王　艾，侯　丹

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通過物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)

王艾，侯丹

摘要：物理新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能夠理解物理知識(shí)的本質(zhì)，通過建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)在課程理念、課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)方式及教學(xué)評(píng)價(jià)四方面提出了重大創(chuàng)新性要求，以提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。POE演示物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略是針對(duì)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出的，將演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為預(yù)測(cè)、觀察和解釋三個(gè)階段，在幫助學(xué)生理解知識(shí)本質(zhì)的同時(shí)，可以更好地促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高。

關(guān)鍵詞：POE教學(xué)策略;物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)；綜合素養(yǎng);知識(shí)本質(zhì)

新的物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求在促進(jìn)中學(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)理解的基礎(chǔ)上，提高中學(xué)生的綜合素養(yǎng)。這就要求教師能夠正確地引導(dǎo)學(xué)生自主地完成知識(shí)的建構(gòu)過程，透徹地理解物理知識(shí)的本質(zhì)，在教師設(shè)計(jì)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(shí)建構(gòu)的過程。同時(shí)要在課堂教學(xué)中滲透三維教學(xué)目標(biāo)，全面提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，提高教學(xué)效率，這就需要采用新的教學(xué)方法才能適應(yīng)新的教學(xué)改革。POE演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略是建立在“觀察滲透理論”和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀、前概念、概念轉(zhuǎn)變等教育理論基礎(chǔ)之上的新型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，是新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革，對(duì)有效地完成課堂教學(xué)及學(xué)生綜合素養(yǎng)培養(yǎng)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

一、 新課程標(biāo)準(zhǔn)的改革與創(chuàng)新的新要求

知識(shí)學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的前提，因此加強(qiáng)學(xué)生對(duì)核心知識(shí)的理解與學(xué)習(xí)，理解物理知識(shí)的本質(zhì)是本次改革的基礎(chǔ)。圍繞知識(shí)的學(xué)習(xí)，新課程標(biāo)準(zhǔn)提出了三維教學(xué)目標(biāo)，要求教師從“知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀”[1](P5～6)三個(gè)維度設(shè)計(jì)教學(xué)過程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面地培養(yǎng)。此外還在四大領(lǐng)域進(jìn)行了創(chuàng)新：教育理念要先進(jìn)化，課程目標(biāo)全面具體化，教學(xué)方法科學(xué)化，教育評(píng)價(jià)多樣化。

新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的新要求及四個(gè)創(chuàng)新，使學(xué)生的學(xué)習(xí)有了新的需求，要求學(xué)生要理解知識(shí)的本質(zhì)，理解和應(yīng)用物理學(xué)基本觀點(diǎn)和思想，體會(huì)科學(xué)探究的歷程，提高自身科學(xué)素養(yǎng)，樹立正確的人生觀。相應(yīng)的對(duì)教師和教學(xué)提出了更高目標(biāo)，要求教師更新教學(xué)理念，樹立以學(xué)生為主體的教學(xué)觀念，并將課程目標(biāo)具體化，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。要采用新的教學(xué)方法，如探究教學(xué)方法，并在整個(gè)教學(xué)過程中滲透物理學(xué)發(fā)展史、科學(xué)探究思想、正確的人生觀和價(jià)值觀。此外配套的教育評(píng)價(jià)也從單一化變?yōu)槎鄻踊?，提倡教師注重過程性評(píng)價(jià)，以便更有利于對(duì)學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二、POE(預(yù)測(cè)-觀察-解釋)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略簡(jiǎn)介

預(yù)測(cè)-觀察-解釋(Predict-Observe-Explain，縮寫為POE)教學(xué)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(xué)生理解科學(xué)的研究方法演化而來，是建立在“觀察滲透理論”的哲學(xué)觀和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀、前概念、概念轉(zhuǎn)變等教育理論基礎(chǔ)之上的新型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。[3]

