POE策略下的小學科學實驗設計

陳馨

探究式學習是學生學習科學的重要方式，它以科學實驗為主要活動形式，學生的猜想和假設都需要通過實驗來證實或證偽。許多教師在面對實驗材料的選取、實驗步驟的安排、實驗方法的選擇時，只重實驗形式而不重學生的深度思考，使得學生雖然有足夠的動手時間，卻沒有充分的可供探索的心理空間，無法有效地轉變前概念。教學中，我嘗試運用POE策略有針對性地設計小學科學實驗，取得了一定成效。

POE策略的內涵

POE是預測（predict，以下簡稱P）、觀察（observe，以下簡稱O）、解釋（explain，以下簡稱E）的三個詞英文首字母的縮寫，包括三個環節：

P：學生在實驗前預測可能出現的實驗現象，并作出自認為科學合理的解釋。這是POE策略的關鍵，能促使學生進行深度思考并用合適的方式表達，有助于教師掌握學生的前概念。

O：學生在完成預測和解釋后進行實驗，同時記錄實驗數據或現象。

E：當預測的現象與觀察的結果不一致時，學生修正自己的預測，對觀察到的現象做出自己的解釋，然后分小組進行討論，最后師生進行小結和分析。

建構主義認為，學習的過程是學生主動建構對新知識的理解的過程，所以教師要為學生提供自由探究的機會，尊重和鼓勵他們做出各種各樣的解釋。預測與結果之間的認知沖突使得學生各抒己見，互通有無，在實驗過程中對科學概念進行建構和理解，完善自己的知識體系，同時體會科學的本質，保持探索的熱情和學習的動力。

基于POE策略的小學科學實驗設計

1.實驗目標的確定

實驗目標是實驗設計的關鍵，有指向性作用。教師要深入鉆研課程標準，考慮實驗活動的層次特點和基本形式，注意相應年齡段兒童的共性，考慮學生的知識基礎、心理特點、探究能力等多方面的因素，使得實驗的P環節和E環節是在此年齡段的大多數學生通過努力能夠完成的，且對多數人具有較大的發展價值。

實驗目標的設計與教學目標的設計要求基本一致：第一，明確實驗的主體是學生;第二，用動賓短語來表現學生的探究行為，且行為動詞要能夠觀察和測量，如舉例、寫出、測量等;第三，明確最低層次的表現水平，最低層次的表現水平通常規定了學生在熟練性、完整性、時間等方面的限制，如“能夠列舉杠桿的5個實例”“畫出自行車鏈條傳動裝置的示意圖”等;第四，明確探究條件，即學生通過何種活動或實驗達到最低層次的表現水平，如“通過小組合作”“在使用顯微鏡后”等。

下面以“探究鏈條傳動和齒輪傳動的特點”這一實驗為例進行目標設計：

P：能對鏈條傳動和齒輪傳動的特點做出預測并說明依據。

O：通過實驗探究鏈條傳動和齒輪傳動的特點，學會控制變量的方法;通過表格、示意圖等多種方式記錄實驗結果，分析鏈條傳動和齒輪傳動的異同點，提高分析能力。

E：在討論、交流、得出結論的過程中提高對科學本質的認識。

2.實驗內容的設計

對實驗內容的設計包含認真分析教材，合理選擇、組織、呈現實驗內容。雖然教材中已經有設計好的實驗，但那不是唯一的設計，也不一定是最合理的設計。教師要結合實際學情、學校條件、社會熱點等，對實驗內容進行加工、取舍、補充甚至重新選擇。有時候學生的奇思妙想也可以作為新一輪的探究主題。值得注意的是，實驗內容雖然要有一定的啟發性和思考性，但也要適合小學生探究，不能過難或過偏。

3.實驗器材的選擇

實驗器材是保證實驗教學的物質基礎。有的實驗裝置復雜、操作麻煩，有的學校器材和耗材配備不足，這就需要教師根據實驗方案和需求，從生活中常見的材料里選擇能達到實驗目的且能保證實驗順利開展的材料。

4.實驗過程的設計

讓學生充當模仿者“按食譜做菜”并不可取，教師要充分發揮學生的主動性并調動他們的積極性，對實驗過程加以設計，創設符合教學內容要求的情境，給學生提示新舊知識之間聯系的線索，激發出他們原有的相關經驗，幫助他們建構當前所學知識的意義。

一個完整的實驗探究包括提出問題、作出假設、制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流、評價反思，實驗設計時最重要的考量也是這八個環節。筆者以“探究定滑輪和動滑輪的作用”為例，采用POE策略進行實驗設計。

（1）提出問題

出示視頻：工人造房子時，分別用定滑輪和動滑輪把磚塊拉上房頂。

提問：你有什么發現？有什么問題嗎？

追問：這兩種滑輪裝置有什么不同？各有什么作用？

教師可以設計與學生已有認知相關的情境，或是通過實物演示，讓學生自己發現并提出問題。如果學生因知識和經驗不足而無法提出問題，教師可以給出提示，以確保實驗活動的開展。

