基于PODE策略的小學科學概念教學

【摘 要】概念學習是小學生科學學習的重要組成部分。文章根據(jù)小學生的認知水平和發(fā)展特點，針對概念轉變理論的POE策略，在“O—E”環(huán)節(jié)中間增加D（討論）環(huán)節(jié)，提出針對小學科學概念教學的PODE概念轉變策略，以激化學生認知沖突、促進其思維顯性化，并通過“聲音是怎樣傳播的”教學片段，詳細闡述在教學實踐中如何運用PODE策略來促進學生迷思概念的轉變，從而提升學生的學科核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】小學科學 概念轉變 教學策略

【中圖分類號】G613" " 【文獻標識碼】A" "【文章編號】1002-3275（2024）15-72-05

概念作為構成知識的基元，是學生學習認知活動中的生長點與結合點。［1］在小學科學概念教學中，教師應在教學過程中充分考慮學生的認知水平，在關注學生前概念的基礎上實現(xiàn)概念轉變。由Gunstone和White在1981年提出的POE教學策略（P即predict，意為預測；O即observe，意為觀察；E即explain，意為解釋）仍是當今科學課堂中實施概念轉變教學策略的主流［2］，該策略強調(diào)通過實驗教學，利用前概念激發(fā)認知沖突，實現(xiàn)科學概念的重建。然而，在小學階段，學生正處于具體運算階段，對事物的認識處于形象向抽象過渡的階段，科學語言表達能力較為薄弱，難以獨自實現(xiàn)從O環(huán)節(jié)直接向E環(huán)節(jié)跨越。對此，如在O和E環(huán)節(jié)之間加入D（discuss，意為討論環(huán)節(jié)），引導學生在這一環(huán)節(jié)中激化認知沖突，即將POE概念轉變策略升級為PODE策略，有利于呈現(xiàn)學生在實現(xiàn)認知沖突后的思維轉化，助推概念轉變。

一、PODE概念轉變策略的提出

（一）基于概念轉變理論的POE概念教學策略

建構主義學習理論認為，學習是學習者新舊經(jīng)驗相互作用下的意義建構過程。前概念作為科學概念形成的初始狀態(tài)，是學生獲得新的經(jīng)驗的基礎，也是進行邏輯推理的前提。如何利用學生前概念并有效實現(xiàn)概念轉變成為科學教學的重中之重。

基于認識論的概念轉變模型，概念轉變有兩種類型——同化與順應。同化是指運用已有概念解釋新現(xiàn)象，但未實現(xiàn)新舊概念的重組。順應是指為成功地理解新現(xiàn)象進行核心概念的重構，是根本性的轉變。實現(xiàn)順應的概念轉變必須要基于學習者對原有概念的不滿，即讓學習者產(chǎn)生認知沖突。概念轉變學習理論認為科學概念的學習就是發(fā)展、轉變學生前概念，重建科學概念的過程，其基本策略就是教師通過探查學生的迷思概念，選擇合適的教學方式，引發(fā)學生的認知沖突，改變學生原有的認知結構，以實現(xiàn)概念轉變學習。POE教學策略就是在經(jīng)典概念轉變理論指導下衍生出的教學策略之一。

融合POE教學策略的概念教學重視學生頭腦中已有的前概念，并針對前概念讓學生經(jīng)歷“建立假設—認知沖突—尋求新的假設”的過程，完成建構主義中的同化、順應、平衡。從認知沖突出發(fā)，教師能夠在尊重學生主體性、提高學生探索科學概念興趣的基礎上，破除“填鴨式”教學和“重知識、輕應用”教學等的弊病，并將課程目標落到實處。

（二）針對小學科學概念教學的PODE概念轉變策略

在概念轉變教學中，可以根據(jù)學習者與學習內(nèi)容的特點，將POE策略升級為多種概念轉變教學策略。例如2003年，Savander-Ranne和Kolari提出了PDEODE策略，指出在工程教育中重視D（討論）環(huán)節(jié)的作用，將可視化與同伴互動和合作學習相結合，為學生搭建一個能夠發(fā)表多樣化觀點的討論平臺［3］；2015年，Hilario將POEE教學策略應用于化學實驗課堂中，指出加入E（探究）環(huán)節(jié)能夠幫助學生在提升化學學科推理探究能力的同時提高學習興趣［4］；2023年，黃子珊、許桂清提出基于概念轉變的高中物理演示實驗POEA教學策略，在A（應用）環(huán)節(jié)強化科學概念應用的同時，落實學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)［5］。

