POE教学策略在物理教学中的应用
周珏谊 张军朋
摘? ?要：POE教学策略立足建构主义学习理论与认知发展规律，通过预测、观察、解释三个环节展开教学。在国外及中国台湾地区的物理学科教学中，POE作为一种科学的教学策略被广泛使用，并形成一套科学的教学模式，为我国中学物理教学带来启示。因此，文章以“决定浮力大小的因素”教学片段为例，探讨POE教学策略在物理教学中的应用。
关键词：POE教学策略;物理教学;浮力
中图分类号：G633.7 文献标识码：A? ? ?文章编号：1003-6148（2021）5-0005-4
1? ? 引 言
POE策略，即“预测-观察-解释（Predict-Observe-Explain）”策略，最初由Pittsburgh大学Chanpagne等人提出，主要用来探测学生的前概念，也作为帮助学生概念转变的一种工具以及探究学习者迷思概念的研究工具。POE教学策略在当前的中学教育教学中有着十分广泛的应用，特别是在物理教学中，POE是一种很有效的教学策略[1]。一方面，POE教学策略符合建构主义的理念，促使学生应用已有概念与知识进行预测并提出解释，让学生有更多的空间去建构、检测并修正自己的想法与理解。另一方面，将POE策略实施在教学中，可以增进教师与学生的交谈，便于了解学生的认知结构与知识应用能力，引导学生解决其概念学习时的认知冲突，提升学生对概念的理解。本文以初中物理“决定浮力大小的因素”教学片段为例，阐述POE教学策略的内涵及其在物理教学中的应用。
2? ? POE教学策略在物理教学中的应用
“决定浮力大小的因素”选自人教版八年级下册物理第十章第一节《浮力》，是浮力教学中的一个重要内容，为后续认识阿基米德原理和分析物体的浮沉条件打下基础。另外，掌握影响浮力大小的因素是解决有关浮力应用问题的基础，对人们日常生活、生产技术和科学研究具有广泛的现实意义。本节教学重点是影响浮力大小的因素，难点是物体受到的浮力大小与物体的浸入深度、质量大小、密度及形状无关。采用POE教学策略进行的教学设计实施过程如下。
2.1? ? 预测阶段
本环节是整个教学的起始阶段，旨在了解学生关于影响浮力大小因素的前概念。在預测阶段，教师提出一个可实际操作或观察的问题情境，让学生根据自身原有的认知结构和经验预测会有什么现象或结果发生。一般还应要求学生写下预测理由，每个学生都应该表明自己运用了何种知识。采用学生预测的方式，比直接向学生问问题的方法更有效。因为教师在提问的时候，往往在问题之中就有答案的暗示，所以学生只要重复解释现象即可，导致学生在回答时几乎没有思考[2]。而预测更能让学生应用知识去推理出一个解释，从而了解和把握学生的已有知识和经验，评估知识在真实情境中的应用情形，为引发学生的认知冲突和促进学生的概念转变做铺垫。
教师首先给学生提供以下几个实验情境[3，4]：
实验1：体积相同的一块铁块和一块铜块完全浸入水中，所受浮力相同吗？
实验2：体积相同、形状不同的铁块A和铁块B完全浸入水中，所受浮力相同吗？
实验3：体积不同的大铁块和小铁块完全浸入水中，所受浮力相同吗？
实验4：一个挂在弹簧测力计下的铁块逐渐浸入水中的过程，所受浮力会如何改变？
实验5：完全浸入盐水中的铁块和完全浸入清水中规格相同的铁块，所受浮力相同吗？
接着，教师可以给予学生对于实验情境独立思考的时间，鼓励学生利用生活经验对实验结果进行预测并分享自己的观点。
实验1：所受浮力不同。
学生预测的解释：①铁块、石块等密度较大的物体会沉入水底，木块、泡沫等密度较小的物体在水中漂浮，它们受到的浮力各不相同。浮力的大小可能与物体的密度有关，铁块密度小于铜块密度，它们在水中所受浮力不同。②重的物体下沉受到的浮力大，轻的物体漂浮受到的浮力小，铁块的质量小于铜块，所以铁块受到的浮力更小。
实验2：所受浮力不同。
学生预测的解释：实心的铁块在水中下沉，可是用它做成的轮船却能够漂浮，物体所受的浮力应该与物体的形状有关系。
