基于PCK 理論下的高中物理教學(xué)路徑分析
——以“多用電表的原理”教學(xué)為例

張德霞

（環(huán)縣環(huán)城初級中學(xué)，甘肅 慶陽 745700）

0 引言

PCK 理論需要教師重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將抽象的知識轉(zhuǎn)化成為學(xué)生容易接受的形式，能針對學(xué)生喜好、現(xiàn)有知識儲備等，調(diào)整學(xué)科知識內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以此開展有效教學(xué)。在20 世紀(jì)80 年代，教育研究開始逐漸深化，學(xué)科教學(xué)知識對于學(xué)生知識理解、促進(jìn)教學(xué)有著很大作用，也因此引起多個學(xué)者關(guān)注，對于PCK理論探索也更加重視。高中物理教學(xué)相對系統(tǒng)，對理論知識掌握和實踐能力培養(yǎng)都有要求，將PCK 理論融入其中，有利于全面發(fā)揮出物理教師的引導(dǎo)作用和高中學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，提升學(xué)生的綜合能力。

1 PCK 理論概述

PCK 于1986 年由美國學(xué)者舒爾曼提出，認(rèn)為教師不需要結(jié)合學(xué)生現(xiàn)有基礎(chǔ)、學(xué)生自身喜好，將抽象的知識轉(zhuǎn)化成學(xué)生容易接受的形式，這就將專家教師和普通教師進(jìn)行明確的劃分。根據(jù)PCK 內(nèi)涵可以知道，該理論主要包括以下幾個方面：（1）學(xué)科知識。這部分是指學(xué)科最核心的部分，也就是學(xué)科本身的思想、態(tài)度、方法等；（2）課程知識。主要是指某一知識在整個學(xué)科之中的作用，新舊知識的聯(lián)系等；（3）學(xué)生知識。主要是指學(xué)生自身基礎(chǔ)、認(rèn)知層次、思維方式；（4）教學(xué)知識。主要是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，最為科學(xué)合理的教學(xué)方法。PCK 更加注重一門學(xué)科整體，而不只是傳播知識，更加重視理解，而不是卷面分?jǐn)?shù)。

2 基于PCK 理論下的“多用電表的原理”的教學(xué)分析

2.1 學(xué)科知識

在物理教學(xué)中，掌握物理規(guī)律是重要部分，主要就是需要掌握物理規(guī)律本身，了解事物內(nèi)部聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生了解各類物理現(xiàn)象的研究方法。歐姆表主要就是根據(jù)閉合電路歐姆定律，通過對電流進(jìn)行測量，來達(dá)到測量電阻的目的。

2.2 課程知識

在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》對“多用電表的原理”這部分知識提出教學(xué)要求：（1）通過討論歐姆表，掌握閉合電路歐姆定律分析問題能力，了解并掌握歐姆表測量電表的基本原理；（2）了解歐姆表基本結(jié)構(gòu)，例如：刻度特點(diǎn)等；（3）了解多用電表的基本功能和主要結(jié)構(gòu)。在教科書中，使用了例題的方式對歐姆表的基本原理進(jìn)行講解，并未將其作為主要知識點(diǎn)進(jìn)行處理，主要是從閉合電路歐姆定律展開教學(xué)，讓學(xué)生能學(xué)會靈活運(yùn)用，并解決實際問題。

2.3 學(xué)生知識

根據(jù)PCK 原理，需要根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知，了解學(xué)生需求，引導(dǎo)學(xué)生了解并掌握多用電表原理，主要是為了能讓學(xué)生學(xué)會使用多用電表在歐姆檔時測量電阻，掌握歐姆表的基本原理。歐姆表基本原理在于核心閉合電路歐姆定律，這些學(xué)生對這部分理論已經(jīng)有一定認(rèn)知，經(jīng)過實踐，學(xué)生能有效提升自身分析問題的能力。

