中學物理教師學科教學知識（PCK）測試研究

摘 要：本文依據(jù)中學物理教師PCK結構開發(fā)量表，以此為工具調查測試PCK結構5要素對應的15種能力，使中學物理教師PCK水平成為能測量的顯現(xiàn)化內容。通過定量分析中學物理教師學科教學知識的水平，為提升中學物理教師的PCK水平提供方向和途徑，進一步推進了學科教學知識研究的本土化，為教師發(fā)展及教師培訓提供依據(jù)。

關鍵詞：中學物理教師；PCK；測試研究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）8-0028-8

1 學科教學知識概述

在課程實施的過程中，我們經常見到這樣的現(xiàn)象：不同的老師上相同內容的課，往往會有截然不同的教學效果。這表明教師的水平有差異。有些教師難以將學科知識有效地表征為學生能懂的知識，因而難以讓學生真正掌握學科知識。這一情形表明教師如何將學科知識表征為學生能懂的知識應該受到關注。學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge，簡稱PCK）正是用來解釋和解決這一問題。1986年時任美國教育研究會主席的舒爾曼教授在《教育研究者》發(fā)表了一份研究報告，文中首次提出學科教學知識概念，并將其定義為“教師個人教學經驗、教師學科內容知識和教育學的特殊整合”[1]。

舒爾曼把PCK作為教師最有用的知識，能夠區(qū)分教師與學科專家，所以教師區(qū)別于物理學家、天文學家、化學家的主要不在于他們掌握知識的廣度與深度，而是看他們能否把自己的學科知識經過更好的組織和編排傳授給學生，使其能更好的吸收和消化[2]。

自舒爾曼提出PCK以來，很多學者對PCK的內涵也進行了研究，并提出了自己的認識和看法。學科教學知識的結構和內容也不斷被各國教育家豐富和完善。見表1[3][4]：

縱觀國外不同的學者對PCK的已有研究，雖然具體內容有所不同，但其核心因素是類似的，都把PCK定位于老師怎樣有效地把學科知識轉化、翻譯成學生容易理解的知識。

我國研究者在充分借鑒國外關于PCK的研究成果的基礎上，從不同方面對PCK展開了進一步研究，從校本教研、教研組活動、教師發(fā)展學校、高師生的培養(yǎng)等角度論述了PCK問題。

2 研究意義

2.1 研究現(xiàn)狀的不足

自PCK的概念提出以來，現(xiàn)有研究多為分析性和概念性研究，研究方法主要以理論演繹為主，缺乏與具體學科的聯(lián)系， 為數(shù)不多的對中學物理教師PCK的研究，大都采用了定性的分析方式，較為籠統(tǒng)，多以思辨為主，基本上是陳述現(xiàn)象，且往往是論多證少或有論無證，沒有對研究結果進行量化分析，對教師學科教學知識的整體水平不能給出一個準確的界定，難以直觀地反映中學物理教師PCK的真實水平。當前實證研究或定性與定量相結合的研究非常急需。

2.2 本研究的意義

筆者通過對國內外PCK的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀進行研究，結合物理學科的自身特點，從物理學的獨特視角，開發(fā)量表對中學物理教師學科教學知識水平進行量化研究，嘗試通過定量分析的方式對中學物理教師的PCK進行研究與分析，從而直觀地反映現(xiàn)階段中學物理教師PCK的真實水平。本研究試圖探究促進中學物理教師學科教學知識增長的有效途徑，進一步推進學科教學知識研究的本土化，為推動物理新課程的改革及教師教育的改革提供參考，為中學物理教師PCK的研究提供依據(jù)和方向。

3 研究依據(jù)

在國內外學者研究的基礎上，根據(jù)物理學科的特點及多年培訓物理教師的研究，筆者在前期研究中建構了符合中學物理教師特點的PCK結構。我們認為中學物理教師學科教學知識應包含五個方面的要素：主題最核心的內容及其教育價值、內容之間的聯(lián)系、學生已有的經驗和可能出現(xiàn)的困難、幫助學生學會的策略、實驗的操作和價值挖掘[5]。此PCK結構經多年來的實踐得到同行的廣泛認可，使之成為了分析物理教師學科教學知識水平較為成熟的理論框架。因此，本研究將以此PCK結構作為測試研究依據(jù)，對中學物理教師學科教學知識進行量化研究。

