物理概念教學的PCK解析

摘要：物理概念是學生學好物理的關鍵，教師在物理概念教學過程中，應該采取哪些教學策略幫助學生建立正確的概念，這些教學策略選擇的依據是什么？近年來較為熱門的PCK理論可以給一線教師提供一些備課的新思路.本文以學生較難理解的“加速度”概念教學為例，談一談如何基于PCK理論選擇相應的教學策略，突破本節課的教學重難點內容.

關鍵詞：物理概念；教學策略；學科教學知識；PCK

基金項目：本文系江蘇省教育科學“十二五”規劃重點自籌課題“用PCK理論優化高中物理難點內容教學的研究”階段性成果之一（編號：B-b/2015/02/070）.

作者簡介：李英（1990-），女，福建福清人，碩士，中教二級，研究方向教育教學.

1 問題的提出

眾所周知，物理概念是構成物理學的基石，只有形成了正確的概念，才能有效地把握事物的本質和規律，并解釋和推理相關的結論.物理概念的重要性毋庸置疑，然而在物理概念教學的過程中我們究竟應該如何幫助學生建立正確的概念，不同的教師做法截然不同.那么為什么對于同一個概念，在教學實施過程中會有完全不一樣的表現？認真推敲不同教師的做法，不難看出，深層次的原因在于他們對概念教學理解方面的偏差，而理解偏差的來源正是教師本身的PCK——學科教學知識的不同.[1]

2理論基礎——PCK理論

PCK理論最早由斯坦福大學教授舒爾曼提出.他指出教師只擁有學科內容知識或者一般教學法知識是無法支撐具體教學的，所以有必要清晰地整合這些類型的知識，由此他提出了一個包括學科知識和它的可教性方面在內的新的知識形式，也就是學科教學知識PCK.簡單來說，PCK是指教師在面對特定的教學內容，針對不同的學生，將學科知識進行組織、調整與呈現，以進行有效教學的知識.舒爾曼在他的研究中將PCK內涵解析為以下四個部分：學生的知識；課程的知識；學科的知識；教學的知識.[2]而本文將從PCK理論的視角以加速度概念教學為例，討論概念教學的相關策略.

3“加速度”概念的PCK解讀

31學生對加速度知識的了解

教師的學生知識是PCK理論中的重要部分，它要求教師在備課前了解，學生關于即將學習的內容所具有的認知基礎、認識方式及差異，并且知道哪些知識學生容易理解， 哪些問題容易混淆，以及學生常見的錯誤是什么，如何辨析和糾正.趙凱華和羅蔚茵教授在《新概念物理教程-力學》中指出：加速度是人類認識史上最難建立的概念之一，也是每個初學物理的人最不易真正掌握的概念.加速度概念看不見，摸不著，在生活中如果沒有加以特定的引導，學生很難感受到加速度的存在.而且加速度不同于質點和速度的概念，對于質點和速度學生有知覺思維為基礎，比較容易理解，而且加速度這個概念具有“動態性”，學生理解起來，比較困難.那么如何引發學生學習的動機，在這個過程中，需要激活學生的哪些知識和經驗來幫助他們化抽象為直觀，是我們在教學設計過程中需要注意的問題.

片段1：創設情景，營造概念氛圍

情境1：播放錄像，比較飛機和汽車的運動快慢.[3]

學生會發現，用已學過的速度的知識，是無法準確描述究竟是哪個物體運動的更快.因為物體的速度會發生變化，而且這種變化有快有慢，教師適時地提出問題：如何來研究不同運動速度變化的快慢？通過生活中的問題激發學生學習新知識的迫切需求，引發學生自主學習的動機.

情境2：觀察實驗，讓小車從斜面頂端滑下，改變斜面傾角，研究小車的運動情況.為了方便觀察，可以采用頻閃照片，將兩次不同的運動過程記錄下來.

學生在這個過程中，可能做如下分析：由于路程是一樣的，而傾角大的末速度大，所以傾角大的小車速度變化的快.在這種情況下，我們需要展示情境3，具體如下：

情境3：讓小車從同一斜面不同的位置滑下，研究小車速度變化快慢的情況.

