王　艾，侯　丹

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通過物理演示實驗教學提升學生的綜合素養(yǎng)

王艾，侯丹

摘要：物理新課程標準要求學生能夠理解物理知識的本質，通過建構主義學習觀進行學習，同時在課程理念、課程目標、學習方式及教學評價四方面提出了重大創(chuàng)新性要求，以提高學生的綜合素養(yǎng)。POE演示物理實驗教學策略是針對演示實驗教學提出的，將演示實驗教學分為預測、觀察和解釋三個階段，在幫助學生理解知識本質的同時，可以更好地促進學生綜合素養(yǎng)的提高。

關鍵詞：POE教學策略;物理演示實驗教學；綜合素養(yǎng);知識本質

新的物理課程標準要求在促進中學生對知識本質理解的基礎上，提高中學生的綜合素養(yǎng)。這就要求教師能夠正確地引導學生自主地完成知識的建構過程，透徹地理解物理知識的本質，在教師設計的情境中，自覺地發(fā)現(xiàn)自己的前概念并改變自我，完成知識建構的過程。同時要在課堂教學中滲透三維教學目標，全面提高學生的綜合素養(yǎng)，提高教學效率，這就需要采用新的教學方法才能適應新的教學改革。POE演示實驗教學策略是建立在“觀察滲透理論”和建構主義學習觀、前概念、概念轉變等教育理論基礎之上的新型演示實驗教學策略，是新的實驗教學方法的改革，對有效地完成課堂教學及學生綜合素養(yǎng)培養(yǎng)方面具有一定的優(yōu)勢。

一、 新課程標準的改革與創(chuàng)新的新要求

知識學習是學習的基礎，是培養(yǎng)學生綜合素養(yǎng)的前提，因此加強學生對核心知識的理解與學習，理解物理知識的本質是本次改革的基礎。圍繞知識的學習，新課程標準提出了三維教學目標，要求教師從“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”[1](P5～6)三個維度設計教學過程，對學生進行全面地培養(yǎng)。此外還在四大領域進行了創(chuàng)新：教育理念要先進化，課程目標全面具體化，教學方法科學化，教育評價多樣化。

新課程標準對學生知識學習的新要求及四個創(chuàng)新，使學生的學習有了新的需求，要求學生要理解知識的本質，理解和應用物理學基本觀點和思想，體會科學探究的歷程，提高自身科學素養(yǎng)，樹立正確的人生觀。相應的對教師和教學提出了更高目標，要求教師更新教學理念，樹立以學生為主體的教學觀念，并將課程目標具體化，全面培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。要采用新的教學方法，如探究教學方法，并在整個教學過程中滲透物理學發(fā)展史、科學探究思想、正確的人生觀和價值觀。此外配套的教育評價也從單一化變?yōu)槎鄻踊岢處熥⒅剡^程性評價，以便更有利于對學生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二、POE(預測-觀察-解釋)演示實驗教學策略簡介

預測-觀察-解釋(Predict-Observe-Explain，縮寫為POE)教學策略是由White R.T.和Gunstone R.F.于1992年正式提出的[2]，該策略由探察學生理解科學的研究方法演化而來，是建立在“觀察滲透理論”的哲學觀和建構主義學習觀、前概念、概念轉變等教育理論基礎之上的新型演示實驗教學策略。[3]

POE教學策略是針對探測學生的前概念、轉變學生概念提出的新型演示實驗教學策略，這一策略強調學生本位，將學生的學習看成是個體自我建構的過程[4]，學生的學習起點是從觀察開始，參與到整個實驗結果的預測中，在輕松、自由的環(huán)境下進行學習，激發(fā)學生的求知欲，主動地發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，提高學習效率。

POE策略最主要的特點在于學生在給出自己的預測后，必須自己決策選擇采用相關科學知識內容來解釋自己的預測，若預測結果與觀察現(xiàn)象一致，學生會進行認知同化，進行知識的學習。而當所觀察到的實驗結果與自己的預測不一致時，學生就會產生認知沖突，激發(fā)自己的求知欲望，完成知識順應的過程，重新建構自己的知識體系。在此過程中，教師既能夠發(fā)現(xiàn)學生的前概念，又能夠有效地促使學生發(fā)生前概念的轉變。[5]

POE演示實驗教學策略分為三個階段：預測、觀察、解釋。預測即學生在實驗前對實驗結果進行預測，并記錄；觀察即學生觀察實驗結果后記錄實驗結果并與自己的預測對比；解釋即在教師的引導下，學生自主地對觀察結果進行討論與解釋。[6]POE演示實驗教學策略的三個階段對學生、教師的要求及教學特點總結見表1。

POE演示實驗教學策略

表1.　三個階段要求及教學特點總結表

三、基于POE物理演示實驗教學策略的中學物理教學

通過對新課標的要求與表1的對比研究，可知POE物理演示實驗教學策略能夠有效地完成新課程標準提出的對于核心概念知識本質的理解，有利于建構學生自身的知識體系，全面提高學生綜合素養(yǎng)，學會用科學的方法分析和解決問題?；赑OE物理演示實驗教學策略的中學物理教學具體完成過程及詳細說明如下：

