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

張德霞

（環(huán)縣環(huán)城初級中學，甘肅 慶陽 745700）

0 引言

PCK 理論需要教師重構教學內(nèi)容，將抽象的知識轉(zhuǎn)化成為學生容易接受的形式，能針對學生喜好、現(xiàn)有知識儲備等，調(diào)整學科知識內(nèi)容，激發(fā)學生學習興趣，以此開展有效教學。在20 世紀80 年代，教育研究開始逐漸深化，學科教學知識對于學生知識理解、促進教學有著很大作用，也因此引起多個學者關注，對于PCK理論探索也更加重視。高中物理教學相對系統(tǒng)，對理論知識掌握和實踐能力培養(yǎng)都有要求，將PCK 理論融入其中，有利于全面發(fā)揮出物理教師的引導作用和高中學生的主體地位，培養(yǎng)學生的物理思維，提升學生的綜合能力。

1 PCK 理論概述

PCK 于1986 年由美國學者舒爾曼提出，認為教師不需要結合學生現(xiàn)有基礎、學生自身喜好，將抽象的知識轉(zhuǎn)化成學生容易接受的形式，這就將專家教師和普通教師進行明確的劃分。根據(jù)PCK 內(nèi)涵可以知道，該理論主要包括以下幾個方面：（1）學科知識。這部分是指學科最核心的部分，也就是學科本身的思想、態(tài)度、方法等；（2）課程知識。主要是指某一知識在整個學科之中的作用，新舊知識的聯(lián)系等；（3）學生知識。主要是指學生自身基礎、認知層次、思維方式；（4）教學知識。主要是根據(jù)教學目標，最為科學合理的教學方法。PCK 更加注重一門學科整體，而不只是傳播知識，更加重視理解，而不是卷面分數(shù)。

2 基于PCK 理論下的“多用電表的原理”的教學分析

2.1 學科知識

在物理教學中，掌握物理規(guī)律是重要部分，主要就是需要掌握物理規(guī)律本身，了解事物內(nèi)部聯(lián)系，引導學生了解各類物理現(xiàn)象的研究方法。歐姆表主要就是根據(jù)閉合電路歐姆定律，通過對電流進行測量，來達到測量電阻的目的。

2.2 課程知識

在《普通高中物理課程標準》對“多用電表的原理”這部分知識提出教學要求：（1）通過討論歐姆表，掌握閉合電路歐姆定律分析問題能力，了解并掌握歐姆表測量電表的基本原理；（2）了解歐姆表基本結構，例如：刻度特點等；（3）了解多用電表的基本功能和主要結構。在教科書中，使用了例題的方式對歐姆表的基本原理進行講解，并未將其作為主要知識點進行處理，主要是從閉合電路歐姆定律展開教學，讓學生能學會靈活運用，并解決實際問題。

2.3 學生知識

根據(jù)PCK 原理，需要根據(jù)學生現(xiàn)有認知，了解學生需求，引導學生了解并掌握多用電表原理，主要是為了能讓學生學會使用多用電表在歐姆檔時測量電阻，掌握歐姆表的基本原理。歐姆表基本原理在于核心閉合電路歐姆定律，這些學生對這部分理論已經(jīng)有一定認知，經(jīng)過實踐，學生能有效提升自身分析問題的能力。

2.4 教學知識

根據(jù)PCK 原理可以知道，教師需要關注學生現(xiàn)有學習知識，教師要了解學生的理解能力和思維狀況，根據(jù)學生現(xiàn)有的經(jīng)驗，促使學生能更加深入理解核心閉合電路歐姆定律，鞏固學生基礎知識的同時，發(fā)展學生實踐能力。

3 基于PCK 理論的“多用電表的原理”的教學路徑

3.1 引導知識回顧

PCK 理論明確指出，物理教師在設計物理教學時，應當從課程知識角度入手，注重學生現(xiàn)有知識與學習之間的銜接，教師需要從學生原有知識出發(fā)，引導學生掌握新的知識，達到提升教學效果的目的。在對“多用電表的原理”進行教學時，需要使用下道題對學生進行引導，讓學生回顧舊有知識點。

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(lián)一個（大或?。┑模ǚ謮夯蚍至鳎╇娮?；

（B）電壓表 ：（串或并）聯(lián)一個（大或小）的（分壓或分流）電阻。

這道題目是學生之前所學的電表改裝的題目，電流表和電壓表都是由靈敏電流計加電阻組裝而成。都是根據(jù)電流磁效應加以制作，在表內(nèi)還有一個磁鐵和一個到線圈，在進行通電后，磁鐵就會旋轉(zhuǎn)，電流和磁鐵磁力呈現(xiàn)正比關系，電流越大，電流表擺動也就越明顯。電壓表不同，因為靈敏電流通過，所允許通過電流就明顯較小，兩端承受電壓也很低，這就需要使用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式來起到電阻分流或者分壓的作用，這道題看似簡單，但是能進一步加深學生對于改裝電流表或者是電壓表相關知識的理解。

