POE策略下的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

陳馨

探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式，它以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為主要活動(dòng)形式，學(xué)生的猜想和假設(shè)都需要通過實(shí)驗(yàn)來證實(shí)或證偽。許多教師在面對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的選取、實(shí)驗(yàn)步驟的安排、實(shí)驗(yàn)方法的選擇時(shí)，只重實(shí)驗(yàn)形式而不重學(xué)生的深度思考，使得學(xué)生雖然有足夠的動(dòng)手時(shí)間，卻沒有充分的可供探索的心理空間，無法有效地轉(zhuǎn)變前概念。教學(xué)中，我嘗試運(yùn)用POE策略有針對(duì)性地設(shè)計(jì)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，取得了一定成效。

POE策略的內(nèi)涵

POE是預(yù)測（predict，以下簡稱P）、觀察（observe，以下簡稱O）、解釋（explain，以下簡稱E）的三個(gè)詞英文首字母的縮寫，包括三個(gè)環(huán)節(jié)：

P：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前預(yù)測可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并作出自認(rèn)為科學(xué)合理的解釋。這是POE策略的關(guān)鍵，能促使學(xué)生進(jìn)行深度思考并用合適的方式表達(dá)，有助于教師掌握學(xué)生的前概念。

O：學(xué)生在完成預(yù)測和解釋后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象。

E：當(dāng)預(yù)測的現(xiàn)象與觀察的結(jié)果不一致時(shí)，學(xué)生修正自己的預(yù)測，對(duì)觀察到的現(xiàn)象做出自己的解釋，然后分小組進(jìn)行討論，最后師生進(jìn)行小結(jié)和分析。

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)的過程是學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)對(duì)新知識(shí)的理解的過程，所以教師要為學(xué)生提供自由探究的機(jī)會(huì)，尊重和鼓勵(lì)他們做出各種各樣的解釋。預(yù)測與結(jié)果之間的認(rèn)知沖突使得學(xué)生各抒己見，互通有無，在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)科學(xué)概念進(jìn)行建構(gòu)和理解，完善自己的知識(shí)體系，同時(shí)體會(huì)科學(xué)的本質(zhì)，保持探索的熱情和學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

基于POE策略的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的確定

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，有指向性作用。教師要深入鉆研課程標(biāo)準(zhǔn)，考慮實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的層次特點(diǎn)和基本形式，注意相應(yīng)年齡段兒童的共性，考慮學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、心理特點(diǎn)、探究能力等多方面的因素，使得實(shí)驗(yàn)的P環(huán)節(jié)和E環(huán)節(jié)是在此年齡段的大多數(shù)學(xué)生通過努力能夠完成的，且對(duì)多數(shù)人具有較大的發(fā)展價(jià)值。

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的設(shè)計(jì)與教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)要求基本一致：第一，明確實(shí)驗(yàn)的主體是學(xué)生;第二，用動(dòng)賓短語來表現(xiàn)學(xué)生的探究行為，且行為動(dòng)詞要能夠觀察和測量，如舉例、寫出、測量等;第三，明確最低層次的表現(xiàn)水平，最低層次的表現(xiàn)水平通常規(guī)定了學(xué)生在熟練性、完整性、時(shí)間等方面的限制，如“能夠列舉杠桿的5個(gè)實(shí)例”“畫出自行車鏈條傳動(dòng)裝置的示意圖”等;第四，明確探究條件，即學(xué)生通過何種活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)達(dá)到最低層次的表現(xiàn)水平，如“通過小組合作”“在使用顯微鏡后”等。

下面以“探究鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)”這一實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)：

P：能對(duì)鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)做出預(yù)測并說明依據(jù)。

O：通過實(shí)驗(yàn)探究鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，學(xué)會(huì)控制變量的方法;通過表格、示意圖等多種方式記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的異同點(diǎn)，提高分析能力。

E：在討論、交流、得出結(jié)論的過程中提高對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)包含認(rèn)真分析教材，合理選擇、組織、呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。雖然教材中已經(jīng)有設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)，但那不是唯一的設(shè)計(jì)，也不一定是最合理的設(shè)計(jì)。教師要結(jié)合實(shí)際學(xué)情、學(xué)校條件、社會(huì)熱點(diǎn)等，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行加工、取舍、補(bǔ)充甚至重新選擇。有時(shí)候?qū)W生的奇思妙想也可以作為新一輪的探究主題。值得注意的是，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容雖然要有一定的啟發(fā)性和思考性，但也要適合小學(xué)生探究，不能過難或過偏。

