基于PCK的高中化學教學實錄和反思

王澄

摘要：PCK是將傳統意義上獨立的學科知識、教學法知識和其他相關知識有機融為一體的復雜系統。本文通過對“酚的性質和應用”的教學實錄，探討如何在教學中落實PCK，提升課堂有效性，實現師生共同成長。

關鍵詞：PCK；學科教學知識；苯酚

文章編號：1005–6629（2015）4–0043–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

新課程實施以來，各種教學思想層出不窮，各種理念所關注的焦點也不盡相同。20世紀80年代，Shulman在《教育研究者》中首次提出PCK概念（Pedagogical Content Knowledge，即學科教學知識）。他將PCK定義為教師在教學過程中將學科內容和教學方法結合起來的特殊的知識[1]。基于文獻研究和理論學習，筆者發現國內外眾多學者對PCK要素的闡述雖然有一定的差異，但基本的要素和大致的框架沒有本質的變化，PCK要素都涉及了學科內容知識、關于學生的知識、教學法知識和教學評價知識，四個要素的融合運用是PCK的核心觀點。

1 設計思想

PCK理論的實踐過程體現出教師對化學學科內容知識特有的理解力。PCK的研究能幫助教師從化學學科專業的角度對教學的核心活動做出分析，界定核心概念，明確需要學習的內容，評估學生迷思概念，選擇學習內容和課程資源，開展學生活動，評價學生表現，修改完善教學過程。基于PCK的教學更有助于教師用系統的、聯系的視角分析教材，使學生學會從學科的角度思考和解決問題，激發學生的內在動機，提高學生化學學力，使教師成長為高成效教師和學科專家型教師，實現師生共同成長。筆者選取了高二選修5《有機化學基礎》中第二單元第2節“酚的性質和應用”為課題，基于PCK設計、實施、評價、反思和改進教學：以酚的代表物苯酚的結構為基礎、性質為重點，圍繞學生容易迷思的概念引導學生思考討論，組織相應的師生互動教學活動和評價活動。現將教學實錄與反思闡述如下。

2 教學實錄

環節一：學什么？

[PPT投影]手術室照片、教師身上闌尾炎手術留下傷口的照片。親身經歷在手術中縫合傷口時，使用石炭酸溶液處理刀口。字幕：“石炭酸是什么？”

設計意圖：用真實的場景激發學生求知欲，首尾呼應，從真實的問題開始，本節課結束時又以這個問題作為學生學習反思的切入點。

環節二：怎么學？

[學生活動]自主學習課本P71～73，獨立完成“是真的嗎？”：

1.苯酚分子中所有原子一定共平面，是真的嗎？

2.常溫下，苯酚是無色有特殊氣味的固體，是真的嗎？

3.常溫下，苯酚與水以任意比例互溶，是真的嗎？

4.苯酚俗稱石炭酸，苯酚具有酸性，是真的嗎？

[師生互動]學生A根據已有空間構型的知識，很順利地判斷“問題1”不是真的。教師追問“一定共平面的原子最多有幾個？”（12個）；“可能共平面的原子最多有幾個？”（13個）。教師手中拿有苯酚分子球棍模型，邊問邊旋轉C-O。

學生B根據自主學習判斷“問題2”是真的。教師展示裝有苯酚的試劑瓶，追問“為什么瓶中苯酚為紅色？”（被氧化了）；“苯酚和什么物質發生反應？”（空氣中的氧氣）；“苯酚體現什么性？”（還原性）；“苯酚能否使酸性高錳酸鉀褪色？”（學生B回答“能的吧”），學生B完成實驗，向高錳酸鉀溶液中滴加苯酚。教師用平板同步投影學生實驗。

學生C根據自主學習判斷“問題3”不是真的。學生C完成實驗：在試管中放入兩塊大拇指甲蓋大小的苯酚，加入約20mL的水，振蕩，觀察現象（學生D：變渾濁，苯酚沒有完全溶解于水中）。加熱，觀察現象（學生D：變澄清，苯酚不見了，可能和水反應了）。繼續將熱的試管放在冷水中，觀察實驗現象（學生D：變渾濁，又有苯酚了。剛剛應該不是反應是溶解，現在變冷又析出）。教師用平板同步投影學生實驗。

