“POE”教學策略及其在物理教學中的應用

摘要：POE策略首先是作為一種探察學生理解科學的研究方法而提出的，是揭示學生的前概念和促進學生前概念轉變的有效手段。本文通過與傳統(tǒng)的DOE演示實驗策略對比，闡述了POE的內涵和優(yōu)勢，并通過“自由落體運動”的例子介紹了其在物理教學中的應用。

關鍵詞：“預測、觀察、解釋(POE)”；自由落體運動；物理教學；應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)4(S)-0074-3

前言

預測-觀察-解釋（predict-observe-explain，縮寫為POE）是由探察學生理解科學的研究方法演化而來的、建立在“觀察滲透理論”的哲學觀念和建構主義、前概念、概念轉變等教育理論基礎之上的新型演示策略［1］。POE教學策略由White R.T.和Gunstone R.F.于1992年正式提出，并把這一策略分為預測、觀察和解釋三個階段［2］。POE作為新型的基于現(xiàn)代教育研究基礎上的演示策略，其教學效果與傳統(tǒng)的演示策略相比，具有明顯的優(yōu)越性。本文通過將傳統(tǒng)演示策略（DOE）與POE策略比較，突顯POE的本質和優(yōu)勢，并以“自由落體運動”的教學片段為例介紹POE策略在物理教學中的應用。

1 POE策略與DOE策略的對比

DOE策略是1980年Champagne A.B.、Klopfer L.E.和Anderson J.H.提出的，用于探測學生對運動學的理解的一種傳統(tǒng)的演示策略［3］。這種策略包括了三個階段：教師演示→學生觀察→教師講解，因此這種策略簡稱為：演示-觀察-解釋（demonstrate-observe-explain，縮寫為DOE）策略。

POE策略是在DOE策略的基礎上發(fā)展來的，包含了三個階段：預測、觀察和解釋。具體為學生根據(jù)自己原有的經(jīng)驗對實驗做出預測；教師演示實驗；學生小組或全班圍繞預測和實驗結果的差別、學生觀點間的分歧展開討論并做出合理的解釋，最后教師總結。

POE與DOE在觀察觀、科學發(fā)生觀以及教學觀等方面有本質的差別［3］［4］，見表1。

通過上表的對比我們不難發(fā)現(xiàn)：POE策略是建立在“觀察滲透理論”哲學觀念和建構主義、人本主義、前概念、概念轉變等教育理論基礎之上的新型演示策略。強調學生本位，認為學習是一個自主構建的過程，教師是組織者和引導者，通過營造自由、寬松、民主的氛圍，激發(fā)學生的求知欲和表現(xiàn)欲，以問題為核心，激發(fā)和維持學生的學習動機，提高學習的效率。

POE策略的關鍵之處是學生必須自己決定采用何種理由來解釋他們對科學現(xiàn)象的理解，尤其是當所觀察到的現(xiàn)象與自己的預測不一致的時候。研究者發(fā)現(xiàn)學生經(jīng)常以日常生活經(jīng)驗及信念去支持他們的觀點，或者應用與科學知識相悖的觀念去解釋現(xiàn)象。這說明了POE策略比其他的方法更有利于探測學生前概念的本質(WhiteGunstone，1992)［4］。同時預測與觀察結果的不同引發(fā)了認知沖突，能夠有效促進前概念和迷思概念的轉變［5］。

在教學實踐中，人們不斷對POE策略進行嘗試和改進。例如，Savander-Ranne C.和Kolari S.把POE策略擴展為PDEODE策略，即預測-討論-解釋-觀察-討論-解釋。隨著計算機和攝像技術的普及，POE策略教學環(huán)境從演示實驗擴展到視頻素材的利用和計算機軟件的操作，例如：用自由落體（在地球、航行的船上和月球上）、上拋、平拋、斜拋等視頻材料進行教學，在預測階段學生觀看拋體的開始階段，學生預測后再讓學生觀看拋體的視頻材料。這些研究不僅增強了POE策略的教學效果，而且拓寬了POE策略的使用范圍［1］。