相對而言，小學生知識儲備不夠豐富，邏輯思維水平較低，他們的觀察存在不全面、不深入的特點，難以在觀察實驗現(xiàn)象的同時開展邏輯縝密、分析透徹的思維活動。而POE策略要求學生調(diào)用前概念對實驗現(xiàn)象進行預測，在實驗觀察中激發(fā)認知沖突，在解釋過程中完善科學概念的建構。在根據(jù)前概念與基于真實的問題情境引發(fā)認知沖突后，小學生能夠在頭腦中初步構建概念，但仍然處于似懂非懂的狀態(tài)，未能將其完全內(nèi)化，且難以獨自對隱性思維進行提取并將其進一步顯性化，進而導致解釋環(huán)節(jié)收效甚微。如何引導學生在出現(xiàn)認知沖突后實現(xiàn)隱性思維顯性化，真正促進思維的深化發(fā)展，實現(xiàn)對抽象概念的深刻把握，是小學階段科學概念教學的關鍵。

要想實現(xiàn)隱性思維的顯性化，可借助表達的主要媒介——語言［6］，即在POE策略基礎上，在O（觀察）與E（解釋）環(huán)節(jié)之間增添D（討論）環(huán)節(jié)，構建PODE策略。具體而言，就是在概念教學過程中，通過課堂討論、小組合作等形式，在“建—破—議—立”的過程中，促使小學生將書本知識與生活實踐相結合，在概念學習中從被動接受到主動探討，從雜亂混淆到區(qū)分整合，促進隱性思維顯性化，實現(xiàn)對科學概念的深度理解、有效建構、靈活應用。

二、PODE概念轉變策略的實施流程與環(huán)節(jié)闡釋

PODE策略讓學生經(jīng)歷暴露前概念—認知沖突—討論交流—概念轉變的過程，通過教師的引導和幫助，讓學生完成從迷思概念到科學概念的轉變。其具體實施流程如圖1所示。

（一）預測階段：暴露前概念

在預測階段，教師應充分調(diào)動學生的積極性，根據(jù)學生可能已有的前概念，引導學生基于前概念進行推理、闡釋、預測，對自己的主張進行論證。這個過程往往會顯露學生的迷思概念。當要求學生進行預測時，他們會聯(lián)系生活經(jīng)驗并且調(diào)用已學的科學知識表達對該知識或現(xiàn)象的預設。這些預設有些是正確的，而有些則存在偏差，但都是學生建構科學概念的前概念。在該階段，學生基于前概念進行科學推理和論證，能夠有效鍛煉科學思維。

為探查小學生的前概念，預測的對象可以是“是與非”的判斷預測，也可以是具體狀態(tài)的原因預測。通過“是與非”的判斷預測，教師可以判斷大致學情，而原因預測則是教師理解學生思維邏輯障礙的關鍵之處。根據(jù)前概念產(chǎn)生的原因和特點，教師應靈活地選擇不同的教學方式。

（二）觀察階段：激發(fā)認知沖突

POE策略的提出和實踐基本針對實驗，因此POE教學策略的O（觀察）環(huán)節(jié)往往建立在“觀察滲透理論”哲學觀念上，認為觀察是有選擇地接受信息，有意識地鍛煉思維。在PODE策略中，可以將O（觀察）環(huán)節(jié)抽離于實驗之外，觀察的對象可以是實驗現(xiàn)象或結果，也可以是任何可觀察的對象。觀察得到的結果與預測階段的預設不一致時，小學生頭腦中會產(chǎn)生認知沖突，認知沖突的存在促使學生繼續(xù)學習、探索真理，并且促使學生找到前概念中不完善或錯誤的內(nèi)容，從而同化新知識，厘清新舊知識的關系。

（三）討論階段：助推認知提升

基于維果茨基的社會文化理論，討論環(huán)節(jié)為學生構建科學概念搭建了有效平臺。課堂討論不僅能夠活躍課堂氣氛，而且能激發(fā)學生興趣，促使學生主動參與學習，培養(yǎng)他們的合作精神與創(chuàng)新思維。學生能夠在這一環(huán)節(jié)中與同學、教師積極交流，將生活實際、實驗現(xiàn)象與抽象概念相聯(lián)系，在這個過程中形成基本的思維方法，樹立基本的科學態(tài)度。

討論的形式是多樣的，可以是同伴討論，也可以是師生討論。同伴討論使學生有機會與同伴交流，從多角度看待問題、討論意見。當學生了解到與自己不同的觀點時，他們會重新審視評估自己的觀點。當需要證明自己的想法和觀點時，他們需要明確和說明自己的直覺和新出現(xiàn)的想法，證明自己的觀點是正確的。在師生討論過程中，教師往往起到引領者的作用，通過向學生提出一個或一系列問題，激化學生的認知沖突，促使他們組織語言、整理思路，表達自己的想法。在這一過程中，開放交流、和諧融洽的課堂氛圍能夠活躍學生的思維、助推其展示思維過程，使他們在意識到自己認知的不足后，主動同化新知、轉變概念，還能夠幫助教師了解學生概念認知的狀態(tài)并及時調(diào)整教學策略。

