1. 引言
大学物理是高等学校理工科各专业重要的基础必修课程，其知识体系、思想方法能有效地提高学生的科学思维能力和分析问题、解决问题的能力，对高校培养高素质创新人才起到至关重要的作用。但是传统教学模式下大学物理课程缺乏对学生自主学习能力的培养，导致学生学习大学物理的主动性差，学习积极性不高，学习体验差。而基于建构主义教学理论和概念变化理论开发的5E教学模式，在激发学生主动性，促进学生知识构建，培养学生的探究能力和批判性思维方面具有独特的优势。
2. 5E教学模式的内涵
5E教学模式是由美国生物课程研究根据建构主义教学理论和概念变化理论开发的模式，认为概念是自己建构来的，而不是教师所引介的。该教学模式是一种致力于激发学生学习兴趣并产生自主学习行为的教学模式，包括参与(Engagement)、探究(Exploration)、解释(Explanation)、迁移(Elaboration)、评价(Evaluation)五个环节，五个环节的首字母都是字母E，因此被称为5E教学模式[1] [2]。5E教学模式自提出以来在美国课堂中被普遍应用和推广，目前，我国学者对此的研究也在逐步加深，吴成军、王健等人对 5E 教学模式的内涵、实质及其特征进行了深入的探讨和阐述，分析了5E教学模式的优缺点及其对我国理科教育的启发，关于5E教学模式相关的研究自2013年逐年增加，表明近阶段我国对于5E教学模式正在进行积极主动的探索[3]-[9]。
“参与环节”的内涵是：创设问题情境，暴露学生的前概念，引发认知冲突，激起学生的学习兴趣与探究的积极性。在这一环节需要注意的是情境中的问题不仅要与学生的生活经验相联系，而且还要与学习内容密切相关，问题难度适中，学生通过努力能够获得探究结果。
“探究环节”的内涵是：根据学生在引入环节产生的认知冲突，给学生提供直接参与调查或实验研究的机会和条件，使学生全身心地投入对事件或情境的探究活动，以自主探究和合作探究为中心，给学生思考和想象的空间，通过一个或多个探究活动，获得对概念的感性经验。
“解释环节”的内涵是：引导学生在个体学习或小组合作学习活动中面对不同的解释与结论展开讨论与交流，以保证对所探究问题的解释达成共识，学生通过探究对问题进行解释，在学生探究和解释的基础上，教师明确概念、原理，阐释新知识，在教师的指导下，学生使用新知识回答最初提出的问题。
“迁移环节”的内涵是：引导学生拓宽和加深对知识的理解，并与已有的知识建立起联系，用新构建的知识解释新的情境或新的问题。通过新的活动，将自己所获的知识与技能灵活应用，解决实际问题。
“评价环节”的内涵是：鼓励学生自评，包括他们自己的知识理解、能力提升等方面，同时教师还会对学生是否达到教学目标以及学习过程进行评估[1] [2] [5]。
3. 5E教学模式在大学物理教学中的价值
提升学生的学习体验。5E教学模式鼓励学生积极参与，通过实际操作和探索加深对物理知识的理解，使学习过程更加生动有趣，通过引入、探究、解释、迁移和评价这五个环节，让学生参与到物理知识的探索中，有助于提高学生的学习物理的内在兴趣和学习主动性。
促进物理知识的理解。学生通过自己的探究和思考来构建知识体系，而不是单纯的被动接受和简单的记忆，这样能够加深对物理概念和物理原理的理解，而且学生是在原有知识的基础上进行主动构建，有利于学生系统的掌握知识。在迁移环节，学生根据自己学习到新知识和新方法，运用到新的场景和新的问题中，巩固和加深对知识的理解。
培养学生合作探究能力和科学思维。学生通过参与实验等活动，培养学生实践动手能力，更培养学生独立思考，解决问题的能力，使学生逐渐形成科学思维。
提供多元化评价，培养批判性思维。该模式在各个阶段都有评价，可以自评、互评和教师评价，在评价过程中，学生需要对学习内容进行反思和评价，这有助于他们培养批判性思维能力，学会从多个角度审视问题。
总之，5E教学模式在大学物理教学中具有很高的价值，它不仅有助于提升学生的学习效果，还能培养他们的探究能力和批判性思维。
4. 具体实例以杨氏双缝干涉为例
4.1. 参与环节
通过PPT或杨氏双缝实验仪展示杨氏双缝干涉现象，引发学生思考产生这种现象的原因，并让学生联系上一章波的干涉条件以及相干波的干涉加强和减弱的条件，通过小组的形式交流讨论自己的想法。然后进一步让学生猜想干涉条纹与双缝之间的距离、双缝到观察屏的距离以及入射光的波长有什么关系。