2 教學案例

自由落體運動是一種理想化模型，在高中物理教學中具有特殊的地位，在知識上它是勻變速直線運動的一個特例，在方法上滲透著理想化模型的重要研究方法。在人教版高中物理必修一的自由落體運動一節(jié)中，教學重點是探究自由落體運動的性質及自由落體加速度，掌握自由落體運動的規(guī)律，教學難點是實驗探究自由落體運動的性質。其中對自由落體運動的理解是探究其性質的關鍵。本文采用了POE教學策略組織本節(jié)中自由落體運動概念的教學過程，具體如下：

2.1 預測階段

本階段要求學生在實驗前獨立自主地完成對實驗現(xiàn)象的預測，并對自己的預測做出認為科學合理的解釋，并做好記錄。在這一階段，為了充分暴露學生各種各樣的前概念，教師應全面了解學生的已有知識，準確把握學生的前概念，為課前實驗的設計和課堂上學生的認知沖突、概念轉變提供依據(jù)。

預測情景 教師讓學生預測以下幾種實驗現(xiàn)象（并用黑板或多媒體呈現(xiàn)，有直觀圖更好）

實驗1：一張小紙片和一支粉筆頭同時從同高處下落， 哪個先落地？

實驗2：一個乒乓球和一個鉤碼同時從同高處下落，誰先落地？

實驗3：把小紙片揉成團再重做實驗1，結果又是怎樣的呢？

實驗4：牛頓管實驗，真空管里的鐵片和羽毛，哪個下落得快呢？

學生預測 學生討論預測：教師給學生3分鐘時間讓其思考與討論，并將自己的觀點記錄下來。然后請學生對自己的預測作解釋。

實驗1：粉筆頭先著地。

實驗2：鉤碼先著地。

實驗3：粉筆頭先著地。

實驗4：鐵片先著地。

解釋：認為質量越大下落越快。

分析 學生往往存在這樣的前概念：認為質量越大下落越快。教師發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生這一錯誤的原因如出一轍，都是根據(jù)生活經(jīng)驗得出。例如：樹葉或羽毛比石頭下落得慢很多。這時教師應不急于去糾正學生，而是讓其進入觀察的階段。

2.2 觀察階段

觀察階段，由教師或者學生完成演示實驗，演示實驗過程中盡可能地讓學生觀察到實驗的所有現(xiàn)象，實驗完成后學生記錄實驗現(xiàn)象。此階段學生充滿好奇心，很想知道自己的推測是否正確，因此注意力很集中。

教師引導 同學們都對實驗現(xiàn)象作了預測并給出了自己的理由，那么，結果是否與預測一樣呢？下面我們一起來實驗驗證一下，請同學們認真觀察。

演示實驗 教師按實驗的順序進行演示，這時學生都集中精力觀察教師演示。演示時，注意提醒大家要在同一高度下落，同時由靜止開始釋放。爭取讓每個實驗都能夠被學生清楚地觀察到。

實驗結果 觀察完實驗后，學生認真地客觀記錄并發(fā)現(xiàn)：

實驗1：粉筆頭先著地。

實驗2：鉤碼先著地。

實驗3：粉筆頭和紙團幾乎同時著地。

實驗4：鐵片和羽毛幾乎同時碰到牛頓管的另一端。

學生表現(xiàn)與處理 同學們對實驗3和4的現(xiàn)象極為驚訝，疑惑為何不是越重的物體下落越快呢？到底是什么原因呢？這時教師也不急于去糾正學生或做解釋，而是讓學生自己動手再去重做實驗1和實驗3，然后結合實驗4進行思考。

再次實驗與記錄 教師演示或者學生動手做實驗是實驗1、實驗3和實驗4。通過對教師的演示實驗、學生實驗的觀察，學生最后會發(fā)現(xiàn)：紙片下落會飄動，紙團基本不會。

