教師在勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力教學(xué)中呈現(xiàn)的PCK

谷大賢 孫錦如 韓玖榮 韓 丹 倪文露 王亞麗 禹一凡

(揚(yáng)州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225002)

教師在勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力教學(xué)中呈現(xiàn)的PCK

谷大賢 孫錦如 韓玖榮 韓 丹 倪文露 王亞麗 禹一凡

(揚(yáng)州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225002)

選取了江蘇省揚(yáng)州市一位資深中學(xué)物理教師作為研究對(duì)象，以馬格努森提出的PCK理論結(jié)構(gòu)為模型，分析了該教師在教授勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力時(shí)展現(xiàn)出的PCK.

物理教師 向心力 學(xué)科教學(xué)知識(shí)PCK

20世紀(jì)80年代，美國許多州教師資格認(rèn)證過程中，往往只測試教師的學(xué)科知識(shí)和教學(xué)知識(shí).學(xué)科知識(shí)更多的是測驗(yàn)一些事實(shí)知識(shí)的記憶，教學(xué)知識(shí)僅是涉及準(zhǔn)備教案和評(píng)價(jià)、識(shí)別學(xué)生的個(gè)別差異、教室管理與教育政策等，完全看不到學(xué)科的影子.因此，針對(duì)當(dāng)時(shí)學(xué)科知識(shí)(ContentKnowledge，即CK)和教學(xué)知識(shí)(PedagogicalKnowledge，即PK)脫節(jié)的現(xiàn)象，美國斯坦福大學(xué)的教授舒爾曼(1986)(LeeShulman)在20世紀(jì)80年代提出學(xué)科教學(xué)知識(shí)(PedagogicalContentKnowledge，簡稱PCK)的概念，舒爾曼將其定義為“教師個(gè)人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、教師學(xué)科內(nèi)容知識(shí)和教育學(xué)的特殊整合”[1,2].他認(rèn)為學(xué)科教學(xué)知識(shí)是教師在面對(duì)特定的主題、問題時(shí)，如何針對(duì)學(xué)生的不同興趣與能力，將學(xué)科知識(shí)組織、調(diào)整與呈現(xiàn)，以進(jìn)行有效教學(xué)的知識(shí)，是教師最有用的知識(shí)代表形式[3],是教師知識(shí)的核心，對(duì)于教師發(fā)展和成長至關(guān)重要.此后PCK理論受到廣泛關(guān)注，成為評(píng)價(jià)教師教育及教師發(fā)展的重要理論.文獻(xiàn)[4]對(duì)PCK進(jìn)行了靜態(tài)分析，完善了PCK的內(nèi)涵和結(jié)構(gòu).文獻(xiàn)[5]從建構(gòu)主義觀點(diǎn)出發(fā)對(duì)PCK的內(nèi)容結(jié)構(gòu)做了完善，認(rèn)為理科教師的PCK應(yīng)當(dāng)包括課程知識(shí)、學(xué)生理解的知識(shí)、教學(xué)策略知識(shí)和評(píng)價(jià)知識(shí).本文以文獻(xiàn)[5]提出的PCK理論結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，從課程知識(shí)、學(xué)生知識(shí)、教學(xué)策略知識(shí)和評(píng)價(jià)知識(shí)這4個(gè)方面分析物理教師在一具體課堂教學(xué)中呈現(xiàn)出的PCK.

本文之所以研究勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力這一節(jié)，是因?yàn)槟壳皣鴥?nèi)對(duì)物理學(xué)科教學(xué)知識(shí)的研究較多地

集中在教師PCK的現(xiàn)狀研究和發(fā)展對(duì)策上，對(duì)某特定主題的教師PCK研究較少.向心力是勻速圓周運(yùn)動(dòng)中動(dòng)力學(xué)部分的重點(diǎn)，為后面向心加速度的學(xué)習(xí)做了鋪墊，在天體運(yùn)動(dòng)和磁場中粒子運(yùn)動(dòng)等學(xué)習(xí)中都有重要應(yīng)用.所以不僅僅是向心力，其他內(nèi)容主題的教師PCK分析也將是研究者以后要做的工作.

