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

王 輝

（江蘇省宿遷中學(xué)，江蘇 宿遷 223800）

在基礎(chǔ)教育課程改革與實(shí)施的過程中，教師一直都是課程改革的重要參與者和實(shí)施者，尤其教師所具備的學(xué)科知識(shí)和教學(xué)知識(shí)，更是成為推動(dòng)學(xué)科建設(shè)的不可缺少的重要因素.自20世紀(jì)80年代，隨著教育研究的不斷深化，學(xué)科教學(xué)知識(shí)（Pedagogical Content Knowledge）對促進(jìn)教學(xué)和加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)理解起到的作用引起更多學(xué)者關(guān)注和重視，探索PCK理論的應(yīng)用也就顯得極為重要.物理作為科學(xué)科目的重要組成部分，更加需要對PCK理論予以深入研究，將其與物理教學(xué)的開展相融合，讓教師在物理教學(xué)中的作用得以充分發(fā)揮，才能從根本上實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合能力的提升，才能讓學(xué)生的物理思維得以發(fā)散.

1 PCK理論的內(nèi)涵

PCK，簡稱PCK，是美國學(xué)者舒爾曼于1986年提出的一個(gè)概念，認(rèn)為教師除了儲(chǔ)備一般學(xué)科知識(shí)、教學(xué)知識(shí)之外，還需要具備學(xué)科教學(xué)知識(shí)，也就是教師能夠?qū)⒆约核莆盏膶W(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為能夠?yàn)閷W(xué)生所理解的知識(shí)，能夠使學(xué)生簡單易懂.這也使得專家教師與一般教師、學(xué)科專家區(qū)別開來.

就PCK內(nèi)涵來說，其主要包括以下幾個(gè)方面：學(xué)科的知識(shí)——指學(xué)科中最核心、最基本的知識(shí)，學(xué)科的思想、方法、精神和態(tài)度，對學(xué)生今后學(xué)習(xí)和發(fā)展最有價(jià)值的知識(shí)；課程的知識(shí)——知道某一知識(shí)在整個(gè)學(xué)科體系中的地位和作用，與上位知識(shí)和下位知識(shí)的聯(lián)系，與新舊知識(shí)間的聯(lián)系，與兒童生活、經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系；學(xué)生的知識(shí)——了解不同學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)、認(rèn)識(shí)方式及差異，知道哪些知識(shí)學(xué)生容易理解、哪些問題容易混淆，學(xué)生常見的錯(cuò)誤是什么，如何辨析和糾正；教學(xué)的知識(shí)——指為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求，根據(jù)學(xué)生的心理發(fā)展水平，而采取合適表征內(nèi)容的教學(xué)手段和策略的知識(shí).PCK與學(xué)科知識(shí)的區(qū)別在于它是為了有效地傳授一門學(xué)科所必須擁有的知識(shí)，而不是知識(shí)本身；它是一種有關(guān)如何組織、呈現(xiàn)具體內(nèi)容、問題，并使之適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的興趣和能力的理解.

2 PCK理論指導(dǎo)下的“多用電表的原理”的教學(xué)分析

2.1 學(xué)科的知識(shí)

中學(xué)物理是科學(xué)課程中非常重要的一門課，它對我們了解客觀世界、學(xué)習(xí)探索世界的方法、培養(yǎng)科學(xué)的思維、形成科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任等都有非常重要的作用.

物理規(guī)律教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分.目的是闡述物理過程中內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系.教學(xué)中不僅要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理規(guī)律本身，了解它反映了哪些物理概念之間的聯(lián)系和制約關(guān)系，而且要使學(xué)生了解它的研究方法和適用范圍.歐姆表的原理是根據(jù)閉合電路歐姆定律，通過測量容易測得的電流，來實(shí)現(xiàn)測量較難測量的電阻，教學(xué)中要注意滲透這種轉(zhuǎn)換測量的思想.學(xué)生要了解多用電表的基本結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)使用多用電表.

