基于POE教學策略的“小麥的真菌性病害”實驗探究

沈妍婧 朱曉燕 戴 群 解凱彬,*

(1 南京師范大學教師教育學院 南京 210097； 2 福建省南平市教師進修學院 南平 353000； 3 江蘇第二師范學院生命科學與化學學院 南京 210013)

1 POE教學策略內涵

POE教學策略是由探查學生理解科學的研究方法演化而來的，是建立在“觀察滲透理論”的哲學觀念和建構主義理論基礎之上的新型演示策略[1]。觀察滲透理論認為人們在觀察事物時，是受先前存在的理論知識和經(jīng)驗影響的，這種影響會滲透在觀察中。建構主義認為學習者以自己的原有知識經(jīng)驗為基礎，根據(jù)先前的認知結構而主動對外部信息進行選擇、加工和處理，構建自己的理解。因此，POE教學策略是關注學生先前經(jīng)驗、重視概念轉變和知識運用的一種教學模式。POE是“Predict”(預測)、“Observe”(觀察)和“Explain”(解釋)的縮寫，教學過程是由這3個部分構成。

2 探究問題的提出

生物科學是自然科學中的基礎學科之一，也是農(nóng)業(yè)科學、醫(yī)藥科學和環(huán)境科學等科學領域的重要基礎。初中生物學課程的學習是科學教育的重要組成部分，是學生科學素養(yǎng)建立和完善的有力保障，它在生物學基礎知識的掌握、科學研究能力的形成、創(chuàng)新意識的發(fā)展和科學態(tài)度的培育等方面都對學生有著不可替代的作用。生物學課程標準也提出：“了解我國的生物資源狀況和生物科學技術發(fā)展狀況”“關注與生物學相關的社會問題，初步形成主動參與社會決策的意識”等要求，希望中學生能正確理解生物科學并不是諸多知識和理論的簡單匯聚，而是期待他們可將所學知識運用到實際生活中去，學會關注科學和社會，并能主動嘗試分析問題和解決問題。

近年來，由于氣候異常、品種抗性和秸稈還田等多種因素，小麥根部病害發(fā)生愈發(fā)嚴重[2]。真菌性病害是主要的病害種類，其中由德氏霉侵染引起的小麥葉枯病廣泛分布在世界各小麥產(chǎn)區(qū)，嚴重影響小麥的產(chǎn)量[3]。在此背景下以小麥為代表的農(nóng)作物病害防治，是具有重要意義的社會實踐議題。以人教版初中生物學教材為例，在“綠色開花植物的一生”這一節(jié)教學內容中，雖然教師組織學生進行小麥種植是常見的活動形式，但其目的是在于理解植物的生長過程及其結構功能，很少會去關注農(nóng)作物的病害情況。同時，雖然教材中提及農(nóng)業(yè)的田間管理、病蟲害防治離不開生物科學和技術，但它是以拓展資料的形式呈現(xiàn)的，容易被輕視或忽視。這不利于學生了解科學事業(yè)，也無法引導學生展開知識應用，更錯失了培育社會責任意識的機會。

為了促使初中生能夠關注和嘗試解決作物病害的問題，筆者以POE教學策略為理論支撐，依據(jù)Richard Oliver等人設計的作物保護實驗[4]，探討生活中常見的化學物質對于減輕小麥真菌感染的作用效果，并總結POE教學策略對探究實驗的價值。

3 POE策略在實驗探究中的體現(xiàn)

“常見生活物質對小麥抗真菌作用的效果探究”實驗，依據(jù)POE教學策略的“預測”“觀察”和“解釋”模式展開實施，具體過程如下：

3.1 預測 預測是實驗探究的第一個環(huán)節(jié)，學生需要根據(jù)教師提出的問題，分析相關的背景資料或實驗過程，以自己已具備的知識和經(jīng)驗為基礎，預測對應的現(xiàn)象、情境和發(fā)展變化等，并闡明自己的理由(表1)。

教師呈現(xiàn)背景資料： 真菌性病害是小麥主要的病害種類，其中小麥葉枯病是最為常見的類型。小麥的染病初期葉子會出現(xiàn)淡黃色至淡青色的卵圓形小斑，隨后會擴大成不規(guī)則的斑塊，常為紅褐色、灰白色或灰褐色。同時，會出現(xiàn)植株衰弱的現(xiàn)象，甚至死亡。染病小麥一般先從下部葉片開始發(fā)病枯死逐漸向上發(fā)展。

表1 教師提問與學生預測情況

因此，這些小麥被收割后留下的殘茬是真菌富集的場所。當新一輪的種子播種在含有殘茬的土地中，在小麥的抽穗期致病菌會轉移到新的作物上，使其感染葉枯病，雨水期和灌溉期會加速葉枯病的傳播。

在這一環(huán)節(jié)，預測不是無根據(jù)的隨意猜測，不論是物質選擇還是實驗過程的設計都是學生在日常體驗和對背景資料的理解上形成的個人判斷。教師通過分析這些回答可發(fā)現(xiàn)，學生能夠充分聯(lián)系生活實際對材料中的信息做出篩選、整合和運用。但是對于第一個問題的思考維度和判斷依據(jù)過于依賴生活經(jīng)驗。因此，教師需要明白預測環(huán)節(jié)是展露學生知識水平的有效載體，是探尋學生前概念的重要途徑，也是發(fā)現(xiàn)前概念來源的關鍵方式，這都為后續(xù)解決學生可能出現(xiàn)的認知沖突奠定了基礎。

