淺談中學物理教師PCK在教學中的應用

陸澤璇+林樂鑫

摘 要：2012年公布的《中學教師專業標準（試行）》將學科教學知識（簡稱PCK）作為教師專業知識的重要領域，教師專業發展的核心問題就是發展其PCK。本文基于前人的研究，結合筆者的思考，將中學物理教師的PCK分為物理學科內容知識、物理教學目的知識、學生理解的知識、物理內容組織的知識、效果反饋的知識以及物理教學策略的知識幾種成分，并通過多個優秀的教學案例闡述了物理教師PCK各成分在物理教學中的應用。

關鍵詞：物理教師；學科教學知識（PCK）；案例

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

學科教學知識（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科知識和教學知識。當教師教育課程的重點集中在教師的學科知識時，卻忽視了學科內容是怎樣轉化為教學內容的。當它轉移到一般教學時，常常以犧牲學科內容為代價，與相關學科具體的內容脫節，舒爾曼（Shulman）把各種教學研究中忽視學科問題的研究稱為“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“學科教學知識”。

1 教師PCK的構成

舒爾曼將PCK定義為“教師個人教學經驗，教師學科內容知識和教育學的特殊整合”，認為它是教師在面對特定的學科課題時，針對學生的不同興趣與能力。將學科知識組織、調整和呈現以進行有效教學的知識，這是一種教師與學科專家有所區別的專門知識。科克倫等（Cochran，DeRuiter&King）從教與學過程的建構主義觀點出發，強調知識發展的動態本質，對PCK概念進行了修改和拓展，提出了學科教學認識（pedagogical content knowing）的概念，即教師對一般教學法、學科內容、學生特征和學習情境等知識的綜合理解總是處于連續的發展過程中。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攝作用。

2 物理教師PCK的構成

結合Groossman于2005年提出的框架和物理學科的特點，建構了符合中學物理教師特點的PCK成分，分別是：物理學科內容的知識、物理教學目的的知識、學生理解的知識、物理內容組織的知識、效果反饋的知識以及物理教學策略的知識。

2.1 物理學科內容的知識

物理學科內容的知識主要是指物理學科中主要的概念、規律、思想、方法與性質，是物理學科中最基礎、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容，挖掘它在該學科中的價值、學科方法、所經歷的思維過程的價值以及對培養學生情感、態度與價值觀的價值，教師擁有的學科內容知識會直接對教師的教學起引導作用。

【案例】 “大氣壓強”教學片斷

環節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換成測量液柱高度的問題。

環節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，引導學生觀察大氣壓強分別托住多高（均滿）的水柱，領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。

環節3：播放托里拆利實驗的相關視頻。得出結論：一個大氣壓強能托住76 cm的水銀柱，通過壓強公式換算，得到一個標準大氣壓強的大小。

大氣壓強是初中物理的一個基本概念，這節課最重要的內容主要有兩個，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的現象；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節1中將測量壓強的問題通過分析轉換成測量液柱高度的問題，化復雜為簡單，無形中教授了轉換的思想；而環節2中重現托里拆利實驗的思路，讓學生經歷了科學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課的科學價值，突破了測量大氣壓強的難點。

2.2 物理教學目的的知識

物理教學目的的知識指的是不同年級上的最有教學價值的知識。學生為什么要學習物理？物理學科中哪方面知識是最重要的？具體到一節課，就是要考查教師確定的教學目標是否與課程標準的教學目標相匹配，教師的教學是否完成了教師確定的教學目標。

【案例】 “牛頓第一定律”教學片斷

環節1：師生剖析牛頓第一定律。

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

師：請同學們思考，從牛頓第一定律的內容看，它對力和運動的關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，這說明力的作用是什么？

生：改變物體的運動狀態。

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或靜止狀態，這是物體的一種什么性質？

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。

環節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，引導學生說明液體具有保持原狀的性質。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，啟發學生分析說明力改變了氣體的運動狀態，停止敲打彈性膜，氣體繼續向前吹滅蠟燭，說明氣體具有慣性。endprint

課標中這節課對學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象，具體而言就是要求學生經歷伽利略理想實驗，正確理解力跟物體運動的關系，掌握慣性的概念。該教師在環節1中是在伽利略理想實驗的基礎上對牛頓第一定律的內容進行深入解析和價值升華，能夠讓學生正確理解牛頓第一定律及其重要性。環節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，實驗設計新穎，也能讓學生對慣性定律中“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目標。