(一)課前準備階段

在進行POE演示實驗之前，教師要進行充分準備，對學生可能擁有的前概念進行研究和總結。據(jù)現(xiàn)有的科學研究結果可知，中學生前概念形成的原因有兩類：一類是由學生日常生活經驗所形成的前概念，學生在日常生活中會對事物和現(xiàn)象產生直覺的或非科學的認識，表現(xiàn)為片面、幼稚甚至于與科學概念相悖的前概念；另一類是學生在正式學習物理知識后由于理解有偏差形成的對科學概念非本質的認識。[7]基于以上兩種原因，教師要在兩方面對學生可能具有的前概念進行分析和總結：首先根據(jù)所要教學的知識內容，查找物理學史中人們對該知識理解的發(fā)展過程，在這一過程中，人們的思想中曾經有過哪些錯誤的觀點，這些錯誤的觀點來源于人們對日常生活經驗的總結和理解，因此也有可能是現(xiàn)在學生所具有的前概念，進行總結和記錄。其次查找相關文獻資料，總結現(xiàn)有測量到的相關知識的前概念，進行總結。結合以上兩方面前概念內容的總結，設計出相應的能夠體現(xiàn)這些前概念的實驗內容，精心安排實驗過程和實驗次序，為實驗的設計提供理論依據(jù)，讓學生能夠通過合理的實驗設計體會科學家探究知識的過程，學習科學家頑強的奮斗精神，不僅在知識技能方面對學生進行培養(yǎng)，而且在情感態(tài)度、價值觀等方面又要有所滲透，從而促進學生綜合素養(yǎng)的提高。

(二)課堂實施階段

POE物理演示實驗探究教學在課堂上實施時具體分為三個階段：

1.預測階段

要求學生在教師開始實驗前，根據(jù)教師展示的實驗器材和基本的實驗介紹獨立自主地完成對實驗結果的預測，并根據(jù)自己的現(xiàn)有知識對所作預測做出認為科學合理的解釋，記錄完整。在這一階段，教師為使學生充分暴露自己的前概念，對實驗器材及實驗內容的說明要做到簡明扼要，精準到位，以便減少其他因素對學生所猜測的結果帶來的影響，同時為學生認知沖突的發(fā)生和概念的轉變提供實證依據(jù)。

例如，學生在學習“自由落體運動”時，往往存在著這樣的前概念：認為“重的物體下落速度快，輕的物體下落速度慢”。學生這樣的認識來源于生活，同時幾百年前的人們也具有相同的觀點，他們對于自由落體運動的理解具有一定的局限性，很難想象從同一高度下落的物體會同時落地。因此，在教學過程中，設計了如下的實驗讓學生對實驗結果進行猜測：取面積相等的紙和薄紙板，向學生說明它們是質量不同的兩個物品(可以放在已經調節(jié)平衡天平的兩個托盤上，以此證明他們的質量是不同的)，讓學生猜測在同一高度使兩物體下落，會有什么結果，記錄并說明原因。再讓學生猜測將紙揉成紙團，會有什么樣的實驗結果，記錄并說明原因。學生會根據(jù)自己日常生活經驗對實驗的結果進行預測和說明。

學生在這一階段，往往會根據(jù)自己原有的知識結構對實驗結果進行預測，這時即使教師發(fā)現(xiàn)學生有很多錯誤觀點也不要急于糾正，要讓學生通過后續(xù)的實驗觀察，發(fā)現(xiàn)存在的問題，促進對正確知識的理解。這樣對培養(yǎng)學生敢于大膽猜想，敢于進行分析的實踐能力有一定的促進作用。

2.觀察階段

在此階段，教師親自或請學生完成演示實驗，演示的過程中盡可能地讓學生觀察到實驗的所有現(xiàn)象，并提醒學生做好實驗現(xiàn)象的記錄，同時教師在演示的過程中要適當引導學生進行觀察。學生在整個的觀察過程中，會充滿好奇心，精神會高度集中，因為他們很想知道自己的推測是否正確。觀察結束后，教師提醒學生對比自己的預測和觀察的結果是否一致，并認真思考原因。這時，學生的認知沖突就會凸顯，從而發(fā)現(xiàn)自己存在的前概念。

例如，學生在對物體做自由落體運動的實驗結果進行了預測和說明后，發(fā)現(xiàn)質量并不是決定物體下落快慢的決定因素。在第一個實驗中，學生會發(fā)現(xiàn)薄紙板首先落地，學生會覺得自己的猜測是正確的，心中充滿了自豪感。當教師進行第二個實驗時，學生驚奇地發(fā)現(xiàn)，質量輕的紙團率先落地了，這時學生的前概念被充分地挖掘出來，學生的自豪感消失，轉而學生的好奇心被充分調動，為后續(xù)概念轉變的順利進行做好準備。

