高級化學教師話題PCK表征研究

黃元東　閆春更　高慧　周青

摘要：基于CoRe工具和訪談法對7名化學高級教師“離子反應”的PCK進行表征研究，研究表明：（1）高級教師十分重視且擁有豐富的學科教學知識；（2）高級教師對知識的表征方式多樣化，注重在學生已有知識經驗和生活經驗基礎上開展教學；（3）高級教師注重在知識與技能學習的基礎上，進行學科觀念的構建，強調知識的整合和遷移，注重引導學生運用哲學思想來理解化學知識，實現兩者的融合，促進實際問題的解決，展現化學學科的魅力。

關鍵詞：CoRe；PCK；離子反應

文章編號：1008-0546（2017）01-0002-06 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.001

一、前言

PCK 是學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge）的簡稱，最初由美國學者Shulman提出。教師PCK的研究，有助于其學科專業(yè)知識向教育學知識轉化，形成易于學生理解的知識。目前國內外學者主要研究PCK的內涵、組成、發(fā)展和表征方法等，而對結合具體學科內容的PCK（如話題PCK）研究較少[1]。尤其是涉及高級教師的具體學科話題PCK的研究，可以為教師教學提供一種評價工具和方法，幫助新手教師審視自己教學中的不足，促進其專業(yè)發(fā)展和成長。本研究以高中化學的重難點內容“離子反應的概念及發(fā)生條件、離子方程式的書寫及意義”為話題，以7名高級化學教師為研究對象，基于Loughran教授提出的CoRe模型，結合訪談法、文本轉錄法及內容分析法研究高級化學教師“離子反應”的PCK。

二、研究方法

1. 研究對象

“離子反應”建構起了研究水溶液化學原理所需的微粒觀和化學語言，是無機化學中電解質溶液、酸堿平衡、沉淀平衡等的學習基礎[2]，具有微觀抽象等特點，是高中化學概念建構的重難點[3-5]。“離子反應的概念及發(fā)生條件、離子方程式的書寫及意義”是該教學主題的第二課時，其教學設計和實施是教師建構離子反應單元教學結構的必要基礎，能夠體現教師在該單元的教學境界和水平，故能成為本研究的“話題”。以7位高級及以上職稱的高中化學教師為研究對象（見表1），他們均在西安及周邊城市的重點中學執(zhí)教，經驗豐富，教學成績顯著，受到了學生、同事們的一致好評。

2. 研究工具

PCK是教師在課堂教學實踐中形成的、面對特定學科主題、特定學生時所具備的相關教學策略及表征方法和理解學生學習的知識，也就是教師將特定的學科知識轉化為學生易于理解的形式的知識[1]。目前PCK研究主要圍繞教學目的知識、學科內容知識、課程知識、學生知識、教學策略與表征知識、教學反饋與評價知識等進行PCK維度的劃分[6-12]，表征方法主要包括：概念圖、卡片分類和圖片表述，聚合和推理，復合測定法，教學片斷法和CoRe模型。本文基于CoRe模型對教師PCK的探究視角，以及學者們對PCK內涵、組成的認識，決定采用的PCK維度為：內容知識、課程知識、學生知識、教學策略知識、評價知識。

本文以Loughran教授提出的CoRe模型[13]（全稱Content Representation Framework）為研究工具（見表2），對高級教師進行訪談并錄音，再將音頻轉成文本。將訪談文本依照上述維度進行整理，歸納出高級教師在各維度下的PCK。

表2中大概念的數量由教師自己決定，表示教師認為對學生理解某一主題至關重要的核心知識點。CoRe模型涉及8個問題，問題1是問教師對每個大概念要教什么；問題2是問教師，學生需要知道自己所講授的知識的原因；問題3是問教師此時不宜學習的內容，是對課程組織情況的認識；問題4、5、6是問教師對學生在某一主題學習時的前概念、選擇性概念、錯誤概念、思維方式等的掌握情況；問題7是問教師的教學策略知識，包括教學順序、表征方式、重難點突破等方面；問題8是評價知識，包括評價維度和評價方式。

