基于概念轉(zhuǎn)變的PDEODE策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：PDEODE是由POE策略發(fā)展而來的、基于概念轉(zhuǎn)變的一種教學(xué)策略，旨在勘察和促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解，本文首先闡述PDEODE策略的必要性及其在概念轉(zhuǎn)變中的可行性，然后結(jié)合“自由落體運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)案例來介紹其在物理教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PDEODE策略；概念轉(zhuǎn)變；自由落體運(yùn)動(dòng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2013）1（S）-0030-4

1、前言

PDEODE是“Predict Discuss-Explain-Observe-Discuss-Explain”的縮寫，即“預(yù)測(cè)-討論-解釋-觀察-討論-解釋”，是在POE策略的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。為揭示學(xué)生的前概念，1980年。Champagne、Klopfer和Anderso提出用演示一觀察一解釋（DOE）來勘察學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的理解。為了更有效地勘察學(xué)生的前概念，Gun-stone和White在1981年把這種方法改為預(yù)測(cè)一觀察一解釋（POE）。1985年，Champagne等人把POE作為教學(xué)策略運(yùn)用于自由落體的教學(xué)。1992年，Gunstone和White正式提出了POE教學(xué)策略，并把這一策略分為預(yù)測(cè)、觀察和解釋三個(gè)階段。在教學(xué)實(shí)踐中，人們不斷對(duì)這一策略進(jìn)行新的嘗試和改進(jìn)，把POE策略擴(kuò)展為PDEODE。這是由Savander—Ranne和Kolari在2003年最初提出的，Kolari等人首次將其應(yīng)用于工程學(xué)教育。作為一種勘察學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解和促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的工具，PDEODE教學(xué)策略在國外已有研究，但在國內(nèi)物理教育的研究中尚屬空白。

眾所周知，在開始學(xué)習(xí)某些科學(xué)概念之前，學(xué)生通過對(duì)日常生活中一些現(xiàn)象的觀察和體驗(yàn)已形成了一些個(gè)人化的概念，即“前概念（Pre-conceptionl”。在學(xué)習(xí)新概念時(shí)，學(xué)生不會(huì)輕易放棄這些概念，反而會(huì)對(duì)新概念產(chǎn)生排斥以及曲解科學(xué)概念。此時(shí)他們頭腦中所存在的與科學(xué)概念不一致的認(rèn)識(shí)，稱為“迷思概念（Misconception）”或“相異概念（Alternative Conception）”。由于這些相異概念會(huì)干擾學(xué)生往后的學(xué)習(xí)，使得新知識(shí)CClCzzE7XKKCcz6IHu9cysC4pYgwqO1ZNniy7KyM4HQ=不能恰當(dāng)?shù)卣系綄W(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去，因此有必要對(duì)學(xué)生的相異概念和現(xiàn)有知識(shí)進(jìn)行修正，即概念轉(zhuǎn)變。Posner等人提出著名的概念轉(zhuǎn)變模式（Conceptual Change Model，簡(jiǎn)稱CCM），認(rèn)為概念轉(zhuǎn)變需要滿足4個(gè)條件，即1、學(xué)習(xí)者必須對(duì)現(xiàn)有概念產(chǎn)生不滿（不滿）；2、新概念必須是可理解的（可理解性）；3、新概念必須是合理的（合理性）；4、新概念必須是有效的（有效性）。

PDEODE策略以科學(xué)認(rèn)識(shí)論、前概念、概念轉(zhuǎn)變的研究成果為基礎(chǔ)，融合了合作學(xué)習(xí)等方法，符合Posner等人所提出的概念轉(zhuǎn)變條件，在理論上具有可行性。它與Posner等人的概念轉(zhuǎn)變模式存在以下關(guān)系：

為深入闡述PDEODE策略的內(nèi)涵，下面擇取“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念教學(xué)片段來介紹PDEODE策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。

