“預(yù)測(cè)·觀察·解釋”

摘 要：在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師可以通過POE策略的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的精準(zhǔn)度，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)要素的管控，為學(xué)生形成物理觀念、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能奠定基礎(chǔ)。著重分析了POE策略應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值及思路，并闡述了教學(xué)建議，旨在促進(jìn)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，強(qiáng)化POE策略的應(yīng)用效能。

關(guān)鍵詞：高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；POE策略；實(shí)驗(yàn)操作；核心素養(yǎng)；應(yīng)用能力

作者簡(jiǎn)介：蒙曦穎（1992—），女，廣西壯族自治區(qū)南寧市第三十三中學(xué)。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出：“高中物理課程注重體現(xiàn)物理學(xué)科的本質(zhì)，從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面提煉學(xué)科育人價(jià)值，充分體現(xiàn)物理學(xué)科對(duì)提高學(xué)生核心素養(yǎng)的獨(dú)特作用，為學(xué)生終身發(fā)展、應(yīng)對(duì)現(xiàn)代和未來社會(huì)發(fā)展的挑戰(zhàn)打下基礎(chǔ)?！保?］尤其是在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以按照“預(yù)測(cè)·觀察·解釋”的思路，突出學(xué)生主體地位，強(qiáng)化學(xué)生主動(dòng)性與實(shí)操性，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。為此，本文圍繞POE策略應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)的議題進(jìn)行探索。

一、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中POE策略的應(yīng)用價(jià)值分析

（一）POE策略的概念闡釋

1981年，澳大利亞學(xué)者Gunstone和White首先提出“P（Predict，預(yù)測(cè)）—O（Observe，觀察）—E（Explain，解釋）”策略作為檢測(cè)學(xué)生科學(xué)概念理解情況的手段，簡(jiǎn)稱“POE”。到1992年，他們正式提出POE策略的概念，隨后POE策略逐漸被應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這一概念由三部分組成，形成了彼此嵌套、相輔相成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為物理教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、強(qiáng)化學(xué)生管理提供了很好的指引。

如圖1所示，POE策略是一種師生協(xié)同參與并由學(xué)生主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，它突出了學(xué)生的中心地位，可以促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知能力的建構(gòu)與成長(zhǎng)。在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先，教師向?qū)W生呈現(xiàn)具體的實(shí)驗(yàn)情境，夯實(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的根基。其次，教師要求學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)開展預(yù)測(cè)，確保學(xué)生顯露出原有的前科學(xué)概念（即實(shí)驗(yàn)之前已掌握的概念）。再次，教師基于學(xué)生預(yù)測(cè)的情況，引導(dǎo)學(xué)生開展觀察或動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，并促使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，開展深度討論。最后，教師和學(xué)生就實(shí)驗(yàn)流程及關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行互動(dòng)，并在解釋環(huán)節(jié)中化解認(rèn)知沖突，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的科學(xué)解釋，幫助學(xué)生回歸科學(xué)概念。

（二）POE策略嵌入高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用價(jià)值

首先，將POE策略嵌入高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以突出學(xué)生主體地位，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究主動(dòng)性與積極性。在傳統(tǒng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，“教師主導(dǎo)，學(xué)生記錄；教師指揮，學(xué)生操作”的模式十分盛行，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性不足，難以激發(fā)創(chuàng)造力。通過引入“P（預(yù)測(cè)）—O（觀察）—E（解釋）”的融合策略，教師能夠充分激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在熱情，使學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的“主人翁”，有利于學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技法，積累實(shí)操經(jīng)驗(yàn)［2］。

其次，物理教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的過程中運(yùn)用POE策略，能夠打造復(fù)合式教學(xué)舉措，將情境教學(xué)、演示教學(xué)、小組合作教學(xué)等方法交融起來，這有利于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度，為學(xué)生發(fā)展物理實(shí)操技能提供支撐。換言之，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中POE策略的運(yùn)用契合教學(xué)轉(zhuǎn)型需求，可以極大豐富教師的指導(dǎo)思路和方法，有利于教師開展多元化教學(xué)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的迭代升級(jí)。

最后，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中POE策略的運(yùn)用，有利于教師更全面、更深刻地監(jiān)控教學(xué)進(jìn)程，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提升查漏補(bǔ)缺、提質(zhì)增效的效果，為學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展提供支撐。

二、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中POE策略的嵌入思路及建議

（一）建構(gòu)知識(shí)情境，厘清實(shí)驗(yàn)要素關(guān)聯(lián)

