淺談中學(xué)物理教師PCK在教學(xué)中的應(yīng)用

陸澤璇+林樂鑫

摘 要：2012年公布的《中學(xué)教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》將學(xué)科教學(xué)知識（簡稱PCK）作為教師專業(yè)知識的重要領(lǐng)域，教師專業(yè)發(fā)展的核心問題就是發(fā)展其PCK。本文基于前人的研究，結(jié)合筆者的思考，將中學(xué)物理教師的PCK分為物理學(xué)科內(nèi)容知識、物理教學(xué)目的知識、學(xué)生理解的知識、物理內(nèi)容組織的知識、效果反饋的知識以及物理教學(xué)策略的知識幾種成分，并通過多個優(yōu)秀的教學(xué)案例闡述了物理教師PCK各成分在物理教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物理教師；學(xué)科教學(xué)知識（PCK）；案例

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）1-0064-5

學(xué)科教學(xué)知識（簡稱PCK）是在美國教師資格認證制度缺失的背景下提出來的。當(dāng)時，在美國許多州的教師資格認證過程中，往往只測試教師的學(xué)科知識和教學(xué)知識。當(dāng)教師教育課程的重點集中在教師的學(xué)科知識時，卻忽視了學(xué)科內(nèi)容是怎樣轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容的。當(dāng)它轉(zhuǎn)移到一般教學(xué)時，常常以犧牲學(xué)科內(nèi)容為代價，與相關(guān)學(xué)科具體的內(nèi)容脫節(jié)，舒爾曼（Shulman）把各種教學(xué)研究中忽視學(xué)科問題的研究稱為“缺失范式”并提出了PCK（pedagogical content knowledge）的概念。要使普遍的教育理念落實到教師的教學(xué)行為中去，就必須在兩者之間建立一座橋梁，這座橋梁就是“學(xué)科教學(xué)知識”。

1 教師PCK的構(gòu)成

舒爾曼將PCK定義為“教師個人教學(xué)經(jīng)驗，教師學(xué)科內(nèi)容知識和教育學(xué)的特殊整合”，認為它是教師在面對特定的學(xué)科課題時，針對學(xué)生的不同興趣與能力。將學(xué)科知識組織、調(diào)整和呈現(xiàn)以進行有效教學(xué)的知識，這是一種教師與學(xué)科專家有所區(qū)別的專門知識?？瓶藗惖龋–ochran，DeRuiter&King）從教與學(xué)過程的建構(gòu)主義觀點出發(fā)，強調(diào)知識發(fā)展的動態(tài)本質(zhì)，對PCK概念進行了修改和拓展，提出了學(xué)科教學(xué)認識（pedagogical content knowing）的概念，即教師對一般教學(xué)法、學(xué)科內(nèi)容、學(xué)生特征和學(xué)習(xí)情境等知識的綜合理解總是處于連續(xù)的發(fā)展過程中。格魯斯曼（Groossman）等人以舒爾曼的研究為基石，認為PCK有4種成分（如表1）。其中，第一種成分對后三種成分起統(tǒng)攝作用。

2 物理教師PCK的構(gòu)成

結(jié)合Groossman于2005年提出的框架和物理學(xué)科的特點，建構(gòu)了符合中學(xué)物理教師特點的PCK成分，分別是：物理學(xué)科內(nèi)容的知識、物理教學(xué)目的的知識、學(xué)生理解的知識、物理內(nèi)容組織的知識、效果反饋的知識以及物理教學(xué)策略的知識。

2.1 物理學(xué)科內(nèi)容的知識

物理學(xué)科內(nèi)容的知識主要是指物理學(xué)科中主要的概念、規(guī)律、思想、方法與性質(zhì)，是物理學(xué)科中最基礎(chǔ)、最核心的知識。針對特定的主題，物理教師要能挖掘其中最重要的內(nèi)容，挖掘它在該學(xué)科中的價值、學(xué)科方法、所經(jīng)歷的思維過程的價值以及對培養(yǎng)學(xué)生情感、態(tài)度與價值觀的價值，教師擁有的學(xué)科內(nèi)容知識會直接對教師的教學(xué)起引導(dǎo)作用。

【案例】 “大氣壓強”教學(xué)片斷

環(huán)節(jié)1：借助多媒體，分析托里拆利實驗的原理，把測量大氣壓的問題轉(zhuǎn)換成測量液柱高度的問題。

環(huán)節(jié)2：提出“大氣壓強能托住的液柱越高，它的壓強就越大”。將不同長度的玻璃管裝滿水倒置在水中，引導(dǎo)學(xué)生觀察大氣壓強分別托住多高（均滿）的水柱，領(lǐng)悟用水來做實驗不方便，分析液體壓強公式，最后改用水銀進行實驗。