4 研究方法

本研究采用文獻研究、課堂觀察、量表測試等研究方法；通過文獻調查了解PCK的理論與研究現(xiàn)狀，采用課堂觀察與量表測試將被測教師的PCK能力水平進行可視化呈現(xiàn)，課堂觀察與量表測試互相佐證，能夠準確反映出中學教師在該主題下的學科教學知識水平。

5 測試量表

5.1 開發(fā)量表

教師的學科教學知識水平通過具體教學內容體現(xiàn)，因此需選取具體教學內容來研究中學物理教師學科教學知識的水平。“牛頓第一定律”是中學物理的重要內容，是經典力學的基石，也是教學的難點內容，中學物理教師對該部分內容的認識，能夠比較充分地體現(xiàn)教師的學科教學知識水平。

此量表結合具體教學課題——“牛頓第一定律”，依據(jù)中學物理教師學科教學知識結構設計而成，中學物理教師學科教學知識結構包含五個方面的要素，如表2第一列所示，與此相對應，梳理出每方面所涉及的能力，如表2第二列所示。例如：主題最核心的內容及其教育價值，涉及把握重要概念的能力、掌握與知識相關方法的能力、識別教育價值的能力三方面。但這些能力仍然屬于教師內化和隱性的素養(yǎng)，需要開發(fā)量表設計出問題將其變?yōu)榭蓽y評的量，每個能力所對應的量表問題如表3第三列所示。此量表共包括15個開放性問題，與PCK的15種能力一一對應。

該量表突破了原有對PCK研究的壁壘，進入了PCK的內部進行研究，關注教師的教學過程，突顯了PCK教學實踐性特點，而且可對教師的PCK水平進行量化分析。同時，可以發(fā)現(xiàn)中學物理教師PCK中存在的問題，進而為提升中學物理教師的PCK水平提供方向和參考。

2.評分標準

量表的評分是PCK水平量化的前提，中學物理教師學科教學知識測評量表評分標準如表3。

依據(jù)數(shù)據(jù)結果將教師的PCK水平劃分為三個等級，第一等級分值為1分及1分以下，第二等級為1至2分，第三等級為2至3分。endprint

6 研究對象

本研究對象為隨機抽樣的北京市中學物理教師，發(fā)放測試問卷80份，回收77份，無效問卷2份，有效問卷75份。

7 測試研究

為了將測試結果系統(tǒng)、清晰地呈現(xiàn)，下面分別對每個能力進行詳細分析與探討，從而得出中學物理教師學科教學知識的現(xiàn)狀。

7.1 把握主題最核心的內容及其教育價值的能力

中學物理教師把握主題最核心的內容及其教育價值的能力主要涉及三個方面： 把握重要概念的能力、掌握與知識相關方法的能力、識別教育價值的能力。

1. 把握重要概念的能力（如圖1）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師把握重要概念的能力相對較高。得1分者15人，所占比重20%；得2分者30人，所占比重40%；得3分者30人，所占比重40%。依據(jù)量表測試結果，教師把握重要概念能力的平均分為2.20分。由此可以看出，大部分教師把握重要概念的能力水平處于第二、三級水平，即把握重要概念的能力為中等偏上，說明大部分教師學科功底較扎實。但仍然有教師把握重要概念的能力水平較低，即基本不能識別核心概念，對中學物理知識的掌握缺乏準確性和嚴密性。

2. 掌握與知識相關方法的能力（如圖2）

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圖 2 “掌握與知識相關方法的能力”測評結果

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師掌握與知識相關方法的能力水平較為集中。得0分者2人，所占比重2.7%；得1分者16人，所占比重21.3%；得2分者37人，所占比重49.3%；得3分者20人，所占比重26.7%。依據(jù)量表測試結果，教師掌握與知識相關方法的能力的平均分為2.01分。由此可以看出，近半數(shù)的教師掌握與知識相關方法的能力水平處于第二級水平，即把握重要概念的能力為中等，有部分教師該能力水平較低，甚至完全回答錯誤。