POE教學(xué)策略是針對(duì)探測(cè)學(xué)生的前概念、轉(zhuǎn)變學(xué)生概念提出的新型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，這一策略強(qiáng)調(diào)學(xué)生本位，將學(xué)生的學(xué)習(xí)看成是個(gè)體自我建構(gòu)的過程[4]，學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)是從觀察開始，參與到整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)中，在輕松、自由的環(huán)境下進(jìn)行學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的求知欲，主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，提高學(xué)習(xí)效率。

POE策略最主要的特點(diǎn)在于學(xué)生在給出自己的預(yù)測(cè)后，必須自己決策選擇采用相關(guān)科學(xué)知識(shí)內(nèi)容來解釋自己的預(yù)測(cè)，若預(yù)測(cè)結(jié)果與觀察現(xiàn)象一致，學(xué)生會(huì)進(jìn)行認(rèn)知同化，進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)。而當(dāng)所觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與自己的預(yù)測(cè)不一致時(shí)，學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)自己的求知欲望，完成知識(shí)順應(yīng)的過程，重新建構(gòu)自己的知識(shí)體系。在此過程中，教師既能夠發(fā)現(xiàn)學(xué)生的前概念，又能夠有效地促使學(xué)生發(fā)生前概念的轉(zhuǎn)變。[5]

POE演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略分為三個(gè)階段：預(yù)測(cè)、觀察、解釋。預(yù)測(cè)即學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，并記錄；觀察即學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并與自己的預(yù)測(cè)對(duì)比；解釋即在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生自主地對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行討論與解釋。[6]POE演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略的三個(gè)階段對(duì)學(xué)生、教師的要求及教學(xué)特點(diǎn)總結(jié)見表1。

POE演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

表1.　三個(gè)階段要求及教學(xué)特點(diǎn)總結(jié)表

三、基于POE物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略的中學(xué)物理教學(xué)

通過對(duì)新課標(biāo)的要求與表1的對(duì)比研究，可知POE物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略能夠有效地完成新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的對(duì)于核心概念知識(shí)本質(zhì)的理解，有利于建構(gòu)學(xué)生自身的知識(shí)體系，全面提高學(xué)生綜合素養(yǎng)，學(xué)會(huì)用科學(xué)的方法分析和解決問題?；赑OE物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略的中學(xué)物理教學(xué)具體完成過程及詳細(xì)說明如下：

(一)課前準(zhǔn)備階段

在進(jìn)行POE演示實(shí)驗(yàn)之前，教師要進(jìn)行充分準(zhǔn)備，對(duì)學(xué)生可能擁有的前概念進(jìn)行研究和總結(jié)。據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)研究結(jié)果可知，中學(xué)生前概念形成的原因有兩類：一類是由學(xué)生日常生活經(jīng)驗(yàn)所形成的前概念，學(xué)生在日常生活中會(huì)對(duì)事物和現(xiàn)象產(chǎn)生直覺的或非科學(xué)的認(rèn)識(shí)，表現(xiàn)為片面、幼稚甚至于與科學(xué)概念相悖的前概念；另一類是學(xué)生在正式學(xué)習(xí)物理知識(shí)后由于理解有偏差形成的對(duì)科學(xué)概念非本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。[7]基于以上兩種原因，教師要在兩方面對(duì)學(xué)生可能具有的前概念進(jìn)行分析和總結(jié)：首先根據(jù)所要教學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，查找物理學(xué)史中人們對(duì)該知識(shí)理解的發(fā)展過程，在這一過程中，人們的思想中曾經(jīng)有過哪些錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，這些錯(cuò)誤的觀點(diǎn)來源于人們對(duì)日常生活經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和理解，因此也有可能是現(xiàn)在學(xué)生所具有的前概念，進(jìn)行總結(jié)和記錄。其次查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，總結(jié)現(xiàn)有測(cè)量到的相關(guān)知識(shí)的前概念，進(jìn)行總結(jié)。結(jié)合以上兩方面前概念內(nèi)容的總結(jié)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的能夠體現(xiàn)這些前概念的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，精心安排實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)次序，為實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，讓學(xué)生能夠通過合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)體會(huì)科學(xué)家探究知識(shí)的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家頑強(qiáng)的奮斗精神，不僅在知識(shí)技能方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，而且在情感態(tài)度、價(jià)值觀等方面又要有所滲透，從而促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高。

