基于PCK理論下的高中物理教學路徑分析
——以“多用電表的原理”教學為例

王 輝

（江蘇省宿遷中學，江蘇 宿遷 223800）

在基礎教育課程改革與實施的過程中，教師一直都是課程改革的重要參與者和實施者，尤其教師所具備的學科知識和教學知識，更是成為推動學科建設的不可缺少的重要因素.自20世紀80年代，隨著教育研究的不斷深化，學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge）對促進教學和加強學生知識理解起到的作用引起更多學者關注和重視，探索PCK理論的應用也就顯得極為重要.物理作為科學科目的重要組成部分，更加需要對PCK理論予以深入研究，將其與物理教學的開展相融合，讓教師在物理教學中的作用得以充分發揮，才能從根本上實現學生綜合能力的提升，才能讓學生的物理思維得以發散.

1 PCK理論的內涵

PCK，簡稱PCK，是美國學者舒爾曼于1986年提出的一個概念，認為教師除了儲備一般學科知識、教學知識之外，還需要具備學科教學知識，也就是教師能夠將自己所掌握的學科知識轉化為能夠為學生所理解的知識，能夠使學生簡單易懂.這也使得專家教師與一般教師、學科專家區別開來.

就PCK內涵來說，其主要包括以下幾個方面：學科的知識——指學科中最核心、最基本的知識，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；課程的知識——知道某一知識在整個學科體系中的地位和作用，與上位知識和下位知識的聯系，與新舊知識間的聯系，與兒童生活、經驗的聯系；學生的知識——了解不同學生的認知基礎、認識方式及差異，知道哪些知識學生容易理解、哪些問題容易混淆，學生常見的錯誤是什么，如何辨析和糾正；教學的知識——指為了達到教學目標的要求，根據學生的心理發展水平，而采取合適表征內容的教學手段和策略的知識.PCK與學科知識的區別在于它是為了有效地傳授一門學科所必須擁有的知識，而不是知識本身；它是一種有關如何組織、呈現具體內容、問題，并使之適應不同學習者的興趣和能力的理解.

2 PCK理論指導下的“多用電表的原理”的教學分析

2.1 學科的知識

中學物理是科學課程中非常重要的一門課，它對我們了解客觀世界、學習探索世界的方法、培養科學的思維、形成科學的態度與責任等都有非常重要的作用.

物理規律教學是物理教學的重要組成部分.目的是闡述物理過程中內在的本質聯系.教學中不僅要引導學生認識物理規律本身，了解它反映了哪些物理概念之間的聯系和制約關系，而且要使學生了解它的研究方法和適用范圍.歐姆表的原理是根據閉合電路歐姆定律，通過測量容易測得的電流，來實現測量較難測量的電阻，教學中要注意滲透這種轉換測量的思想.學生要了解多用電表的基本結構，并通過實驗，學會使用多用電表.

2.2 課程的知識

《普通高中物理課程標準》對“多用電表的原理”教學要求是：（1）通過對歐姆表的討論，進一步提高應用閉合電路歐姆定律分析問題的能力，知道歐姆表測量電阻的原理.（2）了解歐姆表的內部結構和刻度特點.（3）了解多用電表的基本結構，知道多用電表的測量功能.教科書通過例題的方式來講解歐姆表的原理，并沒有把歐姆表作為知識點來處理，而是從閉合電路歐姆定律應用入手，旨在提高學生靈活運用知識解決實際問題的能力.在學習歐姆表的基礎上，教科書通過“思考與討論”“說一說”欄目讓學生了解多用電表的基本結構，并通過實驗，讓學生學會使用多用電表.

2.3 學生的知識

PCK的核心內涵就是將學術形態的學科知識轉化為教學形態的教學知識，以幫助學生理解、掌握和應用.了解學生的認知水平是我們教學設計的起點，要了解多用電表的原理，核心問題是多用電表在歐姆檔時測量電阻的原理，即歐姆表的原理.而歐姆表原理的核心閉合電路歐姆定律，學生已經有基本認知，學生已經掌握了閉合電路歐姆定律的相關基本分析問題的能力.

