基于POE教学策略的“小麦的真菌性病害”实验探究

沈妍婧 朱晓燕 戴 群 解凯彬,*

(1 南京师范大学教师教育学院 南京 210097； 2 福建省南平市教师进修学院 南平 353000； 3 江苏第二师范学院生命科学与化学学院 南京 210013)

1 POE教学策略内涵

POE教学策略是由探查学生理解科学的研究方法演化而来的，是建立在“观察渗透理论”的哲学观念和建构主义理论基础之上的新型演示策略[1]。观察渗透理论认为人们在观察事物时，是受先前存在的理论知识和经验影响的，这种影响会渗透在观察中。建构主义认为学习者以自己的原有知识经验为基础，根据先前的认知结构而主动对外部信息进行选择、加工和处理，构建自己的理解。因此，POE教学策略是关注学生先前经验、重视概念转变和知识运用的一种教学模式。POE是“Predict”(预测)、“Observe”(观察)和“Explain”(解释)的缩写，教学过程是由这3个部分构成。

2 探究问题的提出

生物科学是自然科学中的基础学科之一，也是农业科学、医药科学和环境科学等科学领域的重要基础。初中生物学课程的学习是科学教育的重要组成部分，是学生科学素养建立和完善的有力保障，它在生物学基础知识的掌握、科学研究能力的形成、创新意识的发展和科学态度的培育等方面都对学生有着不可替代的作用。生物学课程标准也提出：“了解我国的生物资源状况和生物科学技术发展状况”“关注与生物学相关的社会问题，初步形成主动参与社会决策的意识”等要求，希望中学生能正确理解生物科学并不是诸多知识和理论的简单汇聚，而是期待他们可将所学知识运用到实际生活中去，学会关注科学和社会，并能主动尝试分析问题和解决问题。

近年来，由于气候异常、品种抗性和秸秆还田等多种因素，小麦根部病害发生愈发严重[2]。真菌性病害是主要的病害种类，其中由德氏霉侵染引起的小麦叶枯病广泛分布在世界各小麦产区，严重影响小麦的产量[3]。在此背景下以小麦为代表的农作物病害防治，是具有重要意义的社会实践议题。以人教版初中生物学教材为例，在“绿色开花植物的一生”这一节教学内容中，虽然教师组织学生进行小麦种植是常见的活动形式，但其目的是在于理解植物的生长过程及其结构功能，很少会去关注农作物的病害情况。同时，虽然教材中提及农业的田间管理、病虫害防治离不开生物科学和技术，但它是以拓展资料的形式呈现的，容易被轻视或忽视。这不利于学生了解科学事业，也无法引导学生展开知识应用，更错失了培育社会责任意识的机会。

为了促使初中生能够关注和尝试解决作物病害的问题，笔者以POE教学策略为理论支撑，依据Richard Oliver等人设计的作物保护实验[4]，探讨生活中常见的化学物质对于减轻小麦真菌感染的作用效果，并总结POE教学策略对探究实验的价值。

3 POE策略在实验探究中的体现

“常见生活物质对小麦抗真菌作用的效果探究”实验，依据POE教学策略的“预测”“观察”和“解释”模式展开实施，具体过程如下：

3.1 预测 预测是实验探究的第一个环节，学生需要根据教师提出的问题，分析相关的背景资料或实验过程，以自己已具备的知识和经验为基础，预测对应的现象、情境和发展变化等，并阐明自己的理由(表1)。

教师呈现背景资料： 真菌性病害是小麦主要的病害种类，其中小麦叶枯病是最为常见的类型。小麦的染病初期叶子会出现淡黄色至淡青色的卵圆形小斑，随后会扩大成不规则的斑块，常为红褐色、灰白色或灰褐色。同时，会出现植株衰弱的现象，甚至死亡。染病小麦一般先从下部叶片开始发病枯死逐渐向上发展。

表1 教师提问与学生预测情况

因此，这些小麦被收割后留下的残茬是真菌富集的场所。当新一轮的种子播种在含有残茬的土地中，在小麦的抽穗期致病菌会转移到新的作物上，使其感染叶枯病，雨水期和灌溉期会加速叶枯病的传播。

在这一环节，预测不是无根据的随意猜测，不论是物质选择还是实验过程的设计都是学生在日常体验和对背景资料的理解上形成的个人判断。教师通过分析这些回答可发现，学生能够充分联系生活实际对材料中的信息做出筛选、整合和运用。但是对于第一个问题的思考维度和判断依据过于依赖生活经验。因此，教师需要明白预测环节是展露学生知识水平的有效载体，是探寻学生前概念的重要途径，也是发现前概念来源的关键方式，这都为后续解决学生可能出现的认知冲突奠定了基础。