1 研究對(duì)象和方法

本文中的研究對(duì)象為江蘇省揚(yáng)州市某高中的一位資深物理教師(化名W老師).W老師自大學(xué)畢業(yè)后就一直講授高中物理，20余年間，他所教的學(xué)生都能夠取得較好的成績.優(yōu)秀的教學(xué)成果和出色的學(xué)術(shù)研究使他一步步成為教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的物理教師，可見，對(duì)W老師這樣的資深物理教師的個(gè)案研究很具有代表性.

方法上采用課堂觀察和訪談，以文獻(xiàn)[6]提出的PCK理論結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，確立理論模型如圖1所示[6]，從課程知識(shí)、學(xué)生知識(shí)、教學(xué)策略知識(shí)和評(píng)價(jià)知識(shí)這4個(gè)方面分析W老師在高一“勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力”這節(jié)課中所呈現(xiàn)的學(xué)科教學(xué)知識(shí).

圖1 理論模型

2 分析研究

2.1 課程知識(shí)

文獻(xiàn)[5]認(rèn)為課程知識(shí)指的是關(guān)于某一具體學(xué)科的學(xué)科內(nèi)容知識(shí)，包括具體的教學(xué)目標(biāo)和特定的課程內(nèi)容知識(shí).

2.1.1 教學(xué)目標(biāo)方面

本節(jié)課內(nèi)容是教科版高中《物理·必修2》第二章第二節(jié)“勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力和向心加速度”的第一課時(shí)，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容為向心力.從W老師的教學(xué)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，本節(jié)課他設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)為：

(1)通過對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例的分析過程，歸納總結(jié)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的條件，理解向心力的概念.

素質(zhì)教育提倡三維目標(biāo)的達(dá)成，然而W老師設(shè)定的目標(biāo)僅限在知識(shí)領(lǐng)域，對(duì)學(xué)生的能力、方法、情感方面沒作出明確要求.這也是受當(dāng)前應(yīng)試教育的影響，物理學(xué)科的課程安排減少，只能利用課堂時(shí)間讓學(xué)生接受更多的知識(shí)點(diǎn).

2.1.2 學(xué)科知識(shí)方面

W老師能夠準(zhǔn)確把握本節(jié)知識(shí)的特點(diǎn)和重要性，認(rèn)為本節(jié)課的重點(diǎn)是理解向心力概念并實(shí)驗(yàn)探究影響向心力大小的因素，難點(diǎn)是對(duì)向心力特點(diǎn)的掌握.W老師知道向心力的學(xué)習(xí)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)在動(dòng)力學(xué)上的延伸，也是后面向心加速度學(xué)習(xí)的鋪墊，是學(xué)生接觸的一個(gè)新概念，所以在教學(xué)中給學(xué)生傳授正確的概念信息至關(guān)重要.

2.2 學(xué)生知識(shí)

學(xué)生知識(shí)是教師對(duì)學(xué)生關(guān)于知識(shí)內(nèi)容理解的認(rèn)識(shí)，包括學(xué)生學(xué)習(xí)必需的知識(shí)和學(xué)生的理解難點(diǎn).W老師憑借多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確把握學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和本節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)中可能存在的困難.因?yàn)楸竟?jié)是圓周運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)，之前的學(xué)習(xí)讓學(xué)生了解了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，在本節(jié)動(dòng)力學(xué)部分的學(xué)習(xí)中，W老師很好地利用了學(xué)生的前知識(shí)“勻速圓周運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，做曲線運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在改變，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”，讓學(xué)生明白必須有力來維持物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng).在本節(jié)學(xué)習(xí)中，學(xué)生易誤解“向心力是物體受到的一個(gè)力”.W老師通過圖中幾個(gè)實(shí)例讓學(xué)生辨析物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力的來源，讓學(xué)生理解向心力是物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的合力，是根據(jù)效果而命名的.受應(yīng)試教育的影響，W老師不得不對(duì)學(xué)生在習(xí)題中的易錯(cuò)點(diǎn)多次叮囑，他課上反復(fù)強(qiáng)調(diào)“不能說物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)受到向心力，而是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體需要向心力來維持”.

本節(jié)課最重要的是要得出向心力公式，即

(1)

學(xué)生對(duì)此公式中向心力F與r成正比還是反比有理解上的困難，W老師也做了詳細(xì)說明，“要采用控制變量進(jìn)行判斷：m和ω一定時(shí)，F(xiàn)與r成正比；m和v一定時(shí)，F(xiàn)與r成反比”.

