POE策略下的小学科学实验设计

陈馨

探究式学习是学生学习科学的重要方式，它以科学实验为主要活动形式，学生的猜想和假设都需要通过实验来证实或证伪。许多教师在面对实验材料的选取、实验步骤的安排、实验方法的选择时，只重实验形式而不重学生的深度思考，使得学生虽然有足够的动手时间，却没有充分的可供探索的心理空间，无法有效地转变前概念。教学中，我尝试运用POE策略有针对性地设计小学科学实验，取得了一定成效。

POE策略的内涵

POE是预测（predict，以下简称P）、观察（observe，以下简称O）、解释（explain，以下简称E）的三个词英文首字母的缩写，包括三个环节：

P：学生在实验前预测可能出现的实验现象，并作出自认为科学合理的解释。这是POE策略的关键，能促使学生进行深度思考并用合适的方式表达，有助于教师掌握学生的前概念。

O：学生在完成预测和解释后进行实验，同时记录实验数据或现象。

E：当预测的现象与观察的结果不一致时，学生修正自己的预测，对观察到的现象做出自己的解释，然后分小组进行讨论，最后师生进行小结和分析。

建构主义认为，学习的过程是学生主动建构对新知识的理解的过程，所以教师要为学生提供自由探究的机会，尊重和鼓励他们做出各种各样的解释。预测与结果之间的认知冲突使得学生各抒己见，互通有无，在实验过程中对科学概念进行建构和理解，完善自己的知识体系，同时体会科学的本质，保持探索的热情和学习的动力。

基于POE策略的小学科学实验设计

1.实验目标的确定

实验目标是实验设计的关键，有指向性作用。教师要深入钻研课程标准，考虑实验活动的层次特点和基本形式，注意相应年龄段儿童的共性，考虑学生的知识基础、心理特点、探究能力等多方面的因素，使得实验的P环节和E环节是在此年龄段的大多数学生通过努力能够完成的，且对多数人具有较大的发展价值。

实验目标的设计与教学目标的设计要求基本一致：第一，明确实验的主体是学生;第二，用动宾短语来表现学生的探究行为，且行为动词要能够观察和测量，如举例、写出、测量等;第三，明确最低层次的表现水平，最低层次的表现水平通常规定了学生在熟练性、完整性、时间等方面的限制，如“能够列举杠杆的5个实例”“画出自行车链条传动装置的示意图”等;第四，明确探究条件，即学生通过何种活动或实验达到最低层次的表现水平，如“通过小组合作”“在使用显微镜后”等。

下面以“探究链条传动和齿轮传动的特点”这一实验为例进行目标设计：

P：能对链条传动和齿轮传动的特点做出预测并说明依据。

O：通过实验探究链条传动和齿轮传动的特点，学会控制变量的方法;通过表格、示意图等多种方式记录实验结果，分析链条传动和齿轮传动的异同点，提高分析能力。

E：在讨论、交流、得出结论的过程中提高对科学本质的认识。

2.实验内容的设计

对实验内容的设计包含认真分析教材，合理选择、组织、呈现实验内容。虽然教材中已经有设计好的实验，但那不是唯一的设计，也不一定是最合理的设计。教师要结合实际学情、学校条件、社会热点等，对实验内容进行加工、取舍、补充甚至重新选择。有时候学生的奇思妙想也可以作为新一轮的探究主题。值得注意的是，实验内容虽然要有一定的启发性和思考性，但也要适合小学生探究，不能过难或过偏。

3.实验器材的选择

实验器材是保证实验教学的物质基础。有的实验装置复杂、操作麻烦，有的学校器材和耗材配备不足，这就需要教师根据实验方案和需求，从生活中常见的材料里选择能达到实验目的且能保证实验顺利开展的材料。

4.实验过程的设计

让学生充当模仿者“按食谱做菜”并不可取，教师要充分发挥学生的主动性并调动他们的积极性，对实验过程加以设计，创设符合教学内容要求的情境，给学生提示新旧知识之间联系的线索，激发出他们原有的相关经验，帮助他们建构当前所学知识的意义。

一个完整的实验探究包括提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、评价反思，实验设计时最重要的考量也是这八个环节。笔者以“探究定滑轮和动滑轮的作用”为例，采用POE策略进行实验设计。

（1）提出问题

出示视频：工人造房子时，分别用定滑轮和动滑轮把砖块拉上房顶。

提问：你有什么发现？有什么问题吗？

追问：这两种滑轮装置有什么不同？各有什么作用？

教师可以设计与学生已有认知相关的情境，或是通过实物演示，让学生自己发现并提出问题。如果学生因知识和经验不足而无法提出问题，教师可以给出提示，以确保实验活动的开展。

