例談POE策略在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

江蘇省鹽城市鹽都區(qū)教師發(fā)展中心(224000) 王乃東

作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，演示實(shí)驗(yàn)貫穿于物理教學(xué)的整個(gè)過(guò)程。傳統(tǒng)的物理演示實(shí)驗(yàn)策略為：演示—觀察—解釋 (demonstrate-observe-explain，縮寫為DOE)。首先由教師做演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察現(xiàn)象；然后由教師 (或?qū)W生)解釋現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。1992年，White和Gunstone正式提出了POE教學(xué)策略，即預(yù)測(cè)—觀察—解釋 (predict-observe-explain)，他們將這一教學(xué)策略應(yīng)用于科學(xué)學(xué)科的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，取得了較好的效果。POE是一種探測(cè)學(xué)生前概念和原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生對(duì)科學(xué)概念理解的有效演示策略，可以將POE策略應(yīng)用于初中物理課堂教學(xué)過(guò)程中。

1 兩種策略的差異比較

從表面看，DOE與POE沒(méi)有太大差別，但是從觀察觀、科學(xué)發(fā)生觀、教學(xué)觀等角度分析，兩者有著本質(zhì)的差異。兩種策略的比較見(jiàn)表1。

POE策略認(rèn)為觀察不單純是簡(jiǎn)單地看，還包含思維對(duì)視覺(jué)刺激的解釋。不同學(xué)生在認(rèn)知結(jié)構(gòu)上有差別，在觀察同一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)得出的結(jié)論也會(huì)有截然不同的差異。POE策略認(rèn)為科學(xué)發(fā)生于問(wèn)題而不是觀察，學(xué)生在原有的認(rèn)知基礎(chǔ)上通過(guò)順應(yīng)、同化自主重建新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。因此，POE策略是一種教學(xué)理念較為新穎的演示策略，符合核心素養(yǎng)背景下對(duì)物理教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。如果說(shuō)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)演示策略是為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)之嫌的話，那么POE策略就使實(shí)驗(yàn)具有了研究的味道，有了思維的參與，使物理課堂更具 “物理味”。

表1 POE與DOE的區(qū)別

2 教學(xué)流程

以蘇科版物理教材8年級(jí)上冊(cè) “探究光經(jīng)過(guò)玻璃磚的折射情況”這一片段的教學(xué)運(yùn)用為例。

2.1 預(yù)測(cè)

(1)預(yù)測(cè)提示：根據(jù)光從空氣斜射入水及光從水斜射入空氣的折射情況，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測(cè)光從空氣斜射入玻璃磚及從玻璃磚射出的情況，同時(shí)畫出對(duì)應(yīng)的光路圖，并對(duì)預(yù)測(cè)做出解釋。

(2)學(xué)生預(yù)測(cè)：光從空氣斜射入玻璃時(shí)，折射光線偏向法線；光從玻璃射出到空氣時(shí)，折射光線偏離法線，光路圖如圖1(a)所示。

(3)解釋：與光在空氣和水兩種介質(zhì)中傳播情況類似，光從空氣斜射入玻璃時(shí)，折射角小于入射角，光從玻璃斜射入空氣時(shí)，折射角大于入射角。

(4)分析：從預(yù)測(cè)結(jié)果看，學(xué)生通過(guò)前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)初步掌握了光的折射規(guī)律，也能夠大致畫出相應(yīng)的光路圖。如果學(xué)生畫出的光路圖出現(xiàn)折射光線與入射光線在法線同側(cè)，折射角與入射角的大小明顯有誤等情況，則說(shuō)明學(xué)生還沒(méi)有理解光的折射規(guī)律，需要教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生討論掌握。

2.2 觀察

(1)師生實(shí)驗(yàn)：教師演示 (演示器材的可視性要好，尤其要讓所有學(xué)生清楚地觀察到光路)；學(xué)生分組體驗(yàn)，用激光筆發(fā)出的激光斜射向玻璃磚，改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)。

(2)學(xué)生表現(xiàn)：學(xué)生認(rèn)真觀察光從空氣斜射入玻璃及射出玻璃的傳播情況，作出如圖1(b)所示的光路圖，驗(yàn)證自己的預(yù)測(cè)和解釋。當(dāng)學(xué)生觀察到出射光線與入射光線平行時(shí)，大為驚訝：“為什么會(huì)平行呢?”

(3)分析：當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和學(xué)生的預(yù)測(cè)有明顯差異時(shí)，學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，思維和學(xué)習(xí)情緒達(dá)到新的興奮點(diǎn)，求知欲望明顯增強(qiáng)。此時(shí)學(xué)生的認(rèn)知從 “平衡”轉(zhuǎn)向 “不平衡”，為 “新平衡”的形成奠定基礎(chǔ)。

圖1 光路圖

2.3 解釋

(1)小組討論：光從空氣斜射入玻璃中的折射角與光從玻璃射入空氣的入射角是相等的，所以出射光線的折射角也等于入射光線的入射角。

(2)教師解釋：通過(guò)前面的學(xué)習(xí)已知道，在光現(xiàn)象中光路是可逆的。折射現(xiàn)象也不例外，可以證明出射光線的折射角也等于入射光線的入射角，故出射光線與入射光線平行。

3 結(jié)論和思考

美國(guó)著名教育心理學(xué)家?jiàn)W蘇倍爾曾說(shuō)：“假如讓我把全部教育心理學(xué)僅僅歸納為一條原理的話，那么我將一言以蔽之：影響學(xué)習(xí)的唯一最重要的因素，就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么。要探明這一點(diǎn)，并據(jù)此進(jìn)行教學(xué)。”可見(jiàn)學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)有著至關(guān)重要的作用。有意義的學(xué)習(xí)總是將新的知識(shí)與原有的知識(shí)建立聯(lián)系而進(jìn)行的。POE策略就是讓教師通過(guò)預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)了解學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并根據(jù)學(xué)情有針對(duì)性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。而在觀察環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)生預(yù)測(cè)會(huì)有一定的差異，造成認(rèn)知失衡，激發(fā)興趣。

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)初中物理中的大部分演示實(shí)驗(yàn)和部分探究性分組實(shí)驗(yàn)可以運(yùn)用POE策略進(jìn)行教學(xué)。如觀察蒸發(fā)、沸騰現(xiàn)象、光的色散、空氣壓縮引火儀、短路的危害等。甚至還可以將這種策略應(yīng)用于一些疑難、易錯(cuò)的習(xí)題教學(xué)中，如電路故障的判斷等。通過(guò)教師恰當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測(cè)，使學(xué)生充分暴露出前概念和原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)與習(xí)題情景相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生觀察實(shí)際發(fā)生的現(xiàn)象，并與自己的預(yù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比，使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，再通過(guò)思考、討論、教師的解釋，主動(dòng)建構(gòu)起真正屬于自己的新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

在這種策略下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再是單純吸引學(xué)生眼球的手段，而是通過(guò)教師在實(shí)驗(yàn)前 “賣關(guān)子、吊胃口”，引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，努力探求問(wèn)題的答案。在實(shí)驗(yàn)操作、觀察現(xiàn)象時(shí)學(xué)生的目的會(huì)更加明確，注意力更加集中。在小組交流討論中學(xué)生也更清楚地表達(dá)自己的觀點(diǎn)，善于傾聽(tīng)他人的看法。學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性明顯增強(qiáng)，教學(xué)質(zhì)量也顯著提高。POE策略使實(shí)驗(yàn)與思維很好地結(jié)合在一起，對(duì)于發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)真正起到了落地生根的作用。