基于PCK理論引領下的課堂教學設計與反思

郭高峰

[摘 要]

基于PCK理論引領，遵循“明確教學目標→厘清學科核心價值→選擇合理教學手段”的設計思路，以“離子晶體”的教學設計為例，很好地詮釋了如何在教學設計中體現(xiàn)化學學科核心素養(yǎng)，取得了良好的教學效果。

[關鍵詞]

PCK理論；核心素養(yǎng)；離子晶體

一、關于PCK理論

PCK這一術語最早出現(xiàn)于20世紀80年代，舒爾曼教授和他的同事在《教育研究者》發(fā)表的一份研究報告中提出：教師應具有專業(yè)的學科知識及專業(yè)的教學知識，除此之外更需要掌握學科教學知識，即：用專業(yè)的學科知識與教育學內(nèi)容的融合去理解、組織特定單元的教學，按照學生易于理解的方式表達出來。此后國內(nèi)外很多專家對這一概念的外延和內(nèi)涵進行了拓展研究，其中尤以羅斯曼（Grossman）為代表在2005年把PCK定義為四個要素：“關于學科教學目標的認識、學生對某一主題的已有知識、課程和教材的知識、教學策略和呈現(xiàn)知識”。教師在實施課堂教學前需要仔細研究課程標準和教材，明確本主題在教材中的地位，根據(jù)學生的學習興趣和學習水平制定不同的教學策略，設置不同的教學情境在輔助化學課堂教學（圖1），PCK位于金字塔的塔尖。筆者在此基礎之上以PCK理論建構、以“離子晶體”的教學設計為例，談談如何進行有效地教學設計，體現(xiàn)化學學科核心素養(yǎng)。

二、基于PCK理論視野下的課堂教學設計

（一）明確教學目標

1.課標和教材解讀

高中化學選修3模塊《物質(zhì)結構與性質(zhì)》具有較強的抽象性，屬于較難理解的理論知識，但從微觀的角度去認識物質(zhì)結構有助于我們認識化學科學的本質(zhì)，因此物質(zhì)結構在整個高中化學中處于統(tǒng)領地位，而且物質(zhì)結構知識是化學核心素養(yǎng)中“宏觀辨識與微觀探析”和“證據(jù)推理與模型認識”形成的重要體現(xiàn)?！峨x子晶體》位于《晶體結構與性質(zhì)》的最后一個版塊，是學生在學習了晶體常識，對常見的分子晶體、原子晶體和金屬晶體的結構和性質(zhì)進行了學習和探究之后，已經(jīng)具備以下知識和技能（見圖2），有一定的遷移能力。

2.確定教學目標

（1）了解離子晶體的概念，能識別典型離子晶體的結構。

（2）了解離子晶體的一般特點并能確定離子的配位數(shù)。

（3）了解影響晶格能大小的因素，離子晶體的性質(zhì)與晶格能的關系。

（4）了解人類探索物質(zhì)微觀世界的重要意義，掌握物質(zhì)“宏—微”之間的關系。

（二）厘清學科核心價值

1.明確學科核心素養(yǎng)

化學是一門基礎性、創(chuàng)造性和實用性的學科，是一門研究物質(zhì)組成、結構性質(zhì)和變化規(guī)律的科學，是研制新物質(zhì)的科學，是信息科學、材料科學、能源科學、環(huán)境科學、海洋科學、生命科學和空間技術等研究的重要基礎。2014年3月在教育部印發(fā)的《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中，提出研制不同教育階段學生核心素養(yǎng)的結構模型，充分發(fā)揮課程在人才培養(yǎng)中的核心作用，基于此高中化學課程標準修訂組根據(jù)“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）”和高中化學課程特點，提出包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認識”“實驗探究與創(chuàng)新意識”“科學精神和社會責任”五個要素的高中化學核心素養(yǎng)（簡稱“化學核心素養(yǎng)”）。因此發(fā)展學生核心素養(yǎng)的主陣地在課堂，教師在整合教材內(nèi)容，依據(jù)學生知識發(fā)展下足功夫，著力培養(yǎng)學生與化學學科知識相關的關鍵能力和必備品格。