2.2 課程的知識(shí)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》對“多用電表的原理”教學(xué)要求是：（1）通過對歐姆表的討論，進(jìn)一步提高應(yīng)用閉合電路歐姆定律分析問題的能力，知道歐姆表測量電阻的原理.（2）了解歐姆表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和刻度特點(diǎn).（3）了解多用電表的基本結(jié)構(gòu)，知道多用電表的測量功能.教科書通過例題的方式來講解歐姆表的原理，并沒有把歐姆表作為知識(shí)點(diǎn)來處理，而是從閉合電路歐姆定律應(yīng)用入手，旨在提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力.在學(xué)習(xí)歐姆表的基礎(chǔ)上，教科書通過“思考與討論”“說一說”欄目讓學(xué)生了解多用電表的基本結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用多用電表.

2.3 學(xué)生的知識(shí)

PCK的核心內(nèi)涵就是將學(xué)術(shù)形態(tài)的學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)形態(tài)的教學(xué)知識(shí)，以幫助學(xué)生理解、掌握和應(yīng)用.了解學(xué)生的認(rèn)知水平是我們教學(xué)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，要了解多用電表的原理，核心問題是多用電表在歐姆檔時(shí)測量電阻的原理，即歐姆表的原理.而歐姆表原理的核心閉合電路歐姆定律，學(xué)生已經(jīng)有基本認(rèn)知，學(xué)生已經(jīng)掌握了閉合電路歐姆定律的相關(guān)基本分析問題的能力.

2.4 教學(xué)的知識(shí)

PCK的本質(zhì)是教師關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)知識(shí).郝欽斯認(rèn)為，“教育的目的就是理解，而理解之外的任何東西都是多余的”.PCK理論的應(yīng)用將郝欽斯的此認(rèn)知深化.高中物理不僅需要學(xué)生對學(xué)科知識(shí)予以深化理解，而且需要教師對學(xué)生的理解和思維狀況的探究，基于學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生的理解，讓學(xué)生能夠就所學(xué)習(xí)的學(xué)科與相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行知識(shí)遷移，并達(dá)到更好的教學(xué)目的.讓學(xué)生能夠在基礎(chǔ)知識(shí)得以進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)上，達(dá)到實(shí)踐能力的提升.因此，教學(xué)設(shè)計(jì)要從學(xué)生的角度來思考，心理學(xué)研究表明，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，是根據(jù)自己已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來理解新知識(shí)，當(dāng)新知識(shí)與原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)發(fā)生矛盾時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突.因此，教師課堂教學(xué)中，應(yīng)該有意識(shí)的引發(fā)這種認(rèn)知沖突，產(chǎn)生解決這種沖突的需求，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性.

3 基于PCK理論的物理教學(xué)路徑

3.1 引導(dǎo)知識(shí)回顧

PCK理論指出，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，要從課程知識(shí)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，注重學(xué)生知識(shí)的銜接性與學(xué)習(xí)的有效性.教師在進(jìn)行知識(shí)講解的過程中，則可以從學(xué)生所學(xué)習(xí)過的知識(shí)入手，逐步引導(dǎo)學(xué)生對新知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握，從“舊”入“新”地進(jìn)行知識(shí)引導(dǎo)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的呈現(xiàn)，讓學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)積極性得以提升.

例如，筆者在進(jìn)行“多用電表的原理”教學(xué)過程中，便可以通過以下一道題目引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“舊”知識(shí)的回顧.

例1.如何將一個(gè)靈敏電流計(jì)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(gè)____（大或?。┑腳___（分壓或分流）電阻；

（B）電壓表：____（串或并）聯(lián)一個(gè)____（大或小）的____（分壓或分流）電阻.

這一道題是學(xué)生曾經(jīng)學(xué)習(xí)過的電表改裝.電流表和電壓表都是由靈敏電流計(jì)加電阻組裝而成的，它們都是根據(jù)電流的磁效應(yīng)制作的，表內(nèi)有一個(gè)磁鐵和一個(gè)導(dǎo)電線圈.通電之后，磁鐵會(huì)在電流作用下旋轉(zhuǎn)，電流越大磁鐵所產(chǎn)生的磁力也就越大，電流表的擺動(dòng)幅度也就越大.而電流（壓）表因?yàn)殪`敏電流的通過，所允許通過的電流很小，兩端所能夠承受的電壓也就很小.這樣就需要通過并聯(lián)/串聯(lián)的方式起到電阻分流/分壓的作用.通過這一道題目，學(xué)生則能夠喚起并加深對改裝電流表和電壓表的相關(guān)知識(shí)的記憶.

（1）改裝電流表.