環(huán)節(jié)3：播放托里拆利實驗的相關(guān)視頻。得出結(jié)論：一個大氣壓強能托住76 cm的水銀柱，通過壓強公式換算，得到一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強的大小。

大氣壓強是初中物理的一個基本概念，這節(jié)課最重要的內(nèi)容主要有兩個，一個是通過實驗和生活的例子，感受大氣壓強的存在，并用大氣壓強解釋有關(guān)的現(xiàn)象；另一個則是測量大氣壓強大小的方法。

案例中的這位教師在環(huán)節(jié)1中將測量壓強的問題通過分析轉(zhuǎn)換成測量液柱高度的問題，化復(fù)雜為簡單，無形中教授了轉(zhuǎn)換的思想；而環(huán)節(jié)2中重現(xiàn)托里拆利實驗的思路，讓學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)家托里拆利測定大氣壓強的全過程。這位教師充分挖掘了這節(jié)課的科學(xué)價值，突破了測量大氣壓強的難點。

2.2 物理教學(xué)目的的知識

物理教學(xué)目的的知識指的是不同年級上的最有教學(xué)價值的知識。學(xué)生為什么要學(xué)習(xí)物理？物理學(xué)科中哪方面知識是最重要的？具體到一節(jié)課，就是要考查教師確定的教學(xué)目標(biāo)是否與課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)目標(biāo)相匹配，教師的教學(xué)是否完成了教師確定的教學(xué)目標(biāo)。

【案例】 “牛頓第一定律”教學(xué)片斷

環(huán)節(jié)1：師生剖析牛頓第一定律。

多媒體呈現(xiàn)牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。

師：請同學(xué)們思考，從牛頓第一定律的內(nèi)容看，它對力和運動的關(guān)系是從哪幾個方面描述的？

生：第一個，維持物體運動的原因不是力；第二個，力是改變物體運動狀態(tài)的原因。

師：好！分析得很到位。這就是牛頓第一定律的偉大意義之一，它正確揭示了力和運動的關(guān)系。再看牛頓第一定律的后半句話：除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)，這說明力的作用是什么？

生：改變物體的運動狀態(tài)。

師：實際上，牛頓第一定律得出之后才對力的概念給出了科學(xué)性的定義。從這一角度，說明牛頓第一定律明確了力的含義。牛頓第一定律的前半句話：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，這是物體的一種什么性質(zhì)？

生：慣性。

師：實際上，在牛頓第一定律建立的同時也明確了慣性的概念。

環(huán)節(jié)2：演示實驗1（如圖1），將帶有水槽的小車加速前移，水槽A中的水部分落入水槽B中，引導(dǎo)學(xué)生說明液體具有保持原狀的性質(zhì)。演示實驗2（如圖2），一個鐵桶一端開一個小孔，另一端用彈性膜封住，點燃蠟燭，敲打彈性膜，原先點燃的蠟燭熄滅，啟發(fā)學(xué)生分析說明力改變了氣體的運動狀態(tài)，停止敲打彈性膜，氣體繼續(xù)向前吹滅蠟燭，說明氣體具有慣性。endprint

課標(biāo)中這節(jié)課對學(xué)生的要求是掌握牛頓第一定律并能運用牛頓第一定律解釋生活中的現(xiàn)象，具體而言就是要求學(xué)生經(jīng)歷伽利略理想實驗，正確理解力跟物體運動的關(guān)系，掌握慣性的概念。該教師在環(huán)節(jié)1中是在伽利略理想實驗的基礎(chǔ)上對牛頓第一定律的內(nèi)容進行深入解析和價值升華，能夠讓學(xué)生正確理解牛頓第一定律及其重要性。環(huán)節(jié)2通過演示實驗說明慣性是一切物體（固體、液體、氣體）共有的屬性，實驗設(shè)計新穎，也能讓學(xué)生對慣性定律中“一切物體”的理解更為深刻，而不是僅僅停留在記憶的層面，能幫教師很好地完成教學(xué)目標(biāo)。

