高中化學高級教師“苯”主題PCK的探查及啟示

劉艷 閆春更 陳浩浩 周青

摘要：基于教師訪談及其課堂教學視頻，以內容表征--教學經驗模型為主要工具對5名高級化學教師“苯”主題的PCK進行探查，結果表明，教師在“苯”主題下的PcK特征為學生理解知識、教學策略知識豐富，內容知識扎實但可拓展空間大，課程知識與評價知識的發展存在一定局限，在課程知識中較忽視對與“苯”內容相關的生產、生活、文化等社會因素的考量，在評價知識中忽視多元教學評價的認識功能，據此提出了相關教師發展與教學實施建議。

關鍵詞：學科教學知識;PCK;苯;內容表征;教學經驗

文章編號：1008-0546（2019）03-0002-06 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.001

一、研究背景

學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge，簡稱PCK）是由Shulman教授首次提出的，Shulman認為PCK的內涵是“教師將自己所掌握的學科知識轉化成學生易于理解的形式的知識，它代表的是“教師對學科內容知識與一般教學知識結合方式的綜合理解。PCK的提出為教師教育研究提供了一個新的研究視角，引起眾多教育學者對PCK概念、組分、理論模型及表征工具等的研究，使PCK理論逐步得到發展和完善。

教師PCK往往具有緘默性，因而對教師PCK的顯性表征成為PCK研究領域的重點課題。通過對優秀教師在特定學科內容主題中PCK的探查，將有助于刻畫教師PCK的理想輪廓，據此，不僅可以為PCK理論的發展提供實踐支撐，更能夠為各類教師在該主題下的學科教學知識的建構、完善與發展提供針對性的引導。本研究試圖以高中化學課程“苯”主題內容為例，探查優秀高中教師在該主題下的PCK情況，為教師專業發展與該主題下的教學改革提供參考。

二、研究設計

1.研究對象

學科內容主題：“苯”在《普通高中化學課程標準（2017年版）》中處于必修課程的主題4：簡單的有機化合物及其應用。苯是繼飽和烴與不飽和烴之后的一類特殊烴，它既有飽和烴的性質、又有不飽和烴的性質;并且又承接著選擇性必修課程模塊3中會學習到的芳香烴相關知識，各類連接不同官能團的芳香化合物都是以苯為本體。因此，“苯”主題在高中有機教學中處于橋梁地位，具有承上啟下的作用，是有機物的典型代表。

優秀教師：本研究選擇了5位高級化學教師，其基本信息如表1所示。

2.研究工具

本研究用來表征PCK的工具是John Loughran教授提出的內容表征（content Representation，簡稱CoRe）--教學經驗模型（Pedagogicaland Professional-experience Repertoire，簡稱PaP-eRs），即內容表征--教學經驗模型。該模型由內容表征和教學經驗敘述兩部分組成：CoRe模型用表格的形式從整體角度概括性描述教師PCK，見表2，表中橫行的科學概念的數量由教師實際教學而定，縱列中的8個問題是探測教師PCK的途徑。問題1是探測教師的具體教學內容知識;問題2是探測教師對課程價值的認識;問題3是探測教師對課程組織情況的認識;問題4、5、6探測教師對學生理解知識的認識;問題7是探測教師的教學策略知識;問題8探測教師評價知識的認識。

教學經驗模型主要從細節描述教師的訪談錄音片段或課堂教學片段，輔助闡述內容表征相對應的框架內容，其表達方式可以是圖表、表格、描述等。內容表征--教學經驗模型兩部分互為補充、相輔相成，將結構化表征方法與細節敘事方法結合起來，從整體和細節兩個角度全面地表征教師在特定主題下的PCK。

本研究以Park建構的教師PCK的五邊發展模型為分析框架，對基于內容表征--教學經驗模型探查得到的教師PCK結果從以下五個維度展開分析：內容知識（核心概念及具體內容）;課程知識（課程價值和課程組織）;學生理解知識（前概念、錯誤概念、學生思維等）;教學策略知識（教學順序、表征方式、重難點突破等）;評價知識（評價維度、評價方式）。