3. 識別教育價值的能力（如圖3）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師識別教育價值的能力差異較大。得0分者1人，所占比重1.3%；得1分者35人，所占比重46.7%；得2分者27人，所占比重36.0%；得3分者12人，所占比重16.0%。依據(jù)量表測試結果，教師識別教育價值的能力的平均分為1.68分。由此可以看出，接近一半的教師識別教育價值的能力水平處于第一級水平，即把握重要概念的能力較低。

7.2 理解內容之間聯(lián)系的能力

中學物理教師理解內容之間聯(lián)系的能力主要涉及三個方面：把握概念之間關系的能力、掌握相關知識的廣度與深度、掌握概念發(fā)展的能力。

1. 把握概念之間關系的能力（如圖4）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師把握概念之間關系的能力維度得分相對較低。得0分者4人，所占比重5.3%；得1分者41人，所占比重54.7%；得2分者24人，所占比重32.0%；得3分者6人，所占比重8.0%。依據(jù)量表測試結果，教師把握概念之間關系的能力的平均分為1.43分。

由此可以看出，超過一半的教師把握概念之間關系的能力水平處于第一級水平，即把握概念之間關系的能力較低，無作答或完全回答錯誤的比例較高。只有極少數(shù)教師把握概念之間關系的能力較高，達到三級水平。

整體來說教師把握概念之間關系的能力不高，大部分教師對物理概念的掌握具有單一性，對物理知識整體掌握不夠全面，對物理概念之間建立的聯(lián)系不夠理想。而教師只有清楚地知道概念之間的關系，才能順利地教給學生，從而使學生的知識形成網狀的知識系統(tǒng)，而非孤立的知識點。

2. 掌握相關知識的廣度與深度（如圖5）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，不同中學物理教師掌握相關知識的廣度與深度方面差異較大。得0分者16人，所占比重21.3%；得1分者29人，所占比重38.7%；得2分者21人，所占比重28.0%；得3分者9人，所占比重12.0%。依據(jù)量表測試結果，教師掌握相關知識的廣度與深度方面的平均分為1.31分。

由此可以看出，無作答或者回答錯誤比例較大，亦即大部分教師掌握相關知識的廣度與深度維度處于第一級水平。只有少數(shù)教師掌握相關知識的廣度與深度的能力較高，達到三級水平。整體來說教師掌握相關知識的廣度與深度方面水平較低。

3.掌握概念發(fā)展的能力（如圖6）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師掌握概念發(fā)展的能力方面得分相對較集中。得0分者4人，所占比重5.3%；得1分者43人，所占比重57.3%；得2分者15人，所占比重20.0%；得3分者13人，所占比重17.4%。依據(jù)量表測試結果，教師掌握概念發(fā)展的能力的平均分為1.49分。

由此可以看出，大部分教師掌握概念發(fā)展能力處于第一級水平，對概念的發(fā)展的掌握還不夠深入，不夠系統(tǒng)化。同時也可以看出達到第三級水平的教師人數(shù)相對提升，說明一部分優(yōu)秀的教師掌握概念發(fā)展的能力較強，學科功底扎實。

7.3 了解學生已有的經驗和可能出現(xiàn)的困難的能力

中學物理教師了解學生已有的經驗和可能出現(xiàn)的困難的能力主要涉及三個方面： 安排課程的能力、了解學生基礎的能力、預測學生學習困難的能力。

1. 安排課程的能力（如圖7）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師安排課程的能力方面表現(xiàn)更為集中。得0分者3人，所占比重4.0%；得1分者53人，所占比重70.6%；得2分者12人，所占比重16.0%；得3分者7人，所占比重9.4%。依據(jù)量表測試結果，教師安排課程的能力的平均分為1.31分。