2.3 學生理解的知識

學生理解的知識主要是學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，理解會怎樣發展。所以，教師要為促進理解而教。在上課前教師需要了解學生的認知基礎、認知方式，知道學生的解題策略和典型的誤解方式等；在課堂上則表現為教師是否能設計適合學生知識基礎和發展水平的教學；設置任務時，是否建立在學生已有的知識之上，是否體現了學生可能理解的方式，是否能用多種方式表征和應用知識，是否能幫助學生辨析和糾正，把學習限制在學生能夠接受的范圍內。

【案例】 “楞次定律”教學片斷

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

環節2：使圖3中的二極管短路，演示實驗2。當強力磁鐵靠近線圈時，小車往右走，呈現相斥的現象；強力磁鐵遠離線圈時，小車往左走，呈現相吸的現象。將判斷感應電流的方向轉換成判斷感應磁場的方向。

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

環節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：金屬鋁管相當于閉合線圈，小磁柱下落過程中，金屬鋁管磁通量發生變化，根據楞次定律，感應電流的磁場總要阻礙引起感應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，讓學生進一步加深對“阻礙”一詞的理解。這是本節課學生的誤區所在，大多數學生經常會把“阻礙”理解成“阻止”，而環節3巧妙地糾正了學生可能有的這種誤解，這說明該教師有關學生對楞次定律理解的知識比較豐富。

2.4 物理內容組織的知識

物理內容組織的知識主要指特定主題在物理學科概念體系和邏輯結構中的地位和作用，包括本學科內新舊知識的聯系，與其他學科相關主題的橫向聯系。教師在確定每一主題的教學目標之前要分析內容，確定學生已經學習了什么，將來還要學習什么，從而確定該主題要教什么。課堂上教師設計的教學任務是否是學生在該主題中最需要掌握的內容，是否把該主題與相關的主題進行了適當的聯系就是教師物理內容組織的知識的表現。

【案例】 “自感與互感”教學片斷

環節1：

探討問題：線圈電流發生變化，線圈是否也會在自己的回路中產生感應電動勢？

環節2：

設計實驗證明自感電動勢的存在。

環節3：演示實驗，說明自感電動勢確實存在。

自感現象這節課的知識目標之一就是了解自感現象及其產生的原因。環節1中該教師不是直接呈現自感的定義，而是通過聯系法拉第電磁感應現象、產生感應電流的條件和楞次定律等學生已有的知識來初步建立自感的含義。繼而通過環節2、3設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。而環節3的有關通電自感的實驗也是本節課的重點所在，對于實驗方案的形成，該教師有根有據，引導特別清晰，可見該教師關于本節課的內容組織知識相當豐富。

2.5 效果反饋的知識

效果反饋的知識指教師對學生的學習結果進行效果評測及調整學習方式的知識，課堂上主要看教師是否能用適當的工具來評價學生的理解與表現，怎樣利用評價的結果來指導教學。

【案例】 “探究感應電流的產生條件”教學片斷

環節1：

提出探究課題：“如何利用下列器材實現磁生電？（如圖5）”讓學生小組討論。

環節2：師生討論設計方案。

環節3：利用多媒體呈現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。繼而讓學生進行兩個實驗方案的探究活動。

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

2.6 物理教學策略的知識

物理教學策略的知識指為了實現教學目標而采取的教學手段和設計的一系列活動，這些策略要能夠完成教師思維過程向學生思維過程的轉化，幫助學生克服學習相應主題的困難、掌握重點，從而發揮其教育價值。

【案例】 “摩擦力”教學片斷

環節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都處于靜止狀態。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。讓學生輕輕拉B，保持B靜止，檢驗A、B之間是否發生相對運動。

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課學生必須掌握的目標之一，也是本節課的難點所在。針對環節1討論的問題，很多學生都很難理解，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?？梢?，該教師擁有解決摩擦力這節課的難點的策略性知識。

3 結 論

PCK的發展是一個不斷建構的過程，物理教師PCK的建構也不可能一蹴而就，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個問題對相應的課例進行解析，有意識地積累相應課題的內容及其價值，與其他內容的關聯，教學的方式和依據的學生基礎等。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驗中領悟自己的行動理論，把行之有效的實踐知識理論化，這是建構自身學科教學知識的關鍵。

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