POE教學(xué)策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用

周玨誼 張軍朋

摘? ?要：POE教學(xué)策略立足建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論與認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，通過預(yù)測(cè)、觀察、解釋三個(gè)環(huán)節(jié)展開教學(xué)。在國(guó)外及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的物理學(xué)科教學(xué)中，POE作為一種科學(xué)的教學(xué)策略被廣泛使用，并形成一套科學(xué)的教學(xué)模式，為我國(guó)中學(xué)物理教學(xué)帶來啟示。因此，文章以“決定浮力大小的因素”教學(xué)片段為例，探討POE教學(xué)策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：POE教學(xué)策略;物理教學(xué);浮力

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2021）5-0005-4

1? ? 引 言

POE策略，即“預(yù)測(cè)-觀察-解釋（Predict-Observe-Explain）”策略，最初由Pittsburgh大學(xué)Chanpagne等人提出，主要用來探測(cè)學(xué)生的前概念，也作為幫助學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的一種工具以及探究學(xué)習(xí)者迷思概念的研究工具。POE教學(xué)策略在當(dāng)前的中學(xué)教育教學(xué)中有著十分廣泛的應(yīng)用，特別是在物理教學(xué)中，POE是一種很有效的教學(xué)策略[1]。一方面，POE教學(xué)策略符合建構(gòu)主義的理念，促使學(xué)生應(yīng)用已有概念與知識(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)并提出解釋，讓學(xué)生有更多的空間去建構(gòu)、檢測(cè)并修正自己的想法與理解。另一方面，將POE策略實(shí)施在教學(xué)中，可以增進(jìn)教師與學(xué)生的交談，便于了解學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與知識(shí)應(yīng)用能力，引導(dǎo)學(xué)生解決其概念學(xué)習(xí)時(shí)的認(rèn)知沖突，提升學(xué)生對(duì)概念的理解。本文以初中物理“決定浮力大小的因素”教學(xué)片段為例，闡述POE教學(xué)策略的內(nèi)涵及其在物理教學(xué)中的應(yīng)用。

2? ? POE教學(xué)策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用

“決定浮力大小的因素”選自人教版八年級(jí)下冊(cè)物理第十章第一節(jié)《浮力》，是浮力教學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容，為后續(xù)認(rèn)識(shí)阿基米德原理和分析物體的浮沉條件打下基礎(chǔ)。另外，掌握影響浮力大小的因素是解決有關(guān)浮力應(yīng)用問題的基礎(chǔ)，對(duì)人們?nèi)粘Ｉ睢⑸a(chǎn)技術(shù)和科學(xué)研究具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)是影響浮力大小的因素，難點(diǎn)是物體受到的浮力大小與物體的浸入深度、質(zhì)量大小、密度及形狀無關(guān)。采用POE教學(xué)策略進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施過程如下。

2.1? ? 預(yù)測(cè)階段

本環(huán)節(jié)是整個(gè)教學(xué)的起始階段，旨在了解學(xué)生關(guān)于影響浮力大小因素的前概念。在預(yù)測(cè)階段，教師提出一個(gè)可實(shí)際操作或觀察的問題情境，讓學(xué)生根據(jù)自身原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)會(huì)有什么現(xiàn)象或結(jié)果發(fā)生。一般還應(yīng)要求學(xué)生寫下預(yù)測(cè)理由，每個(gè)學(xué)生都應(yīng)該表明自己運(yùn)用了何種知識(shí)。采用學(xué)生預(yù)測(cè)的方式，比直接向?qū)W生問問題的方法更有效。因?yàn)榻處熢谔釂柕臅r(shí)候，往往在問題之中就有答案的暗示，所以學(xué)生只要重復(fù)解釋現(xiàn)象即可，導(dǎo)致學(xué)生在回答時(shí)幾乎沒有思考[2]。而預(yù)測(cè)更能讓學(xué)生應(yīng)用知識(shí)去推理出一個(gè)解釋，從而了解和把握學(xué)生的已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，評(píng)估知識(shí)在真實(shí)情境中的應(yīng)用情形，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。

