基于PCK理論引領(lǐng)下的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與反思

郭高峰

[摘 要]

基于PCK理論引領(lǐng)，遵循“明確教學(xué)目標(biāo)→厘清學(xué)科核心價(jià)值→選擇合理教學(xué)手段”的設(shè)計(jì)思路，以“離子晶體”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，很好地詮釋了如何在教學(xué)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，取得了良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]

PCK理論；核心素養(yǎng)；離子晶體

一、關(guān)于PCK理論

PCK這一術(shù)語最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，舒爾曼教授和他的同事在《教育研究者》發(fā)表的一份研究報(bào)告中提出：教師應(yīng)具有專業(yè)的學(xué)科知識及專業(yè)的教學(xué)知識，除此之外更需要掌握學(xué)科教學(xué)知識，即：用專業(yè)的學(xué)科知識與教育學(xué)內(nèi)容的融合去理解、組織特定單元的教學(xué)，按照學(xué)生易于理解的方式表達(dá)出來。此后國內(nèi)外很多專家對這一概念的外延和內(nèi)涵進(jìn)行了拓展研究，其中尤以羅斯曼（Grossman）為代表在2005年把PCK定義為四個(gè)要素：“關(guān)于學(xué)科教學(xué)目標(biāo)的認(rèn)識、學(xué)生對某一主題的已有知識、課程和教材的知識、教學(xué)策略和呈現(xiàn)知識”。教師在實(shí)施課堂教學(xué)前需要仔細(xì)研究課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，明確本主題在教材中的地位，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)水平制定不同的教學(xué)策略，設(shè)置不同的教學(xué)情境在輔助化學(xué)課堂教學(xué)（圖1），PCK位于金字塔的塔尖。筆者在此基礎(chǔ)之上以PCK理論建構(gòu)、以“離子晶體”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，談?wù)勅绾芜M(jìn)行有效地教學(xué)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、基于PCK理論視野下的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）明確教學(xué)目標(biāo)

1.課標(biāo)和教材解讀

高中化學(xué)選修3模塊《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》具有較強(qiáng)的抽象性，屬于較難理解的理論知識，但從微觀的角度去認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)有助于我們認(rèn)識化學(xué)科學(xué)的本質(zhì)，因此物質(zhì)結(jié)構(gòu)在整個(gè)高中化學(xué)中處于統(tǒng)領(lǐng)地位，而且物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識是化學(xué)核心素養(yǎng)中“宏觀辨識與微觀探析”和“證據(jù)推理與模型認(rèn)識”形成的重要體現(xiàn)?！峨x子晶體》位于《晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的最后一個(gè)版塊，是學(xué)生在學(xué)習(xí)了晶體常識，對常見的分子晶體、原子晶體和金屬晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了學(xué)習(xí)和探究之后，已經(jīng)具備以下知識和技能（見圖2），有一定的遷移能力。

2.確定教學(xué)目標(biāo)

（1）了解離子晶體的概念，能識別典型離子晶體的結(jié)構(gòu)。

（2）了解離子晶體的一般特點(diǎn)并能確定離子的配位數(shù)。

（3）了解影響晶格能大小的因素，離子晶體的性質(zhì)與晶格能的關(guān)系。

（4）了解人類探索物質(zhì)微觀世界的重要意義，掌握物質(zhì)“宏—微”之間的關(guān)系。

（二）厘清學(xué)科核心價(jià)值

1.明確學(xué)科核心素養(yǎng)

化學(xué)是一門基礎(chǔ)性、創(chuàng)造性和實(shí)用性的學(xué)科，是一門研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)，是研制新物質(zhì)的科學(xué)，是信息科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、海洋科學(xué)、生命科學(xué)和空間技術(shù)等研究的重要基礎(chǔ)。2014年3月在教育部印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》中，提出研制不同教育階段學(xué)生核心素養(yǎng)的結(jié)構(gòu)模型，充分發(fā)揮課程在人才培養(yǎng)中的核心作用，基于此高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組根據(jù)“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）”和高中化學(xué)課程特點(diǎn)，提出包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)識”“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任”五個(gè)要素的高中化學(xué)核心素養(yǎng)（簡稱“化學(xué)核心素養(yǎng)”）。因此發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的主陣地在課堂，教師在整合教材內(nèi)容，依據(jù)學(xué)生知識發(fā)展下足功夫，著力培養(yǎng)學(xué)生與化學(xué)學(xué)科知識相關(guān)的關(guān)鍵能力和必備品格。

2.明確本課時(shí)核心價(jià)值

離子晶體是高中階段典型的四大晶體類型之一，由于離子晶體相對于其他三種晶體類型的微觀結(jié)構(gòu)影響因素多，導(dǎo)致了微觀結(jié)構(gòu)種類繁多，這一問題的解決，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用模型、借助多媒體輔助教學(xué)等方法，從粒子的微觀層面揭示物質(zhì)性質(zhì)的本質(zhì)，凸顯微觀表征，這無疑要求學(xué)生具有更高的分析問題的能力。本節(jié)課有意識地強(qiáng)化從微觀角度解釋宏觀物質(zhì)的性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的學(xué)科價(jià)值，能從結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的視角解決實(shí)際問題，比如：碳酸鹽的熱分解規(guī)律的科學(xué)解釋和地質(zhì)學(xué)中的巖漿析出規(guī)則。