并聯(lián)的電阻能夠起到分流的作用.這樣就會(huì)讓大部分電流通過并聯(lián)的電阻，小部分電流經(jīng)過表頭.而并聯(lián)的電阻的阻值R，可根據(jù)靈敏電流計(jì)的線圈阻值Rg、敏電流計(jì)最大量程Ig、電流表最大量程I來計(jì)算，所采用的計(jì)算公式是（I－Ig）R＝IgRg.

（2）改裝電壓表.

電壓表是將靈敏電流計(jì)與一個(gè)阻值較大的電阻串聯(lián)，串聯(lián)的電阻能夠起到分壓的作用，即使加上兩端比較大的電壓，大部分電壓也都加在串聯(lián)的大電阻上，表頭的電壓就會(huì)很小.串聯(lián)的電阻的阻值R，可根據(jù)公式U＝Ig（Rg＋R）計(jì)算（其中U為電壓表最大量程、Rg為表頭的內(nèi)阻、Ig為滿偏電流、R為應(yīng)串聯(lián)的電阻）.

立足于學(xué)生實(shí)際情況，從學(xué)生已學(xué)過的知識(shí)入手進(jìn)行知識(shí)講解，逐漸過渡到新知識(shí)的學(xué)習(xí)中來，能夠很好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提升，能夠讓學(xué)生的知識(shí)掌握更具連貫性，也是學(xué)生物理知識(shí)思維體系構(gòu)建的重要推動(dòng)，很好地實(shí)現(xiàn)了物理知識(shí)的傳授，是PCK理論知識(shí)應(yīng)用的重要方式之一.

3.2 理論應(yīng)用結(jié)合

PCK理論的應(yīng)用并不是簡單倡導(dǎo)教師將知識(shí)灌輸給學(xué)生，而是需要讓學(xué)生“知其然”且“知其所以然”.這就需要教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)候注重做好理論與應(yīng)用的結(jié)合，既讓學(xué)生了解物理知識(shí)原理，又讓學(xué)生能夠結(jié)合原理進(jìn)行知識(shí)應(yīng)用，讓學(xué)生能夠自行推動(dòng)原理應(yīng)用方法，真正做到“授之以漁”.

在進(jìn)行“歐姆表的原理”教學(xué)過程中，首先需要傳授學(xué)生該原理內(nèi)涵.筆者并沒有采用直接闡述歐姆表原理的方法，而是先讓學(xué)生做一個(gè)閉合電路歐姆定律的例題.

例2.如圖1所示電路中，電源的電動(dòng)勢E＝1.5V，內(nèi)阻r＝0.5Ω，電流表滿偏電流Ig＝10mA，電流表的電阻Rg＝7.5Ω，AB為接線柱.

圖1

（1）用一條導(dǎo)線把A、B直接連起來，此時(shí)，應(yīng)把可變電阻R1調(diào)節(jié)為多少才能使電流表恰好達(dá)到滿偏電流？

（2）調(diào)至滿偏后保持R1的值不變，在A、B間接入一個(gè)150Ω的定值電阻R2，電流表指針指著多少刻度的位置？

（3）如果把任意電阻R接在A、B之間，電流表讀數(shù)I與R的值有什么關(guān)系？

在這個(gè)例題的分析和解答中，通過具體的數(shù)據(jù)，使學(xué)生體會(huì)到閉合電路某一電阻的變化，會(huì)引起串聯(lián)在電路中的電流表讀數(shù)的變化，不同的電阻值和不同的電流表讀數(shù)具有一一對應(yīng)關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想電流表的讀數(shù)可以用來表示該電阻的值，進(jìn)而構(gòu)建出一個(gè)歐姆表的電路模型.這段教學(xué)設(shè)計(jì)，把歐姆表這一新知識(shí)，建立在對原有學(xué)習(xí)過程的體驗(yàn)上，通過對該體驗(yàn)的創(chuàng)造性聯(lián)想來形成新知識(shí).

