基于POE教學(xué)策略的“小麥的真菌性病害”實(shí)驗(yàn)探究

沈妍婧 朱曉燕 戴 群 解凱彬,*

(1 南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院 南京 210097； 2 福建省南平市教師進(jìn)修學(xué)院 南平 353000； 3 江蘇第二師范學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院 南京 210013)

1 POE教學(xué)策略內(nèi)涵

POE教學(xué)策略是由探查學(xué)生理解科學(xué)的研究方法演化而來的，是建立在“觀察滲透理論”的哲學(xué)觀念和建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)之上的新型演示策略[1]。觀察滲透理論認(rèn)為人們在觀察事物時(shí)，是受先前存在的理論知識和經(jīng)驗(yàn)影響的，這種影響會滲透在觀察中。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者以自己的原有知識經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，根據(jù)先前的認(rèn)知結(jié)構(gòu)而主動對外部信息進(jìn)行選擇、加工和處理，構(gòu)建自己的理解。因此，POE教學(xué)策略是關(guān)注學(xué)生先前經(jīng)驗(yàn)、重視概念轉(zhuǎn)變和知識運(yùn)用的一種教學(xué)模式。POE是“Predict”(預(yù)測)、“Observe”(觀察)和“Explain”(解釋)的縮寫，教學(xué)過程是由這3個(gè)部分構(gòu)成。

2 探究問題的提出

生物科學(xué)是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科之一，也是農(nóng)業(yè)科學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。初中生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)是科學(xué)教育的重要組成部分，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)建立和完善的有力保障，它在生物學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握、科學(xué)研究能力的形成、創(chuàng)新意識的發(fā)展和科學(xué)態(tài)度的培育等方面都對學(xué)生有著不可替代的作用。生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)也提出：“了解我國的生物資源狀況和生物科學(xué)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r”“關(guān)注與生物學(xué)相關(guān)的社會問題，初步形成主動參與社會決策的意識”等要求，希望中學(xué)生能正確理解生物科學(xué)并不是諸多知識和理論的簡單匯聚，而是期待他們可將所學(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際生活中去，學(xué)會關(guān)注科學(xué)和社會，并能主動嘗試分析問題和解決問題。

近年來，由于氣候異常、品種抗性和秸稈還田等多種因素，小麥根部病害發(fā)生愈發(fā)嚴(yán)重[2]。真菌性病害是主要的病害種類，其中由德氏霉侵染引起的小麥葉枯病廣泛分布在世界各小麥產(chǎn)區(qū)，嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量[3]。在此背景下以小麥為代表的農(nóng)作物病害防治，是具有重要意義的社會實(shí)踐議題。以人教版初中生物學(xué)教材為例，在“綠色開花植物的一生”這一節(jié)教學(xué)內(nèi)容中，雖然教師組織學(xué)生進(jìn)行小麥種植是常見的活動形式，但其目的是在于理解植物的生長過程及其結(jié)構(gòu)功能，很少會去關(guān)注農(nóng)作物的病害情況。同時(shí)，雖然教材中提及農(nóng)業(yè)的田間管理、病蟲害防治離不開生物科學(xué)和技術(shù)，但它是以拓展資料的形式呈現(xiàn)的，容易被輕視或忽視。這不利于學(xué)生了解科學(xué)事業(yè)，也無法引導(dǎo)學(xué)生展開知識應(yīng)用，更錯(cuò)失了培育社會責(zé)任意識的機(jī)會。

為了促使初中生能夠關(guān)注和嘗試解決作物病害的問題，筆者以POE教學(xué)策略為理論支撐，依據(jù)Richard Oliver等人設(shè)計(jì)的作物保護(hù)實(shí)驗(yàn)[4]，探討生活中常見的化學(xué)物質(zhì)對于減輕小麥真菌感染的作用效果，并總結(jié)POE教學(xué)策略對探究實(shí)驗(yàn)的價(jià)值。

3 POE策略在實(shí)驗(yàn)探究中的體現(xiàn)

“常見生活物質(zhì)對小麥抗真菌作用的效果探究”實(shí)驗(yàn)，依據(jù)POE教學(xué)策略的“預(yù)測”“觀察”和“解釋”模式展開實(shí)施，具體過程如下：