三、數據分析

1. 內容知識

7位受訪教師分別從整體上介紹了離子反應主題的應授知識點（括號內為提及的次數）有：電離（4）、電解質（5）、非電解質（4）、強電解質（6）、弱電解質（6）、酸堿鹽概念（5）、溶解性表（2）、離子反應概念（7）、離子方程式書寫（7）、離子反應發(fā)生條件（7）、離子方程式意義（4）。例如T4教師談到“第一課時認識酸堿鹽的電離，電解質和非電解質的概念，電離的概念，易電離的物質寫成離子的形式，而且易電離，就涉及強弱電解質的概念。第二課時首先通過書本上的實驗體會什么是離子反應，然后就是離子方程式的定義及書寫，離子方程式的意義，復分解型反應發(fā)生離子反應的條件?！?/p>

對于第二課時“離子反應概念”，教師的教授內容見表3。可以看出，受訪教師主要是讓學生對電解質在水溶液中存在形態(tài)和行為方式進行理解，即全部或部分以離子形式存在，會電離和相互結合以形成更穩(wěn)定的化合物。此過程的宏觀現象是有難電離物質、難溶物質、易揮發(fā)物質、配合物生成或發(fā)生氧化還原反應，從而造成某些離子濃度發(fā)生改變。另外，部分教師還會結合實驗或將實驗生活化，激發(fā)學生學習的興趣，例如T7教師談到“通過幾組實驗讓學生感受物質之間的反應實際上就是離子之間的反應。實驗結束后，把實驗現象和微觀粒子聯(lián)系起來，讓學生體會其概念。” T6教師談到“清楚電解質和非電解質之后，再學離子反應。實際上這個課是從單一溶液到混合溶液的過渡，如AgNO3溶液與NaCl溶液混合后，離子在其中是一種怎樣的存在形式？實際上Ag+和Cl-減少了，化學反應的實質在此時就可以生活化了。學生上學是為了穩(wěn)定，學生來學習首先是把自己將來的生活穩(wěn)定下來。離子雖然看不見，但是它們在溶液中實際上也有這個思想在里面，都是為了尋求一種比原來存在形式更為穩(wěn)定的狀態(tài)，例如Ag+和Cl-結合生成AgCl，比原來的存在形態(tài)穩(wěn)定。Cl-與Ag+的結合，比與Na+穩(wěn)定。就是要生活化，學生就很有興趣，理論分析和投影展示相結合，得出離子反應的概念。”

對離子反應發(fā)生條件所要教授的具體內容，T1、T3、T5教師在訪談中未明確提到相關內容。T4、T6和T7老師強調在介紹離子反應發(fā)生條件時，主要是基于復分解反應。具體內容為生成難溶物、難電離物質或易揮發(fā)物質。其中T2教師談到“主要是結合離子能否共存來分析，離子之間結合生成難溶物、弱電解質、氣體、配合物和發(fā)生氧化還原反應就不能共存，即為離子反應發(fā)生的條件”?？梢钥闯?，T2教師對離子反應發(fā)生條件的理解是從“離子”角度進行的，歸納的比較全面；而其他三位教師是從“反應”角度解讀的。

大多數受訪教師采用傳統(tǒng)的“寫拆刪查”四步法進行離子方程式書寫的教學。在此過程中教師們十分重視建構學生的微粒觀，引導學生分析電解質溶液存在的具體形態(tài)。而T5教師則較直接拋開“寫拆刪查”程式化的訓練法，明確談到“離子方程式的書寫這一塊，先讓學生寫初三就熟悉的化學方程式，再分析哪些離子濃度可能會改變，然后根據這個本質寫它的離子方程式，如氫氧化鈉和鹽酸的反應，因為生成了水，使得氫氧根和氫離子濃度改變，所以反映本質是氫氧根和氫離子結合生成水。離子反應是表示化學現象的一種方法，高中階段更直觀體現了物質反應的本質，那么如何去表示這個反應過程呢？就有離子反應方程式”。可以看出，T5教師更注重從學生理解離子反應過程與本質的角度來書寫離子方程式，這樣一來離子方程式就是上述過程的化學語言表達。