（三）選擇合理教學(xué)手段

1.創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入課題

教學(xué)片段1：認(rèn)識離子晶體

[師]展示兩組圖片（圖片1是常見的離子晶體圖片，圖片2是氯化鈉的宏觀圖片到微觀結(jié)構(gòu)）

設(shè)計(jì)意圖：千姿百態(tài)的物質(zhì)世界蘊(yùn)藏著無窮的秘密，通過多媒體展示美麗的晶體世界過渡到NaCl的微觀結(jié)構(gòu)，揭示了宏觀世界“多樣”的背后隱含的規(guī)律所在，體現(xiàn)了化學(xué)核心素養(yǎng)中的“宏觀辨識與微觀探析”。

[師]什么是離子鍵？形成離子鍵的基本條件是什么？什么是離子化合物？

下列物質(zhì)中屬于離子化合物的有哪些？指出下列物質(zhì)中所含的化學(xué)鍵類型？

①Na2O2 ②SiO2 ③NaCl ④CaF2 ⑤H2O

⑥Cu ⑦Si ⑧C60 ⑨Na2CO3 ⑩CsCl

[生]……

設(shè)計(jì)意圖：通過回顧化學(xué)鍵的類型、離子鍵和離子化合物的相關(guān)概念引出新知識，有助于幫助學(xué)生設(shè)置臺(tái)階迅速進(jìn)入離子晶體的學(xué)習(xí)。

2.核心教學(xué)，引導(dǎo)探究

教學(xué)片斷2：常見離子晶體的空間結(jié)構(gòu)及影響因素

[師]展示氯化鈉晶胞，思考以下問題

①鈉離子和氯離子的位置？

②每個(gè)晶胞含鈉離子、氯離子的個(gè)數(shù)？

③與Na+等距離且最近的Cl─有幾個(gè)？（即Na+的配位數(shù)為多少？）它們形成的空間幾何構(gòu)型是什么形狀？Cl─等距離且最近的Na+有幾個(gè)？

④每個(gè)Na+等距緊鄰的Na+共有幾個(gè)？每個(gè)Cl-等距緊鄰的Cl-共有幾個(gè)？

設(shè)計(jì)意圖：展示食鹽晶體的空間球棍模型，結(jié)合多媒體課件展示，讓學(xué)生直觀地觀察到NaCl晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并讓學(xué)生進(jìn)行交流研討，自己得出結(jié)論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，發(fā)揮學(xué)生的想象能力，培養(yǎng)學(xué)生觀察晶胞分析相關(guān)問題的能力。endprint

[生]合作探究1：探究CsCl和CaF2的空間結(jié)構(gòu)

（1）探究CsCl的空間結(jié)構(gòu)

①銫離子和氯離子的位置？

②每個(gè)晶胞含銫離子、氯離子的個(gè)數(shù)？

③與Cs+等距離且最近的Cl─有幾個(gè)？它們形成的空間幾何構(gòu)型是什么形狀？與Cl─等距離且最近的Cs+有幾個(gè)？

④每個(gè)Cs+等距緊鄰的Cs+共有幾個(gè)？每個(gè)Cl-等距緊鄰的Cl-共有幾個(gè)？

（2）探究CaF2的空間結(jié)構(gòu)

①Ca2+和F-的位置？

②每個(gè)晶胞含鈣離子、氟離子的個(gè)數(shù)？

③Ca2+和F-的配位數(shù)分別為多少？

設(shè)計(jì)意圖：有了討論氯化鈉的晶胞的基礎(chǔ)，再來合作探究CsCl和CaF2的晶胞，凸顯知識教學(xué)的環(huán)環(huán)相扣，化學(xué)知識的學(xué)習(xí)并不是知識的疊加，而是學(xué)會(huì)從學(xué)科的視角去審視知識，從而學(xué)會(huì)科學(xué)的方法去解決問題。

[師]通過剛才的探討我們發(fā)現(xiàn)NaCl和CsCl都是AB型化合物，但是配位數(shù)不相同，CaF2晶胞中陰陽離子的配位數(shù)也不相同，你認(rèn)為是什么原因造成的呢？

探究資料1：

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過猜想，通過提供相關(guān)探究資料和數(shù)據(jù)，讓學(xué)生得出相關(guān)規(guī)律，知道晶體中正負(fù)離子的半徑比可近似理解為“大離子堆積，小離子填空”，堆積類型不同，形成的空隙種類及數(shù)目也不同，只有陰陽離子的半徑比適當(dāng)，晶體才穩(wěn)定，這是知識的升華。配位數(shù)與陰陽離子半徑比的關(guān)系也可以利用圖像進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)然這對學(xué)生的數(shù)學(xué)知識（學(xué)科交叉）提出了一定的要求，但有助于學(xué)生對該問題的理解。