3.1 預(yù)測 預(yù)測是實(shí)驗(yàn)探究的第一個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要根據(jù)教師提出的問題，分析相關(guān)的背景資料或?qū)嶒?yàn)過程，以自己已具備的知識和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，預(yù)測對應(yīng)的現(xiàn)象、情境和發(fā)展變化等，并闡明自己的理由(表1)。

教師呈現(xiàn)背景資料： 真菌性病害是小麥主要的病害種類，其中小麥葉枯病是最為常見的類型。小麥的染病初期葉子會出現(xiàn)淡黃色至淡青色的卵圓形小斑，隨后會擴(kuò)大成不規(guī)則的斑塊，常為紅褐色、灰白色或灰褐色。同時(shí)，會出現(xiàn)植株衰弱的現(xiàn)象，甚至死亡。染病小麥一般先從下部葉片開始發(fā)病枯死逐漸向上發(fā)展。

表1 教師提問與學(xué)生預(yù)測情況

因此，這些小麥被收割后留下的殘茬是真菌富集的場所。當(dāng)新一輪的種子播種在含有殘茬的土地中，在小麥的抽穗期致病菌會轉(zhuǎn)移到新的作物上，使其感染葉枯病，雨水期和灌溉期會加速葉枯病的傳播。

在這一環(huán)節(jié)，預(yù)測不是無根據(jù)的隨意猜測，不論是物質(zhì)選擇還是實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)都是學(xué)生在日常體驗(yàn)和對背景資料的理解上形成的個(gè)人判斷。教師通過分析這些回答可發(fā)現(xiàn)，學(xué)生能夠充分聯(lián)系生活實(shí)際對材料中的信息做出篩選、整合和運(yùn)用。但是對于第一個(gè)問題的思考維度和判斷依據(jù)過于依賴生活經(jīng)驗(yàn)。因此，教師需要明白預(yù)測環(huán)節(jié)是展露學(xué)生知識水平的有效載體，是探尋學(xué)生前概念的重要途徑，也是發(fā)現(xiàn)前概念來源的關(guān)鍵方式，這都為后續(xù)解決學(xué)生可能出現(xiàn)的認(rèn)知沖突奠定了基礎(chǔ)。

3.2 觀察 在觀察環(huán)節(jié)，通常以教師演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生自主實(shí)驗(yàn)的方式展開探究，過程中學(xué)生需要細(xì)致觀察并做好記錄。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常分為2種情況： ①結(jié)果與預(yù)期相符；②預(yù)測現(xiàn)象與觀察結(jié)果不符。這就讓學(xué)生產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，但這是概念轉(zhuǎn)變和觀念培育的關(guān)鍵時(shí)期。

3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料 小麥種子、染菌小麥的殘茬、清水、醋、洗滌劑、衣物消毒液、雙氧水、育苗塊、育苗盆、紗布等。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 具體如下：

(1) 將學(xué)生選擇的醋、洗滌劑、衣物消毒液、雙氧水分別配置成濃度為1%的溶液。將殘茬平均分為5組，分別浸泡這4種溶液和清水中。

(2) 殘茬浸泡12 h后取出并瀝干，用網(wǎng)孔較大的紗布分別包裹。

(3) 設(shè)置5組育苗塊，每一組播種10粒小麥種子，并在種子上方分別放置不同的殘茬。放置浸泡過清水殘茬的一組為對照組，其余組別為實(shí)驗(yàn)組。

(4) 將育苗塊放置在溫度和光照都適宜的場所培養(yǎng)，使小麥發(fā)芽，穿過紗布網(wǎng)孔生長。4周后移除殘茬，測量各組植物的平均高度，對比觀察實(shí)驗(yàn)組和對照組小麥葉子上的病斑面積。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 學(xué)生通過殘茬處理、小麥種植和結(jié)果的測量與統(tǒng)計(jì)等實(shí)踐步驟，獲得觀察結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

3.3 解釋 在解釋環(huán)節(jié)，教師的思維引導(dǎo)和知識補(bǔ)充尤為重要。當(dāng)學(xué)生找出預(yù)測與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致的部分時(shí)，教師需要注意這并不意味著學(xué)生預(yù)測提出的依據(jù)就是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)解釋，需要教師做出正確的判斷和引導(dǎo)。而當(dāng)學(xué)生針對事實(shí)與預(yù)測間的差異做出個(gè)人解釋時(shí)，教師需要把控解釋內(nèi)容的科學(xué)性與關(guān)聯(lián)性。