新課標(biāo)提出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高中物理教學(xué)的重點(diǎn)，是學(xué)生知識(shí)能力向應(yīng)用素養(yǎng)成長(zhǎng)的支點(diǎn)［3］。為此，高中物理教師要切實(shí)把握新課標(biāo)精神和要求，統(tǒng)籌實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵要素，以知識(shí)情境的建構(gòu)和運(yùn)用為起點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生參與到“P（預(yù)測(cè)）—O（觀察）—E（解釋）”的一體化進(jìn)程中，確保學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中生發(fā)出全新的認(rèn)知，提升物理認(rèn)知技能與實(shí)操能力，為厘清實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵要素創(chuàng)造條件。教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)完善、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)情境，打造多層次的教學(xué)樣態(tài)，確保POE策略效果最大化。

例如，在學(xué)習(xí)人教版物理必修第一冊(cè)的“牛頓第二定律”和“牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用”的過程中，教師可以設(shè)計(jì)“自由落體運(yùn)動(dòng)”的主題實(shí)驗(yàn)，將POE策略融入其中，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)情境的預(yù)測(cè)入手，開展細(xì)致的實(shí)驗(yàn)觀察，并在記錄、分析的過程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋，厘清實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵性要素，準(zhǔn)確把握物理學(xué)定律，為實(shí)踐應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

如表1所示，從具體的情境入手，圍繞“紙片與鐵塊哪個(gè)先落地”的問題，學(xué)生可以預(yù)測(cè)、猜想；緊接著，在“觀察”階段，學(xué)生進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，深入探究情境，驗(yàn)證之前的猜想，并結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析；在最終的“解釋”階段，教師主要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行“要素提純”，也就是通過反復(fù)的預(yù)測(cè)、觀察、解釋，可知影響物體下落快慢的一大因素是空氣阻力，而當(dāng)忽略空氣阻力時(shí)，輕、重物體的下落一樣快。可見，物理教師要把握高中生特點(diǎn)，構(gòu)建適宜的實(shí)驗(yàn)情境，強(qiáng)化POE策略的應(yīng)用，整合關(guān)鍵性要素，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得良好效果。

（二）錨定核心素養(yǎng)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過程控制

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要圍繞物理核心素養(yǎng)展開工作，著力培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任［4］。為此，教師要強(qiáng)化對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的控制，以POE策略為重要抓手，確保學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中拓寬認(rèn)知視野，強(qiáng)化操作能力，掌握科學(xué)探索的方法和技巧，形成科學(xué)的價(jià)值觀念。因此，教師以POE策略推進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要充分釋放學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力，助力學(xué)生核心素養(yǎng)的提高。

例如，在人教版物理必修第三冊(cè)第十三章的教學(xué)中，圍繞“導(dǎo)體電阻率的測(cè)量”這一主題，教師可以設(shè)計(jì)“測(cè)量金屬絲的電阻率”實(shí)驗(yàn)，并將POE策略作為重點(diǎn)，細(xì)化實(shí)驗(yàn)步驟，著重訓(xùn)練學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維和探究能力。

首先，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，通過視頻微課展示金屬絲通電時(shí)的現(xiàn)象，讓學(xué)生了解導(dǎo)體電阻。此時(shí)，教師安排學(xué)生做出預(yù)測(cè)，對(duì)金屬絲電阻率的特性及其與材料屬性的關(guān)系進(jìn)行研判。通過分析學(xué)生的預(yù)測(cè)，教師可以安排學(xué)生分組開展實(shí)驗(yàn)操作。

其次，基于“導(dǎo)體電阻率的測(cè)量”的實(shí)驗(yàn)要求，教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，要求學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)器材，熟悉此次實(shí)驗(yàn)的知識(shí)基礎(chǔ)，讓學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟分組開展操作。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的“觀察”側(cè)重于電路的準(zhǔn)確連接、相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算以及不同電流下電阻值的變化情況。基于先前的“預(yù)測(cè)”，學(xué)生可以通過該實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化對(duì)導(dǎo)體電阻率的理解，同時(shí)掌握計(jì)算的步驟與技巧。

最后，教師要引導(dǎo)學(xué)生開展“解釋”，深入理解電阻率這一物理量的特性及其與材料屬性的關(guān)系。教師要組織隨堂互動(dòng)，就導(dǎo)體電阻率進(jìn)行探究，幫助學(xué)生掃除疑難點(diǎn)、疏通認(rèn)知，增強(qiáng)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疤骄磕芰Γx能學(xué)科素養(yǎng)成長(zhǎng)。

（三）注重知識(shí)回溯，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師既要突出學(xué)生的主體地位，同時(shí)也要將過程性的知識(shí)評(píng)價(jià)、反饋和回溯融入教學(xué)中，由此幫助學(xué)生保持動(dòng)態(tài)的反思意識(shí)，不斷提升自己的實(shí)驗(yàn)技能，掌握正確、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)方法，提升學(xué)科綜合素養(yǎng)［5］。因此，教師要以POE策略為重要載體，細(xì)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的路徑，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)“操盤手”，同時(shí)也要引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)回溯、反饋，及時(shí)解決問題與查漏補(bǔ)缺，從而逐步提升物理綜合知識(shí)能力。