學生觀察了實驗現(xiàn)象后，若與自己預測相同，則順其自然地將新知識納入到自己原有的認知體系，完成了知識的同化過程；若與自己的預測存在明顯差異時，學生就會產生強烈的認知沖突，學生的學習動機又達到了一個新的高度，他們具有非常強烈的欲望想知道自己錯在哪里。此過程中，學生的認知為“不平衡”狀態(tài)，為進一步完成知識的順應并成為新的“平衡”狀態(tài)做好鋪墊。同時，這種教法還培養(yǎng)了學生勇于發(fā)現(xiàn)問題，反思自我的能力以及敢于承擔問題的責任心。

3.解釋階段

最后階段，通過學生間、師生間的相互討論，或通過進一步的實驗現(xiàn)象進行說明，得出正確的結論，完成概念的轉變。

例如，學生在發(fā)現(xiàn)了自己對自由落體運動存在錯誤的理解后，將在教師的引導下，對兩次實驗過程和結果進行分析和總結，找出頭腦中存在的問題，最后教師再適時進行牛頓管實驗，帶領學生再次通過實驗觀察得出正確結論，完成概念的轉變。

這一階段，學生處于“不平衡”狀態(tài)，竭力想把自己的原有知識體系重新恢復“平衡”，在教師的引導下，學生進行自主討論，分析、解釋實驗現(xiàn)象，挖掘本質，得出結論。如果不能完全解釋，也可繼續(xù)以其他實驗進行解釋，最后由教師進行總結分析。在此過程中，學生除了通過研究、分析學習到了知識的本質，并認識到了在日常生活中總結出的經驗是具有一定的局限性的，必須采用科學的實驗方法進行驗證分析才能發(fā)現(xiàn)事物的本質，進而得到正確的結論。

在整個POE物理演示實驗探究教學的過程中，教師帶領學生完成了科學家對知識探究的心路歷程，除加深學生對知識的理解外，學生學習了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的基本探究能力，培養(yǎng)了應用所學知識解決身邊問題的能力，提高了自我反思能力及勇于承擔錯誤的責任感，促進了學生綜合素養(yǎng)的提高。

四、小結

物理學是一門實驗科學，物理教學設計中同樣必不可少的是物理實驗，物理實驗不僅僅能夠增加課堂的生動性，提高學生的學習興趣，同時還能夠幫助學生理解科學知識的本質，培養(yǎng)學生觀察的能力和實驗的操作技能，讓學生體驗科學探究的過程，體會科學家的心路歷程，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度及正確的情感態(tài)度價值觀。POE演示實驗教學策略正是在這樣的教育研究基礎上提出的，該策略顯著地提高了演示實驗教學效果，是一種新型的基于現(xiàn)代教育研究的基礎上提出的教學策略。它以學生的前概念為實驗設計基礎，同時通過教師的引導，學生自主地進行知識的探究與學習，改變自己的前概念，加深對物理知識本質的理解。它適合于融入到現(xiàn)有物理教學中，提高物理課堂教學的有效性，在有限的教學時間內高效地促進學生綜合素養(yǎng)的提高。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部修訂.普通高中物理課程標準(實驗)[M].北京：人民教育出版社，2009.

[2] Gunstone, R.F. & White, R.T. Understanding of gravity[J].Science Education, 1981(3).

[3] Posner, G.J., Strike, K.A. & Hewson, P.W. Accommodation of a scientific conception toward a theory of conceptual change[J]. Science Education, 1982(2).

[4] 蔡春.用POE教學策略進行“性狀分離比的模擬”教學[J].生物學教學，2014(4).

[5] 林雪梅，張軍鵬.“POE”教學策略及其在物理教學中的應用[J].物理教學探討，2011(4).

[6] 顧江鴻，史小梅，李春密.預測-觀察-解釋——一種基于現(xiàn)代教育研究的演示策略[J].教育科學研究，2009(5).

[7] 侯丹，尹航宇，翟潔.物理專業(yè)本科生對本專業(yè)知識迷思概念形成原因的分析[J].課程教育研究，2015(10).

[責任編輯：陳浮]

收稿日期：2016-04-15

作者簡介：王艾，天津市耀華中學高級教師；侯丹，天津師范大學物理與材料科學學院實驗師，博士。

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1009-7228(2016)03-0057-04

DOI:10.16826/j.cnki.1009-7228.2016.03.012

Improving Students’ Comprehensive Quality through Physical Demonstrative Experiment Teaching

WANG Ai, HOU Dan

Abstract:The New Curriculum Standard of physics requires students to understand the nature of physical knowledge, and learn according to a constructionism view of learning. Also, major innovative demands of curriculum idea, curriculum goal, learning method and teaching evaluation were put forward to cultivate students’ comprehensive quality. POE physics demonstrative experiment teaching strategy was proposed for demonstrative experiment teaching, and the demonstrative experiment teaching was divided into three stages: prediction, observation and interpretation. It can help the students to understand the nature of knowledge, and can enhance the students’ comprehensive quality.

Key Words:POE teaching strategy; physics demonstrative experiment teaching; comprehensive quality; the essence of knowledge