2.3 學(xué)生理解的知識

學(xué)生理解的知識主要是學(xué)生對某一主題已有知識的理解，即前概念是什么，典型的誤解是什么，可能理解的方式是什么，理解的層次是什么，理解會怎樣發(fā)展。所以，教師要為促進理解而教。在上課前教師需要了解學(xué)生的認知基礎(chǔ)、認知方式，知道學(xué)生的解題策略和典型的誤解方式等；在課堂上則表現(xiàn)為教師是否能設(shè)計適合學(xué)生知識基礎(chǔ)和發(fā)展水平的教學(xué)；設(shè)置任務(wù)時，是否建立在學(xué)生已有的知識之上，是否體現(xiàn)了學(xué)生可能理解的方式，是否能用多種方式表征和應(yīng)用知識，是否能幫助學(xué)生辨析和糾正，把學(xué)習(xí)限制在學(xué)生能夠接受的范圍內(nèi)。

【案例】 “楞次定律”教學(xué)片斷

環(huán)節(jié)1：演示實驗1（如圖3），回顧產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：“閉合線圈磁通量發(fā)生變化”，通過觀察二極管的發(fā)光情況，引入本節(jié)課的探究主題——判斷感應(yīng)電流的方向。

環(huán)節(jié)2：使圖3中的二極管短路，演示實驗2。當(dāng)強力磁鐵靠近線圈時，小車往右走，呈現(xiàn)相斥的現(xiàn)象；強力磁鐵遠離線圈時，小車往左走，呈現(xiàn)相吸的現(xiàn)象。將判斷感應(yīng)電流的方向轉(zhuǎn)換成判斷感應(yīng)磁場的方向。

判斷感應(yīng)電流的方向與引起感應(yīng)電流的磁通量變化之間的關(guān)系是楞次定律也是這節(jié)課的重點和難點。該教師對重、難點的講解充分建立在學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)上，環(huán)節(jié)1基于上節(jié)課感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因開展實驗演示，環(huán)節(jié)2同時聯(lián)系初中對于同、異名磁極間的關(guān)系以及右手螺旋定則將問題進行有效轉(zhuǎn)換。每個環(huán)節(jié)都是按照學(xué)生能夠理解的方式進行，可見該教師對本節(jié)課學(xué)生理解的知識掌握比較到位。

環(huán)節(jié)3：演示實驗3（如圖4），在一個兩端開口的塑料管中，從上方中間靜止釋放一個小磁柱，小磁柱自由下落。將塑料管換成一個沒有磁性的金屬鋁管，從上方中間靜止釋放小磁柱，小磁柱緩慢下落。

教師解釋：金屬鋁管相當(dāng)于閉合線圈，小磁柱下落過程中，金屬鋁管磁通量發(fā)生變化，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，所以阻礙了小磁柱的下落，使它下落的速度變慢。

在課堂的最終，該教師進行了演示實驗3，讓學(xué)生進一步加深對“阻礙”一詞的理解。這是本節(jié)課學(xué)生的誤區(qū)所在，大多數(shù)學(xué)生經(jīng)常會把“阻礙”理解成“阻止”，而環(huán)節(jié)3巧妙地糾正了學(xué)生可能有的這種誤解，這說明該教師有關(guān)學(xué)生對楞次定律理解的知識比較豐富。

2.4 物理內(nèi)容組織的知識

物理內(nèi)容組織的知識主要指特定主題在物理學(xué)科概念體系和邏輯結(jié)構(gòu)中的地位和作用，包括本學(xué)科內(nèi)新舊知識的聯(lián)系，與其他學(xué)科相關(guān)主題的橫向聯(lián)系。教師在確定每一主題的教學(xué)目標(biāo)之前要分析內(nèi)容，確定學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了什么，將來還要學(xué)習(xí)什么，從而確定該主題要教什么。課堂上教師設(shè)計的教學(xué)任務(wù)是否是學(xué)生在該主題中最需要掌握的內(nèi)容，是否把該主題與相關(guān)的主題進行了適當(dāng)?shù)穆?lián)系就是教師物理內(nèi)容組織的知識的表現(xiàn)。

【案例】 “自感與互感”教學(xué)片斷

環(huán)節(jié)1：

探討問題：線圈電流發(fā)生變化，線圈是否也會在自己的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢？

環(huán)節(jié)2：

設(shè)計實驗證明自感電動勢的存在。

環(huán)節(jié)3：演示實驗，說明自感電動勢確實存在。

自感現(xiàn)象這節(jié)課的知識目標(biāo)之一就是了解自感現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因。環(huán)節(jié)1中該教師不是直接呈現(xiàn)自感的定義，而是通過聯(lián)系法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件和楞次定律等學(xué)生已有的知識來初步建立自感的含義。繼而通過環(huán)節(jié)2、3設(shè)計實驗驗證其分析的合理性，初步說明了確實存在自感電動勢。而環(huán)節(jié)3的有關(guān)通電自感的實驗也是本節(jié)課的重點所在，對于實驗方案的形成，該教師有根有據(jù)，引導(dǎo)特別清晰，可見該教師關(guān)于本節(jié)課的內(nèi)容組織知識相當(dāng)豐富。