例如，在教學(xué)人教版物理選擇性必修第一冊(cè)的“光的折射”的過程中，教師可以設(shè)計(jì)“測(cè)量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)。按照POE策略的要求，教師可以融入動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與反饋步驟，強(qiáng)化學(xué)生的反思意識(shí)，促進(jìn)其實(shí)操技能的成長(zhǎng)。教師可以按照如下思路指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作。

1.預(yù)測(cè)——針對(duì)情境，做出預(yù)測(cè)

教師運(yùn)用透明玻璃，向?qū)W生進(jìn)行光的折射的演示，比如用手電筒照射玻璃，讓學(xué)生在情境中觀察光的折射現(xiàn)象，對(duì)“光的折射”的問題及現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)。在此過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生充分互動(dòng)，開展知識(shí)信息的交互反饋與回溯，確保學(xué)生能大膽發(fā)言，各抒己見，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)營造良好氛圍。

2.觀察——基于預(yù)測(cè)，開展觀察

在實(shí)驗(yàn)操作部分，教師要引導(dǎo)學(xué)生基于之前的現(xiàn)象感知和預(yù)測(cè)，完成實(shí)驗(yàn)操作。首先，教師預(yù)先準(zhǔn)備玻璃板、激光筆、量角器、白紙、筆等實(shí)驗(yàn)器材。其次，教師帶著學(xué)生回顧本節(jié)的知識(shí)要點(diǎn)，即根據(jù)斯涅爾定律，當(dāng)光線從空氣入射到玻璃中時(shí)，入射角和折射角的正弦之比等于兩種介質(zhì)的折射率之比。接著，教師安排學(xué)生分組完成如下操作：

（1）在白紙上放置玻璃板，用筆在玻璃板下畫出標(biāo)記，確保玻璃板位置固定。

（2）使用量角器在白紙上畫出一條直線作為參考線，并標(biāo)記光線的入射點(diǎn)。

（3）從不同角度用激光筆照射玻璃板，記錄下光線在空氣中的入射角和在玻璃中的折射角。

（4）多次改變?nèi)肷浣遣⒅貜?fù)步驟（3），記錄下多組數(shù)據(jù)。

（5）根據(jù)斯涅爾定律，使用多組數(shù)據(jù)計(jì)算出玻璃的平均折射率。

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的過程中，教師要強(qiáng)化點(diǎn)撥與關(guān)鍵環(huán)節(jié)的指導(dǎo)。教師要引導(dǎo)學(xué)生分析所記錄的數(shù)據(jù)，使用斯涅爾定律計(jì)算出對(duì)應(yīng)的玻璃的折射率。同時(shí)，學(xué)生應(yīng)計(jì)算所有測(cè)量值的平均值，得到平均折射率。在此過程中，學(xué)生要積極互動(dòng)、評(píng)價(jià)，開展深層次的互評(píng)與互鑒，確保實(shí)驗(yàn)步驟規(guī)范完整，為解釋實(shí)驗(yàn)原理奠定基礎(chǔ)。

3.解釋——圍繞觀察，給出解釋

在實(shí)驗(yàn)操作完成后，按照“解釋”的要求，教師可以指導(dǎo)學(xué)生分析玻璃的折射率以及相關(guān)原理。教師要打造開放式課堂，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)表見解。通過前期的觀察和分析可知，準(zhǔn)確測(cè)量玻璃的折射率，可以了解光在不同介質(zhì)間傳播時(shí)折射的規(guī)律。具體來說，借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，能夠得出玻璃的平均折射率，從而驗(yàn)證斯涅爾定律的正確性。最后，教師要進(jìn)行總評(píng)與鑒定，對(duì)學(xué)生POE實(shí)驗(yàn)的全過程進(jìn)行評(píng)估、反饋，著重提出問題、歸納不足，引導(dǎo)學(xué)生修正自己的實(shí)驗(yàn)思維和方法，為提升知識(shí)技能與素養(yǎng)提供依據(jù)。

三、總結(jié)

總體而言，在高中物理教學(xué)中，教師要以實(shí)驗(yàn)演示、剖析為重點(diǎn)，有效運(yùn)用POE策略，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)操能力，確保學(xué)生在全過程中形成實(shí)驗(yàn)意識(shí)，掌握物理實(shí)操的技巧和方法。教師既要合理控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程與關(guān)鍵性要素，同時(shí)也要落實(shí)“P（預(yù)測(cè)）—O（觀察）—E（解釋）”的實(shí)踐要求，強(qiáng)化學(xué)生主體性，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)理念與應(yīng)用能力成長(zhǎng)，賦能其物理核心素養(yǎng)發(fā)展。

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