2.4 教學(xué)知識

根據(jù)PCK 原理可以知道，教師需要關(guān)注學(xué)生現(xiàn)有學(xué)習(xí)知識，教師要了解學(xué)生的理解能力和思維狀況，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的經(jīng)驗，促使學(xué)生能更加深入理解核心閉合電路歐姆定律，鞏固學(xué)生基礎(chǔ)知識的同時，發(fā)展學(xué)生實踐能力。

3 基于PCK 理論的“多用電表的原理”的教學(xué)路徑

3.1 引導(dǎo)知識回顧

PCK 理論明確指出，物理教師在設(shè)計物理教學(xué)時，應(yīng)當(dāng)從課程知識角度入手，注重學(xué)生現(xiàn)有知識與學(xué)習(xí)之間的銜接，教師需要從學(xué)生原有知識出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生掌握新的知識，達(dá)到提升教學(xué)效果的目的。在對“多用電表的原理”進(jìn)行教學(xué)時，需要使用下道題對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生回顧舊有知識點(diǎn)。

例1：如何將一個靈敏電流計改裝成大量程的電流表和電壓表？

（A）電流表 ：（串或并）聯(lián)一個（大或?。┑模ǚ謮夯蚍至鳎╇娮?；

（B）電壓表 ：（串或并）聯(lián)一個（大或?。┑模ǚ謮夯蚍至鳎╇娮琛?/p>

這道題目是學(xué)生之前所學(xué)的電表改裝的題目，電流表和電壓表都是由靈敏電流計加電阻組裝而成。都是根據(jù)電流磁效應(yīng)加以制作，在表內(nèi)還有一個磁鐵和一個到線圈，在進(jìn)行通電后，磁鐵就會旋轉(zhuǎn)，電流和磁鐵磁力呈現(xiàn)正比關(guān)系，電流越大，電流表擺動也就越明顯。電壓表不同，因為靈敏電流通過，所允許通過電流就明顯較小，兩端承受電壓也很低，這就需要使用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式來起到電阻分流或者分壓的作用，這道題看似簡單，但是能進(jìn)一步加深學(xué)生對于改裝電流表或者是電壓表相關(guān)知識的理解。

改裝電流表所需要用的公式為：(I－Ig)R=IgRg，其中，并聯(lián)電阻阻值為R，線圈阻值為Rg，靈敏電流計最大量程為Ig，電流表最大量程為I。

改裝電壓表公式為：U=Ig(Rg+R)，其中，電阻阻值為R，電壓表最大量程為U，表頭內(nèi)阻為Rg，滿偏電流為Ig。

3.2 理論與應(yīng)用相結(jié)合

3.2.1 理論理解

在教學(xué)“歐姆表的原理”時，需要傳授于該原理的基本內(nèi)涵，其中，可以讓學(xué)生先做一個關(guān)于閉合電路歐姆定律的例題。

如圖1 所示，在該電路中，電源電動勢E=1.5V，電阻r=0.5 Ω，電流表偏電流Ig=10mA，電流表電阻Rg=7.5 Ω，其中AB為接線柱。

圖1 閉合電路歐姆定律例題圖

（1）需要用一條導(dǎo)線將接線柱A和B進(jìn)行連接，這樣的情況下，想要達(dá)到滿偏電流，可以將可變電阻R1調(diào)節(jié)到多少：

（2）將電表調(diào)到滿偏之后，保持在R1不變，在接線柱A 和B 之間接入一個定值電阻R2=150Ω，在這個時候，電流表為多少刻度？

（3）若在接線柱A和B之間接入任意電阻R，那么電流表的讀數(shù)I和R二者之間有何關(guān)系？

對于這個例題的分析，可以通過具體的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生能看到閉合電路某一個電阻的變化也會影響串聯(lián)電路中電流表讀數(shù)的變化，而且不同電阻值和不同電表讀數(shù)之間有著一定對應(yīng)關(guān)系，可以對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，聯(lián)想到電流表讀數(shù)也能用于電阻值的表示，以此構(gòu)建出歐姆表的電路模型。