可見，W老師對(duì)于學(xué)生的認(rèn)識(shí)還是很到位的，這源于他從教多年的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深刻理解.W老師在學(xué)生易誤解處、難理解處都花時(shí)間做了重點(diǎn)講解，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中少走彎路.

2.3 教學(xué)策略知識(shí)

2.3.1 引入的策略

以復(fù)習(xí)的方式引入新課.

(1)W老師：什么是圓周運(yùn)動(dòng)？

生：……

(2)W老師：什么是勻速圓周運(yùn)動(dòng)？

生：……

(3)W老師：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體是否一定受力？根據(jù)你目前的知識(shí)，你是怎么知道的？

生：因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.

這樣的引入雖然平淡無華，但是條理清晰，環(huán)環(huán)相扣，復(fù)習(xí)舊知的同時(shí)也引出勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要力來維持，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.

2.3.2 重點(diǎn)內(nèi)容呈現(xiàn)的策略

(1)向心力方向特點(diǎn)的呈現(xiàn)

在給出向心力的定義之前，W老師演示了一個(gè)隨堂小實(shí)驗(yàn)，用細(xì)繩系著一個(gè)小球，然后使小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖2和圖3所示.

圖2 水平桌面上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)

圖3 圓錐擺運(yùn)動(dòng)

圖2中的小球在水平桌面上近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圖3中的小球和細(xì)繩近似做圓錐擺運(yùn)動(dòng).W老師首先讓學(xué)生根據(jù)定義判斷圖中兩個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)是否可看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果可以則對(duì)小球進(jìn)行受力分析.學(xué)生通過受力分析發(fā)現(xiàn)，兩種情況下小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的合力都指向軌跡圓的圓心.

W老師以圖2和圖3兩個(gè)實(shí)例分析的方式，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是指向圓心的，并運(yùn)用圖示說明解釋[7]，之后W老師再對(duì)向心力的定義做個(gè)表述.這樣的方式體現(xiàn)了學(xué)生的主體性，讓學(xué)生主動(dòng)去探尋知識(shí)，比起填鴨式的灌輸，這樣能夠使學(xué)生對(duì)此認(rèn)識(shí)更加深刻.

(2)向心力公式的呈現(xiàn)

通過實(shí)驗(yàn)探究影響向心力大小的因素是本節(jié)課的重點(diǎn)，W老師通過實(shí)驗(yàn)探究的方式找出向心力與影響因素之間的關(guān)系.W老師首先讓學(xué)生猜想哪些因素可能影響向心力的大小.然后介紹如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生觀察，教師用控制變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，得出F∝m，F(xiàn)∝ω2，F(xiàn)∝r.歸納出向心力公式

圖4 探究影響向心力大小的因素實(shí)驗(yàn)裝置

縱觀整節(jié)課教學(xué)，W老師采用探究策略和歸納演繹策略.通過實(shí)驗(yàn)探究的方式能夠較好地激發(fā)學(xué)生課堂的積極性和學(xué)習(xí)的興趣，通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以更好地體會(huì)向心力與各因素間的關(guān)系，再由實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納出物理規(guī)律.但是整個(gè)實(shí)驗(yàn)都是由教師完成，學(xué)生未曾參與操作，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置仍比較陌生，不能體現(xiàn)學(xué)生的主體地位.

2.4 評(píng)價(jià)知識(shí)

評(píng)價(jià)是教學(xué)反饋的重要途徑，文獻(xiàn)[5]提出應(yīng)從評(píng)價(jià)的維度和方法入手，教師應(yīng)制定對(duì)于某特定學(xué)習(xí)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生哪些知識(shí)維度評(píng)價(jià)更為重要，以及可以用哪些方法來評(píng)價(jià).

W老師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)一是看學(xué)生課堂的表現(xiàn)，學(xué)生與教師的互動(dòng)，對(duì)教師提問的回答；二是看學(xué)生課后的作業(yè)情況.W老師能夠根據(jù)課上學(xué)生的反饋情況及時(shí)做出適當(dāng)調(diào)整，并且經(jīng)常由小問題出發(fā)滲透物理思想和方法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的信心.由于沒有讓學(xué)生親自探究，所以沒能對(duì)學(xué)生能力方面做出評(píng)價(jià)，W老師評(píng)價(jià)的方式也較單一、傳統(tǒng).