改裝電流表所需要用的公式為：(I－Ig)R=IgRg，其中，并聯(lián)電阻阻值為R，線圈阻值為Rg，靈敏電流計最大量程為Ig，電流表最大量程為I。

改裝電壓表公式為：U=Ig(Rg+R)，其中，電阻阻值為R，電壓表最大量程為U，表頭內(nèi)阻為Rg，滿偏電流為Ig。

3.2 理論與應用相結合

3.2.1 理論理解

在教學“歐姆表的原理”時，需要傳授于該原理的基本內(nèi)涵，其中，可以讓學生先做一個關于閉合電路歐姆定律的例題。

如圖1 所示，在該電路中，電源電動勢E=1.5V，電阻r=0.5 Ω，電流表偏電流Ig=10mA，電流表電阻Rg=7.5 Ω，其中AB為接線柱。

圖1 閉合電路歐姆定律例題圖

（1）需要用一條導線將接線柱A和B進行連接，這樣的情況下，想要達到滿偏電流，可以將可變電阻R1調(diào)節(jié)到多少：

（2）將電表調(diào)到滿偏之后，保持在R1不變，在接線柱A 和B 之間接入一個定值電阻R2=150Ω，在這個時候，電流表為多少刻度？

（3）若在接線柱A和B之間接入任意電阻R，那么電流表的讀數(shù)I和R二者之間有何關系？

對于這個例題的分析，可以通過具體的數(shù)據(jù)，讓學生能看到閉合電路某一個電阻的變化也會影響串聯(lián)電路中電流表讀數(shù)的變化，而且不同電阻值和不同電表讀數(shù)之間有著一定對應關系，可以對學生進行引導，聯(lián)想到電流表讀數(shù)也能用于電阻值的表示，以此構建出歐姆表的電路模型。

3.2.2 應用層面

在教學設計中，將歐姆表的新知識構建與原有學習過程的體驗，以此形成新的知識。為了進一步強化教學效果，進行了以下教學設計：

（1）歐姆表原理實驗設計基本思想

（2）基本思路

對于歐姆表改裝這一部分，需要就電源來進行假設：其中電動勢=2Ω，內(nèi)阻=5Ω；電流表為10 mA，內(nèi)阻=9.5 Ω，電阻箱內(nèi)的電阻阻值可以調(diào)到390 Ω，那么根據(jù)電流表不同讀數(shù)來計算相應的電阻阻值（見圖2）。

圖2 歐姆表

對于電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表這一部分，需要結合試驗的基本情況，讓學生自行分組進行討論，并在其他條件不變的條件下，對電阻箱的電阻進行調(diào)整，控制在190 Ω，再轉(zhuǎn)化電表的刻度（見圖3）。

圖3 電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表

（3）分析歐姆表的特征

對于歐姆表部分，其中主要分析存在刻度分布不均勻的情況，其次就是零刻度位置與電流表、電壓表之間的不同。

對于電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表這部分，主要是對刻度分布不均勻的原因進行分析；零刻度與電流表、電壓表之間不同之處；歐姆表中間刻度的電阻與歐姆表內(nèi)電阻基本等同。

在PCK 理論中就明確指出，教師需要采用一定措施，將教學內(nèi)容與教學手段進行融合，讓學生能學會自行設計實踐活動，以此學會靈活運用。

3.3 實踐應用探索

教師在教學“多用電表原理”時，可以設置具體的事件活動，讓學生能對其中的多用電表進行一定的改裝或者組裝。通常情況下，可以使用歐姆表來對電路進行改裝和連接，具體材料如下：1 節(jié)干電池、2 個電阻箱、靈敏電流計、滑動電阻、若干電線，其中，干電池的電壓為 內(nèi)阻未知，靈敏電流計為100 mA。在進行組裝期間突然發(fā)現(xiàn)，歐姆表的兩個接線柱短接，學生就發(fā)現(xiàn)，此時的歐姆表指針并未達到歸零狀態(tài)，這就引發(fā)學生認知層面的沖突，學生也開始思考如何進行“歐姆調(diào)零”。當解決該問題，教師就可以繼續(xù)連接電路本身的電源和電流的問題，再由學生繼續(xù)改裝，引導學生從實踐中驗證理論的正確性。可以引導學生思考3 個電表是否能合用一個表頭，具體電路圖如圖4所示：

圖4 電表3 合1 的電路

3.4 題目解答滲透

例題對于高中物理教學開展而言作用重大，也是學生進行知識鞏固的一個非常重要的方式，教師需要選擇適合的例題，引導學生進行深入分析和自行思考，將PCK 理論融入到例題設計中，引導學生進一步深化對知識的理解，幫助學生構建題目解答路徑和思維體系，提升學生解題能力和綜合能力。

4 結語

物理學科知識理論抽象，實踐豐富，融入PCK 理論進行教學，能構建學生獨立的學科精神和思維體系，也能讓學生深入掌握相關知識，提升自身綜合能力。因此，高中物理教師需要理解并熟練掌握PCK 理論的應用，這樣可以引導學生解決現(xiàn)有學習問題，使高中物理教學達到事半功倍的效果。