基于概念转变的PDEODE策略在物理教学中的应用，本文主要内容关键词为：物理论文,概念论文,策略论文,教学中论文,PDEODE论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
PDEODE是“Predict-Discuss-Explain-Ob-serve-Discuss-Explain”的缩写，即“预测—讨论—解释—观察—讨论—解释”，是在POE策略的基础上开发出来的。为揭示学生的前概念，1980年，Champagne、Klopfer和Anderso提出用演示—观察—解释（DOE）来勘察学生对运动学的理解。为了更有效地勘察学生的前概念，Gunstone和White在1981年把这种方法改为预测—观察—解释（POE）。1985年，Champagne等人把POE作为教学策略运用于自由落体的教学。1992年，Gunstone和White正式提出了POE教学策略，并把这一策略分为预测、观察和解释三个阶段。在教学实践中，人们不断对这一策略进行新的尝试和改进，把POE策略扩展为，PDEODE。这是由Savander-Ranne和Kolari在2003年最初提出的，Kolari等人首次将其应用于工程学教育。作为一种勘察学生对科学概念的理解和促进学生概念转变的工具，PDEODE教学策略在国外已有研究，但在国内物理教育的研究中尚属空白。
众所周知，在开始学习某些科学概念之前，学生通过对日常生活中一些现象的观察和体验已形成了一些个人化的概念，即“前概念（Preconception）”。在学习新概念时，学生不会轻易放弃这些概念，反而会对新概念产生排斥以及曲解科学概念。此时他们头脑中所存在的与科学概念不一致的认识，称为“迷思概念（Misconception）”或“相异概念（Altenative Conception）”。由于这些相异概念会干扰学生往后的学习，使得新知识不能恰当地整合到学生的认知结构中去，因此有必要对学生的相异概念和现有知识进行修正，即概念转变。Posner等人提出著名的概念转变模式（Conceptual Change Model，简称CCM），认为概念转变需要满足4个条件，即（1）学习者必须对现有概念产生不满（不满）；（2）新概念必须是可理解的（可理解性）；（3）新概念必须是合理的（合理性）；（4）新概念必须是有效的（有效性）。
PDEODE策略以科学认识论、前概念、概念转变的研究成果为基础，融合了合作学习等方法，符合Posner等人所提出的概念转变条件，在理论上具有可行性，它与Posner等人的概念转变模式存在以下关系：
为深入阐述PDEODE策略的内涵，下面择取“自由落体运动”的概念教学片段来介绍PDEODE策略在物理教学中的应用。
二、教学案例
“自由落体运动”是人教版高中物理必修1的内容。自由落体运动作为匀变速直线运动的特例，是生活中自由下落运动的理想模型，在物理教学中具有重要地位。本节课的概念教学部分的重点是自由落体运动的定义，难点是物体自由下落的快慢与物体质量大小无关。要有效地突出教学重点和突破教学难点，关键是让学生科学地理解自由落体运动。为此，可采用PDEODE策略来设计“自由落体运动”的概念教学。
1.预测环节
本环节是整个教学的起始阶段，旨在勘察学生关于自由落体运动的前概念，让教师了解和把握学生的已有知识及经验，为引发学生的认知冲突和促进学生的概念转变做铺垫。
教师首先创设“抓电影票”的情境来调动课堂气氛，并播放生活中物体下落的视频，“唤醒”学生的已有经验。接着给学生提供实验情景，让他们单独预测各个情景将产生的结果，并做好记录。具体流程如下：
教师将一张电影票卷成柱状体（该柱状体足够短，即它的长度与它在人的平均反应时间内下落的高度相当，学生很难抓到），对学生说：“同学们都喜欢看电影，而老师手里现在就有一张3D电影票，我要用它来做‘测反应’的游戏，谁抓住了就送给他，哪位同学来试一试呢？”接着鼓励学生积极上台参与游戏，同时提醒台下的学生注意观察游戏过程中的现象。