3.實(shí)驗(yàn)器材的選擇

實(shí)驗(yàn)器材是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)。有的實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜、操作麻煩，有的學(xué)校器材和耗材配備不足，這就需要教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案和需求，從生活中常見的材料里選擇能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康那夷鼙ＷC實(shí)驗(yàn)順利開展的材料。

4.實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)

讓學(xué)生充當(dāng)模仿者“按食譜做菜”并不可取，教師要充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性并調(diào)動(dòng)他們的積極性，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程加以設(shè)計(jì)，創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容要求的情境，給學(xué)生提示新舊知識(shí)之間聯(lián)系的線索，激發(fā)出他們?cè)械南嚓P(guān)經(jīng)驗(yàn)，幫助他們建構(gòu)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義。

一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)探究包括提出問題、作出假設(shè)、制訂計(jì)劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流、評(píng)價(jià)反思，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)最重要的考量也是這八個(gè)環(huán)節(jié)。筆者以“探究定滑輪和動(dòng)滑輪的作用”為例，采用POE策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（1）提出問題

出示視頻：工人造房子時(shí)，分別用定滑輪和動(dòng)滑輪把磚塊拉上房頂。

提問：你有什么發(fā)現(xiàn)？有什么問題嗎？

追問：這兩種滑輪裝置有什么不同？各有什么作用？

教師可以設(shè)計(jì)與學(xué)生已有認(rèn)知相關(guān)的情境，或是通過實(shí)物演示，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)并提出問題。如果學(xué)生因知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)不足而無法提出問題，教師可以給出提示，以確保實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開展。

（2）作出假設(shè)

P：學(xué)生作出預(yù)測并寫出理由。

預(yù)測是有依據(jù)的判斷，是一個(gè)推理的過程，但未必正確。教師要給學(xué)生留出足夠的時(shí)間，讓學(xué)生根據(jù)自身的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，通過思考作出預(yù)測，并寫出依據(jù)，方便教師探查學(xué)生前概念中是否有相異概念，為之后引導(dǎo)學(xué)生將前概念轉(zhuǎn)為科學(xué)概念做好鋪墊。

（3）制訂計(jì)劃

提問：實(shí)驗(yàn)中，如果要驗(yàn)證使用定滑輪（或動(dòng)滑輪）是否省力，應(yīng)該準(zhǔn)備什么器材？需要測出什么數(shù)據(jù)？怎樣判斷使用定滑輪（或動(dòng)滑輪）是否省力？

學(xué)生在組內(nèi)通過討論制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃后，派小組代表在全班匯報(bào)交流。

提問：你覺得這一小組的方案怎么樣？有什么優(yōu)點(diǎn)？有沒有要注意的地方？

制訂計(jì)劃即設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，師生運(yùn)用有關(guān)科學(xué)知識(shí)或原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的材料、方法、步驟等進(jìn)行選擇和規(guī)劃。教師先在實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模礊槭裁匆鲞@個(gè)實(shí)驗(yàn)，要解決什么問題;再讓學(xué)生通過小組合作自行討論出一個(gè)方案;接著在全班交流，通過互評(píng)和自評(píng)取長補(bǔ)短，討論注意事項(xiàng)及可能出現(xiàn)的問題，共同得出一個(gè)較為完善、簡單可行的實(shí)驗(yàn)方案;最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（4）搜集證據(jù)

O：學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并觀察現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或數(shù)據(jù)。

教師應(yīng)預(yù)想學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)可能存在的困難，對(duì)關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行討論和引導(dǎo)。同時(shí)，教師要思考以何種方式提醒學(xué)生仔細(xì)觀察現(xiàn)象、及時(shí)記錄數(shù)據(jù)、規(guī)范操作實(shí)驗(yàn)，如請(qǐng)學(xué)生口頭重復(fù)、出示PPT等。

（5）處理信息

學(xué)生比較預(yù)測與現(xiàn)象之間的差異，為觀察到的現(xiàn)象作出解釋并寫下來。

實(shí)驗(yàn)誤差是不可避免的，為了減小誤差，可讓學(xué)生多測量幾次，但記錄要實(shí)事求是。如果沒有足夠的時(shí)間重復(fù)實(shí)驗(yàn)并測量，教師可讓每個(gè)小組測量一組數(shù)據(jù)，然后匯總?cè)嗟臄?shù)據(jù)，錄入Excel表格求平均值。此時(shí)，學(xué)生會(huì)對(duì)實(shí)際現(xiàn)象和預(yù)測的不一致產(chǎn)生疑問，會(huì)察覺前概念的不足，因而激發(fā)起對(duì)概念轉(zhuǎn)變的內(nèi)在需求。教師要在此時(shí)利用認(rèn)知沖突，促進(jìn)學(xué)生的思維活動(dòng)，讓觀察和思維緊密結(jié)合起來。

