基于POE教学策略的实验设计思考
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基于POE教学策略的基本模式（预测—观察—解释），在小学科学课程倡导以探究式学习为主要方式的背景下，对探究生活中常见的凝结现象背后的真实原因，引导小学生关注和解释生活和自然中的现象有很大的帮助。为了使学生能够科学分析问题、批判性地进行科学探究，笔者以POE教学策略为理论支撑，探讨了生活中常见的凝结现象及成因，并总结了POE教学策略对探究式学习的价值。
一、POE教学策略内涵
POE教学策略是由探究学生理解科学的研究方法演化而来的，建立在观察渗透理论哲学观念和建构主义、前概念、概念转变等教育理论基础上提出的一种新型演示教学策略。观察渗透理论认为人们在观察事物时是受先前存在理论知识和经验影响的，这种影响会渗透在观察中。建构主义认为学习者应以自己的原有知识经验为基础，根据先前的认知结构主动对外部信息进行选择、加工和处理，构建自己的理解方式。因此，POE教学策略是关注学生先前经验、重视概念转变和知识运用的一种教学模式。POE是Predict（预测）、Observe（观察）、Explain（解释）的缩写，教学过程由这三个部分构成。POE策略的基本程序是：首先设计某一情景，让学生根据自己已有的知识“预测”会出现哪些现象或结果;其次通过实际操作，让学生“观察”出现哪些现象或结果，并记录观察结果;如果与预测的不一样，让学生“解释”原因或说出理由。
二、探究问题的提出
最新版《义务教育小学科学课程标准》重新对小学科学课程进行了定位——“小学科学课程是一门基础性课程”。科学课作为基础性课程对一个人科学素养的形成有着十分重要的作用。在小学科学课程中探究式是学生学习科学的重要方式，以证据为基础，运用各种信息分析和推理得出结论，研究成果，接受质疑，不断拓展和深入是科学探究的主要特点。
凝结现象大多指空气中的水蒸气在气温降低、空气湿度增大时容易凝结，比如冬天窗户玻璃上的水珠、浴室墙壁上的水珠都是凝结现象。其成因是在一定温度下，当空气不可容纳更多的水汽时，称为饱和空气。当饱和空气中的水汽和温度相匹配时，不会出现水汽凝结现象，但当空气达到过饱和状态时，就会产生多余的水汽并出现水汽凝结现象，这时便会出现一系列的自然现象，如降雨。以教科版小学科学教材为例，在“小水滴从哪里来”这节课中，虽然教师组织学生进行了“放置冰块的烧杯”的观察实验，让学生进一步认识空气中的水汽遇冷变成了看得见的水珠，了解凝结的成因，但直接进行观察实验，就忽视了学生的前概念，在很多学生已有的生活经验中，他们见过冰块在夏天冒白烟，白烟附着的位置也会产生水珠，他们会认为水珠是来自烧杯里的冰块，而混淆了凝结与升华、融化的概念。这样不仅无法引导学生用科学知识解释生活现象，还错失了培养学生科学素质的机会。
三、POE策略在实验探究中的体现
1.预测（P）
预测是指在掌握现有信息的基础上，依照一定的方法和规律对未来的事情进行测算，以预先了解事情发展的过程与结果。
预测：烧杯里放置有冰块，你观察到了什么？把外壁的水珠擦干，接着会发生什么？通过预测，打开学生的元认知和增强学生的生活经验。进一步提出问题：这些水珠又出现了，是从哪里来的？为什么会出现水珠？学生继续预测，暴露学生的前概念：从烧杯口冒出来的气体形成的、从烧杯口流出来的水（气体、液体概念及物质三态变化的相似性混淆）、烧杯渗出来的（错误的科学认知）、来自杯外的空气（但不确定为什么看不见的空气变成了水珠），为什么空气变成了水珠，学生进行了再次预测，都是说到与冰有关，但不能准确表述冰是出现水珠的必须条件。这样充分预测加讨论预测，学生就会说出自己的全部想法，同时学生之间的讨论和其他预测又增加了他们的新想法或改变了他们原有的想法。教师引导学生分析，将多种预测进行分类后得出：来自杯内和来自杯外。让学生在接下来的实验中选择、加工处理信息时，有了概念转变的前提，降低了知识混淆的可能性。