3.2 觀察 在觀察環(huán)節(jié)，通常以教師演示實驗或學生自主實驗的方式展開探究，過程中學生需要細致觀察并做好記錄。實驗結果通常分為2種情況： ①結果與預期相符；②預測現(xiàn)象與觀察結果不符。這就讓學生產(chǎn)生了認知沖突，但這是概念轉變和觀念培育的關鍵時期。

3.2.1 實驗材料 小麥種子、染菌小麥的殘茬、清水、醋、洗滌劑、衣物消毒液、雙氧水、育苗塊、育苗盆、紗布等。

3.2.2 實驗方法 具體如下：

(1) 將學生選擇的醋、洗滌劑、衣物消毒液、雙氧水分別配置成濃度為1%的溶液。將殘茬平均分為5組，分別浸泡這4種溶液和清水中。

(2) 殘茬浸泡12 h后取出并瀝干，用網(wǎng)孔較大的紗布分別包裹。

(3) 設置5組育苗塊，每一組播種10粒小麥種子，并在種子上方分別放置不同的殘茬。放置浸泡過清水殘茬的一組為對照組，其余組別為實驗組。

(4) 將育苗塊放置在溫度和光照都適宜的場所培養(yǎng)，使小麥發(fā)芽，穿過紗布網(wǎng)孔生長。4周后移除殘茬，測量各組植物的平均高度，對比觀察實驗組和對照組小麥葉子上的病斑面積。

3.2.3 實驗現(xiàn)象 學生通過殘茬處理、小麥種植和結果的測量與統(tǒng)計等實踐步驟，獲得觀察結果。實驗結果見表2。

3.3 解釋 在解釋環(huán)節(jié)，教師的思維引導和知識補充尤為重要。當學生找出預測與實驗現(xiàn)象一致的部分時，教師需要注意這并不意味著學生預測提出的依據(jù)就是實驗結果的科學解釋，需要教師做出正確的判斷和引導。而當學生針對事實與預測間的差異做出個人解釋時，教師需要把控解釋內容的科學性與關聯(lián)性。

表2 不同生活物質處理下的小麥高度和病斑面積

因此，這一環(huán)節(jié)是學生修正、完善概念體系的過程，也是將科學解釋整合到認知結構中去的過程。

在分析實驗結果的過程中，學生發(fā)現(xiàn)除了衣物消毒液外，醋、洗滌劑和雙氧水都具有較好的抗菌效果，能夠有效地減少殘茬上的病菌數(shù)量，符合一開始的預測。但學生對于抗菌作用的解釋只能從生活現(xiàn)象的角度展開，缺乏科學性。此時，教師可逐步提出“酸堿性”“氧化性”和“表面活性劑”等相關概念，并提供衣物消毒液僅有效作用于微生物的類別。學生在討論分析中更新和修正之前僅憑生活現(xiàn)象做出的解釋和認識，解釋衣物消毒液無抗菌效果的原因就在于： 小麥的致病菌不是其作用對象。同時，學生通過對比各組別的植物高度，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間無明顯差異，與預測不符，這說明小麥葉枯病的病癥不會表現(xiàn)在植株的高度上。

解釋的過程是促使學生關注科學本質的過程，教師要引導學生從科學的角度看待世界，培養(yǎng)學生搜集和分析證據(jù)的能力，促使他們掌握科學研究的一般方法，在思考和探究中發(fā)展他們的邏輯思維，最終形成科學解釋。

4 POE教學策略對探究實驗的價值

4.1 保障學生的主體性 POE教學策略下的實驗探究充分尊重了學生的生活經(jīng)驗和知識儲備，保障了學生的個性化思考，鼓勵學生表達自己的想法和觀點，為學生搭建了合作交流和探索實踐的平臺。選擇與教材內容關聯(lián)性強的拓展實驗，創(chuàng)設新的應用情境，讓學生綜合運用知識儲備進行思考，這種真正的疑問，才能促成學生基于科學學習提出具有探究意義的假設，并根據(jù)所設進行實驗設計，有效促進學生學科知識的掌握與探究能力的提升。

4.2 促進概念的轉變與重建 學生通過預測展示前概念，通過觀察發(fā)現(xiàn)認知沖突，可能會出現(xiàn)觀察到的現(xiàn)象與預測有出入。這時，需要教師結合這一矛盾，引導學生理性分析，多角度地綜合所學的知識對實驗現(xiàn)象進行分析，從而深化對知識的理解，通過解釋實現(xiàn)認知改變。因此POE的教學模式促使學生在原有知識結構和新概念間發(fā)生緊密連接，從而幫助學生調整和完善知識體系，最終達成對新概念的理解與順應。這一環(huán)節(jié)有利于促進學生客觀的分析與思考，需要學生將概念與現(xiàn)象之間建立良好的邏輯關系，提升學生科學解釋能力。

4.3 探究過程符合科學研究范式 在經(jīng)典的生物學研究范式中，研究者需要根據(jù)問題做出假設，并解釋提出該假設的原因，隨后設計和開展實驗，收集并分析實驗證據(jù)。最后，就實驗結果展開討論。POE教學策略的基本模式符合科學研究的基本過程。因此，該模式下學生的探究能夠保障他們深刻理解科學研究的嚴謹性，不斷深化對探究問題的認識，明確科學研究是基于事實證據(jù)的過程，掌握基本的研究方法，最終達成對于科學本質的深入理解。在此過程中，引導學生綜合應用所學的知識，培養(yǎng)科學思維，解決實際問題，認識科學世界，從而提高學生的生物學核心素養(yǎng)。