歐姆表的工作原理是依據(jù)物理學(xué)中的歐姆定律，在閉合電路條件下，電源的電動(dòng)勢與內(nèi)部電阻保持恒定不變時(shí)，外電阻的數(shù)值將伴隨著電路中的電流發(fā)生變化，在電路的電流、電動(dòng)勢、內(nèi)電阻3者確定的情況下，根據(jù)歐姆定律的公式就可以計(jì)算出電阻數(shù)值.通過例題分析之后，學(xué)生對于該原理也有了一定程度的認(rèn)識(shí).為了鞏固教學(xué)效果，這時(shí)筆者設(shè)計(jì)如表1所示的表格，并結(jié)合學(xué)生對于歐姆表原理的掌握程度，有針對性地再進(jìn)行講解和薄弱點(diǎn)強(qiáng)化，從而讓學(xué)生深刻理解歐姆表刻度不均勻原因.這樣學(xué)生的知識(shí)理解則能夠上升到新的高度和層次，也能夠讓學(xué)生的知識(shí)掌握效果更好.教學(xué)設(shè)計(jì)如表1所示.

表1 歐姆表原理的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

PCK理論指出，教師需要通過一定的措施實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容表征與呈現(xiàn)手段的結(jié)合，讓學(xué)生能夠獲得活動(dòng)設(shè)計(jì)能力.教師也需要結(jié)合不同的教學(xué)內(nèi)容，選擇最優(yōu)的教學(xué)策略，將學(xué)生從知識(shí)點(diǎn)的死記硬背中解脫出來，讓學(xué)生能夠從原理推導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)題目的更好解答，對原理予以全面掌握.

3.3 實(shí)踐應(yīng)用探索

PCK理論提出，教師需要就學(xué)生學(xué)習(xí)過程中可能出現(xiàn)的困難予以充分認(rèn)識(shí)，并探索更好的方式幫助學(xué)生解決困難，讓不同認(rèn)知程度的學(xué)生都能夠深入理解所學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容，最大程度避免不同學(xué)生對知識(shí)的誤解.借助實(shí)踐活動(dòng)的開展，不僅讓課堂教學(xué)更為有趣，而且讓學(xué)生能夠從實(shí)踐中提煉知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)難度的跨越和解決.

例如，教師在進(jìn)行“多用表原理”教學(xué)過程中，便可以設(shè)置實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生來進(jìn)行多用電表的改裝和組裝.教師可以首先就歐姆表進(jìn)行電路改裝連接：所組裝的歐姆表包括干電池1節(jié)，電阻箱2個(gè)，靈敏電流計(jì)，滑動(dòng)變阻器等，其中干電池為1.5V，內(nèi)阻不知，靈敏電流計(jì)為100mA.并另行準(zhǔn)備若干導(dǎo)線.教師在組裝過程中“偶然”發(fā)現(xiàn)，歐姆表的兩個(gè)接線柱短接了，這時(shí)候?qū)W生則發(fā)現(xiàn)，歐姆表的指針并未歸零，此時(shí)就引發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)沖突，也讓學(xué)生陷入思考，如何解決“歐姆調(diào)零”的問題.解決該問題之后，教師則可以繼續(xù)連接電路的電源、電流，啟發(fā)學(xué)生探索歐姆表內(nèi)阻與歐姆調(diào)零之間的關(guān)系和意義.再由學(xué)生進(jìn)行歐姆表的改裝，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中驗(yàn)證提煉的理論是否正確.

此外，教師還可以給予學(xué)生機(jī)會(huì)讓學(xué)生進(jìn)行多用電表的組裝，在組裝過程中引導(dǎo)學(xué)生思考：3種電表在改裝過程中是否有共同點(diǎn)，其本質(zhì)是什么，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到電流表、電壓表、歐姆表都與靈敏電流計(jì)的改裝具有緊密關(guān)系，并由此而來.改裝的本質(zhì)都是電流與被測物理量之間建立來的一一對應(yīng)關(guān)系.這其中還引導(dǎo)學(xué)生思考電壓表、電流表、歐姆表都有1個(gè)表頭，3個(gè)電表是否可以合用1個(gè)表頭，并將電表3合1電路圖繪制出來（如圖2所示）.

圖2 電表3合1電路圖

實(shí)踐是學(xué)生獲得理論的真知，尤其對于高中物理教學(xué)的開展來說，更加需要借助實(shí)驗(yàn)的多樣化引導(dǎo)學(xué)生對知識(shí)予以理解.這也是PCK理論知識(shí)所蘊(yùn)含的豐富意義，是學(xué)生知識(shí)掌握的途徑.教師在進(jìn)行物理知識(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)候，也同樣需要深悟PCK理論內(nèi)涵，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式，從實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐活動(dòng)中提升學(xué)生的知識(shí)理解層次.