[師]離子晶體的結(jié)構(gòu)類型還取決于離子鍵的純粹程度。共價(jià)鍵與離子鍵之間沒有嚴(yán)格的界限，離子鍵可以看作共價(jià)鍵的一種極限，當(dāng)離子半徑大受相反電荷離子的電場的影響不再維持原來的球形而變成橢球形，離子鍵就向共價(jià)鍵過渡。通?？梢哉J(rèn)為，兩元素電負(fù)性差值遠(yuǎn)大于1.7時(shí)，成離子鍵；遠(yuǎn)小于1.7時(shí)，成共價(jià)鍵；如果兩元素電負(fù)性差值在1.7附近，則它們的成鍵具有離子鍵和共價(jià)鍵的雙重特性。

設(shè)計(jì)意圖：鍵性因素課本中并不作要求，事實(shí)上學(xué)生在學(xué)習(xí)了電負(fù)性的應(yīng)用之后，不難理解離子鍵和共價(jià)鍵的相對性，同時(shí)也為學(xué)生進(jìn)入大學(xué)以后的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

3.抓住關(guān)鍵，深入理解

教學(xué)片斷3：探究晶格能與離子晶體物理性質(zhì)的關(guān)系

[生]合作探究2：試根據(jù)已有知識概括離子晶體的物理性質(zhì)（提示：從①熔、沸點(diǎn)②硬度③導(dǎo)電性④溶解性等角度考慮）

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生已經(jīng)掌握了一些典型的離子晶體的物理性質(zhì)，比如：氯化鈉、碳酸鈣等的物理性質(zhì)，從已有的知識出發(fā)歸納總結(jié)離子晶體的物理性質(zhì)，符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生對知識的整合能力。

[生]合作探究3：分析下表中的數(shù)據(jù)，回答有關(guān)問題。

（1）從數(shù)據(jù)可以看出，影響晶格能大小的因素有哪些？這些因素對晶格能產(chǎn)生怎樣的影響？

（2）試說出晶格能與晶體物理性質(zhì)有什么關(guān)系？

（3）工業(yè)上如何冶煉金屬鎂、鋁？為什么選用這種化合物？

設(shè)計(jì)意圖：利用表格中的信息數(shù)據(jù)分析影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素，培養(yǎng)學(xué)生利用資料探索新問題的能力。鎂和鋁的冶煉是學(xué)生已知的事實(shí)，但學(xué)生對原料的選擇只是單純地依靠老師的灌輸，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)可以從理論的角度來解決原料的選擇問題。

4.解決問題，拓展延伸

①碳酸鹽的熱分解的一般規(guī)律。

②晶格能與巖漿析出規(guī)則的關(guān)系

③為什么食鹽的化學(xué)式用“NaCl”表示？（試從配位數(shù)思想和均攤法的思想兩個(gè)角度思考）

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生對核心問題的討論、探究，進(jìn)一步提高學(xué)生對離子晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的認(rèn)識，培養(yǎng)了學(xué)生勤于思索、學(xué)以致用、積極實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。

三、基于PCK理論視野下的教學(xué)設(shè)計(jì)反思

本課時(shí)通過結(jié)合模型教學(xué)和多媒體課件展示，讓學(xué)生直觀地觀察到各種晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并給學(xué)生提出了一系列的問題，促使學(xué)生去動(dòng)眼看、動(dòng)手做、動(dòng)口說、動(dòng)腦想，自己得出結(jié)論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，發(fā)揮學(xué)生的想象能力，不僅讓學(xué)生學(xué)到了知識，還培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和想象能力，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與認(rèn)識過程統(tǒng)一為有機(jī)整體。

研究表明，PCK的實(shí)質(zhì)是教師運(yùn)用自己的教學(xué)智慧將學(xué)科知識轉(zhuǎn)化成有助于學(xué)生理解的認(rèn)知方式，通過分析教學(xué)知識，教師對化學(xué)學(xué)科知識、學(xué)科核心素養(yǎng)的理解會(huì)更加深刻，教師不再關(guān)注知識本身的講授，而是關(guān)注學(xué)生的已有知識，關(guān)注教學(xué)情境的設(shè)計(jì)，關(guān)注知識的整合，為此尋找更加有效的教學(xué)手段來幫助學(xué)生理解知識，從單純的知識教學(xué)轉(zhuǎn)變成培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的過程?？梢姡\(yùn)用PCK理論指導(dǎo)教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑之一。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]謝鴻雁.化學(xué)教師的PCK模型建構(gòu)[J].教育理論與實(shí)踐，2016（10）.

[2]楊薇，郭玉英.PCK對美國科學(xué)教師教育的影響及啟示[J].當(dāng)代教師教育，2008（1）.

[3]林小駒，李躍，沈曉紅.高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體系的構(gòu)成和特點(diǎn)[J].教育導(dǎo)刊，2015（5）.endprint