3.2.2 應(yīng)用層面

在教學(xué)設(shè)計中，將歐姆表的新知識構(gòu)建與原有學(xué)習(xí)過程的體驗，以此形成新的知識。為了進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)效果，進(jìn)行了以下教學(xué)設(shè)計：

（1）歐姆表原理實驗設(shè)計基本思想

（2）基本思路

對于歐姆表改裝這一部分，需要就電源來進(jìn)行假設(shè)：其中電動勢=2Ω，內(nèi)阻=5Ω；電流表為10 mA，內(nèi)阻=9.5 Ω，電阻箱內(nèi)的電阻阻值可以調(diào)到390 Ω，那么根據(jù)電流表不同讀數(shù)來計算相應(yīng)的電阻阻值（見圖2）。

圖2 歐姆表

對于電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表這一部分，需要結(jié)合試驗的基本情況，讓學(xué)生自行分組進(jìn)行討論，并在其他條件不變的條件下，對電阻箱的電阻進(jìn)行調(diào)整，控制在190 Ω，再轉(zhuǎn)化電表的刻度（見圖3）。

圖3 電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表

（3）分析歐姆表的特征

對于歐姆表部分，其中主要分析存在刻度分布不均勻的情況，其次就是零刻度位置與電流表、電壓表之間的不同。

對于電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表這部分，主要是對刻度分布不均勻的原因進(jìn)行分析；零刻度與電流表、電壓表之間不同之處；歐姆表中間刻度的電阻與歐姆表內(nèi)電阻基本等同。

在PCK 理論中就明確指出，教師需要采用一定措施，將教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)手段進(jìn)行融合，讓學(xué)生能學(xué)會自行設(shè)計實踐活動，以此學(xué)會靈活運(yùn)用。

3.3 實踐應(yīng)用探索

教師在教學(xué)“多用電表原理”時，可以設(shè)置具體的事件活動，讓學(xué)生能對其中的多用電表進(jìn)行一定的改裝或者組裝。通常情況下，可以使用歐姆表來對電路進(jìn)行改裝和連接，具體材料如下：1 節(jié)干電池、2 個電阻箱、靈敏電流計、滑動電阻、若干電線，其中，干電池的電壓為 內(nèi)阻未知，靈敏電流計為100 mA。在進(jìn)行組裝期間突然發(fā)現(xiàn)，歐姆表的兩個接線柱短接，學(xué)生就發(fā)現(xiàn)，此時的歐姆表指針并未達(dá)到歸零狀態(tài)，這就引發(fā)學(xué)生認(rèn)知層面的沖突，學(xué)生也開始思考如何進(jìn)行“歐姆調(diào)零”。當(dāng)解決該問題，教師就可以繼續(xù)連接電路本身的電源和電流的問題，再由學(xué)生繼續(xù)改裝，引導(dǎo)學(xué)生從實踐中驗證理論的正確性?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生思考3 個電表是否能合用一個表頭，具體電路圖如圖4所示：

圖4 電表3 合1 的電路

3.4 題目解答滲透

例題對于高中物理教學(xué)開展而言作用重大，也是學(xué)生進(jìn)行知識鞏固的一個非常重要的方式，教師需要選擇適合的例題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入分析和自行思考，將PCK 理論融入到例題設(shè)計中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步深化對知識的理解，幫助學(xué)生構(gòu)建題目解答路徑和思維體系，提升學(xué)生解題能力和綜合能力。

4 結(jié)語

物理學(xué)科知識理論抽象，實踐豐富，融入PCK 理論進(jìn)行教學(xué)，能構(gòu)建學(xué)生獨(dú)立的學(xué)科精神和思維體系，也能讓學(xué)生深入掌握相關(guān)知識，提升自身綜合能力。因此，高中物理教師需要理解并熟練掌握PCK 理論的應(yīng)用，這樣可以引導(dǎo)學(xué)生解決現(xiàn)有學(xué)習(xí)問題，使高中物理教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。