3 結(jié)束語

經(jīng)以上分析，W老師憑借豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確把握教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)，知道學(xué)生的學(xué)習(xí)困難和易誤解之處.如今盛行的一言堂教學(xué)模式下，W老師也沒有擺脫出來，整節(jié)課還是以教師的講授為主，期間穿插的一系列問題是師生間少有的互動(dòng)，雖然也有實(shí)驗(yàn)探究的過程，不過都是由教師操作完成，學(xué)生沒有親自參與，屬于觀察式的科學(xué)探究.教學(xué)策略上，雖然W老師沒有綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法，但是能夠運(yùn)用合理的類比、圖示和解釋說明，幫助學(xué)生較好地理解向心力的方向特點(diǎn).應(yīng)試教育環(huán)境下，單一的教學(xué)方式讓物理課堂變得枯燥無味.物理學(xué)科尤其是物理實(shí)驗(yàn)是貫徹素質(zhì)教育的重要途徑，物理教師需運(yùn)用PCK優(yōu)化課堂教學(xué).備課時(shí)將本節(jié)教學(xué)內(nèi)容經(jīng)過比較、篩選，抽出有概括意義的一個(gè)或幾個(gè)問題，再與學(xué)生熟知的或似知非知的事例聯(lián)在一起，設(shè)計(jì)出“獨(dú)出心裁”的新內(nèi)容；根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)藝術(shù)性地、趣味性地導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；合理地豐富課外知識(shí)，把握知識(shí)間內(nèi)在的、必然的聯(lián)系，設(shè)計(jì)出具有承上啟下作用的內(nèi)容；課堂語言應(yīng)富有藝術(shù)性和啟發(fā)性，合理設(shè)疑培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維.

全面深化改革的大背景下，物理教育的變革也不能停歇，本文的分析結(jié)果也是目前中學(xué)物理教學(xué)普遍存在的現(xiàn)象.目標(biāo)定位一味重視學(xué)生知識(shí)的學(xué)習(xí)，忽視學(xué)生實(shí)踐能力、科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，沒能運(yùn)用多種評(píng)價(jià)方式全面評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)，這些都是物理教育改革要克服的.教師是課堂的掌舵人，物理教師水平的提高、觀念的更新應(yīng)是物理教育改革的關(guān)鍵.受高考指揮棒的影響，高中物理教學(xué)注重知識(shí)的學(xué)習(xí)、解題能力的培養(yǎng)，從而忽視物理實(shí)驗(yàn)的作用.近年高考試題中實(shí)驗(yàn)題從情景方面到能力考查都有新意，這也是個(gè)很好的信號(hào)，即重視中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).

1 Shulman,L.S.Those Who understand:knowledge gro-wth in teaching.Educational Researcher,1986，15(2)

2 廖元錫.PCK——使教學(xué)最有效的知識(shí).教師教育研究，2005，17(6):37～40

3Shulman,L.S.Knowledgeandteaching:foundationsoftheNewReform.HarvardEducationalReview,1987，57(1)

4 馮爽.中學(xué)物理教師PCK結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及主題案例分析.中學(xué)物理教學(xué)參考，2013，42(7):34～37

5Magnusson,S.,Krajcik,J. &Borko,H.,Nature,SourcesandDevelopmentofPedagogicalContentKnowledgeforScienceTeaching[A].Gess-NewsomeJulie&LedermanNormanG.Examiningpedagogicalcontentknowledge:theconstructanditsimplicationsforscienceeducation[C].Dordrecht;London:KluwerAcademic, 1999

6 岳曉婷，潘蘇東.物理學(xué)專業(yè)師范生PCK狀況調(diào)查分析.物理教師，2014,35(7):2～4

7 李飛躍，范亞穎.高中物理“機(jī)械波”一章的學(xué)科教學(xué)知識(shí)(PCK)探討.中學(xué)物理(高中版)，2015,33(7):45～46

谷大賢(1993- )，男，在讀碩士研究生，學(xué)科教學(xué)(物理)專業(yè).

指導(dǎo)教師：韓玖榮(1958- )，男，博士，教授，主要從事大學(xué)物理、量子光學(xué)的教學(xué)及研究工作.

2016-08-31)