“預測·觀察·解釋”

摘 要：在高中物理實驗教學過程中，教師可以通過POE策略的設計和運用，提升實驗教學的精準度，強化實驗要素的管控，為學生形成物理觀念、培養實驗技能奠定基礎。著重分析了POE策略應用于高中物理實驗教學的價值及思路，并闡述了教學建議，旨在促進高中物理實驗教學的轉型發展，強化POE策略的應用效能。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；POE策略；實驗操作；核心素養；應用能力

作者簡介：蒙曦穎（1992—），女，廣西壯族自治區南寧市第三十三中學。

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》提出：“高中物理課程注重體現物理學科的本質，從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等方面提煉學科育人價值，充分體現物理學科對提高學生核心素養的獨特作用，為學生終身發展、應對現代和未來社會發展的挑戰打下基礎。”［1］尤其是在物理實驗教學中，教師可以按照“預測·觀察·解釋”的思路，突出學生主體地位，強化學生主動性與實操性，確保實驗教學效果。為此，本文圍繞POE策略應用于高中物理實驗的議題進行探索。

一、高中物理實驗教學中POE策略的應用價值分析

（一）POE策略的概念闡釋

1981年，澳大利亞學者Gunstone和White首先提出“P（Predict，預測）—O（Observe，觀察）—E（Explain，解釋）”策略作為檢測學生科學概念理解情況的手段，簡稱“POE”。到1992年，他們正式提出POE策略的概念，隨后POE策略逐漸被應用于物理實驗教學。這一概念由三部分組成，形成了彼此嵌套、相輔相成的實驗教學體系，為物理教師設計實驗方案、強化學生管理提供了很好的指引。

如圖1所示，POE策略是一種師生協同參與并由學生主導的實驗模式，它突出了學生的中心地位，可以促進學生認知能力的建構與成長。在高中物理實驗教學中，首先，教師向學生呈現具體的實驗情境，夯實實驗學習的根基。其次，教師要求學生根據已有的知識經驗開展預測，確保學生顯露出原有的前科學概念（即實驗之前已掌握的概念）。再次，教師基于學生預測的情況，引導學生開展觀察或動手操作實驗，并促使學生產生認知沖突，開展深度討論。最后，教師和學生就實驗流程及關鍵點進行互動，并在解釋環節中化解認知沖突，完成對實驗現象的科學解釋，幫助學生回歸科學概念。

（二）POE策略嵌入高中物理實驗教學的應用價值

首先，將POE策略嵌入高中物理實驗教學中，可以突出學生主體地位，進一步調動學生的探究主動性與積極性。在傳統的高中物理實驗教學中，“教師主導，學生記錄；教師指揮，學生操作”的模式十分盛行，學生的主動性和積極性不足，難以激發創造力。通過引入“P（預測）—O（觀察）—E（解釋）”的融合策略，教師能夠充分激發學生的內在熱情，使學生成為實驗活動的“主人翁”，有利于學生掌握實驗技法，積累實操經驗［2］。

其次，物理教師在設計實驗教學方案的過程中運用POE策略，能夠打造復合式教學舉措，將情境教學、演示教學、小組合作教學等方法交融起來，這有利于提升實驗教學深度，為學生發展物理實操技能提供支撐。換言之，高中物理實驗教學中POE策略的運用契合教學轉型需求，可以極大豐富教師的指導思路和方法，有利于教師開展多元化教學，促進實驗教學的迭代升級。

最后，高中物理實驗教學中POE策略的運用，有利于教師更全面、更深刻地監控教學進程，促進學生深度學習，提升查漏補缺、提質增效的效果，為學生的核心素養發展提供支撐。

二、高中物理實驗教學中POE策略的嵌入思路及建議

（一）建構知識情境，厘清實驗要素關聯

新課標提出，實驗教學作為高中物理教學的重點，是學生知識能力向應用素養成長的支點［3］。為此，高中物理教師要切實把握新課標精神和要求，統籌實驗教學的關鍵要素，以知識情境的建構和運用為起點，引導學生參與到“P（預測）—O（觀察）—E（解釋）”的一體化進程中，確保學生在實驗過程中生發出全新的認知，提升物理認知技能與實操能力，為厘清實驗的關鍵要素創造條件。教師要創設完善、科學的實驗情境，打造多層次的教學樣態，確保POE策略效果最大化。

例如，在學習人教版物理必修第一冊的“牛頓第二定律”和“牛頓運動定律的應用”的過程中，教師可以設計“自由落體運動”的主題實驗，將POE策略融入其中，讓學生從實驗情境的預測入手，開展細致的實驗觀察，并在記錄、分析的過程中進行實驗現象的解釋，厘清實驗中的關鍵性要素，準確把握物理學定律，為實踐應用奠定基礎。

如表1所示，從具體的情境入手，圍繞“紙片與鐵塊哪個先落地”的問題，學生可以預測、猜想；緊接著，在“觀察”階段，學生進行演示實驗，深入探究情境，驗證之前的猜想，并結合所學知識進行分析；在最終的“解釋”階段，教師主要引導學生對實驗現象進行“要素提純”，也就是通過反復的預測、觀察、解釋，可知影響物體下落快慢的一大因素是空氣阻力，而當忽略空氣阻力時，輕、重物體的下落一樣快。可見，物理教師要把握高中生特點，構建適宜的實驗情境，強化POE策略的應用，整合關鍵性要素，確保實驗教學取得良好效果。