在学生惊叹电影票下落太快之余，教师便提问：“同学们都说电影票下落得快，那刚才电影票是怎样运动的呢？”学生回答完，教师就适时提出“落体运动”的概念：从静止开始下落的运动称为落体运动，刚才电影票的下落也是落体运动，自然界中类似这样的落体运动还有很多。接着播放视频向学生展示生活中物体下落的实拍情景（如苹果下落、水滴下落等现象），并引导学生回忆生活中类似的运动情景，加石头下落、树叶飘落等。在此，教师可进一步提问：“刚才提到的都是生活中常见的场景，大家对这些场景了解多少呢？那好，同学们不妨来看看以下几个实验情景，它们将会出现什么现象呢？现在请大家拿出纸和笔，把你们自己的预测写下来。”在学生对各实验情景进行预测的过程中，教师要有意识地巡视学生的预测情况。
实验情景：
（1）一张纸片和一个与纸片同质量的纸团同时从同一高度静止释放，哪个先着地？
（2）一个纸团和一个质量更大的纸片同时从同一高度静止释放，哪个先着地？
（3）一枚硬币和几枚粘合在一起的硬币同时从同一高度静止释放，哪个先着地？
（4）在真空状态下的牛顿管中，金属块和羽毛哪个下落得更快？
学生的预测：
（1）纸片和纸团同时着地。
（2）质量更大的纸片先着地。
（3）粘合在一起的硬币先着地。
（4）金属块下落得更快。
以贴近生活的现象为切入点，吸引学生注意力，调动学生参与学习的积极性，让他们在轻松愉快的氛围中展开自由落体运动的学习。
本环节能让教师察觉学生关于自由落体运动的前概念，特别是相异概念，如“重的物体比轻的物体要下落得快”。
2.讨论环节
本环节旨在让学生在各自的小组（3～4人）中讨论和分享彼此做出预测的理由，然后通过讨论和协商来对实验情景形成组内统一的预测，为往后的解释环节做准备。
经过预测环节，教师对学生关于自由落体运动的前概念和迷思概念已有一定了解，如“重的物体比轻的物体要下落得快”，但不必急于直接纠正学生的错误概念，而是引导他们积极讨论。比如，对学生说：“同学们刚才都对上述实验情景做出了预测，那你们的依据是什么呢？你的预测与小组其他成员的预测一致吗？若不一致，那哪一种预测才是正确的呢？现在请大家在自己的小组内讨论，每个小组都要达成共识。”接着让学生在组内讨论，向组内的同伴呈现自己的预测，并说明理由。比如，生活中见到的都是重的物体下落得快。学生了解彼此的观点之后，要对这些观点做出分析，并对各实验情景形成统一见解。
通过讨论，学生会暴露支撑他们做出预测的信念，让教师弄清学生前概念的来源，为接下来帮助学生转变迷思概念提供依据。
在本环节中，教师充当的是引导者，要仔细留意学生的讨论，但不能给学生关于实验结果的暗示，而是充分调动学生思维的主动性，让他们经历思考和探索的过程，寻找更具说服力的依据。
3.解释环节
本环节旨在让各小组内部在针对实验情景达成共识之后，通过全班讨论的形式来向其他小组公布，并在讨论中参考他人的见解和反思自己的观点。
此时，教师应进一步鼓励学生畅所欲言和反思。比如，对学生说：“通过组内讨论，各小组对实验情景已达成共识。现在请各小组的代表依次呈现你们的见解，并说明理由。而其他同学在听讲的时候不妨思考，他们的解释跟你们的有何联系和区别呢？”接着，各小组的代表在全班讨论中陈述小组的统一见解，并说明依据。比如，有学生会强调在生活中见到的都是重的物体下落得快。
通过解释，学生察觉到他人的生活经验，以及支撑这些经验的信念。而教师也更清楚地意识到何种信念占主导地位，为突破自由落体运动的教学难点提供着力点。
在本环节中，教师充当的是秩序维持者，为各小组的代表提供自由发言的氛围，保证他们在发言过程中不受干扰。
4.观察环节
本环节旨在通过学生的观察与预测之间的反差来引发学生的认知冲突，激起他们对已有知识经验的不满，推动概念转变的进程。
此时学生很渴望知道自己的预测是否正确，因此教师要充分把握学生的积极性，引导他们进行与目标概念相关的观察。比如，对学生说：“同学们刚才都对各实验情景做了预测，也都找到了依据，那真实的实验结果是否跟大家的预测一致呢？为探讨这个问题，老师先给大家演示，接着同学们再重复一遍实验。不过，在老师演示的时候，大家除了观察实验现象，还要注意老师是如何进行实验操作的。特别是在进行真空管实验的时候，由于金属块碰到管的底部会有明显的声音，大家可根据这点来判断金属块的下落情况。现在请大家注意观察物体的下落，并做好记录。”教师在演示过程中，要确保学生能观察清楚，且做好相关记录。接着让学生进行小组实验，并再次记录实验现象。此时教师要给学生适当的操作提示，如让物体从同一高度静止开始下落。