表2 不同生活物質(zhì)處理下的小麥高度和病斑面積

因此，這一環(huán)節(jié)是學(xué)生修正、完善概念體系的過程，也是將科學(xué)解釋整合到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去的過程。

在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)除了衣物消毒液外，醋、洗滌劑和雙氧水都具有較好的抗菌效果，能夠有效地減少殘茬上的病菌數(shù)量，符合一開始的預(yù)測。但學(xué)生對于抗菌作用的解釋只能從生活現(xiàn)象的角度展開，缺乏科學(xué)性。此時(shí)，教師可逐步提出“酸堿性”“氧化性”和“表面活性劑”等相關(guān)概念，并提供衣物消毒液僅有效作用于微生物的類別。學(xué)生在討論分析中更新和修正之前僅憑生活現(xiàn)象做出的解釋和認(rèn)識，解釋衣物消毒液無抗菌效果的原因就在于： 小麥的致病菌不是其作用對象。同時(shí)，學(xué)生通過對比各組別的植物高度，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間無明顯差異，與預(yù)測不符，這說明小麥葉枯病的病癥不會表現(xiàn)在植株的高度上。

解釋的過程是促使學(xué)生關(guān)注科學(xué)本質(zhì)的過程，教師要引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)的角度看待世界，培養(yǎng)學(xué)生搜集和分析證據(jù)的能力，促使他們掌握科學(xué)研究的一般方法，在思考和探究中發(fā)展他們的邏輯思維，最終形成科學(xué)解釋。

4 POE教學(xué)策略對探究實(shí)驗(yàn)的價(jià)值

4.1 保障學(xué)生的主體性 POE教學(xué)策略下的實(shí)驗(yàn)探究充分尊重了學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和知識儲備，保障了學(xué)生的個(gè)性化思考，鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)自己的想法和觀點(diǎn)，為學(xué)生搭建了合作交流和探索實(shí)踐的平臺。選擇與教材內(nèi)容關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的拓展實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)新的應(yīng)用情境，讓學(xué)生綜合運(yùn)用知識儲備進(jìn)行思考，這種真正的疑問，才能促成學(xué)生基于科學(xué)學(xué)習(xí)提出具有探究意義的假設(shè)，并根據(jù)所設(shè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)科知識的掌握與探究能力的提升。

4.2 促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變與重建 學(xué)生通過預(yù)測展示前概念，通過觀察發(fā)現(xiàn)認(rèn)知沖突，可能會出現(xiàn)觀察到的現(xiàn)象與預(yù)測有出入。這時(shí)，需要教師結(jié)合這一矛盾，引導(dǎo)學(xué)生理性分析，多角度地綜合所學(xué)的知識對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，從而深化對知識的理解，通過解釋實(shí)現(xiàn)認(rèn)知改變。因此POE的教學(xué)模式促使學(xué)生在原有知識結(jié)構(gòu)和新概念間發(fā)生緊密連接，從而幫助學(xué)生調(diào)整和完善知識體系，最終達(dá)成對新概念的理解與順應(yīng)。這一環(huán)節(jié)有利于促進(jìn)學(xué)生客觀的分析與思考，需要學(xué)生將概念與現(xiàn)象之間建立良好的邏輯關(guān)系，提升學(xué)生科學(xué)解釋能力。

4.3 探究過程符合科學(xué)研究范式 在經(jīng)典的生物學(xué)研究范式中，研究者需要根據(jù)問題做出假設(shè)，并解釋提出該假設(shè)的原因，隨后設(shè)計(jì)和開展實(shí)驗(yàn)，收集并分析實(shí)驗(yàn)證據(jù)。最后，就實(shí)驗(yàn)結(jié)果展開討論。POE教學(xué)策略的基本模式符合科學(xué)研究的基本過程。因此，該模式下學(xué)生的探究能夠保障他們深刻理解科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，不斷深化對探究問題的認(rèn)識，明確科學(xué)研究是基于事實(shí)證據(jù)的過程，掌握基本的研究方法，最終達(dá)成對于科學(xué)本質(zhì)的深入理解。在此過程中，引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的知識，培養(yǎng)科學(xué)思維，解決實(shí)際問題，認(rèn)識科學(xué)世界，從而提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。