學生E判斷“問題4”是真的。教師將上述試管中的苯酚濁液平均分裝在兩支試管中，向一支試管逐滴加入氫氧化鈉溶液，3滴就使濁液變澄清；向另一支加入3滴水，濁液無明顯變化（學生E用平板同步投影、描述現象、歸納總結：苯酚和氫氧化鈉發生反應，苯酚有酸性）。學生寫出化學反應方程式，學生E在澄清試管上貼上標簽“苯酚鈉溶液”。

[過渡]除了與氫氧化鈉的反應能證明苯酚具有酸性，你還有哪些方法能證明苯酚的酸性？根據提供的實驗藥品和自己的興趣愛好，設計實驗方案和完成實驗預測，小組討論。

實驗物品：苯酚清液1瓶，pH計1支，表面被氧化的鎂條1塊，碳酸鈉溶液1瓶，膠頭滴管1支，試管若干。

[學生活動]獨立思考、完成實驗方案、進行實驗預測，小組討論、分享討論結果。

[平板投影]拍攝學生設計方案、投影，投影學生F方案，學生F對自己的方案進行評價（酸有五點通性，根據桌面上的物品，設計苯酚清液和指示劑、鹽、金屬、金屬氧化物反應）。學生G對學生F的方案進行評價（實驗方案中要說明取樣，pH計是儀器，不是指示劑）。投影學生G方案（見圖1中的“實驗”和“實驗預測”部分）。

[學生活動]分組實驗，記錄實驗現象。與實驗預測對比分析實驗結果（見圖1）。

[小組討論]

1.哪些現象也說明了苯酚有酸性？（學生H：苯酚清液pH為6.2，和鎂條反應產生氣泡，也說明苯酚有酸性）

2.根據實驗現象，你認為苯酚酸性的強弱如何？（學生I：苯酚是弱酸，沒有產生二氧化碳）

3.碳酸鈉溶液加入苯酚清液無現象是否說明兩者不反應？如何證明？

[小組討論]設計實驗證明苯酚與碳酸鈉溶液是否反應？

[平板投影]拍攝學生設計方案、投影：

學生J方案：取苯酚濁液，滴加碳酸鈉溶液；用水作對比實驗（教師演示該實驗，學生J用平板同步投影實驗）。

學生K方案：取苯酚清液滴加碳酸鈉溶液，再滴加氯化鈣溶液；取水滴加碳酸鈉溶液，再滴加氯化鈣溶液。

[師生互動]教師：設計的原理是什么？（學生K：苯酚和碳酸鈉反應的話，那么就沒有碳酸根離子，用氯化鈣就檢測不出來。為了排除是碳酸鈉濃度不夠，所以用水做對比實驗）

教師：本節課提供的碳酸鈉溶液是飽和的，你的方案對苯酚溶液和碳酸鈉溶液的用量有沒有要求？（學生K思考了一下：有要求，要防止碳酸鈉過量的。）

教師：怎么修正方案？（學生K：取苯酚多一點，碳酸鈉溶液加一滴）

教師：苯酚溶液能不能也定量表示一下，大家覺得取多少比較好？（試管的三分之一處）

[學生活動]學生K完成實驗：取苯酚清液約1/3試管，滴加1滴碳酸鈉溶液，再滴加氯化鈣溶液（無明顯現象）；取水約1/3試管，滴加1滴碳酸鈉溶液，再滴加氯化鈣溶液（產生白色沉淀）。教師平板同步拍攝實驗過程（見圖2）。

學生K在黑板完成苯酚和碳酸鈉溶液反應的化學方程式，其他同學在學案上完成。

設計意圖：利用自主互助教學法，選擇合適的教材資源，在教學中利用多種評價方式不斷改進方案，選擇最優實驗方案。培養學生對比意識和定量意識。苯酚濁液中滴加氫氧化鈉變澄清證明苯酚酸性的實驗由教師完成主要有兩個原因：①苯酚濁液的腐蝕性太強；②產物要用于生成苯酚的實驗。若氫氧化鈉過量，則生成苯酚濁液的時間較長，教師實驗可以控制氫氧化鈉用量。

