PCK視域下的初中物理概念教學(xué)探索

張少菊

摘 要

PCK理論指導(dǎo)下的物理概念教學(xué)，將幫助學(xué)生深入理解物理概念的內(nèi)涵和外延，領(lǐng)悟物理思想和方法，促使學(xué)生不僅習(xí)得知識(shí)，還能提升學(xué)科核心素養(yǎng)。作為實(shí)施PCK物理教學(xué)理念的教師，應(yīng)以利于學(xué)生終身發(fā)展為目標(biāo)，將社會(huì)對(duì)人的發(fā)展要求融入教學(xué)理念中，滲透到教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，合理有效地融合課程知識(shí)、學(xué)科知識(shí)、教學(xué)知識(shí)以及學(xué)生知識(shí)。

關(guān)鍵詞

PCK初中物理 課堂教學(xué) 概念教學(xué)

物理概念是物理學(xué)知識(shí)體系的基礎(chǔ)，是對(duì)物理現(xiàn)象概括、抽象的反映，也是對(duì)物理現(xiàn)象本質(zhì)屬性的反映。初中物理概念教學(xué)一直是教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分，它是物理教學(xué)的起點(diǎn)，是很多具體知識(shí)板塊的中心，也是學(xué)生將物理知識(shí)與實(shí)際生活聯(lián)系起來(lái)的紐帶。實(shí)踐表明，影響教學(xué)效果的主要因素，就是教師對(duì)PCK的掌握程度。

一、PCK（學(xué)科教學(xué)知識(shí)）的內(nèi)涵

PCK是“Pedagogical Content Knowledge”的縮寫(xiě)形式，翻譯為“學(xué)科教學(xué)知識(shí)”。1986 年，舒爾曼通過(guò)論證提出，PCK的實(shí)質(zhì)是整合某些特定學(xué)科的內(nèi)容與教學(xué)法，表現(xiàn)為教師以自己獨(dú)特的方式將特定學(xué)科的內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為各種有利于教學(xué)、有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)形式。2012年教育部頒發(fā)的《中學(xué)教師專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》將PCK列為中學(xué)教師必備專(zhuān)業(yè)知識(shí)要素中的核心知識(shí)。借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，筆者認(rèn)為，教師的PCK是對(duì)課程知識(shí)、學(xué)科知識(shí)、教學(xué)知識(shí)以及學(xué)生知識(shí)在不同情境下的有效融合，即根據(jù)學(xué)生的興趣特點(diǎn)與能力水平，將概念與問(wèn)題進(jìn)行重新組織和表征，以教師本身獨(dú)特的方式呈現(xiàn)出來(lái)的一種知識(shí)形式。

二、PCK視域下的物理概念教學(xué)本質(zhì)

如果將自然科學(xué)比喻為一座大廈，那概念就是建設(shè)這座大廈的水泥和磚瓦，是整座大廈最基本的單元。物理概念教學(xué)的本質(zhì)就是教師、學(xué)生、教法、教材、教具之間的相互作用和相互協(xié)調(diào)發(fā)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程，教師應(yīng)針對(duì)學(xué)生能力與興趣的不同，對(duì)物理概念教學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)、調(diào)整與展現(xiàn)，將物理學(xué)科知識(shí)上升為學(xué)生主動(dòng)獲得的一種“教學(xué)智能”過(guò)程（如圖1）。

三、PCK視域下的初中物理概念教學(xué)探索

1. 以課程知識(shí)為支撐，把握概念教學(xué)體系

課程知識(shí)指某個(gè)知識(shí)點(diǎn)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，還指新舊知識(shí)間的聯(lián)系、知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系。

例如，“速度”是初中物理第一個(gè)用比值來(lái)定義的概念，學(xué)生對(duì)這類(lèi)概念的學(xué)習(xí)尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)，這就體現(xiàn)了課程知識(shí)中“速度”在整個(gè)初中物理學(xué)科體系中的重要地位。以這一概念的建構(gòu)為支撐進(jìn)行教學(xué)，將對(duì)整個(gè)概念教學(xué)體系的把握起到關(guān)鍵作用。學(xué)生在小學(xué)數(shù)學(xué)已學(xué)過(guò)速度的計(jì)算，會(huì)認(rèn)為這一概念及公式的建立過(guò)程意義不大。教師可以從學(xué)生熟悉的運(yùn)動(dòng)員跑步的場(chǎng)面入手，先讓他們理解觀眾法和裁判法是比較物體運(yùn)動(dòng)快慢的兩種不同方法。觀眾法：當(dāng)時(shí)間相同時(shí)，通過(guò)的路程越長(zhǎng)的物體運(yùn)動(dòng)越快；裁判法：當(dāng)路程相同時(shí)，所需的時(shí)間越短的物體運(yùn)動(dòng)越快。

