基于PCK視角的“牛頓第一定律”教學案例分析與思考

摘要：PCK是“學科教學知識”的簡稱，文章以“牛頓第一定律”教學案例為例，從PCK的四個維度加以剖析，以探求更加有效的教學方法。

關鍵詞：PCK理論;牛頓第一定律;教學案例

一、 PCK理論的內(nèi)涵

PCK理論最早是由舒爾曼教授提出的，PCK是“學科教學知識”的簡稱，是教師在教學中通過分析教材、學生和課堂，結(jié)合各個學科的特性、學生的心理特點、認知水平和知識的掌握情況，把多種因素整合起來并以一種學生最易于理解的方式表達出來的知識形式。它是“用專業(yè)學科知識與教育學知識的綜合去理解特定單元的教學如何組織、呈現(xiàn)以適應學生的不同興趣和能力”。格羅斯曼則定義PCK由四部分組成：“關于學科教學目標的知識、學生對某一主題理解和誤解的知識、課程和教材的知識、特定主題教學策略和呈現(xiàn)知識?！?/p>

泰州學院潘小明教授把PCK解讀為一種“轉(zhuǎn)化”的智慧，或“融合”的智慧，即“教師需要對知識進行邏輯分析和對學生進行心理分析，需要了解學科中心的主題并據(jù)此采用適當方法進行教學，需要根據(jù)特定的教學對象、教學內(nèi)容和教學環(huán)境進行教學的優(yōu)化和設計，并努力將傳授知識、啟迪智慧和完善人格有機地結(jié)合起來”。

二、 案例主題和背景

從教15年以來，牛頓第一定律新課已教授過很多遍，但每當講到此處，一是因為學生初中已經(jīng)學習過此塊內(nèi)容，二是主觀認為牛頓第一定律內(nèi)容簡單，無須拓展。所以關于牛頓第一定律的教學往往以復習為主，基本沒有仔細鉆研教材和課標的要求，也很少深入了解學生相應的前概念，完全按照自己的理解和經(jīng)驗來授課，缺乏必要的教學策略，教學效果也是不了了之。

這次市里舉行教研活動，安排筆者和另外一位教師進行同題異構教學示范，課題正是牛頓第一定律。被“逼上梁山”，筆者開始鉆研課標、教材、研究論文，認真思考牛頓第一定律的教學設計，反復推敲，認真打磨，終于一堂合格的公開課成型。

文章將依據(jù)PCK理論重新審視筆者的這節(jié)公開課，主要從PCK理論的四個主體維度加以剖析，即學科的知識、課程的知識、學生的知識和教學策略的知識。以期能進一步理解PCK的內(nèi)涵，提升筆者的學科專業(yè)素養(yǎng)，同時也為讀者設計“牛頓第一定律”的教學提供案例和參考。

下面筆者將截取幾個教學片段來做敘述和分析。

三、 案例實錄與評析

片段一：首尾呼應，點睛學科知識內(nèi)涵

師：今天很榮幸來到百年名校南京一中和同學們共同學習一節(jié)課。初次見面，老師給大家?guī)Я艘稽c小禮物，每人一塊橡皮。當然，老師還有一點小小的要求，請大家想辦法讓手中的橡皮運動起來。

學生活動：各顯神通讓橡皮運動。

師生互動：通過剛才的小實驗思考討論運動和力之間的關系，引入新課。

新課教學：……

師：理解了牛頓第一定律，現(xiàn)在我們已經(jīng)比較清晰地認識了運動和力之間的關系，但其實牛頓第一定律也不是放之四海而皆準的，也有它的適用范圍，后續(xù)我們會進一步學習。

師：今天我們一起學習了亞里士多德、伽利略、笛卡爾、牛頓等科學先輩關于運動和力關系的探究歷程，他們孜孜不倦，不斷推陳出新，就如同老師送給大家的橡皮，每一次的擦除和修正都是為了更加接近真像和真理，但是科學永遠都是一首未完的交響曲，需要我們一代一代人接力前行，這也正是老師送給大家橡皮的初心。