（四）解釋階段：建構科學概念

解釋環(huán)節(jié)的順利開展，標志著學生真正建構起科學概念。學生不僅要能用科學概念解釋當下觀察的現(xiàn)象，而且還要對相關的生活情境作出解釋，建立起科學知識和社會生活的聯(lián)系。科學課程本身的實踐性，要求科學概念從生活中來，到生活中去，學生只有能靈活地運用科學概念，才算是真正建構起科學概念。

三、PODE概念轉變策略在小學聲音概念教學中的應用實踐

聲音概念是“物質的運動與相互作用”這一學科核心概念中的重要概念要素，然而聲音不可觸、不可見，其傳播具有抽象性，小學生憑借已有經(jīng)驗和知識不能準確掌握聲音及其傳播的相關概念。本文以教科版四年級上冊第一單元中“聲音是怎樣傳播的”的教學片段為例，具體探討在教學中運用PODE教學策略促進學生科學前概念轉變的教學實踐，并進行反思。

（一）基于PODE策略的教學實踐

1．預測

教學片段一：

教師拿出小鼓，進行敲擊并提問：小鼓是怎樣發(fā)出聲音的？鼓聲又是怎樣傳到你們的耳朵里的？引導學生用畫圖的形式把自己的想法記錄下來。教師引導學生對上節(jié)課所學內(nèi)容進行回顧并提問：聲音能夠在空氣中傳播，那聲音能在固體中傳播嗎？學生預測的答案為“能”，理由是可以透過墻壁聽到隔壁班上課的聲音。教師引導學生開展小組合作，設計實驗一：一個人敲擊桌面，另一人貼在桌面上聽。在驗證上個問題的答案后，為探討聲音在氣體和固體中的傳播效果，再次設計實驗組，小組交流討論，對實驗準備、實驗流程、實驗分工進行商定。學生有兩種預測：一是聲音在固體中傳播效果好，二是聲音在氣體中傳播效果好。教師歸納學生已有的預測，并通過提問暴露學生的迷思概念。學生普遍對于“聲音能在氣體、固體中傳播”表示認同。對于預測一，學生往往基于一些日常生活經(jīng)驗，如敲擊桌子或墻壁時聽到的聲音比較清晰和響亮，從而認為聲音在固體中傳播時能夠保持更好的質量和效果；對于預測二，學生在日常生活中更多地接觸到氣體介質中的聲音傳播，并說明聲音在空氣中的傳播距離較遠。

預測環(huán)節(jié)的設置可以活躍學生的思維，引導學生基于前認知進行猜想，并通過推理、論證提出自己的觀點，暴露出預測背后的迷思概念。從學生的預測中可以發(fā)現(xiàn)，學生可能會根據(jù)生活中常見的現(xiàn)象混淆“傳播效果”與“傳播的聲音更響、距離更遠”。

2．觀察

教學片段二：

教師引導學生開展實驗，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。實驗一：用手在桌子上摩擦，透過空氣基本聽不見聲音，而將耳朵貼在桌面上可以很明顯地聽到“沙沙”聲。實驗二：利用一次性杯子和繩子制作傳聲筒，借助固體可以聽到一些通過空氣傳播很難聽到的聲音。

在實驗觀察過程中，要求學生實事求是地記錄實驗現(xiàn)象、收集證據(jù)，與學生的預測結果不一致的實驗結果能夠激發(fā)學生的認知沖突與好奇心。清晰直觀的實驗現(xiàn)象能讓學生意識到聲音在固體中的傳播效果比在空氣中好，實驗結果與預測存在差異，前概念不足以解釋實驗現(xiàn)象，需要重新建立新的理解。

3．討論

教學片段三：

教師引導學生進行小組討論與交流，分析聲音在固體中的傳播過程。在學生討論的過程中，教師適時通過問題鏈引導學生：你們認為聲音在固體中傳播效果更好的原因是什么？固體有哪些特點使得聲音能夠傳播效果更好？聲音傳播需要介質，固體和氣體作為介質，它們之間有什么不同？這些不同對聲音傳播有什么影響？問題設計層層遞進，引導學生的思考向縱深發(fā)展。