教師首先給學(xué)生提供以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)情境[3，4]：

實(shí)驗(yàn)1：體積相同的一塊鐵塊和一塊銅塊完全浸入水中，所受浮力相同嗎？

實(shí)驗(yàn)2：體積相同、形狀不同的鐵塊A和鐵塊B完全浸入水中，所受浮力相同嗎？

實(shí)驗(yàn)3：體積不同的大鐵塊和小鐵塊完全浸入水中，所受浮力相同嗎？

實(shí)驗(yàn)4：一個(gè)掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的鐵塊逐漸浸入水中的過程，所受浮力會(huì)如何改變？

實(shí)驗(yàn)5：完全浸入鹽水中的鐵塊和完全浸入清水中規(guī)格相同的鐵塊，所受浮力相同嗎？

接著，教師可以給予學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)情境獨(dú)立思考的時(shí)間，鼓勵(lì)學(xué)生利用生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)并分享自己的觀點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)1：所受浮力不同。

學(xué)生預(yù)測(cè)的解釋：①鐵塊、石塊等密度較大的物體會(huì)沉入水底，木塊、泡沫等密度較小的物體在水中漂浮，它們受到的浮力各不相同。浮力的大小可能與物體的密度有關(guān)，鐵塊密度小于銅塊密度，它們?cè)谒兴芨×Σ煌＂谥氐奈矬w下沉受到的浮力大，輕的物體漂浮受到的浮力小，鐵塊的質(zhì)量小于銅塊，所以鐵塊受到的浮力更小。

實(shí)驗(yàn)2：所受浮力不同。

學(xué)生預(yù)測(cè)的解釋：實(shí)心的鐵塊在水中下沉，可是用它做成的輪船卻能夠漂浮，物體所受的浮力應(yīng)該與物體的形狀有關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)3：所受浮力不同。

學(xué)生預(yù)測(cè)的解釋：①大鐵塊更重，所受浮力應(yīng)該更小;②大鐵塊的體積大，浮力應(yīng)該比較小。

實(shí)驗(yàn)4：所受浮力逐漸增大。

學(xué)生預(yù)測(cè)的解釋：在游泳的時(shí)候感覺潛入水中比浮在水面受到的浮力大，并且越往深處游受到的浮力越大。物體所受浮力可能與它在水中的浸入深度有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)5：所受浮力不同。

學(xué)生預(yù)測(cè)的解釋：人在死海中可以漂浮，在河水中卻會(huì)下沉，物體所受的浮力應(yīng)該與它所浸入的液體密度有關(guān)系。

在預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，教師可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生往往存在這些前概念：物體受到的浮力大小與物體的浸入深度、質(zhì)量大小、密度、形狀有關(guān)。這些錯(cuò)誤的認(rèn)知都來自學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)。在這個(gè)階段，教師不需要急于糾正學(xué)生，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生互相交流各自的預(yù)測(cè)及其依據(jù)，以此弄清學(xué)生前概念的來源，以便后續(xù)引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變迷思概念。

2.2? ? 觀察階段

在觀察階段，往往是學(xué)生通過對(duì)比觀察與預(yù)測(cè)之間的反差形成認(rèn)知沖突，進(jìn)而對(duì)已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)感到局限，對(duì)新知識(shí)產(chǎn)生渴望，為下一環(huán)節(jié)的概念轉(zhuǎn)變做鋪墊。在本環(huán)節(jié)，一般以教師或?qū)W生的演示實(shí)驗(yàn)為主，如果演示難度較高，教師也可以提供相關(guān)的材料（例如，視頻、圖片、數(shù)據(jù)、文字等材料）給學(xué)生觀察，注意提醒學(xué)生觀察具體、直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果。此時(shí)，學(xué)生對(duì)于自己的預(yù)測(cè)是否正確充滿好奇，注意力較為集中，教師應(yīng)利用好學(xué)生的積極性，在學(xué)生觀察時(shí)給予學(xué)生正確的引導(dǎo)和適當(dāng)?shù)奶崾?，可以提前告訴學(xué)生所要觀察的重點(diǎn)，以免學(xué)生進(jìn)行無效的觀察或者因?yàn)殄e(cuò)誤觀察而產(chǎn)生迷思概念。

在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)之前，先鞏固浮力的測(cè)量方法：用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛物塊，物塊浸沒在水中前后彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)減小的值即浮力的大小。接著，結(jié)合教師提問銜接五個(gè)實(shí)驗(yàn)情境，在學(xué)生觀察過程中，以教師演示實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生可從旁協(xié)助。