2.4 教學的知識

PCK的本質是教師關注學生的學習知識.郝欽斯認為，“教育的目的就是理解，而理解之外的任何東西都是多余的”.PCK理論的應用將郝欽斯的此認知深化.高中物理不僅需要學生對學科知識予以深化理解，而且需要教師對學生的理解和思維狀況的探究，基于學生的經驗，促進學生的理解，讓學生能夠就所學習的學科與相關領域進行知識遷移，并達到更好的教學目的.讓學生能夠在基礎知識得以進一步發展的基礎上，達到實踐能力的提升.因此，教學設計要從學生的角度來思考，心理學研究表明，學生在學習過程中，是根據自己已有的知識經驗來理解新知識，當新知識與原有的知識經驗發生矛盾時，就會產生認知沖突.因此，教師課堂教學中，應該有意識的引發這種認知沖突，產生解決這種沖突的需求，從而激發學生的求知欲，增強學習的積極性和主動性.

3 基于PCK理論的物理教學路徑

3.1 引導知識回顧

PCK理論指出，教師在教學設計過程中，要從課程知識角度進行設計，注重學生知識的銜接性與學習的有效性.教師在進行知識講解的過程中，則可以從學生所學習過的知識入手，逐步引導學生對新知識進行學習和掌握，從“舊”入“新”地進行知識引導，能夠很好地實現教學效果的呈現，讓學生的知識學習積極性得以提升.

例如，筆者在進行“多用電表的原理”教學過程中，便可以通過以下一道題目引導學生進行“舊”知識的回顧.

例1.如何將一個靈敏電流計改裝成大量程的電流表和電壓表？

（A）電流表：____（串或并）聯一個____（大或小）的____（分壓或分流）電阻；

（B）電壓表：____（串或并）聯一個____（大或小）的____（分壓或分流）電阻.

這一道題是學生曾經學習過的電表改裝.電流表和電壓表都是由靈敏電流計加電阻組裝而成的，它們都是根據電流的磁效應制作的，表內有一個磁鐵和一個導電線圈.通電之后，磁鐵會在電流作用下旋轉，電流越大磁鐵所產生的磁力也就越大，電流表的擺動幅度也就越大.而電流（壓）表因為靈敏電流的通過，所允許通過的電流很小，兩端所能夠承受的電壓也就很小.這樣就需要通過并聯/串聯的方式起到電阻分流/分壓的作用.通過這一道題目，學生則能夠喚起并加深對改裝電流表和電壓表的相關知識的記憶.

（1）改裝電流表.

并聯的電阻能夠起到分流的作用.這樣就會讓大部分電流通過并聯的電阻，小部分電流經過表頭.而并聯的電阻的阻值R，可根據靈敏電流計的線圈阻值Rg、敏電流計最大量程Ig、電流表最大量程I來計算，所采用的計算公式是（I－Ig）R＝IgRg.

（2）改裝電壓表.

電壓表是將靈敏電流計與一個阻值較大的電阻串聯，串聯的電阻能夠起到分壓的作用，即使加上兩端比較大的電壓，大部分電壓也都加在串聯的大電阻上，表頭的電壓就會很小.串聯的電阻的阻值R，可根據公式U＝Ig（Rg＋R）計算（其中U為電壓表最大量程、Rg為表頭的內阻、Ig為滿偏電流、R為應串聯的電阻）.

立足于學生實際情況，從學生已學過的知識入手進行知識講解，逐漸過渡到新知識的學習中來，能夠很好地實現學生學習效率的提升，能夠讓學生的知識掌握更具連貫性，也是學生物理知識思維體系構建的重要推動，很好地實現了物理知識的傳授，是PCK理論知識應用的重要方式之一.

3.2 理論應用結合

PCK理論的應用并不是簡單倡導教師將知識灌輸給學生，而是需要讓學生“知其然”且“知其所以然”.這就需要教師在進行教學設計時候注重做好理論與應用的結合，既讓學生了解物理知識原理，又讓學生能夠結合原理進行知識應用，讓學生能夠自行推動原理應用方法，真正做到“授之以漁”.