2.5 效果反饋的知識

效果反饋的知識指教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進行效果評測及調(diào)整學(xué)習(xí)方式的知識，課堂上主要看教師是否能用適當(dāng)?shù)墓ぞ邅碓u價學(xué)生的理解與表現(xiàn)，怎樣利用評價的結(jié)果來指導(dǎo)教學(xué)。

【案例】 “探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”教學(xué)片斷

環(huán)節(jié)1：

提出探究課題：“如何利用下列器材實現(xiàn)磁生電？（如圖5）”讓學(xué)生小組討論。

環(huán)節(jié)2：師生討論設(shè)計方案。

環(huán)節(jié)3：利用多媒體呈現(xiàn)討論后形成了兩種方案，如圖6和圖7。在回路中加入滑動變阻器可以保護電流表，有安全意識，同時說明由于該實驗方案中電流比較小，可以不接滑動變阻器。繼而讓學(xué)生進行兩個實驗方案的探究活動。

該教師在環(huán)節(jié)1、2中通過生生討論、師生問答的方式了解學(xué)生設(shè)計探究實驗的思維過程以及對磁與電相關(guān)知識的理解，對于學(xué)生每一個設(shè)計步驟，均給出反饋，這些反饋讓學(xué)生不斷調(diào)整原有設(shè)計的實驗方案。環(huán)節(jié)3中，教師用極富鼓勵作用的語言在學(xué)生2設(shè)計方案中加入滑動變阻器的意圖進行評價，這能夠激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)物理的熱情同時也能夠從學(xué)生的思維出發(fā)，讓學(xué)生真正理解和掌握最終實驗方案的形成，促進本節(jié)課的后續(xù)探究。

2.6 物理教學(xué)策略的知識

物理教學(xué)策略的知識指為了實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而采取的教學(xué)手段和設(shè)計的一系列活動，這些策略要能夠完成教師思維過程向?qū)W生思維過程的轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)相應(yīng)主題的困難、掌握重點，從而發(fā)揮其教育價值。

【案例】 “摩擦力”教學(xué)片斷

環(huán)節(jié)1：

思考與討論：如圖8，A、B兩木塊疊在一起放在水平桌面上，對B施加一水平拉力F，此時A、B都處于靜止?fàn)顟B(tài)。判斷A、B之間，B與桌面之間有無靜摩擦力？如果有，方向如何？

實驗一：如圖9，為了減小摩擦，用兩支鉛筆放在A、B之間。讓學(xué)生輕輕拉B，保持B靜止，檢驗A、B之間是否發(fā)生相對運動。

實驗二：將兩支鉛筆放在B與桌面之間，對B施加拉力，檢驗B、C之間是否會發(fā)生相對運動。

判斷靜摩擦力的有無以及靜摩擦力方向是本節(jié)課學(xué)生必須掌握的目標(biāo)之一，也是本節(jié)課的難點所在。針對環(huán)節(jié)1討論的問題，很多學(xué)生都很難理解，為什么A、B之間沒有靜摩擦力，該教師非常靈活地將A、B之間和B、C之間的靜摩擦力“放大化”，讓學(xué)生在實驗中親身體驗、感知，深刻理解靜摩擦力的方向與相對運動趨勢的方向相反。可見，該教師擁有解決摩擦力這節(jié)課的難點的策略性知識。

3 結(jié) 論

PCK的發(fā)展是一個不斷建構(gòu)的過程，物理教師PCK的建構(gòu)也不可能一蹴而就，其很大程度是教師在將多方面知識進行綜合和創(chuàng)新中形成的。具體來說，物理教師可以通過剖析典型課例的PCK。例如，按照Groossman的6個問題對相應(yīng)的課例進行解析，有意識地積累相應(yīng)課題的內(nèi)容及其價值，與其他內(nèi)容的關(guān)聯(lián)，教學(xué)的方式和依據(jù)的學(xué)生基礎(chǔ)等。其次，也可以梳理自身的PCK，教師要勤于反思，善于從自身的實踐經(jīng)驗中領(lǐng)悟自己的行動理論，把行之有效的實踐知識理論化，這是建構(gòu)自身學(xué)科教學(xué)知識的關(guān)鍵。

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