2、教學(xué)案例

“自由落體運(yùn)動(dòng)”是人教版高中物理必修1的內(nèi)容。自由落體運(yùn)動(dòng)作為勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特例，是生活中自由下落運(yùn)動(dòng)的理想模型，在物理教學(xué)中具有重要地位。本節(jié)課的概念教學(xué)部分的重點(diǎn)是自由落體運(yùn)動(dòng)的定義，難點(diǎn)是物體自由下落的快慢與物體質(zhì)量大小無關(guān)。要有效地突出教學(xué)重點(diǎn)和突破教學(xué)難點(diǎn)，關(guān)鍵是讓學(xué)生科學(xué)地理解自由落體運(yùn)動(dòng)。為此，可采用PDEODE策略來設(shè)計(jì)“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念教學(xué)。

2.1 預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)是整個(gè)教學(xué)的起始階段，旨在勘察學(xué)生關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的前概念，讓教師了解和把握學(xué)生的已有知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)，為引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突和促進(jìn)學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變做鋪墊。

教師首先創(chuàng)設(shè)“抓電影票”的情境來調(diào)動(dòng)課堂氣氛，并播放生活中物體下落的視頻，“喚醒”學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)。接著給學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)情景，讓他們單獨(dú)預(yù)測(cè)各個(gè)情景將產(chǎn)生的結(jié)果，并做好記錄。具體流程如下：

教師將一張電影票卷成柱狀體（該柱狀體足夠短，即它的長(zhǎng)度與它在人的平均反應(yīng)時(shí)間內(nèi)下落的高度相當(dāng)，學(xué)生很難抓到），對(duì)學(xué)生說：“同學(xué)們都喜歡看電影，而老師手里現(xiàn)在就有一張3D電影票，我要用它來做‘測(cè)反應(yīng)’的游戲，誰抓住了就送給他，哪位同學(xué)來試一試呢？”接著鼓勵(lì)學(xué)生積極上臺(tái)參與游戲，同時(shí)提醒臺(tái)下的學(xué)生注意觀察游戲過程中的現(xiàn)象。

在學(xué)生驚嘆電影票下落太快之余，教師便提問：“同學(xué)們都說電影票下落得快，那剛才電影票是怎樣運(yùn)動(dòng)的呢？”學(xué)生回答完，教師就適時(shí)提出“落體運(yùn)動(dòng)”的概念：從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)稱為落體運(yùn)動(dòng)，剛才電影票的下落也是落體運(yùn)動(dòng)，自然界中類似這樣的落體運(yùn)動(dòng)還有很多。接著播放視頻向?qū)W生展示生活中物體下落的實(shí)拍情景（如蘋果下落、水滴下落等現(xiàn)象），并引導(dǎo)學(xué)生回憶生活中類似的運(yùn)動(dòng)情景，如石頭下落、樹葉飄落等。在此，教師可進(jìn)一步提問：“剛才提到的都是生活中常見的場(chǎng)景，大家對(duì)這些場(chǎng)景了解多少呢？那好。同學(xué)們不妨來看看以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)情景，它們將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？現(xiàn)在請(qǐng)大家拿出紙和筆，把你們自己的預(yù)測(cè)寫下來?！痹趯W(xué)生對(duì)各實(shí)驗(yàn)情景進(jìn)行預(yù)測(cè)的過程中，教師要有意識(shí)地巡視學(xué)生的預(yù)測(cè)情況。

實(shí)驗(yàn)情景：

1、一張紙片和一個(gè)與紙片同質(zhì)量的紙團(tuán)同時(shí)從同一高度靜止釋放，哪個(gè)先著地？

2、一個(gè)紙團(tuán)和一個(gè)質(zhì)量更大的紙片同時(shí)從同一高度靜止釋放，哪個(gè)先著地？

3、一枚硬幣和幾枚粘合在一起的硬幣同時(shí)從同一高度靜止釋放，哪個(gè)先著地？

4、在真空狀態(tài)下的牛頓管中，金屬塊和羽毛哪個(gè)下落得更快？

學(xué)生的預(yù)測(cè)：

1、紙片和紙團(tuán)同時(shí)著地。

2、質(zhì)量更大的紙片先著地。

3、粘合在一起的硬幣先著地。

4、金屬塊下落得更快。

以貼近生活的現(xiàn)象為切入點(diǎn)。吸引學(xué)生注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，讓他們?cè)谳p松愉快的氛圍中展開自由落體運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)。