環節三：學得怎么樣？

[展示]苯酚軟膏，拍攝說明書，平板投影。

[師生互動]教師：請你根據所學的知識，解釋苯酚軟膏的使用說明書。（學生L：不能與堿性藥物并用是因為苯酚有酸性，色澤變紅后停用是因為苯酚與空氣反應）

教師：還有同學補充么？（學生M：局部紅腫用酒精洗是因為苯酚極易溶于酒精）

教師：請M同學向大家說明一下他是怎么認識苯酚在酒精中的溶解性的。（學生M：課前我取了等量的苯酚，加入兩支試管。加入2mL酒精，振蕩后變澄清。加入2mL水，振蕩后變渾濁。對比說明，苯酚在酒精中的溶解度大）

[過渡]稀苯酚溶液不僅可以用做醫療中的消毒劑，苯酚在生產中的用途更多。但是苯酚的濃度一旦變大，超過5%，就會對人體造成傷害。所以工業上的含酚廢水直接排放，不僅對人類的生活造成危害，也是一種資源的浪費。利用含酚廢水來回收苯酚是兩全其美的好方法。回顧自主學習過程，思考如何快速檢測廢水中有沒有苯酚呢？（有同學說三氯化鐵，有同學說溴水）

設計意圖：構建明確的情境線，使用情境教學法，滲透化學“來源于生活、作用于生活”的學科思想，體現化學學科價值，驗證了體驗在學生認知過程中的重要作用。

環節四：進一步認識苯酚

[學生活動]學生N取稀苯酚約2mL，滴加三氯化鐵溶液，觀察實驗現象，表達實驗過程。

[師生互動]教師：請同學們預測，向苯酚清液中加濃溴水的實驗現象（有白色沉淀）。

教師：分組實驗。觀察、描述實驗現象。（學生O：沒有現象；學生P：不對，一開始有點白的，后來又沒有了）

教師：再次體驗這個實驗，仔細觀察，是否有P同學描述的現象產生？（大部分同學觀察到現象，仍有同學說沒觀察到，在未觀察到的同學中選擇兩位學生Q、R做探究實驗）

[PPT投影]教材第73頁上的活動探究及苯酚和溴水的反應方程式。

教師：你手中的苯酚到底有沒有發生這個反應呢？請小組內討論：如何設計實驗證明苯酚和溴水發生了反應。（學生Q：用pH計測定反應后苯酚溶液的pH為2.9。對比未加溴水的苯酚溶液pH為6.2，酸性變大，說明反應生成H+；學生R：向反應后溶液中加入硝酸銀，生成明顯的淡黃色沉淀。說明反應后溶液中存在Br-。得出結論苯酚和溴水發生了反應，生成產物HBr）

教師：實驗說明了苯酚和溴水發生了反應，為什么實驗結果并未出現預測的白色沉淀？三溴苯酚去哪里了？（學生S：苯酚濃度大，未反應完，生成的沉淀是有機物，溶解在有機物苯酚中）

學生實驗：重新取苯酚清液2滴加入約5mL水，加濃溴水，觀察實驗現象（有白色沉淀）。

[過渡]用這兩種方法測定廢水中有苯酚后，又該如何回收呢？

[PPT投影]含酚廢水的處理方法：①向含有苯酚的廢液中加入苯，靜置分層，分液；②取上層液體，加入NaOH的水溶液，靜置分層，分液；③取下層液體，通入二氧化碳。

[學生活動]獨立思考三個步驟的目的和涉及的化學方程式。小組交流匯報。

[學生實驗]學生E上講臺找到自己貼有“苯酚鈉”標簽的試管，學生T用實驗室制法制取二氧化碳氣體，將二氧化碳通入學生E手中的試管。教師平板同步投影實驗。學生觀察實驗現象，完成反應方程式。學生E和學生T在黑板板演。

[學生活動]根據黑板上的化學方程式，對比分析：向苯酚鈉中通入二氧化碳的產物是碳酸鈉還是碳酸氫鈉？完善反應方程式。

設計意圖：再次利用自主互助的教學方法，實驗探究、矛盾沖突、分析異常、重新體驗的方式帶領學生經歷從意外到困惑到突破后的喜悅。利用師生同臺、生生同臺實驗，構建了和諧的師生關系、同伴關系。