三、數據分析

1.內容知識

有關苯主題的內容知識，受訪教師提及了苯的物理性質、苯的分子結構、苯的化學性質，整體歸納如表3所示。

例如，對于苯的物理性質，T1通過介紹科學家法拉第從煤油中提取苯的過程，講述苯的物理性質;T2通過展示實驗室中苯試劑，讓學生自行歸納苯的物理性質。對于苯的結構，T2談苯的成鍵特點為“通過苯分子球棍模型總結苯分子結構的特點，苯分子結構是正六邊形結構，所有的碳氫原子共平面，各個鍵角120。，6個碳原子等效，6個氫原子等效。”對于苯的化學陛質，T2在講到苯的取代反應時，延伸了苯的取代反應的價值，“苯是一種基本的有機化工原料，很大程度上是苯發生的一系列取代反應，生成的取代物是醫藥、橡膠及農用化學品的原料。”T4在教學過程中首先從結構上預測了苯的化學性質：“苯分子結構中存在介于單鍵與雙鍵之間特殊的價鍵，故推測其可能會發生取代反應和加成反應。”整體可見，受訪教師以自己豐富的經驗與教學技能，從不同的角度介紹“苯”主題，能夠將教材與課外教學資源整合應用，在內容設置上不僅加強了知識間的銜接與聯系，更增加了教學的趣味性與學生學習的探究性。

2.課程知識

有關“苯”主題的課程知識，從課程價值、課程組織兩方面歸納如表4所示。

關于苯的課程價值，受訪教師主要從科學本質、思維訓練、與其他內容知識的相關性和知識應用等幾個方面進行了闡述。例如T1主要從科學本質來說明苯教學的課程價值：“科學的本質就是建立在事實上的規律，本節課最大的價值就是讓學生認識到科學的本質或科學研究的過程。”T5談到了“苯”主題對學生思維的訓練：“通過設置合理的教學問題，讓學生以小組形式去探究苯分子的結構，隨著問題的層層推進，能夠很好地培養學生的邏輯推理能力與科學探究意識。”

談到與其他課程內容關系時，受訪教師認為“苯”主題是甲烷與乙烯知識的綜合運用，例如碳碳雙鍵能使酸性高錳酸鉀和溴水褪色、不飽和時可能存在碳碳雙鍵或碳碳三鍵等知識;受訪教師均從知識應用方面說明了苯的重要性，例如T1教師在課堂上講到，“苯從剛開始在煤氣廢料中發現到如今遍布我們日常生產生活，體現了我們化學學科研究的重要性與對人類所做出的重大貢獻。”

對于“苯”主題學生的前概念知識，受訪教師基本一致認為，甲烷與乙烯的相關性質是影響苯主題教學的重要知識。例如T2談到“教學過程中會利用甲烷與乙烯的化學性質去探究苯的結構”。T2課堂教學片段：“師：既然苯是不飽和烴，根據不飽和烴的性質，苯能否使酸性高錳酸鉀和溴水褪色呢（實驗演示）？學生：觀察現象，不能，說明苯分子不存在碳碳雙鍵或三鍵。”

對于課程組織中此時學生不宜學習的內容，5位教師均認為涉及雜化軌道等大π鍵在此時不宜講解，學生在必修課程中只需認識到苯分子結構中存在一種介于單鍵和雙鍵之間的獨特的共價鍵即可。T1談到“苯的化學鍵鍵參數也不宜在此時學，因為太多的信息反而給學生造成困擾。”T3認為“這一階段苯的學習重點在于讓學生形成結構決定性質的化學思維，化學性質的學習在于印證結構的特殊性。”

綜上，高級教師在課程知識維度注重學生在有機學習過程中的學科精神與學科思維方式的培養。高級教師在課堂中不僅僅教授學生有機知識，更重要的是通過物質結構、性質及用途之間的關系，溝通了有機知識與化學觀念的內在聯系，使學生在有機知識的學習中形成化學學科思維方式。

3.學生理解知識

圍繞前概念、學習困難、錯誤概念、學生思維對5位受訪教師的學生知識整理分析，見表5。

對于學生的學習困難，T3談到“對于‘介于單鍵與雙鍵之間的獨特的共價鍵學生是不容易接受的，單鍵就是單鍵，雙鍵就是雙鍵，介于單鍵與雙鍵之間的是什么鍵？很容易給學生造成困惑。”T1談到“在推斷苯的分子結構時學生思維容量大，從鏈狀烴到環狀烴的轉變、從單雙鍵交替到介于單鍵與雙鍵之間，學生思維上要經歷兩次轉變過程，容易造成思維混亂。”