實(shí)驗(yàn)1：①準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。規(guī)格為2 cm×5 cm×10 cm的長(zhǎng)方體鐵塊和銅塊各一塊、彈簧測(cè)力計(jì)、水、燒杯;②如圖1，分別測(cè)出鐵塊在空氣中的重力G 和完全浸入水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)G ，計(jì)算浸入水中的鐵塊所受浮力F =G -G ;③將鐵塊換成銅塊重復(fù)步驟2，讀出G ，G ，計(jì)算出F =G -G 。

通過實(shí)驗(yàn)1學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，體積相同的鐵塊和銅塊全部浸入水中時(shí)，所受浮力相同。由此引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，即物體所受浮力與物體的密度和質(zhì)量無關(guān)。為了發(fā)現(xiàn)學(xué)生更多的迷思概念，教師可以向?qū)W生提出疑問：“我們控制兩物體的體積相同，發(fā)現(xiàn)物體受到的浮力與其密度和質(zhì)量無關(guān)，請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步思考物體所受浮力可能與什么因素有關(guān)？”大部分學(xué)生會(huì)認(rèn)為物體所受浮力的大小可能會(huì)與物體的體積或者形狀有關(guān)系，于是采用控制變量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3。

實(shí)驗(yàn)2：①準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。規(guī)格為2 cm×5 cm×10 cm的長(zhǎng)方體鐵塊A和規(guī)格為4 cm×5 cm×5 cm的長(zhǎng)方體鐵塊B各一塊、彈簧測(cè)力計(jì)、水、燒杯;②分別測(cè)出鐵塊A在空氣中的重力G 和完全浸入水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)G ，計(jì)算浸入水中的鐵塊所受浮力F =G -G ;③將鐵塊A換成鐵塊B重復(fù)步驟2，并讀出G ，G ，計(jì)算F =G -G 。

通過實(shí)驗(yàn)2學(xué)生可以觀察到鐵塊A、B在完全浸入水中時(shí)的浮力相同，即物體的形狀并不是決定浮力大小的因素。

實(shí)驗(yàn)3：①準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。規(guī)格為2 cm×5 cm×10 cm的小長(zhǎng)方體鐵塊和規(guī)格為4 cm×5 cm×10 cm的大長(zhǎng)方體鐵塊、彈簧測(cè)力計(jì)、水、燒杯;②分別測(cè)出大鐵塊在空氣中的重力G 和完全浸入水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)G ，計(jì)算浸入水中的大鐵塊所受浮力F =G -G ;③將大鐵塊換成小鐵塊重復(fù)步驟2，計(jì)算出F =

在實(shí)驗(yàn)3中，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)體積不同的鐵塊在完全浸入水中時(shí)所受浮力不同，于是會(huì)認(rèn)為物體的體積是決定浮力大小的因素。此時(shí)，教師可以提問：“那體積不變的物體逐漸浸入水中的過程中它所受的浮力是保持不變的嗎？”引導(dǎo)學(xué)生回顧對(duì)實(shí)驗(yàn)4的預(yù)測(cè)。有的學(xué)生根據(jù)生活中游泳的感受會(huì)認(rèn)為浮力逐漸增加，有的學(xué)生則會(huì)認(rèn)為體積不變的物體所受浮力也是不變的。

實(shí)驗(yàn)4：①準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。規(guī)格為4 cm×5 cm×5 cm的長(zhǎng)方體鐵塊、彈簧測(cè)力計(jì)、水、燒杯;②在鐵塊放入水中之前，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鐵塊的重力G ;③如圖2，將鐵塊逐漸浸入水中，記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化G ;④計(jì)算在此過程中鐵塊所受浮力，F(xiàn) =G -G 。

實(shí)驗(yàn)演示后，請(qǐng)學(xué)生記錄并交流自己所觀察到的現(xiàn)象：當(dāng)掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的鐵塊逐漸浸入水中時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)逐漸減小，在鐵塊完全浸入水中后持續(xù)下沉過程中，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)保持不變。教師可以通過問題串引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行思考：“鐵塊逐漸浸入水中的過程中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)如何變化？說明物體所受浮力如何變化？在這個(gè)過程中物體體積是否變化？什么物理量在改變？”鼓勵(lì)學(xué)生分組探討，意識(shí)到物體所受浮力與其體積無關(guān)，而與物體浸入水中（排開水）的體積有關(guān)。為了引入液體密度這一概念，教師這樣處理：引導(dǎo)學(xué)生討論在先前的四個(gè)實(shí)驗(yàn)中哪個(gè)物理量一直沒變？學(xué)生經(jīng)過小組討論可以得出液體的種類沒有改變，教師可以趁機(jī)引導(dǎo)學(xué)生猜想液體的種類（密度）是否也是影響浮力大小的因素之一，并開展實(shí)驗(yàn)5。