環節五：苯酚是什么？

[PPT投影]課本第66頁“觀察與思考”。

[小組討論]①為什么丁香油酚叫酚，膽固醇、肌醇叫醇？請觀察這三種物質結構上具有什么特點？維生素A、維生素E屬于醇還是酚？②請根據自己的理解，給酚類下定義[2]。

教師：回到本節課開始時的情境，小護士問：“石炭酸是什么？”你該怎么向她說明你認識的石炭酸？（學生自由發揮，根據自己的理解，解決小護士提出的問題，同時分享本節課的學習收獲和困惑）

設計意圖：系統、聯系地用好教材資源，改變常規的評價方式。根據學生的回答過程很好地測量和評價學生的表達能力、思維能力、自我評價能力，使師生在評價過程中平等對話、互惠互利、共同提升。

3 教學反思

PCK內在的獨特性主要包括了兩個方面：（1）PCK效力的發揮并不是某一個要素在起決定作用，而是多種要素相互交匯融合、相互影響的過程；（2）PCK涉及的四個要素存在獨立性[3]。

PCK對學科內容知識的研究顯示，本節課除了苯酚的概念和事實性知識外，還包含著學科結構知識。例如有關苯酚的兩個陳述：（1）苯酚固體和水混合形成濁液；（2）苯酚中的酚羥基能電離出氫離子。陳述1是通過觀察到的現象，使斷言得到證實。而陳述2和1形成了鮮明的對比，苯酚中的氫離子是看不到的。這個陳述依據這樣一個事實：以氫離子體現的特殊現象為基礎，通過假設、推論、驗證得到論證。兩種陳述的論證來自于不同的證據和不同的方式，這就是學科結構知識的重要體現。這些知識對于教學的設計產生重大影響。筆者認為化學學科知識不僅是定義和性質構成的知識體，更應該是培養學生認識世界的方法。教材P71～75上內容被理解為：苯酚是什么？（苯酚的化學式結構、苯酚的性質）；怎么發現苯酚？（檢驗苯酚）；為什么學苯酚？（含酚廢水的處理）。教學中僅考慮學科內容知識是不夠的，補充對學生因素的考慮才能使教學具有高效性，這就是PCK的初步呈現。

對學生知識的考慮需要教師回答這幾個問題，“為什么要教？”“教什么？”“教給誰？”“怎么教？”。這些問題的解決需要教師考慮學生所處的社會環境、學生對于苯酚理解的起點、學生有哪些思考方式和論證層次、學生可能出現的迷思問題、如何使學生走出迷思狀態等。結合學科內容知識和學生知識，筆者將本節課設計了一明一暗兩條線索。明線是“苯酚讓生活更健康”：手術用苯酚溶液防止傷口感染→生活中用苯酚治療皮膚病→苯酚是重要的化工原料，有回收價值→發現苯酚并回收。暗線是學生化學學力的培養：自主互助、實驗探究、用所學知識解決生活中的問題。在課堂動態生成過程中，暗線成為PCK設計理念的亮點。課堂教學的魅力在于生成性和不可預測性，教師并不一定能考慮到學生所有的迷思問題。在本節課環節二中，學生D將“變澄清”理解為發生化學反應，是教師未預設到的答案。教師根據學生提出的問題，結合教學法知識，調整預設過程，跟進實驗，分析現象，自我評價，幫助學生解決迷思概念。這個過程正是體現了PCK作為多因素融合開放系統的反饋、補償、再組織的特性。