由此可以看出，接近四分之三的教師安排課程的能力方面處于第一級水平，相比其他能力，表現(xiàn)更為集中，說明教師安排下一步課程方面還不夠清晰準確，能力有待提高。

2.了解學生基礎的能力（如圖8）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，得0分者5人，所占比重6.7%；得1分者40人，所占比重53.3%；得2分者22人，所占比重29.3%；得3分者8人，所占比重10.7%。依據(jù)量表測試結果，教師了解學生基礎的能力的平均分為1.44分。endprint

由此可以看出，超過半數(shù)的教師了解學生基礎的能力處于第一級水平，關于學生的知識相對匱乏，針對學生情況進行備課的能力略顯不足，因材施教水平相對較低。

3.預測學生學習困難的能力（如圖9）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師預測學生學習困難的能力方面水平較低。得0分者2人，所占比重2.7%；得1分者47人，所占比重62.7%；得2分者17人，所占比重22.6%；得3分者9人，所占比重12.0%。依據(jù)量表測試結果，教師預測學生學習困難的能力的平均分為1.44分。

由此可以看出，超過百分之六十的教師預測學生學習困難的能力處于第一級水平，表現(xiàn)比較集中。另一個方面，這也說明中學物理教師對學生了解相對不足，應加強對學生的研究。

7.4 幫助學生學會的策略方面的能力

中學物理教師幫助學生學會的策略維度的能力主要涉及三個方面： 判斷學生理解知識水平的能力、調整教學策略來適應學生的能力、鑒別有效教學策略的能力。

1. 判斷學生理解知識水平的能力（如圖10）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師判斷學生理解知識水平的能力表現(xiàn)比較集中。得0分者3人，所占比重4.0%；得1分者48人，所占比重64.0%；得2分者17人，所占比重22.6%；得3分者7人，所占比重9.4%。依據(jù)量表測試結果，教師判斷學生理解知識水平的能力的平均分為1.37分。

由此可以看出，能很好地、準確地判斷學生理解知識水平的教師不足百分之十，說明中學物理教師判斷學生理解知識水平的能力有較大的提升空間。

2.調整教學策略來適應學生的能力（如圖11）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師調整教學策略來適應學生的能力有兩極分化的趨勢。得0分者11人，所占比重14.7%；得1分者29人，所占比重38.7%；得2分者28人，所占比重37.3%；得3分者7人，所占比重9.3%。依據(jù)量表測試結果，教師調整教學策略來適應學生的能力的平均分為1.41分。

由此可以看出，無作答或者回答錯誤的教師比例較高，在把握程度上尚需作進一步的提升；同時，處于第二、三級水平的教師接近半數(shù)，針對能力水平不同的學生，能適當?shù)卣{整教學策略進行兼顧，體現(xiàn)出中學物理教師調整教學策略來適應學生的能力有兩極分化的趨勢。

3.鑒別有效教學策略的能力（如圖12）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師鑒別有效教學策略的能力得分較為平均。得0分者2人，所占比重2.7%；得1分者33人，所占比重44.0%；得2分者31人，所占比重41.3%；得3分者9人，所占比重12.0%。依據(jù)量表測試結果，教師鑒別有效教學策略的能力的平均分為1.63分。

由此可以看出，大部分中學物理教師鑒別有效教學策略的能力處于第一、二級水平，超過百分之十的教師鑒別有效教學策略的能力水平較高。

7.5 實驗操作和價值挖掘的能力

中學物理教師實驗操作和價值挖掘的能力主要涉及三個方面：實驗操作能力、通過實驗提升教學效果的能力、挖掘實驗價值的能力。

1.實驗操作能力（如圖13）

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師實驗操作能力較低。得0分者7人，所占比重9.3%；得1分者34人，所占比重45.3%；得2分者29人，所占比重38.7%；得3分者5人，所占比重6.7%。依據(jù)量表測試結果，教師實驗操作能力的平均分為1.42分。