本環(huán)節(jié)能讓教師察覺學(xué)生關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的前概念，特別是相異概念，如“重的物體比輕的物體要下落得快”。

2.2 討論環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生在各自的小組（3～4人）中討論和分享彼此做出預(yù)測(cè)的理由，然后通過討論和協(xié)商來對(duì)實(shí)驗(yàn)情景形成組內(nèi)統(tǒng)一的預(yù)測(cè)，為往后的解釋環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備。

經(jīng)過預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，教師對(duì)學(xué)生關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的前概念和迷思概念已有一定了解，如“重的物體比輕的物體要下落得快”，但不必急于直接糾正學(xué)生的錯(cuò)誤概念，而是引導(dǎo)他們積極討論。比如，對(duì)學(xué)生說：“同學(xué)們剛才都對(duì)上述實(shí)驗(yàn)情景做出了預(yù)測(cè)，那你們的依據(jù)是什么呢？你的預(yù)測(cè)與小組其他成員的預(yù)測(cè)一致嗎？若不一致，那哪一種預(yù)測(cè)才是正確的呢？現(xiàn)在請(qǐng)大家在自己的小組內(nèi)討論，每個(gè)小組都要達(dá)成共識(shí)。”接著讓學(xué)生在組內(nèi)討論，向組內(nèi)的同伴呈現(xiàn)自己的預(yù)測(cè)，并說明理由。比如，生活中見到的都是重的物體下落得快。學(xué)生了解彼此的觀點(diǎn)之后，要對(duì)這些觀點(diǎn)做出分析，并對(duì)各實(shí)驗(yàn)情景形成統(tǒng)一見解。

通過討論。學(xué)生會(huì)暴露支撐他們做出預(yù)測(cè)的信念，讓教師弄清學(xué)生前概念的來源，為接下來幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變迷思概念提供依據(jù)。

在本環(huán)節(jié)中，教師充當(dāng)?shù)氖且龑?dǎo)者，要仔細(xì)留意學(xué)生的討論，但不能給學(xué)生關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的暗示，而是充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的主動(dòng)性，讓他們經(jīng)歷思考和探索的過程，尋找更具說服力的依據(jù)。

2.3 解釋環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)旨在讓各小組內(nèi)部在針對(duì)實(shí)驗(yàn)情景達(dá)成共識(shí)之后，通過全班討論的形式來向其他小組公布，并在討論中參考他人的見解和反思自己的觀點(diǎn)。

此時(shí)，教師應(yīng)進(jìn)一步鼓勵(lì)學(xué)生暢所欲言和反思。比如，對(duì)學(xué)生說：“通過組內(nèi)討論。各小組對(duì)實(shí)驗(yàn)情景已達(dá)成共識(shí)?，F(xiàn)存請(qǐng)各小組的代表依次呈現(xiàn)你們的見解，并說明理由。而其他同學(xué)在聽講的時(shí)候不妨思考，他們的解釋跟你們的有何聯(lián)系和區(qū)別呢？”接著，各小組的代表在全班討論中陳述小組的統(tǒng)一見解，并說明依據(jù)。比如，有學(xué)生會(huì)強(qiáng)調(diào)在生活中見到的都是重的物體下落得快。

通過解釋，學(xué)生察覺到他人的生活經(jīng)驗(yàn)，以及支撐這些經(jīng)驗(yàn)的信念。而教師也更清楚地意識(shí)到何種信念占主導(dǎo)地位，為突破自由落體運(yùn)動(dòng)的教學(xué)難點(diǎn)提供著力點(diǎn)。