(二)課堂實(shí)施階段

POE物理演示實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)在課堂上實(shí)施時(shí)具體分為三個(gè)階段：

1.預(yù)測(cè)階段

要求學(xué)生在教師開始實(shí)驗(yàn)前，根據(jù)教師展示的實(shí)驗(yàn)器材和基本的實(shí)驗(yàn)介紹獨(dú)立自主地完成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)，并根據(jù)自己的現(xiàn)有知識(shí)對(duì)所作預(yù)測(cè)做出認(rèn)為科學(xué)合理的解釋，記錄完整。在這一階段，教師為使學(xué)生充分暴露自己的前概念，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的說明要做到簡(jiǎn)明扼要，精準(zhǔn)到位，以便減少其他因素對(duì)學(xué)生所猜測(cè)的結(jié)果帶來的影響，同時(shí)為學(xué)生認(rèn)知沖突的發(fā)生和概念的轉(zhuǎn)變提供實(shí)證依據(jù)。

例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)“自由落體運(yùn)動(dòng)”時(shí)，往往存在著這樣的前概念：認(rèn)為“重的物體下落速度快，輕的物體下落速度慢”。學(xué)生這樣的認(rèn)識(shí)來源于生活，同時(shí)幾百年前的人們也具有相同的觀點(diǎn)，他們對(duì)于自由落體運(yùn)動(dòng)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(huì)同時(shí)落地。因此，在教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行猜測(cè)：取面積相等的紙和薄紙板，向?qū)W生說明它們是質(zhì)量不同的兩個(gè)物品(可以放在已經(jīng)調(diào)節(jié)平衡天平的兩個(gè)托盤上，以此證明他們的質(zhì)量是不同的)，讓學(xué)生猜測(cè)在同一高度使兩物體下落，會(huì)有什么結(jié)果，記錄并說明原因。再讓學(xué)生猜測(cè)將紙揉成紙團(tuán)，會(huì)有什么樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄并說明原因。學(xué)生會(huì)根據(jù)自己日常生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)和說明。

學(xué)生在這一階段，往往會(huì)根據(jù)自己原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，這時(shí)即使教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生有很多錯(cuò)誤觀點(diǎn)也不要急于糾正，要讓學(xué)生通過后續(xù)的實(shí)驗(yàn)觀察，發(fā)現(xiàn)存在的問題，促進(jìn)對(duì)正確知識(shí)的理解。這樣對(duì)培養(yǎng)學(xué)生敢于大膽猜想，敢于進(jìn)行分析的實(shí)踐能力有一定的促進(jìn)作用。

2.觀察階段

在此階段，教師親自或請(qǐng)學(xué)生完成演示實(shí)驗(yàn)，演示的過程中盡可能地讓學(xué)生觀察到實(shí)驗(yàn)的所有現(xiàn)象，并提醒學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄，同時(shí)教師在演示的過程中要適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察。學(xué)生在整個(gè)的觀察過程中，會(huì)充滿好奇心，精神會(huì)高度集中，因?yàn)樗麄兒芟胫雷约旱耐茰y(cè)是否正確。觀察結(jié)束后，教師提醒學(xué)生對(duì)比自己的預(yù)測(cè)和觀察的結(jié)果是否一致，并認(rèn)真思考原因。這時(shí)，學(xué)生的認(rèn)知沖突就會(huì)凸顯，從而發(fā)現(xiàn)自己存在的前概念。

例如，學(xué)生在對(duì)物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測(cè)和說明后，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量并不是決定物體下落快慢的決定因素。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)薄紙板首先落地，學(xué)生會(huì)覺得自己的猜測(cè)是正確的，心中充滿了自豪感。當(dāng)教師進(jìn)行第二個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量輕的紙團(tuán)率先落地了，這時(shí)學(xué)生的前概念被充分地挖掘出來，學(xué)生的自豪感消失，轉(zhuǎn)而學(xué)生的好奇心被充分調(diào)動(dòng)，為后續(xù)概念轉(zhuǎn)變的順利進(jìn)行做好準(zhǔn)備。