教師適時地提出問題：如何定義快慢？什么是速度變化的快慢？

32加速度的學科地位

加速度概念在物理學科中的角色地位如何？舒爾曼將這個問題概括為教師應當具備的課程知識.要明確并解決這個問題，教師需要知道所學內容在整個學科中的上位知識和下位知識、新舊知識的關系、所學內容與學生生活、經驗的聯系.在知識內容方面，加速度是聯系運動學和力學的橋梁，廣泛應用于動力學問題中.同時，加速度概念和學生上節課所學習的速度概念既有聯系又有區別，如何將速度概念推演到加速度概念，怎么樣將速度和加速度概念進行區別等，是我們需要考慮的問題.在思想方法上，加速度與學生之前學過的速度概念，以及后面要學習的功率的概念類似，都描述的是變化快慢的問題，所以在本節課的教學過程中，讓學生理解變化快慢或者說變化率的含義顯得尤為重要.再者，加速度是學生在高中接觸到的第二個“比值定義法”的概念，在后面的學習中，還有許多通過比值定義出來的概念，比如，電阻、電場強度、磁感應強度等，因此，關于比值定義法的有關內容，應該在本節課中有一定的體現.

片段2：鼓勵學生，嘗試定義概念

師：其實關于快慢的問題，并不是今天才接觸到的，你們在之前的學習中已經有一定的接觸了.你能想到哪些描述快慢的物理量？

生：速度，功率.

師：速度是描述位置變化快慢的物理量，功率是描述做功快慢的物理量，那么根據這些物理量的定義，你能否給快慢下一個定義？

生：快慢=……

師：那么速度的變化快慢可以如何定義？

生：速度變化的快慢=……

師：什么是速度的變化量？

生：末速度減初速度.

師：我們用加速度描述物體速度變化的快慢，因此，加速度就是物體速度的變化量與發生這一變化所用時間的比值.

33加速度的文化取向

何為學科知識？蘇爾曼認為學科知識就是要關注物理知識的文化取向.具體來說，學科知識就是指物理學科中最核心、最基本的知識，即學科的思想、方法、精神和態度，對學生今后學習和發展最有價值的知識.比如加速度這一節內容在教學設計的過程中，教師首先要搞清楚的問題是加速度這一節的內容和教育價值究竟是什么，它承載了哪些能力目標.如果對這一點老師沒有形成正確的認識，很可能接下來他的教學過程就是對定義的一掠而過，然后練習.在這種教學過程中，學生對于這個概念將是接受式的習得，機械的記憶，沒有真正的理解概念的內涵，雖然掌握了一定的題型和解題技巧，但是能力卻沒法得到發展.物理概念的形成過程是不可忽略的.首先，概念承載著培養學生思維能力的重要目標；其次，在物理概念的形成過程中蘊含了許多的科學方法，而科學方法教育不僅是中學物理教學的重要內容，也是培養學生能力的重要途徑.例如在加速度這一節內容中，筆者認為，應該更加關注科學方法的培養，例如類比、歸納總結和比值定義等.讓學生在已有的知識基礎上，主動探究，推理獲取知識對學生的科學方法的養成有重要意義，最關鍵的是，在這種教學模式培養下的學生，也許多年之后，學生也許會忘記加速度這個概念，但是科學方法卻會潛移默化地應用在學生的生活中的各個方面，這正是物理這門學科的文化所在.[4]

片段3：多種方法，科學記憶概念

師：從加速度的定義來看，它是某一個物理量和另一個物理量的比值定義而來的，這種定義概念的方式我們稱為比值定義法，你們還學過哪些是由比值定義法定義的概念？

生：速度、電阻、密度……

師：我們來看看這種方法定義出來的物理量有什么特點？能不能說質量越大物體的密度越大？是不是說物體的電阻和電壓成正比和電流成反比？速度的大小是不是由物體的位移決定的？請大家討論總結比值定義法的特點.

生：比值法定義出來的概念只和兩個物理量的比值有關，與他們各自的大小沒有必然的關系.

加速度與速度之間的關系是學生理解的難點，因此，在這里我們可以列舉一些生活中的實例來幫助學生理解.

師：請根據表1的數據尋找你需要的某一項或者某幾項來驗證上述判斷題的結論.