受訪教師還一致認為離子方程式不僅代表一個反應，而且代表一類反應。

綜上所述，整理出高級教師“離子反應的概念及發(fā)生條件、離子方程式的書寫及意義”的內容知識：①高級教師要讓學生擁有的離子反應概念是對電解質在水溶液中存在形態(tài)和行為方式的理解，即會電離成離子，會相互結合形成更穩(wěn)定的化合物；②離子反應發(fā)生條件是離子之間能否相互結合形成難溶物、難電離物質、易揮發(fā)物質、配合物或發(fā)生氧化還原反應等；③離子方程式書寫主要是基于寫拆刪查四步法?；驅﹄娊赓|在溶液中的主要微粒存在形式的分析，考慮哪些微粒之間會發(fā)生反應，造成濃度的改變，最后寫出對應的離子方程式；④離子方程式的意義是不僅代表一個反應，而且代表一類反應。

2. 課程知識

受訪教師對離子反應第二課時的內容，圍繞課標、考綱、與其他課程內容關系、學生生活以及此時不宜學習的內容等方面進行了闡述。例如T1教師強調“離子反應的學習可以讓學生更好地認識電解質在溶液中的性質或行為，用離子反應的知識解決現實生活中或科研中遇到的問題。如草木灰為什么不能和氮肥共同使用？為什么氯化銨可以除去金屬表面的鐵銹？”T3教師談到“離子反應在前面物質的分類和后面氧化還原反應、元素化合物教學之間起到承上啟下的作用，甚至在選修4《化學反應原理》中大多數化學反應是離子反應，所以這節(jié)課在高中化學中占據非常重要的地位。另外，人生活在社會中到處都是電解質，人體本身就是一個電解質，人體的電解質紊亂就會生病。去輸液，醫(yī)生把藥物加到食鹽水中，目的是維持人體正常的生理平衡。人類做尿檢、血檢或處理水垢等都與電解質溶液有關?！盩4和T6教師談到“離子反應可以讓學生認識化學反應的本質，同時是學習水溶液中電離平衡、元素及其化合物的基礎?！盩5教師談到“首先這節(jié)課有課標的一個要求，必修1的前兩章是基本原理，而離子反應屬于化學基本原理部分，三、四章是元素及其化合物，而元素及其化合物是使用基本原理來解釋其組成性質的。高考考綱主要是針對離子反應方程式的書寫?！盩7教師提到“離子反應可幫助學生建構微粒觀。”

對于此時不宜教授給學生的知識點，受訪教師認為此時還不宜給學生引入較復雜的氧化還原反應、與量有關的離子反應、電離平衡常數等。例如T3教師談到“較復雜的氧化還原反應型的離子反應，學生接觸的不多，認知水平和知識能力接受不了，如KMnO4氧化HOOCCOOH等?！倍康闹R，受訪教師認為此時也不宜給學生引入，比如與量有關的離子反應。但是，T1教師談到“從知識的延伸來講，應當把電離度這個知識教給學生。因為這樣電離的百分率就能夠計算，電離程度大小就能進行比較了。否則有些問題只能硬性地給學生灌輸，那么知識的形成過程與演繹推理過程就沒了，學生就只能機械式記憶，化學教學的魅力也會更淡了?！?/p>

綜上，高級教師對離子反應主題第二課時的課程知識為：從課程價值角度考慮，離子反應是學習元素及其化合物、水溶液中的電離平衡的基礎，體現化學反應的本質，同時對于生活生產而言，離子反應的知識也隨處可見，還能幫助學生建構微粒觀。從課程組織角度考慮，不宜給學生引入較復雜的氧化還原反應和與離子反應有關的定量內容。