在本環(huán)節(jié)中，教師充當(dāng)?shù)氖侵刃蚓S持者，為各小組的代表提供自由發(fā)言的氛圍，保證他們?cè)诎l(fā)言過程中不受干擾。

2.4 觀察環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)旨在通過學(xué)生的觀察與預(yù)測(cè)之間的反差來引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激起他們對(duì)已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的不滿，推動(dòng)概念轉(zhuǎn)變的進(jìn)程。

此時(shí)學(xué)生很渴望知道自己的預(yù)測(cè)是否正確，因此教師要充分把握學(xué)生的積極性，引導(dǎo)他們進(jìn)行與目標(biāo)概念相關(guān)的觀察。比如，對(duì)學(xué)生說：“同學(xué)們剛才都對(duì)各實(shí)驗(yàn)情景做了預(yù)測(cè)，也都找到了依據(jù)，那真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否跟大家的預(yù)測(cè)一致呢？為探討這個(gè)問題，老師先給大家演示，接著同學(xué)們?cè)僦貜?fù)一遍實(shí)驗(yàn)。不過，在老師演示的時(shí)候，大家除了觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還要注意老師是如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的。特別是在進(jìn)行真空管實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，南于金屬塊碰到管的底部會(huì)有明顯的聲音，大家可根據(jù)這點(diǎn)來判斷金屬塊的下落情況?，F(xiàn)在請(qǐng)大家注意觀察物體的下落，并做好記錄?！苯處熢谘菔具^程中，要確保學(xué)生能觀察清楚，且做好相關(guān)記錄。接著讓學(xué)生進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)。并再次記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。此時(shí)教師要給學(xué)生適當(dāng)?shù)牟僮魈崾?，如讓物體從同一高度靜止開始下落。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1、紙團(tuán)先著地。

2、紙團(tuán)先著地。

3、硬幣和粘合在一起的硬幣幾乎同時(shí)著地。

4、金屬塊和羽毛下落得一樣快。

通過觀察，學(xué)生體驗(yàn)到觀察與預(yù)測(cè)問的反差，會(huì)對(duì)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生懷疑，甚至不滿，這對(duì)概念轉(zhuǎn)變而言是有益的。

在本環(huán)節(jié)中，教師要演示實(shí)驗(yàn)，最好也讓學(xué)生進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)，畢竟學(xué)生更相信在親自實(shí)驗(yàn)中所觀察到的結(jié)果。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)生的預(yù)測(cè)不一致時(shí)，兩者問所形成的反差會(huì)更大，更有利于轉(zhuǎn)變學(xué)生的迷思概念。

2.5 討論環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生通過組內(nèi)討論來協(xié)調(diào)自己的預(yù)測(cè)與實(shí)際觀察到的現(xiàn)象，對(duì)小組內(nèi)的觀點(diǎn)進(jìn)行分析、比較、對(duì)比和批判，尋找預(yù)測(cè)與觀察之間出現(xiàn)不一致的原因，促使學(xué)生進(jìn)一步理解自由落體運(yùn)動(dòng)。

通過觀察，學(xué)生已注意到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。此時(shí)，他們將對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行小組討論，教師此時(shí)應(yīng)給予適當(dāng)引導(dǎo)。比如，對(duì)學(xué)生說：“經(jīng)過剛才的實(shí)驗(yàn)和觀察，同學(xué)們都發(fā)現(xiàn)無論紙片質(zhì)量大小如何都沒有紙團(tuán)下落得快，這說明什么呢？紙片下落會(huì)輕微飄動(dòng)，而紙團(tuán)卻不會(huì)，對(duì)于這現(xiàn)象大家有何想法呢？另外，為何質(zhì)量不同的硬幣能下落得幾乎一樣快呢？最后，在沒有空氣的真空管中，質(zhì)量、形狀和大小均不同的金屬塊和羽毛下落得一樣快，這又是為什么呢？”此外，教師還可以提示學(xué)生去對(duì)物體進(jìn)行受力分析。