34教學策略的選擇

物理概念的建立應根據研究問題的需要，在觀察實驗的基礎上，在一定的背景知識指導下，充分分析客觀事物的各種屬性和特征，利用分析、綜合、比較、抽象、概括、推理、類比、等效等物理思維方法，抽象出客觀事物的物理共同屬性和本質特征的過程.而幫助學生建立概念最有效的方法就是重現概念建立的過程.也就是說應該讓學生在教師的引導下，去感受并揭示物理知識發生的原因、物理知識形成的經過以及物理知識發展的方向.在物理概念教學中，可采用充分還原稀釋的方法讓學生體驗物理概念形成的過程.要做到對概念充分還原，具體的操作方法可歸納如下[5]：

（a）讀物理史，啟發思維，歸納概念

（b）現象展示，歸納總結，凝縮概念

（c）借前概念，誘發沖突，獲得概念

（d）實驗探究，增強體驗，感知概念

（e）問題導學，自主點撥，明確概念

（f）應用類比，化繁為簡，引申概念

對教學策略的選擇，應該以一定的理論依據為基礎，而PCK理論恰好為我們提供了一個非常簡潔有效的模式.例如在加速度這一節課中，根據對學生情況的分析，在引入新課的過程中，筆者采用了展示現象的方法，誘發了學生學習的動機，營造一種概念建立的氛圍；在對學科知識進行分析后，采用實驗展示的方式，增強了學生的體驗，同時試探性的提出了概念；根據這節課的知識目標，選擇與速度類比的教學方式，同時應用類比的方法總結比值定義法的特點，并延伸到加速度和速度的關系，來幫助學生理解加速度的概念.最后通過典型例題的方式，幫助學生深入理解并規范應用概念.

片段4：巧設問題，靈活運用概念

問題1：汽車甲在10s內速度由10m/s增加到25m/s，求汽車甲的加速度.

問題2：汽車乙在10s內速度由25m/s減少到10m/s，求汽車乙的加速度.

師：通過計算，我們發現汽車乙的加速度是負數，負號代表的是什么含義？

學生可能會得到：若加速則加速度為正，若加速度為負則表示物體在做減速運動，那么教師可以要求學生把初速度方向規定為負方向，重新計算.計算發現，若正方向改變，則甲車的加速度為負，乙車加速度變成了正數.

師生共同總結：加速度是矢量，方向與速度變化量的方向相同.加速度的正負表示的是方向，正數表示與規定的正方向相同，負數表示的是與規定的正方向相反.

片段5：討論交流，正確規范概念

問題3：足球以8m/s的速度飛來，運動員把它以12m/s的速度方向踢出，踢球時間為02s，求足球在這段時間內的加速度.

學生自主解答，教師講解規范：在計算過程中，要注意規定正方向，速度變化量應該是末速度減初速度，會分析結果中的正負號的物理意義.

4思考與啟示

教師在教學活動中，最主要目標就是解決教什么，怎么教的問題.在設計教學活動之前，若能夠對學科知識和課程知識進行了解和研究，可以幫助教師明確這節課應該教什么的問題.對學生的學習情況，概念教學的教學策略進行了解，有助于教師解決怎么教的問題.解決了教什么，怎么教，這節課究竟應該怎樣高效的完成也就迎刃而解了[6].

其次，熟知PCK理論有助于教師更好的進行教學反思.教學反思是教師提高教學水平的重要途徑，PCK理論為教學反思提供了方向，從學科知識、課程知識、學生知識、教學知識進行反思，可以系統地觀察一節課的完整性以及教育性.

參考文獻：

[1]湯家合，同課為何會異構——以高中物理“功”的概念教學為例[J].教學月刊 中學版，2014，（8），63.

[2]吳加澍，中學物理教師的學科教學知識[J].物理教學，2012（12），5.

[3]姚維貴，注重科學方法滲透 引導學生自主探究——“速度變化快慢加速度”教學設計[J].中學物理教學參考，2011，（4），10.

[4]余傳輝，中學物理核心概念教學設計的基本基本模式探討[J].物理教學探討，2014，（8），64.

[5]王克田，走進名師課堂[M].山東：山東人民出版社，2010.

[6]翟俊卿，王習，廖梁.教師學科教學知識（PCK）的新視角——與范德爾教授的對話[J].教師教育研究，2015，（4），6 .