然后教師拋出一個(gè)情境：如果兩名運(yùn)動(dòng)員在比賽過(guò)程中的路程與時(shí)間都不相同，觀眾法和裁判法還能用嗎？如甲運(yùn)動(dòng)員在8s內(nèi)運(yùn)動(dòng)了50m，乙運(yùn)動(dòng)員在12s內(nèi)運(yùn)動(dòng)了60m，如何比較兩者運(yùn)動(dòng)的快慢呢？學(xué)生受經(jīng)驗(yàn)的影響，一般先想到觀眾法，算出兩者在1s內(nèi)分別運(yùn)動(dòng)了6.25m和5m，從而判斷甲運(yùn)動(dòng)得更快。此時(shí)教師就可追問(wèn)，裁判法是否管用？學(xué)生開(kāi)始思考，是否可以比較兩者運(yùn)動(dòng)1m所用的時(shí)間？通過(guò)計(jì)算，得出甲、乙運(yùn)動(dòng)1m分別需要0.16s和0.2s，從而作出判斷。

此時(shí)，教師即可用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)“速度”的概念：（1）用路程比時(shí)間計(jì)算出1s內(nèi)通過(guò)的路程，比值越大運(yùn)動(dòng)越快；（2）用時(shí)間比路程計(jì)算出運(yùn)動(dòng)1m所用的時(shí)間，比值越小運(yùn)動(dòng)越快。兩種比值都可表示運(yùn)動(dòng)快慢，但（1）更符合人們的思維習(xí)慣，因此物理學(xué)中就采用方法（1），將路程與時(shí)間的比值定義為速度，用來(lái)表示物體的運(yùn)動(dòng)快慢，其本質(zhì)與觀眾法一致。

這一概念的建立需要教師豐厚的課程知識(shí)做支撐。第一個(gè)比值概念的建立，為密度、壓強(qiáng)等教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。教學(xué)中，教師還要結(jié)合學(xué)生之前對(duì)速度的理解層次，引導(dǎo)他們通過(guò)生活經(jīng)驗(yàn)理解觀眾法和裁判法。這些環(huán)節(jié)都體現(xiàn)了課程知識(shí)的內(nèi)涵。掌握足夠的物理課程知識(shí)，教師才能深刻理解概念的內(nèi)涵與不同學(xué)生認(rèn)知根源的差距，以及前后教學(xué)間的相互影響，從而更加有效地開(kāi)展教學(xué)。

2.以學(xué)科知識(shí)為核心，理解概念教學(xué)本質(zhì)

學(xué)科知識(shí)是學(xué)科中最核心、最基本的知識(shí)，包含學(xué)科的思想、方法、精神和態(tài)度，是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展最有價(jià)值的知識(shí)。

例如，比熱容是初中物理中較復(fù)雜的一個(gè)概念，它是初中教材中用比值來(lái)定義的唯一涉及三個(gè)物理量的概念。在以往的教學(xué)中，教師往往通過(guò)教材上沙子和水的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，推理給出比熱容的定義，再通過(guò)一系列的習(xí)題加以鞏固。這種教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生只學(xué)會(huì)了比熱容的計(jì)算，對(duì)概念始終沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)。此時(shí)教師應(yīng)以學(xué)科知識(shí)為核心，自身先理解概念教學(xué)的本質(zhì)，合理設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程。既然影響物體吸熱升溫的因素較多——物質(zhì)的種類(lèi)、物體的質(zhì)量、吸收熱量的多少，那就建立一個(gè)三維直角坐標(biāo)系，把這幾個(gè)量同時(shí)展現(xiàn)出來(lái)（如圖2）。