實(shí)驗(yàn)5：①準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。規(guī)格為2 cm×5 cm×10 cm的長(zhǎng)方體鐵塊、彈簧測(cè)力計(jì)、清水、鹽水、燒杯;②在鐵塊放入水中之前，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鐵塊的重力;③先后將鐵塊浸入鹽水和清水中，分別記錄在兩種液體中彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，并計(jì)算比較。

通過實(shí)驗(yàn)5，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)在不同液體中物體所受浮力不同，教師可以補(bǔ)充物體所受浮力與浸入液體的密度有關(guān)，且密度越大，物體受到的浮力就越大，并擴(kuò)展死海的相關(guān)知識(shí)。

在觀察的環(huán)節(jié)里，學(xué)生注意到了其觀察的真實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)測(cè)之間的反差，意識(shí)到自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不足，渴望進(jìn)一步探索真相，進(jìn)而進(jìn)入下一環(huán)節(jié)——解釋。

2.3? ? 解釋階段

解釋階段是POE教學(xué)策略的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過觀察階段發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)與觀察兩者之間產(chǎn)生的矛盾沖突，對(duì)觀察到的現(xiàn)象做出自己的分析和解釋，反思自己的認(rèn)知，適當(dāng)調(diào)整自己的前概念，形成自己轉(zhuǎn)變后的新概念。教師要鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)自己的想法，讓學(xué)生通過討論促進(jìn)他們對(duì)浮力大小影響因素的理解和主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，而不是囿于表面。其次，POE教學(xué)策略強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體性，提升學(xué)生在課堂教學(xué)活動(dòng)中的參與度，需要教師尤其注意提問的技巧，對(duì)學(xué)生做正確且恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，同時(shí)避免過多的引導(dǎo)以致誤導(dǎo)學(xué)生表達(dá)不出自己最真實(shí)的想法[7]。

首先，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回顧剛剛觀察的五個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并捋順探究的思路。鼓勵(lì)學(xué)生用自己的語言闡述他所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及對(duì)應(yīng)的結(jié)論。例如，通過實(shí)驗(yàn)1發(fā)現(xiàn)體積相同的不同物體所受的浮力相同，即物體所受浮力與其密度和質(zhì)量沒有關(guān)系，從而轉(zhuǎn)變學(xué)生對(duì)重的物體浮力大以及密度大的物體浮力大的錯(cuò)誤前概念。期間，教師可以通過提問幫助學(xué)生連接幾個(gè)實(shí)驗(yàn)：“實(shí)驗(yàn)1中沒有改變的量是什么？浮力大小是否與它有關(guān)？為何要這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究？”進(jìn)而逐個(gè)打破學(xué)生在浮力影響因素上的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。最后，教師將決定浮力大小的因素進(jìn)行總結(jié)：一切浸入液體的物體都受到向上的浮力，浮力的大小跟物體的浸入深度、質(zhì)量、密度、形狀沒有關(guān)系，只跟浸入液體的密度和物體排開液體的體積有關(guān)。

通過解釋階段對(duì)系列實(shí)驗(yàn)情境的分析，轉(zhuǎn)變學(xué)生在浮力這一知識(shí)點(diǎn)上根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)建立的錯(cuò)誤認(rèn)知，從本質(zhì)上解決了問題。

3? ? 結(jié)束語

本文以“探究決定浮力大小的因素”教學(xué)片段為例，探討POE教學(xué)策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。從本質(zhì)上看，POE教學(xué)策略立足于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，預(yù)測(cè)階段（P）通過學(xué)生獨(dú)立思考預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果探查學(xué)生已有的前概念，觀察階段（O）通過實(shí)驗(yàn)演示使學(xué)生的認(rèn)知發(fā)生沖突，解釋階段（E）通過學(xué)生討論與教師總結(jié)等教學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變，符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

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