设计意图与评价：通过实验现象更容易激发学生的学习兴趣和探究的积极性，通过让学生思考产生实验现象的原因，并交流讨论，充分暴露学生的前概念。通过让学生猜想干涉条纹与双缝之间的距离、双缝到观察屏的距离以及入射光的波长有什么关系，为下一环节铺垫。对猜想进行小组间互评，进一步激发学员探究的积极性。
4.2. 探究环节
实验探究，提供的仪器有：光源，光具座，单缝板，双缝板，光屏等。通过分组让学生合作观察杨氏双缝实验现象，并探究干涉条纹间距与入射光的波长、双缝之间的距离、双缝板到光屏的距离的定性关系。在探究过程中提醒学生记录遇到的困难和新发现，通过探究学生可以得到以下结论：当其他条件一定时，入射光的波长越长，干涉条纹间距越大；当其他条件一定时，双缝之间的距离越大，干涉条纹间距越小；当其他条件一定时，双缝板到光屏的距离越大，涉条纹间距越大。并引导学员思考它们有什么定量关系，为下一环节做铺垫。
设计意图与评价：通过给学生直接提供实验研究的条件，让学生全身心的投入教学活动中，以学生为中心，给学生思考和想象的时间和空间。通过实验获得学习的直接经验，能够使学生理解深刻，也为接下来的解释环节做好铺垫。探究完以后，小组分享探究结果，鼓励学生大胆说出探究过程中的感受和新的发现，并进行小组间的互评，培养学生的探究意识和创新精神。
4.3. 解释环节
根据探究环节问题，引导学生思考，光属于电磁波，也满足波的干涉原理，让学生探究从两缝发出的光到达屏上一点的波程差。并根据干涉加强和干涉减弱条件，得到两个等式，从而得到干涉条纹间距与入射光的波长、双缝之间的距离、双缝板到光屏的距离的定量关系，对实验现象进行了解释。教师在此基础上进行追问、补充、完善，并让学生总结研究思路。设计意图与评价：通过解释环节，让学员探究出上一环节提出的问题，并掌握相关物理的基本概念、基本理论和基本方法。大学物理有些知识比较难，在解释环节需要老师多加引导，教师对学生的解释进行评价，纠正错误的观点，阐释正确的物理概念，促进学生对知识的构建，形成新的知识和认知。
4.4. 迁移环节
引入光程、光程差的概念，让学生根据杨氏双缝干涉的研究方法，去探究薄膜干涉、劈尖和牛顿环等内容。
设计意图与评价：提供新的问题情境，让学生把新学习的知识和方法应用其中，让学生详细阐释对新问题的理解，从而加深对光的干涉这部分知识的理解，巩固新学习的知识和方法。虽然探究环节、解释环节需要耗费很多教学时间，但是，本来讲解薄膜干涉、劈尖和牛顿环等内容就需要很长的时间，这一环节可以把时间弥补过来。
4.5. 评价环节
评价贯穿整个环节，最后让学生对整个学习过程进行评价，根据学生的评价，完善教学设计，井应用于下一轮教学，教师对学生的表现进行评价，进一步激发学生学习大学物理的积极性。
5. 5E教学模式在大学物理教学应用中的挑战
5E教学模式在大学物理教学中虽然在激发学生兴趣和主动性、培养学生科学思维与探究能力、促进知识的深入理解和培养学生合作与交流能力有很多的优势，但也面临着许多的挑战。
首先是时间和教学内容的问题，5E教学模式有很多探究，讨论交流过程，这些过程往往会需要很多的时间，而大学物理课程内容非常多，课时有限，所以需要对教学内容进行整合，而且可以与大学物理实验课程进行融合，这些都是系统的工程，在筹划和操作过程中都会面临着许多挑战。
其次是学生自主学习能力的问题，虽然5E教学模式培养学生的主动性，但是刚开始应用时需要学生具有一定的自主学习和合作学习能力，部分学生可能习惯于被动接受知识，缺乏自主学习和合作探究的能力，这对学生自主学习能力和学习态度提出了较高的要求。
最后是教学环境问题，在大学物理教学中，大部分高校都是大班授课的情况，再加上每个学生的学习基础存在差异，教师很难充分的关注每一个学生的探究过程和进展，所以难以提供个性化的指导和反馈。
6. 总结
5E教学模式是一种以学生为中心的建构主义教学模式，虽然在大学物理教学应用中面临着很多挑战，但是在激发学生学习主动性、培养学生科学思维和实践能力方面具有重要价值，是大学物理教学改革的有益尝试，值得我们进一步深入研究和实践。