對于本節課學生的錯誤概念，只有T4談到“學生會在凱庫勒結構式出現迷思點，由于歷史沿用的原因，學生很容易將凱庫勒結構式看作苯的真正結構，從而不能深刻地理解苯的分子結構。”

對于學生思維，T1談到“化學史上苯的發現過程就是一個充滿邏輯推理的過程，苯分子從開始的鏈狀結構到凱庫勒式，再到鮑林式，經歷了一系列的基于事實的邏輯推理，在課堂教學中引導學生重走苯發現的歷史之路，能夠很好地鍛煉與培養學生的邏輯推理能力。”T2談到“在教學過程中也要注意學生宏微結合的化學思維方式。苯結構的探究充滿著宏觀實驗證據，學生要注重將宏觀的實驗現象對應到相應的微觀結構中去。”

關于影響教學的其他因素，T4談到“要充分利用前面所學的知識，以便更好地完成整個苯主題的教學。”T3談到“苯主題的教學是一堂探究課，關鍵是要充分調動學生探究的積極性。”

4.教學策略知識

關于教師教學策略知識PCK的探究主要從教學順序、表征方式和重難點突破等三個方面來表征，見表6。

（1）教學順序

T1、rr2、T3教師與T4、T5教師對于苯的應用的講解順序不同，前者放在最后講，后者則開篇講。苯的應用的講解是學生體會學以致用的過程，例如，T1教師談到“苯作為重要的有機原料，學生是有必要了解其生產應用的，放在最后講解是讓學生體會到學習苯的實際社會價值。”而T5教師則表示“先學習苯的應用，讓學生明白后續學習內容與生活實際是緊密聯系的，而且也讓學生對苯有一個宏觀的認識。”

在整個教學流程中，受訪教師均以苯的發現化學史為導線，展開了探究式的教學活動。受訪教師主要利用苯的發現史作為推進課堂教學的工具，讓學生跟隨歷史，帶著問題去探究，體會科學發現的艱辛與樂趣。綜合5位教師的課堂記錄，總結得到如圖1所示的苯的結構的教學流程圖。

化學史料1，利用法拉第在煤氣廢料中發現苯的事實，引導學生歸納得到苯的分子組成。例如T2教師通過史料提問學生：“假如你是法拉第，你如何確定苯分子中只含有碳、氫兩種元素？”并引導學生通過小組討論得出使用定量燃燒的方法得到苯的分子組成。T2教師通過設置激疑，不僅激發學生興趣，而且間接地引導學生學會推斷有機物成分的方法。

化學史料2中，通過展示德國科學家米希爾在實驗室制得苯與法國科學家日拉爾確定苯分子中碳元素含量為92.3%的科學史料，讓學生初步探索苯的分子式。例如T4教師在課堂教學中，讓學生在已有數據的基礎上計算得到苯的分子組成，學生從計算中也得到苯是一種不飽和烴，推測苯燃燒的現象，通過演示實驗驗證，并讓學生書寫苯燃燒的反應方程式。

化學史料3中，介紹限于當時科學發展的“碳四價學說”與“碳鏈學說”理論，引導學生根據分子式推測苯的可能結構，學生展示一系列符合C6H6的結構簡式。如T3教師在課堂教學中，引導學生自由組裝球棍模型進行推測苯的結構。T3教師在訪談中提到“組裝球棍模型推測結構的形式，能最大限度地引導學生對苯結構的想象，因為在這個過程中，學生已經能夠想到將球棍模型組裝成環狀結構，這為后面的學習奠定了良好的基礎。”

化學史料4中，受訪教師利用凱庫勒提出的環狀結構使學生產生認知沖突。例如T1教師在介紹苯的環狀結構的教學過程為：結合凱庫勒的“夢”的故事，給出凱庫勒式，并提問：“凱庫勒式是否與事實相符，如何證明？”然后列舉了如下事實：“1.鐵粉做催化劑，苯與液溴發生取代反應生成苯的一溴代物只有一種結構;2.在一定條件下，1mol苯可以與3mol氫氣反應生成環己烷”，利用事實反向證明其合理性。然后又提出苯的鄰位二溴代物也只有一種結構的事實，讓學生在認知上產生沖突，并且也為下面“介于單鍵與雙鍵之間的獨特的共價鍵”、“苯的鍵都是相同的”等知識提供了事實依據。

