物理概念教學的PCK解析

摘要：物理概念是學生學好物理的關(guān)鍵，教師在物理概念教學過程中，應(yīng)該采取哪些教學策略幫助學生建立正確的概念，這些教學策略選擇的依據(jù)是什么？近年來較為熱門的PCK理論可以給一線教師提供一些備課的新思路.本文以學生較難理解的“加速度”概念教學為例，談一談如何基于PCK理論選擇相應(yīng)的教學策略，突破本節(jié)課的教學重難點內(nèi)容.

關(guān)鍵詞：物理概念；教學策略；學科教學知識；PCK

基金項目：本文系江蘇省教育科學“十二五”規(guī)劃重點自籌課題“用PCK理論優(yōu)化高中物理難點內(nèi)容教學的研究”階段性成果之一（編號：B-b/2015/02/070）.

作者簡介：李英（1990-），女，福建福清人，碩士，中教二級，研究方向教育教學.

1 問題的提出

眾所周知，物理概念是構(gòu)成物理學的基石，只有形成了正確的概念，才能有效地把握事物的本質(zhì)和規(guī)律，并解釋和推理相關(guān)的結(jié)論.物理概念的重要性毋庸置疑，然而在物理概念教學的過程中我們究竟應(yīng)該如何幫助學生建立正確的概念，不同的教師做法截然不同.那么為什么對于同一個概念，在教學實施過程中會有完全不一樣的表現(xiàn)？認真推敲不同教師的做法，不難看出，深層次的原因在于他們對概念教學理解方面的偏差，而理解偏差的來源正是教師本身的PCK——學科教學知識的不同.[1]

2理論基礎(chǔ)——PCK理論

PCK理論最早由斯坦福大學教授舒爾曼提出.他指出教師只擁有學科內(nèi)容知識或者一般教學法知識是無法支撐具體教學的，所以有必要清晰地整合這些類型的知識，由此他提出了一個包括學科知識和它的可教性方面在內(nèi)的新的知識形式，也就是學科教學知識PCK.簡單來說，PCK是指教師在面對特定的教學內(nèi)容，針對不同的學生，將學科知識進行組織、調(diào)整與呈現(xiàn)，以進行有效教學的知識.舒爾曼在他的研究中將PCK內(nèi)涵解析為以下四個部分：學生的知識；課程的知識；學科的知識；教學的知識.[2]而本文將從PCK理論的視角以加速度概念教學為例，討論概念教學的相關(guān)策略.

3“加速度”概念的PCK解讀

31學生對加速度知識的了解

教師的學生知識是PCK理論中的重要部分，它要求教師在備課前了解，學生關(guān)于即將學習的內(nèi)容所具有的認知基礎(chǔ)、認識方式及差異，并且知道哪些知識學生容易理解， 哪些問題容易混淆，以及學生常見的錯誤是什么，如何辨析和糾正.趙凱華和羅蔚茵教授在《新概念物理教程-力學》中指出：加速度是人類認識史上最難建立的概念之一，也是每個初學物理的人最不易真正掌握的概念.加速度概念看不見，摸不著，在生活中如果沒有加以特定的引導，學生很難感受到加速度的存在.而且加速度不同于質(zhì)點和速度的概念，對于質(zhì)點和速度學生有知覺思維為基礎(chǔ)，比較容易理解，而且加速度這個概念具有“動態(tài)性”，學生理解起來，比較困難.那么如何引發(fā)學生學習的動機，在這個過程中，需要激活學生的哪些知識和經(jīng)驗來幫助他們化抽象為直觀，是我們在教學設(shè)計過程中需要注意的問題.

片段1：創(chuàng)設(shè)情景，營造概念氛圍

情境1：播放錄像，比較飛機和汽車的運動快慢.[3]

學生會發(fā)現(xiàn)，用已學過的速度的知識，是無法準確描述究竟是哪個物體運動的更快.因為物體的速度會發(fā)生變化，而且這種變化有快有慢，教師適時地提出問題：如何來研究不同運動速度變化的快慢？通過生活中的問題激發(fā)學生學習新知識的迫切需求，引發(fā)學生自主學習的動機.

情境2：觀察實驗，讓小車從斜面頂端滑下，改變斜面傾角，研究小車的運動情況.為了方便觀察，可以采用頻閃照片，將兩次不同的運動過程記錄下來.

學生在這個過程中，可能做如下分析：由于路程是一樣的，而傾角大的末速度大，所以傾角大的小車速度變化的快.在這種情況下，我們需要展示情境3，具體如下：

情境3：讓小車從同一斜面不同的位置滑下，研究小車速度變化快慢的情況.