（2）作出假设

P：学生作出预测并写出理由。

预测是有依据的判断，是一个推理的过程，但未必正确。教师要给学生留出足夠的时间，让学生根据自身的知识和经验，通过思考作出预测，并写出依据，方便教师探查学生前概念中是否有相异概念，为之后引导学生将前概念转为科学概念做好铺垫。

（3）制订计划

提问：实验中，如果要验证使用定滑轮（或动滑轮）是否省力，应该准备什么器材？需要测出什么数据？怎样判断使用定滑轮（或动滑轮）是否省力？

学生在组内通过讨论制订实验计划后，派小组代表在全班汇报交流。

提问：你觉得这一小组的方案怎么样？有什么优点？有没有要注意的地方？

制订计划即设计实验方案，师生运用有关科学知识或原理，对实验过程中的材料、方法、步骤等进行选择和规划。教师先在实验前让学生明确实验目的，即为什么要做这个实验，要解决什么问题;再让学生通过小组合作自行讨论出一个方案;接着在全班交流，通过互评和自评取长补短，讨论注意事项及可能出现的问题，共同得出一个较为完善、简单可行的实验方案;最后进行实验。

（4）搜集证据

O：学生以小组为单位进行实验并观察现象，记录实验现象或数据。

教师应预想学生在实验时可能存在的困难，对关键的实验步骤进行讨论和引导。同时，教师要思考以何种方式提醒学生仔细观察现象、及时记录数据、规范操作实验，如请学生口头重复、出示PPT等。

（5）处理信息

学生比较预测与现象之间的差异，为观察到的现象作出解释并写下来。

实验误差是不可避免的，为了减小误差，可让学生多测量几次，但记录要实事求是。如果没有足够的时间重复实验并测量，教师可让每个小组测量一组数据，然后汇总全班的数据，录入Excel表格求平均值。此时，学生会对实际现象和预测的不一致产生疑问，会察觉前概念的不足，因而激发起对概念转变的内在需求。教师要在此时利用认知冲突，促进学生的思维活动，让观察和思维紧密结合起来。

（6）得出结论

E：追问为什么定滑轮不省力，动滑轮省一半的力，并要求学生用以前学过的知识进行解释。

总结：滑轮是杠杆的变形。定滑轮的支点在中心轴，动力点和阻力点到支点的距离相等，实际上是等力杠杆，所以不省力（如图1）。动滑轮是省力杠杆的变形，动力点到支点的距离是阻力点到支点的距离的2倍，所以可以省一半力（如图2）。

教师引导学生对预测和实验现象不一致的情况作出解释，再指导学生将自己的解释和同学进行交流讨论。

（7）表达交流

表达与交流贯穿了实验的所有环节。诱导性的提问可以促使学生对自己或他人的观点进行辩证性的思考，通过评估、交流甚至辩论构建班级里的“知识共同体”。教师可以在黑板的一角设立词汇表，将学生表达交流时常用的科学词汇罗列出来，引导学生使用科学规范的语言。

（8）评价反思

教师要实施多元评价，随时掌握学生的学习状况，如利用对话式形成性评价，切实了解学生的学习情况;利用实际操作了解学生的实验能力;利用纸笔测验，了解学生创造思考、推理及归纳的能力。

5.实验记录单的设计

实验记录单能帮助学生记录不同环节的学习活动，也能帮助教师看到学生由前概念到科学概念的发展和变化的过程。实验记录单的设计要有层次性和指导性，并鼓励学生用图文结合的方式表达想法。多样化、个性化的记录方式更能激发学生的兴趣，锻炼他们的发散性思维能力。在设计实验记录单时，到底选择哪一种呈现方式来表述实验中的各个环节，教师应该视学生的知识背景和课题性质而定。

在上文“探究定滑轮和动滑轮的作用”的实验设计中，由于预测阶段是为了暴露学生的前概念，因此需要在实验记录单的相关位置进行开放式处理，以便学生将自己的想法以书面形式呈现出来，为他们今后独立研究打下良好基础。示例如下：

实验记录单是很宝贵的财富，在实验之后，教师可以装订成实验展示册供学生翻阅、交流，或是布置成墙饰来展示，也可以放进学生的成长档案袋，甚至可以将这些资料收集起来，作为教师自己反思和研究的素材。

整个实验过程不一定要体现POE的全部环节。教师可以参考不同类型实验的要求和难易程度，根据实际需要选取部分环节，或是灵活调控先后次序，或是在POE的基础上增加新的环节，如T（test，测验）、C（contest，比赛）、D（discuss，讨论）等，培养学生的创造力，促进他们多元发展。

每个学生都是独立的个体，教师在设计科学实验时，要充分关注学生独立能力的培养，设计一些必须通过独立思考和亲自动手才能完成的探究任务，让学生在实验学习中学会分享与交流、合作与共享、批评与自我批评，形成集体观念和合作精神，如此才能更好地发挥POE策略的價值。