在教師真正設計教學環節時，教學法知識被充分調用起來解決問題。本節課的設計考慮了以下幾個問題：“在以前的教學中行之有效的教學方法有哪些？”、“適合本節內容的有效的教學方法有哪些？”、“幫助學生掌握苯酚相關知識的樣例、表征、類比有哪些？”、“如何運用教材支持學生學習？”、“如何運用新技術支持學生學習？”、“學生對知識的理解如何表現？”、“學生的能力能否逐步提高？”、“如何支持學生能力提高？”。基于這些思考，筆者創設教學環境，激發學生學習興趣，使學生贊賞化學對生活的貢獻；進行了苯酚的性質及化學表征的教學，使學生掌握文字語言和化學表征之間的轉化；進行了與苯酚相關聯的教學，建立了研究苯酚的過程和日常生活的聯系，鼓勵學生參與討論和質疑，拓展對聯系的理解；進行了問題解決的教學，在苯酚的酸性、取代反應兩個教學片段中，由學生提出問題，分析解決問題的方法，實驗論證并解釋結果，培養學生思維的習慣，形成解決問題的一般過程；進行了化學交流的教學，給予學生交流的機會，規范學生的化學用語，促使學生在自主互助中進行化學交流；進行了化學推理的教學，從濁液中滴加氫氧化鈉論證兩者反應遷移到濁液中滴加碳酸鈉溶液，給予學生拓展化學推理的機會；進行了提高化學素質的教學，環節二中學生E親手寫標簽、貼標簽，在環節四中又找到該試管，進行后續實驗，強化化學實驗的基本要求，強化化學學科素養；在教學中充分利用科技，用平板播放PPT、同步實驗、拍攝學生方案，克服了個人進行試管實驗時可觀察性不強的弊端，使試管實驗這種化學教學中最常見的技術成為化學中最優質的教學資源。

PCK指導教學的最終目的是要求將教師知識轉變為課堂知識最終轉化為學生知識。這就要求教師能使用多種評價方法評價學生對苯酚的理解程度和學習表現。本節課選取了多種體現學生個性的評價方式，在教學過程和評價之間并沒用明確的界限，評價發生在教學中的各個環節。有別于一般教學評價，PCK更倡導在教學過程中融合教學評價，使師生經歷矛盾的沖突，利用評價產生的反饋知識，反思矛盾的緣由，發現迷思問題，不斷修正知識結構，最終完成高效的、有意義的學習過程。長期引導學生評價，有助于培養學生提出問題和解決問題的能力，更能拓寬學生學習的視野和提升思維的高度，最終促進教師的成長。本節課結束后，幾位同學對教學中的幾個片段進行討論和評價。湯某：“苯酚溶液中滴加濃溴水，pH由6.2下降為2.9，得出反應產物中含有氫離子的結論不科學。因為溴單質和水反應生成HBr，可能是這個酸造成的。”張某：“那么用Ag+測溴離子也不科學，可能也是溴單質和水反應生成的HBr。”經過湯、張同學所在小組的討論，該學習小組又去實驗室用水做了對比實驗。得出結論后，又提出質疑：“為什么是三取代？如何證明？”繼續進行數字實驗，控制苯酚用量，用光電傳感器和pH傳感器進行定量實驗。得出結論后繼續追問：“為什么是2，4，6取代？”對于這個高中階段較難完成的實驗，教師建議該小組的同學上網查閱資料。該學習小組搜索、閱讀、討論了2001年《化學教學》第8期的《苯酚與溴水取代反應的研究》。在學生提出質疑并設法解決的過程中，筆者思考的角度也不再局限于教材的教學要求。學生對知識的渴求促進了教師進一步的思考、學習和成長。

PCK不是教學中四個要素的簡單加和，筆者贊同把PCK作為一種復雜系統來理解，因為在教學設計和教學環節中很難把這四個要素剝離開來，本節教學實錄中使用的PCK模型可以用圖3做簡單表征。這四個要素在教學設計中的關系根據不同的課型不斷變化，這也是PCK內在獨特性的體現。每個教師具有PCK知識都不同，對于同一課題的理解也不同，這也是同課異構的本質原因。堅持在教學中踐行PCK，能使師生在課堂中實現共同生長。

參考文獻：

[1]張瑩.中學化學教師學科教學知識的課例研究[J].化學教學，2014，（9）：41.

[2]曹麗敏.“酚的性質與應用”教學設計[J].化學教學，2010，（6）：46.

[3]沈睿.復雜理論視角下對化學教師PCK的研究[D].上海：華東師范大學碩士學位論文，2012：106～109.