3. 學生理解知識

本文從學生的前概念、學習困難、錯誤概念、學生思維以及其他會對教學產生影響并與學生有關的因素等方面來呈現受訪教師的學生理解知識。

受訪教師一致認為離子方程式的書寫步驟——“拆”是學習難點，即學生不知道拆哪些？怎么拆？對于難點背后的原因，多數受訪教師認為“學生的化學知識容量太小，元素化合物知識太貧乏，且不知道哪些鹽溶于水，哪些鹽不溶于水”。另外，T3教師談到“學生沒有學習化學鍵等結構知識，空間想象能力有限”。T4教師談到“關鍵還是由結構決定的，學生缺乏這方面的知識，所以無法理解。內容較多，只能以定論的形式記憶，無法從根本上理解”。T6教師談到“對強、弱電解質的電離不講這個結構的話，學生還是很難理解的，只能死記硬背”?？梢钥闯?，受訪教師認為造成學生對“拆”存在困難的原因是：對物質的分類、元素及其化合物知識、物質溶解性知識的欠缺；化學鍵等結構知識的空白。學生錯誤概念也是基于對上述內容的掌握情況而出現的。例如，對于怎么拆的問題，學生對于酸式鹽的拆分會出現問題，對于微溶物的處理會出現問題等。同時，對于電解質、電離和離子反應概念理解不到位，也會造成將某些非離子反應當成離子反應，例如實驗室制氨氣的反應。所以，此時高級教師就會給學生強調，中學階段所出現的離子反應都是在水溶液中，幫助學生正確判斷哪些反應是離子反應。

關于學生的思維，受訪教師主要從學生已有的思維習慣、是否建立起微粒觀和需要學生具備的思維方式三個層面進行了解讀。例如T1教師認為“學生會存在一個思維習慣——用化學方程式表示物質間的反應，因為學生沒有理解強弱電解質在水溶液中的行為是什么樣。即沒有從微觀粒子的角度去認識物質，沒有建立起微粒觀”。T5教師談到“借助多種不同的手段讓學生去感知和理解，把不直觀的現象變成直觀的現象，仔細感受反應的變化過程。微觀想象思維和類比遷移思維很重要”。T6教師談到“抽象思維、空間想象能力很重要”。

在問及與學生有關的其他影響教學的因素時，受訪教師從不同的方面進行了闡述，主要有學生的記憶力、學生基礎知識的掌握情況、師生之間的情感、學生的研究能力等。學生的記憶力在離子反應概念建構教學中顯得較為重要的原因是，基于學生所儲備的知識有限，要拆分正確，需要記憶大量的新物質、物質的類別、物質的溶解性和拆分原則等。

綜上，高級教師對離子反應主題第二課時的學生理解知識，認為學生需要儲備的前概念主要包括：電離、電解質、強電解質、弱電解質、物質的溶解性、酸堿鹽知識、化學用語的正確使用等。造成學生對“拆”存在困難的原因主要有兩方面：一是對于物質的分類、元素及其化合物知識、物質溶解性知識的欠缺；二是化學鍵等結構知識的空白。學生錯誤概念也是基于對上述內容的掌握情況而出現的。對于學生的思維，高級教師主要從學生已有的思維習慣、是否建立起微粒觀和需要學生具備的思維方式三個層面進行解讀。而影響學生理解知識的其他因素有：記憶力、學生基礎知識的掌握情況、師生之間的情感、學生的研究能力等。