分析 當實驗現(xiàn)象和學生自己的預測有明顯差異時，學生產(chǎn)生了強烈的認知沖突，思維和學習情緒達到新的興奮點，求知欲望強烈。此時學生的認知處于“不平衡”狀態(tài)，為“新平衡”的形成打下基礎，為解釋階段做好沖刺的準備。

2.3 解釋階段

此階段的任務是：觀察完實驗現(xiàn)象后，學生通過對觀察現(xiàn)象的分析，反思自己的認知，然后對觀察到的現(xiàn)象做出自己的解釋并記錄，接下來分小組進行交流討論，最后教師進行分析和總結。

學生討論與解釋 通過實驗觀察，發(fā)現(xiàn)紙片下落會飄動，紙團基本不會。也就是說紙片下落得慢可能是受空氣阻力的影響。而為何鐵片會比紙片快呢？通過引導學生抓住主要因素忽略次要因素，讓學生知道相對于鐵片的重力，其受到的空氣阻力幾乎可以忽略不計的。紙團比紙片的面積變小了，空氣阻力變小，所以實驗3中紙團與鐵片幾乎是同時著地的。在實驗4中，羽毛和鐵片的質量、形狀、大小、材質都不一樣，但下落的快慢一樣，說明這些因素對下落的快慢沒有影響。通過受力分析（如圖1），發(fā)現(xiàn)這些下落物體有一個共同的特征：都是只受重力的作用，并且都是由靜止開始下落。

教師總結 教師在引導學生進行以上解釋后，抓住時機引入“自由落體運動”的概念：物體只在重力作用下，從靜止開始下落的運動叫做自由落體運動。也就是說自由落體運動的條件是：①物體只受重力作用；②從靜止開始下落。

分析 這一階段學生極力想恢復第二階段的認知沖突引發(fā)的認知不平衡，有很強的求知欲，教師應當創(chuàng)造民主、輕松的學習環(huán)境，讓學生放開思維，暢所欲言，挖掘本質。并恰當?shù)亟o予引導、評價和總結。學生通過研究分析找到了現(xiàn)象的本質，深入認識到從日常觀察和經(jīng)驗得到的認識是有局限性的，需要通過科學的驗證分析才能得到事物的本質。

從教學案例可以看出，整個教學過程環(huán)環(huán)相扣，前階段是后階段的必要鋪墊，構成了完整緊密的教學過程。相對來說，POE策略比較容易操作，已被實踐證明是有效的演示實驗教學策略，在國外中學物理教學中得到了廣泛的應用。

3 結語

本文通過POE策略與DOE策略的對比，闡述了POE策略的內涵并凸顯了POE策略的優(yōu)勢，通過“自由落體運動”的教學案例，介紹了POE策略在物理教學中的應用。與DOE策略、實驗探究策略、問題解決策略等相比，POE策略最大的特點在于強調了預測階段中的理由描述，它讓學生更深入挖掘自己真正的想法，并將其清晰地表達出來，便于教師掌握學生的前概念和存在的問題。POE策略的實質是通過預測暴露學生的前概念，通過實驗演示使學生的認知發(fā)生沖突，通過討論最終實現(xiàn)學生的概念轉變。這符合學生的認知發(fā)展規(guī)律，它不僅對演示實驗的教學和探究式教學具有指導作用，而且對以實驗為特色的科學教學也具有啟示意義［1］。

參考文獻：

［1］顧江鴻，史小梅，李春密.預測-觀察-解釋——一種基于現(xiàn)代教育研究的演示策略［J］. 教育科學研究2009，5:54-56.

［2］White，R.T.，Gunstone，R.F.Probing understanding［M］.London：Falmer Press，1992：44-64.

［4］翁偉彬.POE策略在化學演示實驗教學中的應用［J］. 中學化學教學參考.2010.4:17.

(欄目編輯張正嚴)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文