評析：PCK理論的第一個維度，即教師要關注學科的知識，要對所教學科的性質(zhì)、學科中最核心的基本知識，以及對學生今后發(fā)展最有價值的知識全面把握和深刻理解。物理學科核心素養(yǎng)也指出要培養(yǎng)學生的“科學態(tài)度與責任”，要教育學生正確認識科學本質(zhì)，培養(yǎng)求真務實的科學態(tài)度，樹立社會責任感。

基于此，本節(jié)課在引入新課環(huán)節(jié)時并沒有采取通常用PPT播放幾幅運動的圖片，或者教師做推小車的演示實驗等方法，而是給每位同學發(fā)了一塊橡皮，讓學生自主探究體會運動與力之間的關系。這樣做既體現(xiàn)了課堂上學生的主體地位，又化解了借班上課與學生的生疏感，當然最重要的是為小結(jié)先輩科學家對運動與力關系的探究歷程埋下伏筆。通過橡皮的比擬，升華了學生對科學研究歷程的重視，促進了學生領悟科學本質(zhì)和科學研究方法，有效促進了課程目標的具化。

事實上，牛頓第一定律的教學蘊含著豐富的教育價值，如基于對亞里士多德客觀評價的辯證唯物主義世界觀教育。敘述科學先輩對運動和力關系探究歷程所體現(xiàn)的敢于質(zhì)疑和挑戰(zhàn)權威的精神，以及在討論慣性的應用和防止時所提煉出來的科學態(tài)度與責任等。這些教育價值在本節(jié)課的實施過程中筆者都做了有效的滲透和融合，不僅豐滿了課堂的內(nèi)容和內(nèi)涵，也很好地體現(xiàn)了學科知識的育人價值。

片段二：創(chuàng)新實驗，巧化學生知識疑點

師：同學們請看實驗裝置（圖1），這是由兩個斜面平滑連接所構成的軌道，軌道上鋪有2段薄紗布。下面我讓實驗小球從一側(cè)斜面與水平標線的交點處由靜止開始下滑，大家注意觀察。

演示實驗：……

師：同學們觀察到實驗小球可以沖上對接的斜面軌道，大家是否注意了實驗小球在對接斜面軌道上能不能也上升到原來的高度？

生：不能，因為斜面軌道有摩擦。

師：很好，同學們都能瞬間洞悉事情的本質(zhì)。那么你有辦法讓實驗小球也在對接斜面上上升到原來的高度嗎？

生：減小摩擦，撤去鋪在軌道上的紗布。

演示實驗：……

師：撤去紗布重做實驗，你觀察到實驗小球在對接斜面上能上升到原來的高度了嗎？

生：快要上升到原來的高度了，還有一點差別。

師：還有進一步減小摩擦，方便易行的辦法嗎？

師生互動：由氣墊導軌啟發(fā)，形成共識，將實驗小球懸吊起來，懸浮于斜面軌道之上。如圖2。

演示實驗：……

師：這次實驗我們又觀察到怎樣的實驗現(xiàn)象？

生：實驗小球上升到原來的高度，幾乎沒有誤差了。

師：很好，同學們觀察得非常仔細，現(xiàn)在我們是不是有理由相信，如果我們能消除阻力的影響，實驗小球在對接斜面上一定能上升到原來的高度。

師：下面請同學們閱讀課本，理解伽利略理想實驗。

師生互動：理解伽利略理想實驗……

評析：眾所周知，理想實驗是物理學研究問題的重要方法，伽利略的理想斜面實驗也是關于牛頓第一定律教學的重要內(nèi)容。然而，由于理想實驗是人們在思想中塑造的理想過程，是一種邏輯推理的思維過程，學生對此缺乏必要的感性認識，所以并不能真正理解理想實驗的精髓和價值。往往都是學的時候似乎一聽就懂，但是時間久了，卻并不能在腦海中留下任何有價值的痕跡。

為此，筆者在進行理想實驗的教學設計時充分考慮到學生原有知識中可能模糊不清的疑點，深挖課程知識素材間的聯(lián)系，將伽利略的擺球?qū)嶒灪托泵鎸嶒炦M行有機整合，創(chuàng)新實驗方案，在充分的事實基礎上進行理想實驗的理解和邏輯論證，有效突破了學生認知過程中的迷思障礙，形成了深層次的理解和感悟，落實了學科核心素養(yǎng)中對科學探究和科學思維的培養(yǎng)。