學(xué)生觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，若與自己預(yù)測(cè)相同，則順其自然地將新知識(shí)納入到自己原有的認(rèn)知體系，完成了知識(shí)的同化過程；若與自己的預(yù)測(cè)存在明顯差異時(shí)，學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)又達(dá)到了一個(gè)新的高度，他們具有非常強(qiáng)烈的欲望想知道自己錯(cuò)在哪里。此過程中，學(xué)生的認(rèn)知為“不平衡”狀態(tài)，為進(jìn)一步完成知識(shí)的順應(yīng)并成為新的“平衡”狀態(tài)做好鋪墊。同時(shí)，這種教法還培養(yǎng)了學(xué)生勇于發(fā)現(xiàn)問題，反思自我的能力以及敢于承擔(dān)問題的責(zé)任心。

3.解釋階段

最后階段，通過學(xué)生間、師生間的相互討論，或通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行說明，得出正確的結(jié)論，完成概念的轉(zhuǎn)變。

例如，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)了自己對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)存在錯(cuò)誤的理解后，將在教師的引導(dǎo)下，對(duì)兩次實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，找出頭腦中存在的問題，最后教師再適時(shí)進(jìn)行牛頓管實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生再次通過實(shí)驗(yàn)觀察得出正確結(jié)論，完成概念的轉(zhuǎn)變。

這一階段，學(xué)生處于“不平衡”狀態(tài)，竭力想把自己的原有知識(shí)體系重新恢復(fù)“平衡”，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)行自主討論，分析、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，挖掘本質(zhì)，得出結(jié)論。如果不能完全解釋，也可繼續(xù)以其他實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋，最后由教師進(jìn)行總結(jié)分析。在此過程中，學(xué)生除了通過研究、分析學(xué)習(xí)到了知識(shí)的本質(zhì)，并認(rèn)識(shí)到了在日常生活中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)是具有一定的局限性的，必須采用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證分析才能發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)，進(jìn)而得到正確的結(jié)論。

在整個(gè)POE物理演示實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的過程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生完成了科學(xué)家對(duì)知識(shí)探究的心路歷程，除加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解外，學(xué)生學(xué)習(xí)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(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決身邊問題的能力，提高了自我反思能力及勇于承擔(dān)錯(cuò)誤的責(zé)任感，促進(jìn)了學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高。

四、小結(jié)

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理教學(xué)設(shè)計(jì)中同樣必不可少的是物理實(shí)驗(yàn)，物理實(shí)驗(yàn)不僅僅能夠增加課堂的生動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)還能夠幫助學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生觀察的能力和實(shí)驗(yàn)的操作技能，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，體會(huì)科學(xué)家的心路歷程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度及正確的情感態(tài)度價(jià)值觀。POE演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略正是在這樣的教育研究基礎(chǔ)上提出的，該策略顯著地提高了演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，是一種新型的基于現(xiàn)代教育研究的基礎(chǔ)上提出的教學(xué)策略。它以學(xué)生的前概念為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，同時(shí)通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生自主地進(jìn)行知識(shí)的探究與學(xué)習(xí)，改變自己的前概念，加深對(duì)物理知識(shí)本質(zhì)的理解。它適合于融入到現(xiàn)有物理教學(xué)中，提高物理課堂教學(xué)的有效性，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)高效地促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國教育部修訂.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[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(xué)策略進(jìn)行“性狀分離比的模擬”教學(xué)[J].生物學(xué)教學(xué)，2014(4).

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

[6] 顧江鴻，史小梅，李春密.預(yù)測(cè)-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(xué)研究，2009(5).

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

[責(zé)任編輯：陳浮]

收稿日期：2016-04-15

作者簡(jiǎn)介：王艾，天津市耀華中學(xué)高級(jí)教師；侯丹，天津師范大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，博士。

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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