（二）錨定核心素養，強化實驗過程控制

在高中物理實驗教學中，教師要圍繞物理核心素養展開工作，著力培養學生的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任［4］。為此，教師要強化對實驗過程的控制，以POE策略為重要抓手，確保學生成為實驗的主體，讓學生在實驗過程中拓寬認知視野，強化操作能力，掌握科學探索的方法和技巧，形成科學的價值觀念。因此，教師以POE策略推進物理實驗教學，需要充分釋放學生的創造力、想象力，助力學生核心素養的提高。

例如，在人教版物理必修第三冊第十三章的教學中，圍繞“導體電阻率的測量”這一主題，教師可以設計“測量金屬絲的電阻率”實驗，并將POE策略作為重點，細化實驗步驟，著重訓練學生的物理觀念、科學思維和探究能力。

首先，教師要創設情境，通過視頻微課展示金屬絲通電時的現象，讓學生了解導體電阻。此時，教師安排學生做出預測，對金屬絲電阻率的特性及其與材料屬性的關系進行研判。通過分析學生的預測，教師可以安排學生分組開展實驗操作。

其次，基于“導體電阻率的測量”的實驗要求，教師準備實驗器材，要求學生觀察實驗器材，熟悉此次實驗的知識基礎，讓學生按照實驗步驟分組開展操作。在整個實驗過程中，學生的“觀察”側重于電路的準確連接、相關數據計算以及不同電流下電阻值的變化情況。基于先前的“預測”，學生可以通過該實驗，強化對導體電阻率的理解，同時掌握計算的步驟與技巧。

最后，教師要引導學生開展“解釋”，深入理解電阻率這一物理量的特性及其與材料屬性的關系。教師要組織隨堂互動，就導體電阻率進行探究，幫助學生掃除疑難點、疏通認知，增強學生的物理實驗能力及探究能力，賦能學科素養成長。

（三）注重知識回溯，增強學生實驗技能

在高中物理實驗教學中，教師既要突出學生的主體地位，同時也要將過程性的知識評價、反饋和回溯融入教學中，由此幫助學生保持動態的反思意識，不斷提升自己的實驗技能，掌握正確、規范的實驗方法，提升學科綜合素養［5］。因此，教師要以POE策略為重要載體，細化實驗教學的路徑，讓學生成為實驗“操盤手”，同時也要引導學生開展實驗回溯、反饋，及時解決問題與查漏補缺，從而逐步提升物理綜合知識能力。

例如，在教學人教版物理選擇性必修第一冊的“光的折射”的過程中，教師可以設計“測量玻璃的折射率”的實驗。按照POE策略的要求，教師可以融入動態評價與反饋步驟，強化學生的反思意識，促進其實操技能的成長。教師可以按照如下思路指導學生的實驗操作。

1.預測——針對情境，做出預測

教師運用透明玻璃，向學生進行光的折射的演示，比如用手電筒照射玻璃，讓學生在情境中觀察光的折射現象，對“光的折射”的問題及現象進行預測。在此過程中，教師引導學生充分互動，開展知識信息的交互反饋與回溯，確保學生能大膽發言，各抒己見，為后續的實驗營造良好氛圍。

2.觀察——基于預測，開展觀察

在實驗操作部分，教師要引導學生基于之前的現象感知和預測，完成實驗操作。首先，教師預先準備玻璃板、激光筆、量角器、白紙、筆等實驗器材。其次，教師帶著學生回顧本節的知識要點，即根據斯涅爾定律，當光線從空氣入射到玻璃中時，入射角和折射角的正弦之比等于兩種介質的折射率之比。接著，教師安排學生分組完成如下操作：

（1）在白紙上放置玻璃板，用筆在玻璃板下畫出標記，確保玻璃板位置固定。

（2）使用量角器在白紙上畫出一條直線作為參考線，并標記光線的入射點。

（3）從不同角度用激光筆照射玻璃板，記錄下光線在空氣中的入射角和在玻璃中的折射角。

（4）多次改變入射角并重復步驟（3），記錄下多組數據。

（5）根據斯涅爾定律，使用多組數據計算出玻璃的平均折射率。

在學生實驗操作的過程中，教師要強化點撥與關鍵環節的指導。教師要引導學生分析所記錄的數據，使用斯涅爾定律計算出對應的玻璃的折射率。同時，學生應計算所有測量值的平均值，得到平均折射率。在此過程中，學生要積極互動、評價，開展深層次的互評與互鑒，確保實驗步驟規范完整，為解釋實驗原理奠定基礎。

3.解釋——圍繞觀察，給出解釋

在實驗操作完成后，按照“解釋”的要求，教師可以指導學生分析玻璃的折射率以及相關原理。教師要打造開放式課堂，引導學生發表見解。通過前期的觀察和分析可知，準確測量玻璃的折射率，可以了解光在不同介質間傳播時折射的規律。具體來說，借助實驗數據的分析，能夠得出玻璃的平均折射率，從而驗證斯涅爾定律的正確性。最后，教師要進行總評與鑒定，對學生POE實驗的全過程進行評估、反饋，著重提出問題、歸納不足，引導學生修正自己的實驗思維和方法，為提升知識技能與素養提供依據。

三、總結

總體而言，在高中物理教學中，教師要以實驗演示、剖析為重點，有效運用POE策略，強化學生的實操能力，確保學生在全過程中形成實驗意識，掌握物理實操的技巧和方法。教師既要合理控制實驗教學的流程與關鍵性要素，同時也要落實“P（預測）—O（觀察）—E（解釋）”的實踐要求，強化學生主體性，促進學生學習理念與應用能力成長，賦能其物理核心素養發展。

［參考文獻］

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