实验3：所受浮力不同。
学生预测的解释：①大铁块更重，所受浮力应该更小;②大铁块的体积大，浮力应该比较小。
实验4：所受浮力逐渐增大。
学生预测的解释：在游泳的时候感觉潜入水中比浮在水面受到的浮力大，并且越往深处游受到的浮力越大。物体所受浮力可能与它在水中的浸入深度有关。
实验5：所受浮力不同。
学生预测的解释：人在死海中可以漂浮，在河水中却会下沉，物体所受的浮力应该与它所浸入的液体密度有关系。
在预测环节，教师可以发现学生往往存在这些前概念：物体受到的浮力大小与物体的浸入深度、质量大小、密度、形状有关。这些错误的认知都来自学生的日常生活经验和已有知识。在这个阶段，教师不需要急于纠正学生，可以充分调动学生主动思考的积极性，鼓励学生互相交流各自的预测及其依据，以此弄清学生前概念的来源，以便后续引导学生转变迷思概念。
2.2? ? 观察阶段
在观察阶段，往往是学生通过对比观察与预测之间的反差形成认知冲突，进而对已有知识经验感到局限，对新知识产生渴望，为下一环节的概念转变做铺垫。在本环节，一般以教师或学生的演示实验为主，如果演示难度较高，教师也可以提供相关的材料（例如，视频、图片、数据、文字等材料）给学生观察，注意提醒学生观察具体、直观的实验现象或结果。此时，学生对于自己的预测是否正确充满好奇，注意力较为集中，教师应利用好学生的积极性，在学生观察时给予学生正确的引导和适当的提示，可以提前告诉学生所要观察的重点，以免学生进行无效的观察或者因为错误观察而产生迷思概念。
在进行演示实验之前，先巩固浮力的测量方法：用弹簧测力计悬挂物块，物块浸没在水中前后弹簧测力计示数减小的值即浮力的大小。接着，结合教师提问衔接五个实验情境，在学生观察过程中，以教师演示实验为主，学生可从旁协助。
实验1：①准备实验器材。规格为2 cm×5 cm×10 cm的长方体铁块和铜块各一块、弹簧测力计、水、烧杯;②如图1，分别测出铁块在空气中的重力G 和完全浸入水中时弹簧测力计的读数G ，计算浸入水中的铁块所受浮力F =G -G ;③将铁块换成铜块重复步骤2，读出G ，G ，计算出F =G -G 。
通过实验1学生可以发现，体积相同的铁块和铜块全部浸入水中时，所受浮力相同。由此引发学生的认知冲突，即物体所受浮力与物体的密度和质量无关。为了发现学生更多的迷思概念，教师可以向学生提出疑问：“我们控制两物体的体积相同，发现物体受到的浮力与其密度和质量无关，请同学们进一步思考物体所受浮力可能与什么因素有关？”大部分学生会认为物体所受浮力的大小可能会与物体的体积或者形状有关系，于是采用控制变量设计实验2与实验3。
实验2：①准备实验器材。规格为2 cm×5 cm×10 cm的长方体铁块A和规格为4 cm×5 cm×5 cm的长方体铁块B各一块、弹簧测力计、水、烧杯;②分别测出铁块A在空气中的重力G 和完全浸入水中时弹簧测力计的读数G ，计算浸入水中的铁块所受浮力F =G -G ;③将铁块A换成铁块B重复步骤2，并读出G ，G ，计算F =G -G 。
通过实验2学生可以观察到铁块A、B在完全浸入水中时的浮力相同，即物体的形状并不是决定浮力大小的因素。
实验3：①准备实验器材。规格为2 cm×5 cm×10 cm的小长方体铁块和规格为4 cm×5 cm×10 cm的大长方体铁块、弹簧测力计、水、烧杯;②分别测出大铁块在空气中的重力G 和完全浸入水中时弹簧测力计的读数G ，计算浸入水中的大铁块所受浮力F =G -G ;③将大铁块换成小铁块重复步骤2，计算出F =
在实验3中，学生可以发现体积不同的铁块在完全浸入水中时所受浮力不同，于是会认为物体的体积是决定浮力大小的因素。此时，教师可以提问：“那体积不变的物体逐渐浸入水中的过程中它所受的浮力是保持不变的吗？”引导学生回顾对实验4的预测。有的学生根据生活中游泳的感受会认为浮力逐渐增加，有的学生则会认为体积不变的物体所受浮力也是不变的。