圖中容器從中隔開(kāi)為兩個(gè)空間，底面的兩條邊分別代表兩種物體的質(zhì)量和比熱容，其中質(zhì)量相同，比熱容大的一側(cè)底面積大，倒入液體多少代表物體吸收熱量的多少。認(rèn)識(shí)了裝置，教師可拋出兩個(gè)問(wèn)題：（1）不同物體吸收相同的熱量，哪種物質(zhì)升溫少？（2）升高相同溫度，哪種物質(zhì)需要吸收更多熱量？接著讓學(xué)生通過(guò)倒液體活動(dòng)來(lái)體驗(yàn)這兩個(gè)過(guò)程。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：（1）等量液體倒入容器，底面積大的一側(cè)液面升高較低，即等質(zhì)量的不同物體吸收相同熱量，比熱容大的物體升高溫度少；（2）要使兩側(cè)液面升高到相同高度，則底面積大的一側(cè)需倒入更多的液體，即等質(zhì)量的不同物體升高相同溫度，比熱容大的物體，需要吸收更多的熱量。這兩個(gè)過(guò)程有效幫助學(xué)生理解了比熱容對(duì)于物體吸熱升溫的影響意義，也使學(xué)生對(duì)比熱容這個(gè)抽象概念有了更具體的認(rèn)識(shí)。

這一設(shè)計(jì)就體現(xiàn)了對(duì)學(xué)科知識(shí)中核心思想方法的重視，讓學(xué)生對(duì)概念本質(zhì)有了明確的認(rèn)識(shí)。對(duì)物理概念的分析與本質(zhì)的揭示，需要教師掌握扎實(shí)的學(xué)科知識(shí)。教師在設(shè)計(jì)概念教學(xué)時(shí)，采用直觀形象的教學(xué)手段，如上述比熱容教學(xué)模型，讓學(xué)生感知比熱容大的物質(zhì)就像一個(gè)大肚子，“容熱本領(lǐng)”更強(qiáng)，這樣，比熱容的內(nèi)涵就清晰明了了。

3. 以教學(xué)知識(shí)為手段，優(yōu)化概念教學(xué)效果

教學(xué)知識(shí)是為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生心理發(fā)展水平應(yīng)采取的具有合適表征內(nèi)容的教學(xué)手段和策略的相應(yīng)知識(shí)。

例如，升華和凝華是教材中六個(gè)物態(tài)變化中最后出現(xiàn)的兩個(gè)，此前學(xué)生已學(xué)習(xí)了汽化、液化、熔化和凝固的概念，不同于前面的是，升華和凝華的概念中都強(qiáng)調(diào)了“直接”一詞。如何在建構(gòu)概念時(shí)突出這一特點(diǎn)尤為關(guān)鍵。此時(shí)，教師就需要應(yīng)用好教學(xué)知識(shí)這一手段，讓教學(xué)效果進(jìn)一步優(yōu)化。

物質(zhì)在升華前是固態(tài)，而在熔化前也是固態(tài)，學(xué)生對(duì)生活中的熔化現(xiàn)象很熟悉，為了讓學(xué)生觀察到固態(tài)可以直接變?yōu)闅鈶B(tài)，教師可將普通冰塊和干冰同時(shí)放在一張有顏色的紙上，讓熔化和升華過(guò)程同時(shí)呈現(xiàn)。過(guò)段時(shí)間，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)普通冰塊體積縮小，墊在底下的紙明顯潮濕，即冰塊變成了水；而干冰體積也在減小，但底下的紙卻基本是干燥的，并未出現(xiàn)液態(tài)物質(zhì)，也看不到任何其他物質(zhì)產(chǎn)生，由此猜想干冰可能直接變成氣態(tài)跑掉了。此時(shí)，再讓學(xué)生想辦法證明干冰是否變成了氣態(tài)物質(zhì)。學(xué)生結(jié)合吹氣球的體驗(yàn)，會(huì)想到氣體能使氣球膨脹，于是把干冰放入氣球或者把氣球罩在裝有干冰的容器口，觀察氣球是否膨脹。顯然，通過(guò)這兩個(gè)活動(dòng)，學(xué)生就能真正理解升華的概念，明白“直接”的意義，凝華的概念建構(gòu)也就順理成章了。

以上設(shè)計(jì)體現(xiàn)了教學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，活動(dòng)完全適合學(xué)生的心理發(fā)展水平，教學(xué)效果良好。初中物理教師應(yīng)充分利用好教學(xué)知識(shí)，包括自身的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、教學(xué)理論及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有效設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，將學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生有效獲得的知識(shí)。