2.明確本課時核心價值

離子晶體是高中階段典型的四大晶體類型之一，由于離子晶體相對于其他三種晶體類型的微觀結構影響因素多，導致了微觀結構種類繁多，這一問題的解決，強調(diào)運用模型、借助多媒體輔助教學等方法，從粒子的微觀層面揭示物質(zhì)性質(zhì)的本質(zhì)，凸顯微觀表征，這無疑要求學生具有更高的分析問題的能力。本節(jié)課有意識地強化從微觀角度解釋宏觀物質(zhì)的性質(zhì)，引導學生關注物質(zhì)結構與性質(zhì)的學科價值，能從結構決定性質(zhì)的視角解決實際問題，比如：碳酸鹽的熱分解規(guī)律的科學解釋和地質(zhì)學中的巖漿析出規(guī)則。

（三）選擇合理教學手段

1.創(chuàng)設情境，導入課題

教學片段1：認識離子晶體

[師]展示兩組圖片（圖片1是常見的離子晶體圖片，圖片2是氯化鈉的宏觀圖片到微觀結構）

設計意圖：千姿百態(tài)的物質(zhì)世界蘊藏著無窮的秘密，通過多媒體展示美麗的晶體世界過渡到NaCl的微觀結構，揭示了宏觀世界“多樣”的背后隱含的規(guī)律所在，體現(xiàn)了化學核心素養(yǎng)中的“宏觀辨識與微觀探析”。

[師]什么是離子鍵？形成離子鍵的基本條件是什么？什么是離子化合物？

下列物質(zhì)中屬于離子化合物的有哪些？指出下列物質(zhì)中所含的化學鍵類型？

①Na2O2 ②SiO2 ③NaCl ④CaF2 ⑤H2O

⑥Cu ⑦Si ⑧C60 ⑨Na2CO3 ⑩CsCl

[生]……

設計意圖：通過回顧化學鍵的類型、離子鍵和離子化合物的相關概念引出新知識，有助于幫助學生設置臺階迅速進入離子晶體的學習。

2.核心教學，引導探究

教學片斷2：常見離子晶體的空間結構及影響因素

[師]展示氯化鈉晶胞，思考以下問題

①鈉離子和氯離子的位置？

②每個晶胞含鈉離子、氯離子的個數(shù)？

③與Na+等距離且最近的Cl─有幾個？（即Na+的配位數(shù)為多少？）它們形成的空間幾何構型是什么形狀？Cl─等距離且最近的Na+有幾個？

④每個Na+等距緊鄰的Na+共有幾個？每個Cl-等距緊鄰的Cl-共有幾個？

設計意圖：展示食鹽晶體的空間球棍模型，結合多媒體課件展示，讓學生直觀地觀察到NaCl晶胞的結構特點，并讓學生進行交流研討，自己得出結論，充分調(diào)動學生的興趣，發(fā)揮學生的想象能力，培養(yǎng)學生觀察晶胞分析相關問題的能力。endprint

[生]合作探究1：探究CsCl和CaF2的空間結構

（1）探究CsCl的空間結構

①銫離子和氯離子的位置？

②每個晶胞含銫離子、氯離子的個數(shù)？

③與Cs+等距離且最近的Cl─有幾個？它們形成的空間幾何構型是什么形狀？與Cl─等距離且最近的Cs+有幾個？

④每個Cs+等距緊鄰的Cs+共有幾個？每個Cl-等距緊鄰的Cl-共有幾個？

（2）探究CaF2的空間結構

①Ca2+和F-的位置？

②每個晶胞含鈣離子、氟離子的個數(shù)？

③Ca2+和F-的配位數(shù)分別為多少？

設計意圖：有了討論氯化鈉的晶胞的基礎，再來合作探究CsCl和CaF2的晶胞，凸顯知識教學的環(huán)環(huán)相扣，化學知識的學習并不是知識的疊加，而是學會從學科的視角去審視知識，從而學會科學的方法去解決問題。

[師]通過剛才的探討我們發(fā)現(xiàn)NaCl和CsCl都是AB型化合物，但是配位數(shù)不相同，CaF2晶胞中陰陽離子的配位數(shù)也不相同，你認為是什么原因造成的呢？

探究資料1：

設計意圖：學生通過猜想，通過提供相關探究資料和數(shù)據(jù)，讓學生得出相關規(guī)律，知道晶體中正負離子的半徑比可近似理解為“大離子堆積，小離子填空”，堆積類型不同，形成的空隙種類及數(shù)目也不同，只有陰陽離子的半徑比適當，晶體才穩(wěn)定，這是知識的升華。配位數(shù)與陰陽離子半徑比的關系也可以利用圖像進行計算，當然這對學生的數(shù)學知識（學科交叉）提出了一定的要求，但有助于學生對該問題的理解。