在進行“歐姆表的原理”教學過程中，首先需要傳授學生該原理內涵.筆者并沒有采用直接闡述歐姆表原理的方法，而是先讓學生做一個閉合電路歐姆定律的例題.

例2.如圖1所示電路中，電源的電動勢E＝1.5V，內阻r＝0.5Ω，電流表滿偏電流Ig＝10mA，電流表的電阻Rg＝7.5Ω，AB為接線柱.

圖1

（1）用一條導線把A、B直接連起來，此時，應把可變電阻R1調節為多少才能使電流表恰好達到滿偏電流？

（2）調至滿偏后保持R1的值不變，在A、B間接入一個150Ω的定值電阻R2，電流表指針指著多少刻度的位置？

（3）如果把任意電阻R接在A、B之間，電流表讀數I與R的值有什么關系？

在這個例題的分析和解答中，通過具體的數據，使學生體會到閉合電路某一電阻的變化，會引起串聯在電路中的電流表讀數的變化，不同的電阻值和不同的電流表讀數具有一一對應關系，引導學生聯想電流表的讀數可以用來表示該電阻的值，進而構建出一個歐姆表的電路模型.這段教學設計，把歐姆表這一新知識，建立在對原有學習過程的體驗上，通過對該體驗的創造性聯想來形成新知識.

歐姆表的工作原理是依據物理學中的歐姆定律，在閉合電路條件下，電源的電動勢與內部電阻保持恒定不變時，外電阻的數值將伴隨著電路中的電流發生變化，在電路的電流、電動勢、內電阻3者確定的情況下，根據歐姆定律的公式就可以計算出電阻數值.通過例題分析之后，學生對于該原理也有了一定程度的認識.為了鞏固教學效果，這時筆者設計如表1所示的表格，并結合學生對于歐姆表原理的掌握程度，有針對性地再進行講解和薄弱點強化，從而讓學生深刻理解歐姆表刻度不均勻原因.這樣學生的知識理解則能夠上升到新的高度和層次，也能夠讓學生的知識掌握效果更好.教學設計如表1所示.

表1 歐姆表原理的教學活動設計

PCK理論指出，教師需要通過一定的措施實現教學內容表征與呈現手段的結合，讓學生能夠獲得活動設計能力.教師也需要結合不同的教學內容，選擇最優的教學策略，將學生從知識點的死記硬背中解脫出來，讓學生能夠從原理推導中實現題目的更好解答，對原理予以全面掌握.

3.3 實踐應用探索

PCK理論提出，教師需要就學生學習過程中可能出現的困難予以充分認識，并探索更好的方式幫助學生解決困難，讓不同認知程度的學生都能夠深入理解所學習的知識內容，最大程度避免不同學生對知識的誤解.借助實踐活動的開展，不僅讓課堂教學更為有趣，而且讓學生能夠從實踐中提煉知識點，實現學生知識難度的跨越和解決.

例如，教師在進行“多用表原理”教學過程中，便可以設置實踐活動，讓學生來進行多用電表的改裝和組裝.教師可以首先就歐姆表進行電路改裝連接：所組裝的歐姆表包括干電池1節，電阻箱2個，靈敏電流計，滑動變阻器等，其中干電池為1.5V，內阻不知，靈敏電流計為100mA.并另行準備若干導線.教師在組裝過程中“偶然”發現，歐姆表的兩個接線柱短接了，這時候學生則發現，歐姆表的指針并未歸零，此時就引發學生認識沖突，也讓學生陷入思考，如何解決“歐姆調零”的問題.解決該問題之后，教師則可以繼續連接電路的電源、電流，啟發學生探索歐姆表內阻與歐姆調零之間的關系和意義.再由學生進行歐姆表的改裝，引導學生在實踐中驗證提煉的理論是否正確.