3.4 題目解答滲透

物理作為高中教學(xué)的重要科目，依然需要通過題目設(shè)計(jì)的方式驗(yàn)證學(xué)生的知識(shí)掌握程度.尤其在當(dāng)前考試大背景下，題目的設(shè)計(jì)和解答依然是高中物理教學(xué)不可缺少的重要內(nèi)容.PCK理論在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用并不否定題目對于學(xué)生知識(shí)理解的重要作用，做好題目的設(shè)計(jì)，借助題目引導(dǎo)學(xué)生知識(shí)掌握，傳遞知識(shí)內(nèi)涵也是教師所需要掌握的重要學(xué)科教學(xué)能力.

例如，筆者在進(jìn)行“多用表原理”教學(xué)過程中，便可以給出以下例題.

例3.如圖3所示，是一個(gè)多量程的多用電表示意圖，請說出開關(guān)S調(diào)到哪兩個(gè)位置多用電表測的是電流？電壓？電阻？在測量電流或電壓時(shí)，兩個(gè)位置中哪一個(gè)量程大？

圖3 多量程多用電表示意圖

在進(jìn)行此題目解答時(shí)候，教師則需要調(diào)動(dòng)學(xué)生所學(xué)習(xí)掌握的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)電流表應(yīng)與電阻串并聯(lián).由圖3可知當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S旋到位置1、2位置是電流表，此時(shí)并聯(lián)電阻越小，量程大.歐姆表要連接電源，那么開關(guān)S調(diào)到3、4兩個(gè)位置上時(shí)，多用電表測量的是電阻.如果要想測量電壓，電流表與電阻需要串聯(lián)，結(jié)合圖3可以看到當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S旋到位置5、6時(shí)，對電壓進(jìn)行測量，電流表所串聯(lián)的電阻越大，所測量的電壓值也就越大.

通過這樣一道題目，可以將學(xué)生之前所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，讓學(xué)生所學(xué)習(xí)的知識(shí)真正做到融會(huì)貫通，達(dá)到學(xué)以致用的目的.結(jié)合本題目，教師還可以設(shè)置其他問題，如當(dāng)開關(guān)S調(diào)到任意位置上時(shí)，都需要把A、B兩表筆短接，對電表進(jìn)行調(diào)零等，再就學(xué)生的物理思維予以延伸，亦或者對題目進(jìn)行“變型”，由此引申其他問題.這都能夠讓學(xué)生從一個(gè)“點(diǎn)”出發(fā)探索出“面”的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生能夠真正理解題目的解答方式.

例題對于高中物理教學(xué)的開展具有重要作用和影響，也是學(xué)生知識(shí)鞏固的重要方式.教師也需要就例題予以深入分析和思考，將PCK理論內(nèi)涵融入到例題設(shè)計(jì)中來，就學(xué)生的知識(shí)予以深化，幫助學(xué)生建立題目解答思維和路徑，讓學(xué)生的解題能力越來越強(qiáng)，讓學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用綜合能力得以提升.

物理學(xué)科知識(shí)在學(xué)科體系構(gòu)建中占據(jù)重要位置，是最基礎(chǔ)、最核心、最重要的物理知識(shí)，能夠讓學(xué)生的學(xué)科精神得以構(gòu)建，讓學(xué)生的思維體系得以建立，對于學(xué)生的知識(shí)掌握以及綜合能力提升都具有重要作用和意義.依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中的物理教學(xué)目的、一線物理教師的要求，以及高中生思維特點(diǎn)，教師更加需要具備基本、核心、重要的知識(shí)體系，并將所掌握的知識(shí)以簡單易懂、化繁為簡的方式教授給學(xué)生，從學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)興趣入手引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入到物理知識(shí)的學(xué)習(xí)中來，對學(xué)生的思維狀況予以深入研究，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的困擾.相信通過PCK理論的不斷深化和與物理學(xué)科的結(jié)合探索，物理教學(xué)的開展將會(huì)上升到新的高度，學(xué)生對于物理的學(xué)習(xí)過程也將會(huì)有新的感悟和體驗(yàn)，物理學(xué)科的教學(xué)也將會(huì)走上創(chuàng)新之路.