[師]離子晶體的結構類型還取決于離子鍵的純粹程度。共價鍵與離子鍵之間沒有嚴格的界限，離子鍵可以看作共價鍵的一種極限，當離子半徑大受相反電荷離子的電場的影響不再維持原來的球形而變成橢球形，離子鍵就向共價鍵過渡。通常可以認為，兩元素電負性差值遠大于1.7時，成離子鍵；遠小于1.7時，成共價鍵；如果兩元素電負性差值在1.7附近，則它們的成鍵具有離子鍵和共價鍵的雙重特性。

設計意圖：鍵性因素課本中并不作要求，事實上學生在學習了電負性的應用之后，不難理解離子鍵和共價鍵的相對性，同時也為學生進入大學以后的學習埋下伏筆。

3.抓住關鍵，深入理解

教學片斷3：探究晶格能與離子晶體物理性質(zhì)的關系

[生]合作探究2：試根據(jù)已有知識概括離子晶體的物理性質(zhì)（提示：從①熔、沸點②硬度③導電性④溶解性等角度考慮）

設計意圖：學生已經(jīng)掌握了一些典型的離子晶體的物理性質(zhì)，比如：氯化鈉、碳酸鈣等的物理性質(zhì)，從已有的知識出發(fā)歸納總結離子晶體的物理性質(zhì)，符合學生的認知發(fā)展，同時也培養(yǎng)學生對知識的整合能力。

[生]合作探究3：分析下表中的數(shù)據(jù)，回答有關問題。

（1）從數(shù)據(jù)可以看出，影響晶格能大小的因素有哪些？這些因素對晶格能產(chǎn)生怎樣的影響？

（2）試說出晶格能與晶體物理性質(zhì)有什么關系？

（3）工業(yè)上如何冶煉金屬鎂、鋁？為什么選用這種化合物？

設計意圖：利用表格中的信息數(shù)據(jù)分析影響離子晶體結構的因素，培養(yǎng)學生利用資料探索新問題的能力。鎂和鋁的冶煉是學生已知的事實，但學生對原料的選擇只是單純地依靠老師的灌輸，通過本節(jié)課的學習可以從理論的角度來解決原料的選擇問題。

4.解決問題，拓展延伸

①碳酸鹽的熱分解的一般規(guī)律。

②晶格能與巖漿析出規(guī)則的關系

③為什么食鹽的化學式用“NaCl”表示？（試從配位數(shù)思想和均攤法的思想兩個角度思考）

設計意圖：通過學生對核心問題的討論、探究，進一步提高學生對離子晶體結構和性質(zhì)的認識，培養(yǎng)了學生勤于思索、學以致用、積極實踐的科學態(tài)度和社會責任。

三、基于PCK理論視野下的教學設計反思

本課時通過結合模型教學和多媒體課件展示，讓學生直觀地觀察到各種晶胞的結構特點，并給學生提出了一系列的問題，促使學生去動眼看、動手做、動口說、動腦想，自己得出結論，充分調(diào)動學生的興趣，發(fā)揮學生的想象能力，不僅讓學生學到了知識，還培養(yǎng)了學生的觀察能力和想象能力，使學生的學習過程與認識過程統(tǒng)一為有機整體。

研究表明，PCK的實質(zhì)是教師運用自己的教學智慧將學科知識轉化成有助于學生理解的認知方式，通過分析教學知識，教師對化學學科知識、學科核心素養(yǎng)的理解會更加深刻，教師不再關注知識本身的講授，而是關注學生的已有知識，關注教學情境的設計，關注知識的整合，為此尋找更加有效的教學手段來幫助學生理解知識，從單純的知識教學轉變成培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的過程。可見，運用PCK理論指導教師進行教學設計，是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的有效途徑之一。

[參 考 文 獻]

[1]謝鴻雁.化學教師的PCK模型建構[J].教育理論與實踐，2016（10）.

[2]楊薇，郭玉英.PCK對美國科學教師教育的影響及啟示[J].當代教師教育，2008（1）.

[3]林小駒，李躍，沈曉紅.高中化學學科核心素養(yǎng)體系的構成和特點[J].教育導刊，2015（5）.endprint