教師適時地提出問題：如何定義快慢？什么是速度變化的快慢？

32加速度的學科地位

加速度概念在物理學科中的角色地位如何？舒爾曼將這個問題概括為教師應(yīng)當具備的課程知識.要明確并解決這個問題，教師需要知道所學內(nèi)容在整個學科中的上位知識和下位知識、新舊知識的關(guān)系、所學內(nèi)容與學生生活、經(jīng)驗的聯(lián)系.在知識內(nèi)容方面，加速度是聯(lián)系運動學和力學的橋梁，廣泛應(yīng)用于動力學問題中.同時，加速度概念和學生上節(jié)課所學習的速度概念既有聯(lián)系又有區(qū)別，如何將速度概念推演到加速度概念，怎么樣將速度和加速度概念進行區(qū)別等，是我們需要考慮的問題.在思想方法上，加速度與學生之前學過的速度概念，以及后面要學習的功率的概念類似，都描述的是變化快慢的問題，所以在本節(jié)課的教學過程中，讓學生理解變化快慢或者說變化率的含義顯得尤為重要.再者，加速度是學生在高中接觸到的第二個“比值定義法”的概念，在后面的學習中，還有許多通過比值定義出來的概念，比如，電阻、電場強度、磁感應(yīng)強度等，因此，關(guān)于比值定義法的有關(guān)內(nèi)容，應(yīng)該在本節(jié)課中有一定的體現(xiàn).

片段2：鼓勵學生，嘗試定義概念

師：其實關(guān)于快慢的問題，并不是今天才接觸到的，你們在之前的學習中已經(jīng)有一定的接觸了.你能想到哪些描述快慢的物理量？

生：速度，功率.

師：速度是描述位置變化快慢的物理量，功率是描述做功快慢的物理量，那么根據(jù)這些物理量的定義，你能否給快慢下一個定義？

生：快慢=……

師：那么速度的變化快慢可以如何定義？

生：速度變化的快慢=……

師：什么是速度的變化量？

生：末速度減初速度.

師：我們用加速度描述物體速度變化的快慢，因此，加速度就是物體速度的變化量與發(fā)生這一變化所用時間的比值.

33加速度的文化取向

何為學科知識？蘇爾曼認為學科知識就是要關(guān)注物理知識的文化取向.具體來說，學科知識就是指物理學科中最核心、最基本的知識，即學科的思想、方法、精神和態(tài)度，對學生今后學習和發(fā)展最有價值的知識.比如加速度這一節(jié)內(nèi)容在教學設(shè)計的過程中，教師首先要搞清楚的問題是加速度這一節(jié)的內(nèi)容和教育價值究竟是什么，它承載了哪些能力目標.如果對這一點老師沒有形成正確的認識，很可能接下來他的教學過程就是對定義的一掠而過，然后練習.在這種教學過程中，學生對于這個概念將是接受式的習得，機械的記憶，沒有真正的理解概念的內(nèi)涵，雖然掌握了一定的題型和解題技巧，但是能力卻沒法得到發(fā)展.物理概念的形成過程是不可忽略的.首先，概念承載著培養(yǎng)學生思維能力的重要目標；其次，在物理概念的形成過程中蘊含了許多的科學方法，而科學方法教育不僅是中學物理教學的重要內(nèi)容，也是培養(yǎng)學生能力的重要途徑.例如在加速度這一節(jié)內(nèi)容中，筆者認為，應(yīng)該更加關(guān)注科學方法的培養(yǎng)，例如類比、歸納總結(jié)和比值定義等.讓學生在已有的知識基礎(chǔ)上，主動探究，推理獲取知識對學生的科學方法的養(yǎng)成有重要意義，最關(guān)鍵的是，在這種教學模式培養(yǎng)下的學生，也許多年之后，學生也許會忘記加速度這個概念，但是科學方法卻會潛移默化地應(yīng)用在學生的生活中的各個方面，這正是物理這門學科的文化所在.[4]

片段3：多種方法，科學記憶概念

師：從加速度的定義來看，它是某一個物理量和另一個物理量的比值定義而來的，這種定義概念的方式我們稱為比值定義法，你們還學過哪些是由比值定義法定義的概念？

生：速度、電阻、密度……

師：我們來看看這種方法定義出來的物理量有什么特點？能不能說質(zhì)量越大物體的密度越大？是不是說物體的電阻和電壓成正比和電流成反比？速度的大小是不是由物體的位移決定的？請大家討論總結(jié)比值定義法的特點.

生：比值法定義出來的概念只和兩個物理量的比值有關(guān)，與他們各自的大小沒有必然的關(guān)系.

加速度與速度之間的關(guān)系是學生理解的難點，因此，在這里我們可以列舉一些生活中的實例來幫助學生理解.

師：請根據(jù)表1的數(shù)據(jù)尋找你需要的某一項或者某幾項來驗證上述判斷題的結(jié)論.