4. 教學策略知識

通過整理7位教師對“離子反應”主題在教學順序、表征方式及難點突破的教學方法，并結合他們對課堂的組織和管理手段，得到受訪教師對該主題的教學策略知識。見表4。

實驗、對比在教學順序方面，大部分受訪教師采用概念—條件—書寫—意義的順序。在表征方式方面，考慮到離子反應概念的抽象性，受訪教師采用實驗和多媒體動畫，將電解質在水溶液的行為顯性化，同時在理論闡釋時采用類比、舉例、證明等表征方式建構離子反應的概念。例如T5教師談到“有顏色的實驗，有沉淀生成，學生知道化學反應發(fā)生了，到底是哪些離子濃度改變？我會以動畫的形式把這個展示出來，如氫氧化鈉和硫酸的反應機理是什么？首先是鈉離子與氫氧根離子在一起，然后就分開了。學生通過動畫知道到底哪些離子會在一起，哪些離子不會在一起？這時給學生講，弱電解質、難溶物質是不會松開的”。T1教師提到“新課教學必須伴隨化學實驗，因為實驗現象直觀明了，如BaCl2+H2SO4/Na2SO4、Ba （OH）2+H2SO4、K2SO4+Ba （NO3）2最后都能得到白色沉淀BaSO4”。T6老師用國家需要穩(wěn)定來類比離子在溶液中也需要穩(wěn)定，解釋離子反應的實質是為了尋求一種比原來存在形式更為穩(wěn)定的狀態(tài)。用個子高矮類比酸性強弱，用身高的差異性類比酸電離氫離子能力的差異性。除此之外，受訪教師還會采用生活中的實例來證明“電離”“離子”的存在，讓學生用親身經歷來建構微粒觀。例如T1教師引用初中水溶液導電性實驗中“為了增強溶液的導電性，通常向溶液中滴加硫酸鈉或氫氧化鈉”，說明電解質在溶液中為什么是以離子形式存在。進一步解釋：為什么加入這些物質后，溶液的導電性就增加了，產生氫氣和氧氣的速率就快了？因為這些物質溶于水后，變成了離子，溶液導電靠的是離子的定向運動，外加直流電源后，陽離子向陰極運動，陰離子向陽極運動。定向運動的離子多了，溶液的導電性就強了，通過溶液的電流強度也大了，電解的速率也快了。同時聯(lián)系生活中電器著火不能用水澆滅所蘊含的電離知識，讓學生從離子角度去認識物質，引導學生建構微粒觀。高級教師在課堂組織和管理上已形成自己的管理理念與科學的管理方法，會根據課型和學生特點，采用不同的課堂組織形式來突破教學的重難點。

5. 評價知識

通過整理7位教師離子反應主題第二課時的評價維度和評價方式，得到受訪教師的評價知識見表5。

四、結論

（1）高級教師注重利用離子反應建構學生的微粒觀，強調離子反應概念是對電解質在水溶液中的存在形態(tài)和行為方式的理解。離子方程式是描述上述過程的化學語言，不僅可以表示一個反應，而且可以表示一類反應。

（2）高級教師對該主題的學生知識掌握全面。學生在學習離子反應時應具備微觀、抽象、類比思維。強調學生的記憶力對該主題學習的影響較大。

（3）高級教師在該主題教學步驟的設置、表征方式的選擇、重難點的突破、課堂的組織與管理都緊緊圍繞學生的認知基礎、認知特點來進行。高級教師會利用學生已有的生活和知識經驗，來加深對要建構概念的理解。高級教師會組織小組實驗、演示實驗、小組討論、課堂提問、觀看多媒體動畫等多種方式來開展教學，且在教學過程中會隨時根據學生的響應情況來調整教學步調。

五、啟示與建議

（1）學生知識是高級教師PCK的核心。高級教師都十分重視且擁有豐富的學生知識。因此，教師要注重研究學生，從知識、思維、興趣、愛好等方面建構自己的學生知識，并以此作為教學設計的依據。

（2）高級教師會依據主題知識和學生思維來選擇多種表征方式進行教學。注重在學生已有的知識經驗和生活經驗基礎上開展教學。因此，教師要研究生活，善于發(fā)現生活中的化學知識，并以此作為教學素材，促進學生對化學知識的理解。

（3）高級教師注重在知識與技能學習的基礎上進行學科觀念的構建，注意進行知識的統(tǒng)整和遷移。因此，教師要注重培養(yǎng)學生的學科觀念，促進學生學科思維的養(yǎng)成，以利于知識的遷移和應用，提高問題解決能力。

（4） 高級教師對PCK維度中的評價知識關注度普遍較低。而有效評價能影響課堂教學氣氛，激發(fā)學生學習的興趣，促進學生發(fā)展，提高課堂效率，有時甚至能影響學生一生的發(fā)展。因此，教師應注重評價知識，發(fā)揮其在教學實踐中應有的促進作用。

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