3.2 观察 在观察环节，通常以教师演示实验或学生自主实验的方式展开探究，过程中学生需要细致观察并做好记录。实验结果通常分为2种情况： ①结果与预期相符；②预测现象与观察结果不符。这就让学生产生了认知冲突，但这是概念转变和观念培育的关键时期。

3.2.1 实验材料 小麦种子、染菌小麦的残茬、清水、醋、洗涤剂、衣物消毒液、双氧水、育苗块、育苗盆、纱布等。

3.2.2 实验方法 具体如下：

(1) 将学生选择的醋、洗涤剂、衣物消毒液、双氧水分别配置成浓度为1%的溶液。将残茬平均分为5组，分别浸泡这4种溶液和清水中。

(2) 残茬浸泡12 h后取出并沥干，用网孔较大的纱布分别包裹。

(3) 设置5组育苗块，每一组播种10粒小麦种子，并在种子上方分别放置不同的残茬。放置浸泡过清水残茬的一组为对照组，其余组别为实验组。

(4) 将育苗块放置在温度和光照都适宜的场所培养，使小麦发芽，穿过纱布网孔生长。4周后移除残茬，测量各组植物的平均高度，对比观察实验组和对照组小麦叶子上的病斑面积。

3.2.3 实验现象 学生通过残茬处理、小麦种植和结果的测量与统计等实践步骤，获得观察结果。实验结果见表2。

3.3 解释 在解释环节，教师的思维引导和知识补充尤为重要。当学生找出预测与实验现象一致的部分时，教师需要注意这并不意味着学生预测提出的依据就是实验结果的科学解释，需要教师做出正确的判断和引导。而当学生针对事实与预测间的差异做出个人解释时，教师需要把控解释内容的科学性与关联性。

表2 不同生活物质处理下的小麦高度和病斑面积

因此，这一环节是学生修正、完善概念体系的过程，也是将科学解释整合到认知结构中去的过程。

在分析实验结果的过程中，学生发现除了衣物消毒液外，醋、洗涤剂和双氧水都具有较好的抗菌效果，能够有效地减少残茬上的病菌数量，符合一开始的预测。但学生对于抗菌作用的解释只能从生活现象的角度展开，缺乏科学性。此时，教师可逐步提出“酸碱性”“氧化性”和“表面活性剂”等相关概念，并提供衣物消毒液仅有效作用于微生物的类别。学生在讨论分析中更新和修正之前仅凭生活现象做出的解释和认识，解释衣物消毒液无抗菌效果的原因就在于： 小麦的致病菌不是其作用对象。同时，学生通过对比各组别的植物高度，发现数据间无明显差异，与预测不符，这说明小麦叶枯病的病症不会表现在植株的高度上。

解释的过程是促使学生关注科学本质的过程，教师要引导学生从科学的角度看待世界，培养学生搜集和分析证据的能力，促使他们掌握科学研究的一般方法，在思考和探究中发展他们的逻辑思维，最终形成科学解释。

4 POE教学策略对探究实验的价值

4.1 保障学生的主体性 POE教学策略下的实验探究充分尊重了学生的生活经验和知识储备，保障了学生的个性化思考，鼓励学生表达自己的想法和观点，为学生搭建了合作交流和探索实践的平台。选择与教材内容关联性强的拓展实验，创设新的应用情境，让学生综合运用知识储备进行思考，这种真正的疑问，才能促成学生基于科学学习提出具有探究意义的假设，并根据所设进行实验设计，有效促进学生学科知识的掌握与探究能力的提升。

4.2 促进概念的转变与重建 学生通过预测展示前概念，通过观察发现认知冲突，可能会出现观察到的现象与预测有出入。这时，需要教师结合这一矛盾，引导学生理性分析，多角度地综合所学的知识对实验现象进行分析，从而深化对知识的理解，通过解释实现认知改变。因此POE的教学模式促使学生在原有知识结构和新概念间发生紧密连接，从而帮助学生调整和完善知识体系，最终达成对新概念的理解与顺应。这一环节有利于促进学生客观的分析与思考，需要学生将概念与现象之间建立良好的逻辑关系，提升学生科学解释能力。

4.3 探究过程符合科学研究范式 在经典的生物学研究范式中，研究者需要根据问题做出假设，并解释提出该假设的原因，随后设计和开展实验，收集并分析实验证据。最后，就实验结果展开讨论。POE教学策略的基本模式符合科学研究的基本过程。因此，该模式下学生的探究能够保障他们深刻理解科学研究的严谨性，不断深化对探究问题的认识，明确科学研究是基于事实证据的过程，掌握基本的研究方法，最终达成对于科学本质的深入理解。在此过程中，引导学生综合应用所学的知识，培养科学思维，解决实际问题，认识科学世界，从而提高学生的生物学核心素养。