例谈POE策略在初中物理实验教学中的应用

江苏省盐城市盐都区教师发展中心(224000) 王乃东

作为一门实验科学，演示实验贯穿于物理教学的整个过程。传统的物理演示实验策略为：演示—观察—解释 (demonstrate-observe-explain，缩写为DOE)。首先由教师做演示实验，学生观察现象；然后由教师 (或学生)解释现象，得出实验结论。1992年，White和Gunstone正式提出了POE教学策略，即预测—观察—解释 (predict-observe-explain)，他们将这一教学策略应用于科学学科的演示实验教学中，取得了较好的效果。POE是一种探测学生前概念和原有认知结构，提升学生对科学概念理解的有效演示策略，可以将POE策略应用于初中物理课堂教学过程中。

1 两种策略的差异比较

从表面看，DOE与POE没有太大差别，但是从观察观、科学发生观、教学观等角度分析，两者有着本质的差异。两种策略的比较见表1。

POE策略认为观察不单纯是简单地看，还包含思维对视觉刺激的解释。不同学生在认知结构上有差别，在观察同一实验现象时得出的结论也会有截然不同的差异。POE策略认为科学发生于问题而不是观察，学生在原有的认知基础上通过顺应、同化自主重建新的认知结构。因此，POE策略是一种教学理念较为新颖的演示策略，符合核心素养背景下对物理教学尤其是实验教学的要求。如果说传统的实验演示策略是为了实验而实验之嫌的话，那么POE策略就使实验具有了研究的味道，有了思维的参与，使物理课堂更具 “物理味”。

表1 POE与DOE的区别

2 教学流程

以苏科版物理教材8年级上册 “探究光经过玻璃砖的折射情况”这一片段的教学运用为例。

2.1 预测

(1)预测提示：根据光从空气斜射入水及光从水斜射入空气的折射情况，引导学生预测光从空气斜射入玻璃砖及从玻璃砖射出的情况，同时画出对应的光路图，并对预测做出解释。

(2)学生预测：光从空气斜射入玻璃时，折射光线偏向法线；光从玻璃射出到空气时，折射光线偏离法线，光路图如图1(a)所示。

(3)解释：与光在空气和水两种介质中传播情况类似，光从空气斜射入玻璃时，折射角小于入射角，光从玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角。

(4)分析：从预测结果看，学生通过前面的学习已经初步掌握了光的折射规律，也能够大致画出相应的光路图。如果学生画出的光路图出现折射光线与入射光线在法线同侧，折射角与入射角的大小明显有误等情况，则说明学生还没有理解光的折射规律，需要教师进一步引导学生讨论掌握。

2.2 观察

(1)师生实验：教师演示 (演示器材的可视性要好，尤其要让所有学生清楚地观察到光路)；学生分组体验，用激光笔发出的激光斜射向玻璃砖，改变入射角，重复实验。

(2)学生表现：学生认真观察光从空气斜射入玻璃及射出玻璃的传播情况，作出如图1(b)所示的光路图，验证自己的预测和解释。当学生观察到出射光线与入射光线平行时，大为惊讶：“为什么会平行呢?”

(3)分析：当实验现象和学生的预测有明显差异时，学生产生了强烈的认知冲突，思维和学习情绪达到新的兴奋点，求知欲望明显增强。此时学生的认知从 “平衡”转向 “不平衡”，为 “新平衡”的形成奠定基础。

图1 光路图

2.3 解释

(1)小组讨论：光从空气斜射入玻璃中的折射角与光从玻璃射入空气的入射角是相等的，所以出射光线的折射角也等于入射光线的入射角。

(2)教师解释：通过前面的学习已知道，在光现象中光路是可逆的。折射现象也不例外，可以证明出射光线的折射角也等于入射光线的入射角，故出射光线与入射光线平行。

3 结论和思考

美国著名教育心理学家奥苏倍尔曾说：“假如让我把全部教育心理学仅仅归纳为一条原理的话，那么我将一言以蔽之：影响学习的唯一最重要的因素，就是学习者已经知道了什么。要探明这一点，并据此进行教学。”可见学生原有的认知结构对后续学习有着至关重要的作用。有意义的学习总是将新的知识与原有的知识建立联系而进行的。POE策略就是让教师通过预测环节了解学生原有的认知结构，并根据学情有针对性地设计实验教学。而在观察环节中，实验结果与学生预测会有一定的差异，造成认知失衡，激发兴趣。

通过教学实践，我们发现初中物理中的大部分演示实验和部分探究性分组实验可以运用POE策略进行教学。如观察蒸发、沸腾现象、光的色散、空气压缩引火仪、短路的危害等。甚至还可以将这种策略应用于一些疑难、易错的习题教学中，如电路故障的判断等。通过教师恰当引导学生预测，使学生充分暴露出前概念和原有认知结构，在此基础上，呈现与习题情景相似的实验环境，让学生观察实际发生的现象，并与自己的预测进行对比，使其产生强烈的认知冲突，再通过思考、讨论、教师的解释，主动建构起真正属于自己的新的认知结构。

在这种策略下，实验教学不再是单纯吸引学生眼球的手段，而是通过教师在实验前 “卖关子、吊胃口”，引发学生主动思考，努力探求问题的答案。在实验操作、观察现象时学生的目的会更加明确，注意力更加集中。在小组交流讨论中学生也更清楚地表达自己的观点，善于倾听他人的看法。学生学习物理的积极性明显增强，教学质量也显著提高。POE策略使实验与思维很好地结合在一起，对于发展学生的物理学科核心素养真正起到了落地生根的作用。