34教學策略的選擇

物理概念的建立應(yīng)根據(jù)研究問題的需要，在觀察實驗的基礎(chǔ)上，在一定的背景知識指導下，充分分析客觀事物的各種屬性和特征，利用分析、綜合、比較、抽象、概括、推理、類比、等效等物理思維方法，抽象出客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征的過程.而幫助學生建立概念最有效的方法就是重現(xiàn)概念建立的過程.也就是說應(yīng)該讓學生在教師的引導下，去感受并揭示物理知識發(fā)生的原因、物理知識形成的經(jīng)過以及物理知識發(fā)展的方向.在物理概念教學中，可采用充分還原稀釋的方法讓學生體驗物理概念形成的過程.要做到對概念充分還原，具體的操作方法可歸納如下[5]：

（a）讀物理史，啟發(fā)思維，歸納概念

（b）現(xiàn)象展示，歸納總結(jié)，凝縮概念

（c）借前概念，誘發(fā)沖突，獲得概念

（d）實驗探究，增強體驗，感知概念

（e）問題導學，自主點撥，明確概念

（f）應(yīng)用類比，化繁為簡，引申概念

對教學策略的選擇，應(yīng)該以一定的理論依據(jù)為基礎(chǔ)，而PCK理論恰好為我們提供了一個非常簡潔有效的模式.例如在加速度這一節(jié)課中，根據(jù)對學生情況的分析，在引入新課的過程中，筆者采用了展示現(xiàn)象的方法，誘發(fā)了學生學習的動機，營造一種概念建立的氛圍；在對學科知識進行分析后，采用實驗展示的方式，增強了學生的體驗，同時試探性的提出了概念；根據(jù)這節(jié)課的知識目標，選擇與速度類比的教學方式，同時應(yīng)用類比的方法總結(jié)比值定義法的特點，并延伸到加速度和速度的關(guān)系，來幫助學生理解加速度的概念.最后通過典型例題的方式，幫助學生深入理解并規(guī)范應(yīng)用概念.

片段4：巧設(shè)問題，靈活運用概念

問題1：汽車甲在10s內(nèi)速度由10m/s增加到25m/s，求汽車甲的加速度.

問題2：汽車乙在10s內(nèi)速度由25m/s減少到10m/s，求汽車乙的加速度.

師：通過計算，我們發(fā)現(xiàn)汽車乙的加速度是負數(shù)，負號代表的是什么含義？

學生可能會得到：若加速則加速度為正，若加速度為負則表示物體在做減速運動，那么教師可以要求學生把初速度方向規(guī)定為負方向，重新計算.計算發(fā)現(xiàn)，若正方向改變，則甲車的加速度為負，乙車加速度變成了正數(shù).

師生共同總結(jié)：加速度是矢量，方向與速度變化量的方向相同.加速度的正負表示的是方向，正數(shù)表示與規(guī)定的正方向相同，負數(shù)表示的是與規(guī)定的正方向相反.

片段5：討論交流，正確規(guī)范概念

問題3：足球以8m/s的速度飛來，運動員把它以12m/s的速度方向踢出，踢球時間為02s，求足球在這段時間內(nèi)的加速度.

學生自主解答，教師講解規(guī)范：在計算過程中，要注意規(guī)定正方向，速度變化量應(yīng)該是末速度減初速度，會分析結(jié)果中的正負號的物理意義.

4思考與啟示

教師在教學活動中，最主要目標就是解決教什么，怎么教的問題.在設(shè)計教學活動之前，若能夠?qū)W科知識和課程知識進行了解和研究，可以幫助教師明確這節(jié)課應(yīng)該教什么的問題.對學生的學習情況，概念教學的教學策略進行了解，有助于教師解決怎么教的問題.解決了教什么，怎么教，這節(jié)課究竟應(yīng)該怎樣高效的完成也就迎刃而解了[6].

其次，熟知PCK理論有助于教師更好的進行教學反思.教學反思是教師提高教學水平的重要途徑，PCK理論為教學反思提供了方向，從學科知識、課程知識、學生知識、教學知識進行反思，可以系統(tǒng)地觀察一節(jié)課的完整性以及教育性.

參考文獻：

[1]湯家合，同課為何會異構(gòu)——以高中物理“功”的概念教學為例[J].教學月刊 中學版，2014，（8），63.

[2]吳加澍，中學物理教師的學科教學知識[J].物理教學，2012（12），5.

[3]姚維貴，注重科學方法滲透 引導學生自主探究——“速度變化快慢加速度”教學設(shè)計[J].中學物理教學參考，2011，（4），10.

[4]余傳輝，中學物理核心概念教學設(shè)計的基本基本模式探討[J].物理教學探討，2014，（8），64.

[5]王克田，走進名師課堂[M].山東：山東人民出版社，2010.

[6]翟俊卿，王習，廖梁.教師學科教學知識（PCK）的新視角——與范德爾教授的對話[J].教師教育研究，2015，（4），6 .