其實，盡管學生在初中已經(jīng)學習過牛頓第一定律的內(nèi)容，但在他們的腦海中依然存在根深蒂固的原認知，即“前概念”。這些前概念中有些與科學概念基本相符，有些則相悖甚遠。例如，認為物體的運動需要力來維持，慣性是一種力，慣性與速度有關，速度越大慣性越大等。筆者在備課過程中對學生知識中的前概念做了仔細的分析，在進行教學設計時，通過創(chuàng)設問題情境引發(fā)認知沖突，創(chuàng)新實驗具化實驗探究，巧設問題串啟迪思維等方式，幫助學生理解了學習牛頓第一定律的過程中可能遇到的困難，有效突破了原知識和前概念的障礙，進階了思維。

片段三：豐富活動，延展學生學習興趣

活動1：用筆從上部敲擊火柴盒，猜猜硬幣是否會掉落（圖3）。

活動2：運動的雞蛋和靜止的雞蛋相碰，猜猜哪個更容易裂（圖4）。

活動3：外形相同的兩個乒乓球用線懸掛起來，組織同學玩吹乒乓球小游戲（圖5）。

活動4：利用手中的礦泉水瓶研究油罐車罐體的結(jié)構（圖6）。

評析：PCK理論的第四個維度是有關于特定主題教學策略的知識，即是為了達到教學目標，根據(jù)學生認知水平，以學生可以理解的形式將教學內(nèi)容呈現(xiàn)出來的方法。筆者在進行本節(jié)課的教學設計時，針對不同的教學主題采用了靈活多變的教學策略，在進行慣性的教學時，筆者設計了豐富的活動，激發(fā)了學生的學習興趣，靈動了課堂。其中活動1通過活動沖突啟發(fā)學生的探究興趣，通過問題解決促進了學生對知識的理解。活動2是一個課后延展項目，是引導學生居家從事家務勞動時觀察生活現(xiàn)象，培養(yǎng)他們根據(jù)所學知識解決生活實際問題的意識?；顒?是一個經(jīng)典的小游戲，寓教于樂，引導學生在游戲和交流中參悟真知。活動4主要是利用手邊的礦泉水瓶模擬油罐車的罐體，結(jié)合慣性的大小只與質(zhì)量有關的認識，討論設計罐體的橫向擋油板結(jié)構，并由此培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任意識。

物理課程標準在教學建議中也指出，在教學設計和教學實施過程中要重視情境的創(chuàng)設，要培養(yǎng)學生應用物理知識解決實際問題的能力。筆者在進行本課題的教學設計時通過創(chuàng)設問題情境，豐富活動安排，緊密聯(lián)系生活實際等策略，既調(diào)動了學生的學習興趣，又在潛移默化中滲透了知識方法和責任態(tài)度，取得了良好的教學效果。

四、 案例反思與小結(jié)

常言道：“要給學生一杯水，教師應有一桶水?！边@里只是強調(diào)了教師知識量的重要性，然而這桶水如果只是教師的學科知識，而忽視了其他，勢必不能完全發(fā)揮它的最大效益。PCK理論提出了一個更大范疇的學科教學知識的概念，研究PCK不僅讓我們明白了教師知識中什么才是最有意義的知識，而且也明確了教師學科教學知識發(fā)展的路徑和方向。

其實，教師PCK的獲得具有實踐性的特點，也就是說教師的PCK是從教學案例的研究中不斷積累中獲得的。在實踐前、活動中和行動后圍繞某一話題開展行動研究，進行大量的案例積累，我們就可以不斷豐富和錘煉自我的學科教學知識，獲得正確的PCK，成為一名真正合格的優(yōu)秀教師。

參考文獻：

[1]廖元錫.PCK——使教學最有效的知識[J].教師教育研究，2005（6）：39-42.

[2]潘小明.學科教學知識（PCK）的理論及其發(fā)展[J].教育探索，2015（1）：20-28.

[3]杜愛慧，張淑君.高中物理“牛頓第一定律”的PCK解析[J].物理教師，2018（12）：6-9.

作者簡介：

王德春，江蘇省南京市，江寧高級中學。