此外，教師還可以給予學生機會讓學生進行多用電表的組裝，在組裝過程中引導學生思考：3種電表在改裝過程中是否有共同點，其本質是什么，讓學生認識到電流表、電壓表、歐姆表都與靈敏電流計的改裝具有緊密關系，并由此而來.改裝的本質都是電流與被測物理量之間建立來的一一對應關系.這其中還引導學生思考電壓表、電流表、歐姆表都有1個表頭，3個電表是否可以合用1個表頭，并將電表3合1電路圖繪制出來（如圖2所示）.

圖2 電表3合1電路圖

實踐是學生獲得理論的真知，尤其對于高中物理教學的開展來說，更加需要借助實驗的多樣化引導學生對知識予以理解.這也是PCK理論知識所蘊含的豐富意義，是學生知識掌握的途徑.教師在進行物理知識教學設計時候，也同樣需要深悟PCK理論內涵，優化實驗設計方式，從實驗、實踐活動中提升學生的知識理解層次.

3.4 題目解答滲透

物理作為高中教學的重要科目，依然需要通過題目設計的方式驗證學生的知識掌握程度.尤其在當前考試大背景下，題目的設計和解答依然是高中物理教學不可缺少的重要內容.PCK理論在高中物理教學中的應用并不否定題目對于學生知識理解的重要作用，做好題目的設計，借助題目引導學生知識掌握，傳遞知識內涵也是教師所需要掌握的重要學科教學能力.

例如，筆者在進行“多用表原理”教學過程中，便可以給出以下例題.

例3.如圖3所示，是一個多量程的多用電表示意圖，請說出開關S調到哪兩個位置多用電表測的是電流？電壓？電阻？在測量電流或電壓時，兩個位置中哪一個量程大？

圖3 多量程多用電表示意圖

在進行此題目解答時候，教師則需要調動學生所學習掌握的知識，引導學生認識電流表應與電阻串并聯.由圖3可知當轉換開關S旋到位置1、2位置是電流表，此時并聯電阻越小，量程大.歐姆表要連接電源，那么開關S調到3、4兩個位置上時，多用電表測量的是電阻.如果要想測量電壓，電流表與電阻需要串聯，結合圖3可以看到當轉換開關S旋到位置5、6時，對電壓進行測量，電流表所串聯的電阻越大，所測量的電壓值也就越大.

通過這樣一道題目，可以將學生之前所學習的知識點串聯起來，讓學生所學習的知識真正做到融會貫通，達到學以致用的目的.結合本題目，教師還可以設置其他問題，如當開關S調到任意位置上時，都需要把A、B兩表筆短接，對電表進行調零等，再就學生的物理思維予以延伸，亦或者對題目進行“變型”，由此引申其他問題.這都能夠讓學生從一個“點”出發探索出“面”的知識點，讓學生能夠真正理解題目的解答方式.

例題對于高中物理教學的開展具有重要作用和影響，也是學生知識鞏固的重要方式.教師也需要就例題予以深入分析和思考，將PCK理論內涵融入到例題設計中來，就學生的知識予以深化，幫助學生建立題目解答思維和路徑，讓學生的解題能力越來越強，讓學生的知識應用綜合能力得以提升.

物理學科知識在學科體系構建中占據重要位置，是最基礎、最核心、最重要的物理知識，能夠讓學生的學科精神得以構建，讓學生的思維體系得以建立，對于學生的知識掌握以及綜合能力提升都具有重要作用和意義.依據《普通高中物理課程標準》中的物理教學目的、一線物理教師的要求，以及高中生思維特點，教師更加需要具備基本、核心、重要的知識體系，并將所掌握的知識以簡單易懂、化繁為簡的方式教授給學生，從學生的學習動機、學習興趣入手引導學生進入到物理知識的學習中來，對學生的思維狀況予以深入研究，幫助學生解決學習中的困擾.相信通過PCK理論的不斷深化和與物理學科的結合探索，物理教學的開展將會上升到新的高度，學生對于物理的學習過程也將會有新的感悟和體驗，物理學科的教學也將會走上創新之路.