由此可以看出，中學物理教師實驗操作能力整體較低。大部分教師水平集中在第一、二級水平，甚至有接近百分之十的教師無作答或者回答錯誤，說明對應的中學物理教師的實驗操作能力有待提高，應給予關注和重視。

2.通過實驗提升教學效果的能力（如圖14）

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圖 14 “通過實驗提升教學效果的能力”測評結果

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師通過實驗提升教學效果的能力較為集中。得0分、無作答或者回答錯誤，在本研究中合計6人，所占比重8.0%；得1分者42人，所占比重56.0%；得2分者21人，所占比重28.0%；得3分者6人，所占比重8.0%。依據(jù)量表測試結果，通過實驗提升教學效果的能力的平均分為1.36分。

由此可以看出，超過半數(shù)的中學物理教師通過實驗提升教學效果的能力集中在第一級水平，說明教師選擇實驗、將實驗與教學內容有機結合、通過實驗提升教學效果的能力較低。

3. 挖掘實驗價值的能力（如圖15）

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圖 15 “挖掘實驗價值的能力”測評結果

由數(shù)據(jù)分布圖可以看出，中學物理教師挖掘實驗價值的能力有兩極分化的趨勢。得0分者12人，所占比重16.0%；得1分者38人，所占比重50.7%；得2分者17人，所占比重22.7%；得3分者8人，所占比重10.7%。依據(jù)量表測試結果，教師挖掘實驗價值的能力的平均分為1.28分。

由此可以看出，無作答或者回答錯誤的教師比例較高。同時，處于第二、三級水平的教師超過三分之一，體現(xiàn)出中學物理教師挖掘實驗價值的能力有兩極分化的趨勢，但整體水平仍相對較低。

8 研究結論

通過測試研究，我們可以得出以下結論：

1.中學物理教師學科教學知識水平存在較大的提升空間

中學物理教師學科教學知識水平存在個體差異性，處于三級水平的教師較少。從整體水平上來看，中學物理教師學科教學知識的平均得分在1～2分之間，整體綜合水平處于中等水平，即籠統(tǒng)或有限地理解PCK的水平，中學物理教師學科教學知識水平還有較大的提升空間。中學物理教師的PCK結構五要素及所涉及的15種能力具體平均得分如表4所示，主題最核心的內容及其教育價值方面得分最高為1.96分，內容之間的聯(lián)系得分為1.41分，學生已有的經驗和可能出現(xiàn)的困難得分為1.39分，幫助學生學會的策略得分為1.47分，實驗的操作和價值挖掘得分最低為1.35分。endprint

2. 多數(shù)中學物理教師目前尚處于學科專業(yè)知識向學科教學知識進行轉化的階段

從測試研究可以看出，大部分中學物理教師專業(yè)知識功底較為扎實，主題最核心的內容及其教育價值方面相對得分較高，其中所涉及的把握重要概念的能力和掌握與知識相關方法的能力平均達到三級水平。但整體來看中學物理教師的學科教學知識水平不高，反映出大部分參加測試的中學物理教師尚未對學科專業(yè)知識和學科教學知識進行有效區(qū)分，少部分教師有試圖將學科專業(yè)知識轉化為學科教學知識的意識，但沒有較好的實施，多數(shù)中學物理教師仍處于由學科專業(yè)知識向學科教學知識進行轉化的階段。

3. 關于學生知識的匱乏是中學物理教師學科教學知識發(fā)展受到制約的突出障礙

從測試研究可以看出，中學物理教師對學生已有的經驗、可能出現(xiàn)的困難、前概念、學習規(guī)律、學生的接受水平、已有知識基礎、社會生活環(huán)境等方面了解相對較少。大部分中學物理教師個人缺乏此類知識的系統(tǒng)整理，沒有主動探尋提升的意識，這與我們實際教學中中學物理教師對學生了解的實際表現(xiàn)存在差異。筆者認為造成這種差異的原因主要是參加測試的部分教師在認知上并沒有將相關學科教學知識有效歸類。此外，調查結果也在一定程度上反映了中學物理教師經歷過的職業(yè)培訓中缺少有針對學生研究方面的專門的學習機會和交流的平臺。