2.观察（O）
观察是有目的、有计划的知觉活动，是知觉的一种高级形式，是以视觉为主，融其他感觉为一体的综合感知，包含着积极的思维活动。因此，称之为知觉的高级形式。
观察：要证明水珠来自哪里。要证明预测就要寻找证据，于是这个讨论就围绕如何观察展开了。得出观察方案，盖上杯盖，擦干杯子观察：杯内无水珠，杯外有水珠。有学生对杯壁渗出有所怀疑，引导学生思考怎么证明。于是继续观察实验，将红水滴入烧杯，盖上杯盖，擦干观察。将两个预测进行了合并观察，发现没有红色的水珠，只有无色的水珠，说明不是来自杯内，也不是杯壁渗出的，而是来自杯外的空气。这时学生提出质疑，杯外的空气是怎么变成水珠的，继续思考如何证明。于是大家的观察焦点就聚集到了烧杯中的冰块，有学生提出把冰块倒掉或再拿一个烧杯不放冰。根据大家的想法，笔者将观察实验设计成了两步：对比空杯和放冰块的杯，结果发现空杯（无水珠）、放冰块的杯（有水珠）。这样通过为预测进行搜寻证据的观察，在学生的元认知上加入了新的建构，一些伪科学的想法也得以修正了，一切以事实为依据，是科学课程探究观察的重要原则。
3.解释（E）
解释就是在观察的基础上进行思考，合理地说明事物变化的原因，事物之间的联系或事物发展的规律。
解释：小水珠一共出现了三次，擦干出现、加红水盖盖子出现、对比空杯继续出现。让学生在此基础上思考小水珠到底是来自哪里的，为什么会出现小水珠。学生的已有认知被打破和校正，刚才的观察实验没有找到來自杯内的证据，那一定是来自杯外的空气。教师适时地引导学生思考杯外看不见的空气是怎样变成看得见的水珠的。学生通过刚才的对比实验进行解释：空杯不会出现水珠是因为没有冰块，放冰块的烧杯出现水珠是因为冰块让烧杯的温度变低了。教师顺势提出：那我们把冰块倒掉继续观察，看看会发生什么。这时加入一个生成性观察实验，为学生的最终解释做铺垫，结果发现空杯无水珠，冷杯仍然有水珠。这时学生争相解释：有冰块烧杯是冰的，空气中的水蒸气受冷变成水珠，遇冷是空气中的水汽变成液态水珠的一个条件。那么，生活中我们见到过这样的现象吗？学生自主地建构了新的知识经验：夏天的冰棍包装袋外、饮料瓶外、清晨汽车的玻璃上、花草上等，一连串的生活现象被科学解释了。之后，教师在学生解释的基础上，告诉学生这是一种自然现象——凝结，空气中的水汽遇冷形成看得见的小水珠。这时我们再复习一遍最初的预测，得出结论：杯壁是不会渗出水珠的，杯口擦干封盖的情况下也不可能流出水珠，杯内的水珠是固态的冰融化成了水珠（融化），杯口冒出的白烟是固体变成了气体（升华），而杯壁外的水珠是空气中的水汽遇冷形成的（凝华）。
四、POE教学策略的实践思考
POE教学策略的应用受到了一线教师的广泛重视，很多实验探究设计也是围绕预测—观察—解释进行的，但问题出现最多的是在预测—观察阶段并没有暴露学生的认知冲突就进行了实验，也就是说学生已有认知暴露的不充分、不显性。那么，观察实验的设计也一定是不全面的，没有涵盖学生的原有想法，这是由于教师对“认知冲突是学生思维能力提升的关键”理解不到位。认知冲突是指认知发展过程中，原有认知结构与现实情境不符时在心理上所产生的矛盾或冲突。矛盾是事物发展变化的根本原因，外因（教师、教材、环境）是事物发展变化的条件，内因（认知冲突）是事物发展变化的根据，外因通过内因才能起作用。所以，认知冲突这一内因对个体科学知识体系建构起决定性作用。因此，在POE教学策略的实践运用中，教师要充分在认知冲突的情况下进行思考和实践，让学生要充分且真实地参与预测。从相似概念的混淆、错误的生活经验，以及同一问题的不同看法上，教师能够有针对性地解决学生存在的问题，帮助学生学习科学概念、解释科学现象，提升他们对小学科学课程的喜爱和参与度，使其建立科学的世界观。
作者单位 陕西省西安市莲湖区远东实验小学
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