通過討論，學(xué)生可得知“重的物體不一定下落得快”，并會(huì)猜測(cè)“物體下落的快慢可能會(huì)受空氣阻力的影響”。此外，學(xué)生通過分析物體在理想狀態(tài)下的受力，發(fā)現(xiàn)真空管中的金屬塊和習(xí)習(xí)毛都只受重力作用，而且都從靜止開始下落。

研究表明，信息的口頭敘述能提升高質(zhì)量的學(xué)習(xí)策略的應(yīng)用，從而促進(jìn)理解和長(zhǎng)時(shí)記憶，各種技能同樣也因此融入學(xué)生的技能中去。學(xué)生上述有針對(duì)性的討論自然會(huì)促進(jìn)他們對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的深層次理解，而不僅是記住表面現(xiàn)象。

2.6 解釋環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生在全班的討論中了解各種視角的解釋，并反思自己的觀點(diǎn)，然后在教師的引導(dǎo)下習(xí)得科學(xué)的解釋，達(dá)到概念轉(zhuǎn)變的預(yù)期效果。

此時(shí)，各小組的代表將針對(duì)已討論的問題向全班同學(xué)做出分析。在他們完成解釋環(huán)節(jié)后，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生的分析進(jìn)行總結(jié)。比如，通過對(duì)空氣中的物體進(jìn)行受力分析（如圖3所示），讓學(xué)生意識(shí)到紙團(tuán)之所以比紙片下落快是因?yàn)槠涿娣e小，受到空氣的阻力也小，而硬幣受到的空氣阻力與其重力相比幾乎可以忽略不計(jì)，因此質(zhì)量不同的硬幣下落得幾乎一樣快。同樣，通過分析物體在理想狀態(tài)下的受力（如圖4所示），讓學(xué)生明白沒空氣的真空管中質(zhì)量、形狀和大小均不同的金屬塊和羽毛下落一樣快，是因?yàn)樗鼈兌贾皇苤亓ψ饔?，而且都從靜止開始下落。

接下來，教師應(yīng)趁機(jī)引進(jìn)“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念：只在重力作用下，從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)，叫做自由落體運(yùn)動(dòng)。并引導(dǎo)學(xué)生理解“自由”是指物體只受重力作用，忽視空氣阻力的影響。此外，還要引導(dǎo)學(xué)生歸納自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：只受重力作用、從靜止開始下落。從而鞏固和強(qiáng)化學(xué)生對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的理解，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的迷思概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變。

通過本環(huán)節(jié)的解釋，學(xué)生的迷思概念以及支撐這些概念的信念開始瓦解，但他們的解釋還相對(duì)零散，教師應(yīng)系統(tǒng)地總結(jié)，讓學(xué)生從本質(zhì)上把握自由落體運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，習(xí)得“自由落體運(yùn)動(dòng)”的科學(xué)概念。

綜上可知，PDEODE策略滲透新課程教學(xué)理念，以學(xué)生為中心，以教師為組織者和引導(dǎo)者，倡導(dǎo)自由表達(dá)的氛圍，首先通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)來勘察學(xué)生的迷思概念，并讓他們?cè)诮M內(nèi)及全班的討論中解釋和反思。接著讓學(xué)生在觀察中對(duì)已有知識(shí)產(chǎn)生不滿，引發(fā)認(rèn)知沖突。然后讓學(xué)生去思考和探討實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從心理上接受新概念，解決信念與觀察間的矛盾，實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，最終習(xí)得科學(xué)概念。此過程邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，逐層漸進(jìn)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

3、結(jié)束語

以上通過高中物理“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念教學(xué)案例闡述了PDEODE策略及其在物理教學(xué)中的運(yùn)用。PDEODE策略在國外科學(xué)領(lǐng)域以及國內(nèi)化學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)實(shí)踐中已被證實(shí)為一種有效的科學(xué)教學(xué)策略，并形成一套系統(tǒng)的教學(xué)方法，對(duì)我國的物理教學(xué)有重大的啟示和指導(dǎo)意義。