实验结果：
（1）纸团先着地。
（2）纸团先着地。
（3）硬币和粘合在一起的硬币几乎同时着地。
（4）金属块和羽毛下落得一样快。
通过观察，学生体验到观察与预测间的反差，会对已有知识和经验产生怀疑，甚至不满，这对概念转变而言是有益的。
在本环节中，教师要演示实验，最好也让学生进行小组实验，毕竟学生更相信在亲自实验中所观察到的结果。当实验结果与学生的预测不一致时，两者间所形成的反差会更大，更有利于转变学生的迷思概念。
5.讨论环节
本环节旨在让学生通过组内讨论来协调自己的预测与实际观察到的现象，对小组内的观点进行分析、比较、对比和批判，寻找预测与观察之间出现不一致的原因，促使学生进一步理解自由落体运动。
通过观察，学生已注意到真实的实验现象。此时，他们将对这些现象进行小组讨论，教师此时应给予适当引导。比如，对学生说：“经过刚才的实验和观察，同学们都发现无论纸片质量大小如何都没有纸团下落得快，这说明什么呢？纸片下落会轻微飘动，而纸团却不会，对于这现象大家有何想法呢？另外，为何质量不同的硬币能下落得几乎一样快呢？最后，在没有空气的真空管中，质量、形状和大小均不同的金属块和羽毛下落得一样快，这又是为什么呢？”此外，教师还可以提示学生去对物体进行受力分析。
通过讨论，学生可得知“重的物体不一定下落得快”，并会猜测“物体下落的快慢可能会受空气阻力的影响”。此外，学生通过分析物体在理想状态下的受力，发现真空管中的金属块和羽毛都只受重力作用，而且都从静止开始下落。
研究表明，信息的口头叙述能提升高质量的学习策略的应用，从而促进理解和长时记忆，各种技能同样也因此融入学生的技能中去。学生上述有针对性的讨论自然会促进他们对自由落体运动的深层次理解，而不仅是记住表面现象。
6.解释环节
本环节旨在让学生在全班的讨论中了解各种视角的解释，并反思自己的观点，然后在教师的引导下习得科学的解释，达到概念转变的预期效果。
此时，各小组的代表将针对已讨论的问题向全班同学做出分析。在他们完成解释环节后，教师应对学生的分析进行总结。比如，通过对空气中的物体进行受力分析（如图2所示），让学生意识到纸团之所以比纸片下落快是因为其面积小，受到空气的阻力也小，而硬币受到的空气阻力与其重力相比几乎可以忽略不计，因此质量不同的硬币下落得几乎一样快。同样，通过分析物体在理想状态下的受力（如图3所示），让学生明白没空气的真空管中质量、形状和大小均不同的金属块和羽毛下落一样快，是因为它们都只受重力作用，而且都从静止开始下落。
接下来，教师应趁机引进“自由落体运动”的概念：只在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。并引导学生理解“自由”是指物体只受重力作用，忽视空气阻力的影响。此外，还要引导学生归纳自由落体运动的特点：只受重力作用、从静止开始下落。从而巩固和强化学生对自由落体运动的理解，实现学生的迷思概念向科学概念的转变。
通过本环节的解释，学生的迷思概念以及支撑这些概念的信念开始瓦解，但他们的解释还相对零散，教师应系统地总结，让学生从本质上把握自由落体运动，实现概念转变，习得“自由落体运动”的科学概念。
综上可知，PDEODE策略渗透新课程教学理念，以学生为中心，以教师为组织者和引导者，倡导自由表达的氛围，首先通过实验现象的预测来勘察学生的迷思概念，并让他们在组内及全班的讨论中解释和反思。接着让学生在观察中对已有知识产生不满，引发认知冲突。然后让学生去思考和探讨实验现象，从心理上接受新概念，解决信念与观察间的矛盾，实现概念转变，最终习得科学概念。此过程逻辑严谨，逐层渐进，符合学生的认知规律。
三、结束语
以上通过高中物理“自由落体运动”的概念教学案例阐述了PDEODE策略及其在物理教学中的运用。PDEODE策略在国外科学领域以及国内化学领域的教学实践中已被证实为一种有效的科学教学策略，并形成一套系统的教学方法，对我国的物理教学有重大的启示和指导意义。