实验4：①准备实验器材。规格为4 cm×5 cm×5 cm的长方体铁块、弹簧测力计、水、烧杯;②在铁块放入水中之前，用弹簧测力计测出铁块的重力G ;③如图2，将铁块逐渐浸入水中，记录弹簧测力计示数的变化G ;④计算在此过程中铁块所受浮力，F =G -G 。
实验演示后，请学生记录并交流自己所观察到的现象：当挂在弹簧测力计下的铁块逐渐浸入水中时，弹簧测力计的示数逐渐减小，在铁块完全浸入水中后持续下沉过程中，弹簧测力计的示数保持不变。教师可以通过问题串引导学生对实验现象进行思考：“铁块逐渐浸入水中的过程中弹簧测力计示数如何变化？说明物体所受浮力如何变化？在这个过程中物体体积是否变化？什么物理量在改变？”鼓励学生分组探讨，意识到物体所受浮力与其体积无关，而与物体浸入水中（排开水）的体积有关。为了引入液体密度这一概念，教师这样处理：引导学生讨论在先前的四个实验中哪个物理量一直没变？学生经过小组讨论可以得出液体的种类没有改变，教师可以趁机引导学生猜想液体的种类（密度）是否也是影响浮力大小的因素之一，并开展实验5。
实验5：①准备实验器材。规格为2 cm×5 cm×10 cm的长方体铁块、弹簧测力计、清水、盐水、烧杯;②在铁块放入水中之前，用弹簧测力计测出铁块的重力;③先后将铁块浸入盐水和清水中，分别记录在两种液体中弹簧测力计的读数，并计算比较。
通过实验5，学生可以发现在不同液体中物体所受浮力不同，教师可以补充物体所受浮力与浸入液体的密度有关，且密度越大，物体受到的浮力就越大，并扩展死海的相关知识。
在观察的环节里，学生注意到了其观察的真实实验现象与预测之间的反差，意识到自己原有认知结构的不足，渴望进一步探索真相，进而进入下一环节——解释。
2.3? ? 解释阶段
解释阶段是POE教学策略的最后一个环节，学生通过观察阶段发现预测与观察两者之间产生的矛盾冲突，对观察到的现象做出自己的分析和解释，反思自己的认知，适当调整自己的前概念，形成自己转变后的新概念。教师要鼓励学生表达自己的想法，让学生通过讨论促进他们对浮力大小影响因素的理解和主动学习的积极性，而不是囿于表面。其次，POE教学策略强调学生在教学过程中的主体性，提升学生在课堂教学活动中的参与度，需要教师尤其注意提问的技巧，对学生做正确且恰当的引导，同时避免过多的引导以致误导学生表达不出自己最真实的想法[7]。
首先，教师可以引导学生回顾刚刚观察的五个实验现象，并捋顺探究的思路。鼓励学生用自己的语言阐述他所观察到的实验现象以及对应的结论。例如，通过实验1发现体积相同的不同物体所受的浮力相同，即物体所受浮力与其密度和质量没有关系，从而转变学生对重的物体浮力大以及密度大的物体浮力大的错误前概念。期间，教师可以通过提问帮助学生连接几个实验：“实验1中没有改变的量是什么？浮力大小是否与它有关？为何要这样设计实验探究？”进而逐个打破学生在浮力影响因素上的错误认识。最后，教师将决定浮力大小的因素进行总结：一切浸入液体的物体都受到向上的浮力，浮力的大小跟物体的浸入深度、质量、密度、形状没有关系，只跟浸入液体的密度和物体排开液體的体积有关。
通过解释阶段对系列实验情境的分析，转变学生在浮力这一知识点上根据生活经验建立的错误认知，从本质上解决了问题。
3? ? 结束语
本文以“探究决定浮力大小的因素”教学片段为例，探讨POE教学策略在物理教学中的应用。从本质上看，POE教学策略立足于建构主义学习理论，预测阶段（P）通过学生独立思考预测实验结果探查学生已有的前概念，观察阶段（O）通过实验演示使学生的认知发生冲突，解释阶段（E）通过学生讨论与教师总结等教学活动实现学生的概念转变，符合学生的认知发展规律。
参考文献：
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[7]顾江鸿，史小梅，李春密.预测—观察—解释——一种基于现代教育研究的演示策略[J].教育科学研究，2009（05）：54-57.（栏目编辑? ? 赵保钢）