4. 以學(xué)生知識(shí)為起點(diǎn)，引發(fā)概念教學(xué)沖突

學(xué)生知識(shí)指不同學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)、認(rèn)知方式及差異；哪些知識(shí)學(xué)生容易理解，哪些知識(shí)容易混淆；學(xué)生常見(jiàn)的錯(cuò)誤是什么，如何幫助學(xué)生辨析和糾正等。

例如，升華現(xiàn)象可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)展現(xiàn)，而升華吸熱就沒(méi)那么容易感知了。以往很多教師會(huì)用溫度計(jì)測(cè)量放置干冰的容器，觀察溫度計(jì)示數(shù)下降，由此得出干冰升華是吸熱的。但這個(gè)過(guò)程顯然是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，因?yàn)楦杀旧淼臏囟染秃艿停词股A不吸熱，干冰也會(huì)跟周?chē)鷼怏w發(fā)生熱傳遞，使環(huán)境溫度下降。這個(gè)環(huán)節(jié)可以這樣設(shè)計(jì)，取兩個(gè)完全相同的容器，同時(shí)在里面加入溫度和質(zhì)量相同的干冰，并對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行測(cè)溫。可以觀察到，一開(kāi)始兩個(gè)容器中溫度基本相同，且溫度都在不斷下降，此時(shí)取出一個(gè)酒精燈讓學(xué)生思考：若用酒精燈給其中一個(gè)容器加熱，溫度會(huì)有什么變化？學(xué)生根據(jù)以往認(rèn)知，會(huì)猜測(cè)被加熱的容器內(nèi)部溫度較高。隨后教師演示實(shí)驗(yàn)，加熱的容器內(nèi)部降溫反而更快了。這就利用了學(xué)生已有知識(shí)，引發(fā)認(rèn)知沖突，迅速激發(fā)學(xué)生的好奇心。此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察并推理：加熱使降溫變快，同時(shí)內(nèi)部干冰減少速度也在變快，說(shuō)明升華加快的同時(shí)，降溫也加快了，即升華過(guò)程在吸熱。

掌握學(xué)生知識(shí)，了解學(xué)生的認(rèn)知水平是設(shè)計(jì)概念教學(xué)的邏輯起點(diǎn)。在以往的學(xué)習(xí)和生活中，學(xué)生已經(jīng)積累了大量的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，在學(xué)習(xí)中他們會(huì)根據(jù)這些已有的經(jīng)驗(yàn)理解新知識(shí)，當(dāng)兩者發(fā)生矛盾時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突。概念教學(xué)中，教師有意識(shí)地引發(fā)認(rèn)知沖突，可以使學(xué)生心理產(chǎn)生不平衡感，從而促使學(xué)生產(chǎn)生解決沖突的內(nèi)驅(qū)力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

四、反思與探索

概念的建構(gòu)過(guò)程就是揭示概念內(nèi)涵的過(guò)程，不能簡(jiǎn)單直接地下定義，否則學(xué)生只會(huì)死記硬背，無(wú)法真正理解其深刻的內(nèi)涵。教師要為概念教學(xué)巧妙設(shè)置真實(shí)情境， 把知識(shí)情境化，讓學(xué)生經(jīng)歷從“迷茫”到“領(lǐng)悟”的過(guò)程，對(duì)概念的認(rèn)知在真實(shí)情境與理性認(rèn)識(shí)的碰撞中不斷升華，讓概念真正經(jīng)歷“生長(zhǎng)”的過(guò)程。在理解概念內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，教師還可創(chuàng)設(shè)開(kāi)放性實(shí)踐體驗(yàn)，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中加深對(duì)概念的領(lǐng)悟，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新思維和科學(xué)態(tài)度，建立正確的物理觀念。

總之，概念教學(xué)在整個(gè)初中物理教學(xué)以及新課程的順利實(shí)施中有著無(wú)可替代的作用。相信PCK理論指導(dǎo)下的物理概念教學(xué)能夠幫助學(xué)生深入理解概念的內(nèi)涵和外延，理解其中蘊(yùn)含的物理思想方法。教師在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)充分運(yùn)用自身在實(shí)踐中積累的PCK，機(jī)智高效地幫助學(xué)生建構(gòu)物理概念，使其在知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)還能形成科學(xué)的物理觀念和思維，真正提升物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

（作者單位：江蘇省張家港市教師發(fā)展中心）