（6）得出結(jié)論

E：追問為什么定滑輪不省力，動(dòng)滑輪省一半的力，并要求學(xué)生用以前學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行解釋。

總結(jié)：滑輪是杠桿的變形。定滑輪的支點(diǎn)在中心軸，動(dòng)力點(diǎn)和阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離相等，實(shí)際上是等力杠桿，所以不省力（如圖1）。動(dòng)滑輪是省力杠桿的變形，動(dòng)力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離是阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離的2倍，所以可以省一半力（如圖2）。

教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)預(yù)測和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不一致的情況作出解釋，再指導(dǎo)學(xué)生將自己的解釋和同學(xué)進(jìn)行交流討論。

（7）表達(dá)交流

表達(dá)與交流貫穿了實(shí)驗(yàn)的所有環(huán)節(jié)。誘導(dǎo)性的提問可以促使學(xué)生對(duì)自己或他人的觀點(diǎn)進(jìn)行辯證性的思考，通過評(píng)估、交流甚至辯論構(gòu)建班級(jí)里的“知識(shí)共同體”。教師可以在黑板的一角設(shè)立詞匯表，將學(xué)生表達(dá)交流時(shí)常用的科學(xué)詞匯羅列出來，引導(dǎo)學(xué)生使用科學(xué)規(guī)范的語言。

（8）評(píng)價(jià)反思

教師要實(shí)施多元評(píng)價(jià)，隨時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，如利用對(duì)話式形成性評(píng)價(jià)，切實(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況;利用實(shí)際操作了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?利用紙筆測驗(yàn)，了解學(xué)生創(chuàng)造思考、推理及歸納的能力。

5.實(shí)驗(yàn)記錄單的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)記錄單能幫助學(xué)生記錄不同環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，也能幫助教師看到學(xué)生由前概念到科學(xué)概念的發(fā)展和變化的過程。實(shí)驗(yàn)記錄單的設(shè)計(jì)要有層次性和指導(dǎo)性，并鼓勵(lì)學(xué)生用圖文結(jié)合的方式表達(dá)想法。多樣化、個(gè)性化的記錄方式更能激發(fā)學(xué)生的興趣，鍛煉他們的發(fā)散性思維能力。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄單時(shí)，到底選擇哪一種呈現(xiàn)方式來表述實(shí)驗(yàn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，教師應(yīng)該視學(xué)生的知識(shí)背景和課題性質(zhì)而定。

在上文“探究定滑輪和動(dòng)滑輪的作用”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，由于預(yù)測階段是為了暴露學(xué)生的前概念，因此需要在實(shí)驗(yàn)記錄單的相關(guān)位置進(jìn)行開放式處理，以便學(xué)生將自己的想法以書面形式呈現(xiàn)出來，為他們今后獨(dú)立研究打下良好基礎(chǔ)。示例如下：

實(shí)驗(yàn)記錄單是很寶貴的財(cái)富，在實(shí)驗(yàn)之后，教師可以裝訂成實(shí)驗(yàn)展示冊(cè)供學(xué)生翻閱、交流，或是布置成墻飾來展示，也可以放進(jìn)學(xué)生的成長檔案袋，甚至可以將這些資料收集起來，作為教師自己反思和研究的素材。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程不一定要體現(xiàn)POE的全部環(huán)節(jié)。教師可以參考不同類型實(shí)驗(yàn)的要求和難易程度，根據(jù)實(shí)際需要選取部分環(huán)節(jié)，或是靈活調(diào)控先后次序，或是在POE的基礎(chǔ)上增加新的環(huán)節(jié)，如T（test，測驗(yàn)）、C（contest，比賽）、D（discuss，討論）等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，促進(jìn)他們多元發(fā)展。

每個(gè)學(xué)生都是獨(dú)立的個(gè)體，教師在設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要充分關(guān)注學(xué)生獨(dú)立能力的培養(yǎng)，設(shè)計(jì)一些必須通過獨(dú)立思考和親自動(dòng)手才能完成的探究任務(wù)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中學(xué)會(huì)分享與交流、合作與共享、批評(píng)與自我批評(píng)，形成集體觀念和合作精神，如此才能更好地發(fā)揮POE策略的價(jià)值。