化學史料5中，教師此時利用原子力顯微鏡拍下苯結構的有力事實，采用講解的方式讓學生清晰地認識苯結構，引出“介于單鍵與雙鍵之間的獨特的共價鍵”的說法。例如T1教師談到“要用科學事實向學生說明苯結構中不存在單雙鍵交替的情況，但是苯卻具備一些單鍵與雙鍵的性質，這是一個辯證的過程，要給學生講清楚。”

（2）表征方式

關于表征方式，T1、T2教師通過實物展示的苯試劑，讓學生觀察總結得到苯的物理性質。T3教師引導學生自由組裝球棍模型來推測苯的可能結構。學生在紙上畫出的結構沒有立體感，而學生通過組裝模具，不僅能夠增加感官效果，更能激發學生的創造性思維。T4教師通過實驗演示驗證苯的成鍵特征，并用化學方程式等符號的形式表征苯的化學性質。

（3）難點突破

關于苯主題教學中苯的結構這一難點的突破，受訪教師通過化學史料及有力的實驗事實使學生理解苯的正六邊形結構及“介于單鍵與雙鍵之間的獨特的共價鍵”的合理性，讓學生體會到這是苯發現過程中經由不斷的科學事實的必然結果。

5.評價知識

受訪教師對于“苯”主題評價知識維度PCK，主要從評價維度和評價方式兩方面呈現（見表7）。教師最常用的評價方式是課堂檢測，主要提問的內容是有關苯分子結構的知識。討論、學生互評的評價方式雖然大多數教師也使用，但很少引導，所以討論的評價方式的效果不明顯。對于評價反饋，T1教師談到“通過及時課堂檢測回饋，部分學生還是對苯的結構的認識不夠深刻，對苯的成鍵特點難以理解，不過隨著習題練習，以及后續課程的學習，這種困惑會得到解決。”

四、結論與啟示

通過研究，可以總結出5位高級教師PCK的整體特征如下：

（1）5位高級教師的內容知識比較一致，教材和課程標準是教師PCK內容知識形成的重要參考，同時，在內容知識維度具備較強的對教材內容的重新選擇和組織的意識與能力，并結合教材以外的教學資源組織教學。

（2）在課程知識維度注重對學生科學精神、化學思維的培養。受訪教師都對“苯”主題的課程價值有準確的評估，并在教學過程中盡力去體現課程的價值。另外，5位高級教師對課程組織也有恰到好處的把握，盡量不涉及雜難的相關知識，以免給學生帶來困惑。但對課程知識的認識比較局限于學科視野內，對生產、生活、社會文化的因素考慮相對較少。

（3）高級教師具備豐富的學生理解知識和教學策略知識，二者聯系緊密，受訪教師所掌握的學生知識會很大程度影響其教學策略知識。如5位高級教師依據多年教學經驗對學生的前概念的了解，在教學過程中會合理地安排學生利用前概念遷移學習新知識，并且利用對學生學習困難的了解，在教學中設計相關的教學策略突破重點。

（4）在評價知識維度，5位高級教師均采用多元化評價的形式，主要是以課堂提問、習題檢測為主。雖然也涉及到討論、學生互評等評價方式，但教師的管理引導不夠，使其僅流于形式，并未體現實際的評價效果。另外，5位高級教師對于評價反饋沒有整理總結，也沒有與學生理解知識建立緊密聯系，反映出評價知識發展的不平衡。

啟示與建議：優秀教師在“苯”主題內容下的PcK發展表現出學生理解知識、教學策略知識的豐富和突出，對于新教師而言，應該在教學中主動加強對學生的認識尤其是通過多種途徑掌握學生有關“苯”的學習情況，據此開發相應教學策略。優秀教師內容知識總體一致但潛力空間大，如表現在對教材以外的多種教學資源的個性化運用方面，對于教師而言，應注重對教材內容的二次開發，注重在課程標準的理念引導下，大力開展形式多樣的教學資源開發，豐富教學素材。優秀教師的課程知識表現出局限性，教師的教學設計應在學科因素之外加強對與“苯”內容相關的生產、生活、文化等社會因素的考量，以更好地創設真實情境，增強學生運用學科知識解決實際問題的能力。優秀教師的評價知識中注重評價多元性但對學生評價過程的精細化與結果的充分利用不夠重視，新教師應該在“苯”教學中豐富評價手段，同時重視對學生評價結果的充分利用，充分發揮評價的認識功能。