在觀察實驗后，實驗現(xiàn)象與部分學生的預測一致，與部分學生的預測相悖，由此自然生成學生討論的話題。當學生在思考為什么聲音在固體中的傳播效果比氣體好時，他們會聯(lián)系生活現(xiàn)象與前概念，試圖對實驗現(xiàn)象進行分析。例如教師在上課的時候，坐在教室前面的同學比坐在后面的同學聽得更清晰，是不是因為空氣看不見、摸不著，充斥在各個地方，導致聲音傳播時向四面八方擴散，所以影響了傳播效果？學生在思考過程中萌發(fā)許多問題，而在與同學討論交流的過程中，他們試著解答這些問題，并向同學表達自己的想法，聆聽同學的不同意見，進而形成更加完善的觀點。而教師向學生提出的問題，能夠引導學生思考的方向，幫助學生突破思維過程中概念轉變的難點，最終在梳理思路、組織語言后，向全班同學說明自己的思考過程，進而引發(fā)新的討論。

在這一環(huán)節(jié)，學生小組間開展有秩序的討論，教師及時給予學生正確引導，提高討論效率，拓寬學生思維，為學生轉變迷思概念、建構科學新概念保駕護航。

４．解釋

教學片段四：

教師設計問題鏈，提問內(nèi)容涉及理論知識與生活常識：聲音是如何傳播的？為什么我們能在不同的介質中聽到聲音？如果有一個介質非常密集，幾乎沒有空隙，聲音在這樣的介質中會怎樣傳播？為什么固體中的聲音聽起來更清晰、更響亮？當你走在街上，為什么遠處的汽車聲音在通過墻壁或建筑物時聽起來會發(fā)生變化？

通過思考教師設置的一系列問題，學生意識到聲音在不同介質中的傳播效果與介質的特性相關，逐漸形成對現(xiàn)象的完整解釋。學生在回答教師的提問時，能夠進一步感知“波”，為抽象的“聲波”提供具體化模型，了解聲音在不同介質中的傳播效果，建立“物體振動產(chǎn)生聲音，以波的形式向四周傳播，最終傳到人耳”的科學概念。

學生在教師的指導下交流互動，根據(jù)收集到的證據(jù)進行推理與論證，形成對聲音在氣體、固體中傳播效果有差異的理解。其中，教師構建了合適的問題支架，幫助學生從實驗現(xiàn)象中理解為什么聲音在固體中的傳播效果比空氣好。學生在教師的指導下進行討論，體現(xiàn)學生主體性的同時，也對實驗現(xiàn)象進行了合理有效的解釋，從而有效建構科學新概念。

（二）基于PODE策略的應用思考

1．聚焦學生前概念，有效轉變科學概念

傳統(tǒng)的概念轉變理論認為概念轉變成功的標志是科學概念對前概念的取代。根據(jù)概念轉變的抑制理論，概念轉變的本質是科學概念對于前概念的抑制，而非完全取代。由此可見，科學概念學習開始的關鍵在于學生認識到前概念的解釋力不足，激發(fā)其對科學概念的學習動力，進而實現(xiàn)長時間的抑制。教師對學生前概念的有效探查無疑是激發(fā)認知沖突的第一步。在“聲音是怎樣傳播的”教學片段中，聲音概念具有抽象性，教師選擇利用圖畫的形式，間接測試學生對于聲音的前概念，進而有效把握學生對概念的理解程度。在初步了解學生的前概念后，教師創(chuàng)設情境、設計問題，在討論環(huán)節(jié)助推學生隱性思維顯性化，暴露學生前概念的不足。在尊重學生前概念的基礎上，抓住理解概念的“生長點”，糾正學生的錯誤前概念，培養(yǎng)學生思維的靈活性和深刻性，轉變學生固有認知模式，有針對性地開展聲音概念的教學。

2．注重學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)，關注學生綜合能力發(fā)展

在科學概念學習過程中，教師應認識到學習概念的過程比概念本身更重要，要讓學生能夠利用當前的知識和技術主動地去學習科學，從而培養(yǎng)學生的高階思維能力、解決問題能力、溝通決策能力、科學態(tài)度。學生對于科學概念的學習不應局限于對概念的理解、記憶、運用，而是注重提升在復雜的現(xiàn)實情境中選擇合適的科學概念、運用恰當?shù)目茖W方法解決實際問題的能力。PODE概念轉變教學策略中討論環(huán)節(jié)的設計正是對核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的回應。在“聲音是怎樣傳播的”教學片段中，教師設計實驗活動，讓學生通過合作討論的方式設計相應實驗，研討深層原因，并通過不斷提問引導學生深入思考，在學習過程中關注學生科學方法的使用、科學思維的培養(yǎng)，將課程目標和教學流程與核心素養(yǎng)有機結合起來，從而促進學生全面發(fā)展。

【參考文獻】

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