4. 實驗的操作和價值挖掘能力不足是中學物理教師學科教學知識水平低的關鍵原因

從測試研究可以看出，不少中學物理教師在熟練掌握實驗操作的基本技能、靈活選擇實驗進行教學方面存在不足，對如何幫助學生通過實驗加深對知識的理解深度、提高準確度、分清教學內容層次，恰當選擇實驗內容和實驗方法等方面的把握能力相對較弱，無法更高效地發(fā)揮自身的創(chuàng)造力，尤其是挖掘實驗價值的能力較低，為學科教學知識所涉及的15種能力中得分最低的一種能力。調查中還發(fā)現(xiàn)有些教師不愿在教學準備和課堂實施過程中分配過多精力和時間在物理實驗方面，而用觀看視頻動畫代替具體實驗操作。物理學是以實驗為基礎的學科，實驗能力直接影響教師的教學效果，提升中學物理教師的實驗操作和實驗價值挖掘能力應引起關注和重視。

9 對教師培訓的啟示

教師培訓是提升教師學科教學知識水平的有效途徑，基于測試研究，本文對中學物理教師培訓提出如下啟示：

1.關注學生研究

以往教師培訓較多側重學科專業(yè)知識的學習，通過測試研究我們發(fā)現(xiàn)關于學生知識的不足是中學物理教師學科教學知識發(fā)展受到制約的突出障礙。因此，在設計中學物理教師培訓課程計劃時，應適當調整和增加教師教育課程的學分及學時，尤其是增加學生研究方面的課程量，促進教師關注學生研究。對教師培訓課程內容的建設，應注重教育理論，關注學生需求，重視理論與實踐類課程的聯(lián)系，使中學物理教師在理解課程標準、課程改革、教育教學動態(tài)及核心思想的基礎上，關注現(xiàn)階段中學生的物理學習現(xiàn)狀，從而提升其對應的學科教學知識水平。

2.加強實驗專題培訓

由測試研究可以看出，實驗操作和價值挖掘能力不足是中學物理教師學科教學知識水平低的關鍵原因。物理學是以實驗為基礎的學科，實驗能力直接影響教師的教學效果。在教師培訓中，應開發(fā)幫助教師提高實驗操作與教學能力的針對性的培訓項目，緊緊圍繞物理實驗這一培訓主題，開發(fā)系列培訓課程與講義，選擇適合中學教學的傳統(tǒng)實驗、現(xiàn)代技術實驗、基于項目的實驗及課外實驗活動，重點研討實驗操作及注意事項、實驗教學能力等。同時，對提升教師挖掘實驗價值的能力也應予以重點關注，以解決有些教師雖然課堂上會操作實驗，但是對每個實驗的教育價值、實驗方法，對每個實驗為培養(yǎng)學生的素養(yǎng)起到的特殊作用認識含糊不清，思考不夠，挖掘能力欠缺的問題，從而有效提升教師對應的學科教學知識水平。

3.建設高素質的培訓師資隊伍

為提高中學物理教師學科教學知識水平，培訓師資隊伍也應轉變觀念、提高能力。一方面，培訓的授課教師要轉變思想觀念，融合學科教學前沿動態(tài)；另一方面，培訓授課教師在上課過程中，除注重學科知識的深度之外，還要注重學科知識的廣度，加強知識之間的聯(lián)系，加強不同學科知識間的聯(lián)系，在中學知識的基礎上加深拓展；還應注重多補充新知識，如最新的科研成果、科研動態(tài)，加強與生活、生產實際的聯(lián)系。

4.轉變授課方式

在教師培訓中應轉變授課方式，綜合小組研討，動手操作，觀摩學習，聽課議課，參觀博物館、科技館、天文館等多種方式，采用線上學習與面對面授課相結合的混合式學習方式。教學方法應盡量多樣化，使培訓課程更具吸引力和實用性，這也是對中學物理教師的一個行為影響，以促進中學物理教師理論知識向實踐知識的轉化。

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（欄目編輯 李富強）endprint