（2）作出假設

P：學生作出預測并寫出理由。

預測是有依據的判斷，是一個推理的過程，但未必正確。教師要給學生留出足夠的時間，讓學生根據自身的知識和經驗，通過思考作出預測，并寫出依據，方便教師探查學生前概念中是否有相異概念，為之后引導學生將前概念轉為科學概念做好鋪墊。

（3）制訂計劃

提問：實驗中，如果要驗證使用定滑輪（或動滑輪）是否省力，應該準備什么器材？需要測出什么數據？怎樣判斷使用定滑輪（或動滑輪）是否省力？

學生在組內通過討論制訂實驗計劃后，派小組代表在全班匯報交流。

提問：你覺得這一小組的方案怎么樣？有什么優點？有沒有要注意的地方？

制訂計劃即設計實驗方案，師生運用有關科學知識或原理，對實驗過程中的材料、方法、步驟等進行選擇和規劃。教師先在實驗前讓學生明確實驗目的，即為什么要做這個實驗，要解決什么問題;再讓學生通過小組合作自行討論出一個方案;接著在全班交流，通過互評和自評取長補短，討論注意事項及可能出現的問題，共同得出一個較為完善、簡單可行的實驗方案;最后進行實驗。

（4）搜集證據

O：學生以小組為單位進行實驗并觀察現象，記錄實驗現象或數據。

教師應預想學生在實驗時可能存在的困難，對關鍵的實驗步驟進行討論和引導。同時，教師要思考以何種方式提醒學生仔細觀察現象、及時記錄數據、規范操作實驗，如請學生口頭重復、出示PPT等。

（5）處理信息

學生比較預測與現象之間的差異，為觀察到的現象作出解釋并寫下來。

實驗誤差是不可避免的，為了減小誤差，可讓學生多測量幾次，但記錄要實事求是。如果沒有足夠的時間重復實驗并測量，教師可讓每個小組測量一組數據，然后匯總全班的數據，錄入Excel表格求平均值。此時，學生會對實際現象和預測的不一致產生疑問，會察覺前概念的不足，因而激發起對概念轉變的內在需求。教師要在此時利用認知沖突，促進學生的思維活動，讓觀察和思維緊密結合起來。

（6）得出結論

E：追問為什么定滑輪不省力，動滑輪省一半的力，并要求學生用以前學過的知識進行解釋。

總結：滑輪是杠桿的變形。定滑輪的支點在中心軸，動力點和阻力點到支點的距離相等，實際上是等力杠桿，所以不省力（如圖1）。動滑輪是省力杠桿的變形，動力點到支點的距離是阻力點到支點的距離的2倍，所以可以省一半力（如圖2）。

教師引導學生對預測和實驗現象不一致的情況作出解釋，再指導學生將自己的解釋和同學進行交流討論。

（7）表達交流

表達與交流貫穿了實驗的所有環節。誘導性的提問可以促使學生對自己或他人的觀點進行辯證性的思考，通過評估、交流甚至辯論構建班級里的“知識共同體”。教師可以在黑板的一角設立詞匯表，將學生表達交流時常用的科學詞匯羅列出來，引導學生使用科學規范的語言。

（8）評價反思

教師要實施多元評價，隨時掌握學生的學習狀況，如利用對話式形成性評價，切實了解學生的學習情況;利用實際操作了解學生的實驗能力;利用紙筆測驗，了解學生創造思考、推理及歸納的能力。

5.實驗記錄單的設計

實驗記錄單能幫助學生記錄不同環節的學習活動，也能幫助教師看到學生由前概念到科學概念的發展和變化的過程。實驗記錄單的設計要有層次性和指導性，并鼓勵學生用圖文結合的方式表達想法。多樣化、個性化的記錄方式更能激發學生的興趣，鍛煉他們的發散性思維能力。在設計實驗記錄單時，到底選擇哪一種呈現方式來表述實驗中的各個環節，教師應該視學生的知識背景和課題性質而定。

在上文“探究定滑輪和動滑輪的作用”的實驗設計中，由于預測階段是為了暴露學生的前概念，因此需要在實驗記錄單的相關位置進行開放式處理，以便學生將自己的想法以書面形式呈現出來，為他們今后獨立研究打下良好基礎。示例如下：

實驗記錄單是很寶貴的財富，在實驗之后，教師可以裝訂成實驗展示冊供學生翻閱、交流，或是布置成墻飾來展示，也可以放進學生的成長檔案袋，甚至可以將這些資料收集起來，作為教師自己反思和研究的素材。

整個實驗過程不一定要體現POE的全部環節。教師可以參考不同類型實驗的要求和難易程度，根據實際需要選取部分環節，或是靈活調控先后次序，或是在POE的基礎上增加新的環節，如T（test，測驗）、C（contest，比賽）、D（discuss，討論）等，培養學生的創造力，促進他們多元發展。

每個學生都是獨立的個體，教師在設計科學實驗時，要充分關注學生獨立能力的培養，設計一些必須通過獨立思考和親自動手才能完成的探究任務，讓學生在實驗學習中學會分享與交流、合作與共享、批評與自我批評，形成集體觀念和合作精神，如此才能更好地發揮POE策略的價值。