環(huán)節(jié)開展解析，結合學生得出的結論與物理原理進行比對，從而推導出車輪傳動機構的原理構造。

（四）拓展（Extension）

拓展，也可以看作遷移。處于拓展階段，教學對象加入深層次討論并搜集有關的新信息，明確了上一個階段要點，從而拓展剛才已經吸收的知識、經過或操作，展示出已經掌握的認知與能力，并積極使用掌握的知識概念?？破战處熞龑W生把已經掌握的知識和原理運用遷移到各類可能的不同情境之中，使知識和原理得到新運用，并在新運用中鼓勵學生吸收新知識。只有當學生對已掌握的認知可以自如正確地運用到需要解決的問題場景之中時，才能說學生對需要認知的原理和事物，達成了期望的教學目標。

這一階段引導員繼續(xù)提問，為什么我們要在車輪靠軌道內側邊設置凸起的輪緣，而不在外側設置呢？通過三組實驗，學生們得出結論，只有圓錐形的車輪沒有脫軌，其余兩種都“光榮犧牲”了。這是為什么呢？這是因為，在實際中，軌道不僅僅有直線段和曲線段，受各種因素的影響，車輪在軌道上運行時，其實它的位置中心很難一直保持穩(wěn)定。而如果踏面的輪對橫向偏離中心位置，對于圓錐形踏面來說，由于左右車輪滾動半徑的不同，輪對仍能回到軌道中線。因此，輪對發(fā)生周期性的橫向運動。在1883年Klingel從理論角度對此描述，這種運動通常被稱為“Klingel運動”。認知該運動方式并準確應用到可能場景中，說明科普達到了預期的目標。

（五）反饋（Evaluation）

反饋是5E教學模式的檢驗環(huán)節(jié)。檢驗和反饋環(huán)節(jié)科普教師應當支持學生總結自己在整個互動活動中掌握到的知識和原理，反饋出自身能力的增強，并且也讓科普教師能有機會認識到學生在互動活動中的探索成果，反饋出科普教師教學是否達到教學目標，使科普教師更明確自身互動裝置布置的實際教學效果。

5E教學模式內的反饋階段并非一個獨立過程。科普教師和引導員可以運用各種互動方法對學生反饋出的知識認知、操作方法進行指導和評價。從環(huán)節(jié)來看，反饋與評價可以與5E教學模式中的各個環(huán)節(jié)相結合，在互動項目各環(huán)節(jié)推進過程中，學習小組內可以將自己或他人的實踐、收獲、配合等展開反饋；從方式來看，反饋與評價可以是學生自己開始，也可以是小組之間相互問答，當然還可以是科普教師進行評價解答。在整個互動活動結尾時，科普教師也可以按照教學效果與參與學生的具體表現(xiàn)和收獲的知識，開展單獨的反饋與評價環(huán)節(jié)?？破战處熢诳偨Y反饋學生互動收獲時，可以對學生認知收獲、實驗任務完成進度、互動裝置運用的規(guī)范性、探索階段展示的任務態(tài)度、學習小組配合程度等各個方面進行反饋與評價。

六、結語

綜上所述，博物館為了實現(xiàn)對中學生進行科普的教育目標，運用5E教學模式激發(fā)學生在陳設完成的互動裝置上或營造的互動場景中，開展科學探索，并對互動實踐、裝置反饋開展釋義、說明、拓展等，進而產生新的認知、實踐或收獲。5E教學模式與博物館科普教育的目標相契合，為學生打造互動式教學場景提供了理論指導，讓其收獲了有效的實踐經驗與理論收獲，并且與博物館希望達成的訓練思維方式、塑造科學能力、培育實踐能力的科普教育目的相協(xié)調，可以在博物館展陳設置互動活動中推廣運用。