PCK視域下的初中物理概念教學探索

■張少菊

物理概念是物理學知識體系的基礎，是對物理現象概括、抽象的反映，也是對物理現象本質屬性的反映。初中物理概念教學一直是教學活動的重要組成部分，它是物理教學的起點，是很多具體知識板塊的中心，也是學生將物理知識與實際生活聯系起來的紐帶。實踐表明，影響教學效果的主要因素，就是教師對PCK的掌握程度。

一、PCK（學科教學知識）的內涵

PCK是“Pedagogical Content Knowledge”的縮寫形式，翻譯為“學科教學知識”。1986 年，舒爾曼通過論證提出，PCK 的實質是整合某些特定學科的內容與教學法，表現為教師以自己獨特的方式將特定學科的內容進行轉化，轉化為各種有利于教學、有利于學生學習的知識形式。2012 年教育部頒發的《中學教師專業標準》將PCK 列為中學教師必備專業知識要素中的核心知識。借鑒國內外相關研究成果，筆者認為，教師的PCK 是對課程知識、學科知識、教學知識以及學生知識在不同情境下的有效融合，即根據學生的興趣特點與能力水平，將概念與問題進行重新組織和表征，以教師本身獨特的方式呈現出來的一種知識形式。

二、PCK視域下的物理概念教學本質

如果將自然科學比喻為一座大廈，那概念就是建設這座大廈的水泥和磚瓦，是整座大廈最基本的單元。物理概念教學的本質就是教師、學生、教法、教材、教具之間的相互作用和相互協調發展的動態過程，教師應針對學生能力與興趣的不同，對物理概念教學進行相應的改進、調整與展現，將物理學科知識上升為學生主動獲得的一種“教學智能”過程（如圖1）。

圖1 “教學智能”過程

三、PCK 視域下的初中物理概念教學探索

1.以課程知識為支撐，把握概念教學體系

課程知識指某個知識點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，還指新舊知識間的聯系、知識與生活經驗的聯系。

例如，“速度”是初中物理第一個用比值來定義的概念，學生對這類概念的學習尚無經驗，這就體現了課程知識中“速度”在整個初中物理學科體系中的重要地位。以這一概念的建構為支撐進行教學，將對整個概念教學體系的把握起到關鍵作用。學生在小學數學已學過速度的計算，會認為這一概念及公式的建立過程意義不大。教師可以從學生熟悉的運動員跑步的場面入手，先讓他們理解觀眾法和裁判法是比較物體運動快慢的兩種不同方法。觀眾法：當時間相同時，通過的路程越長的物體運動越快；裁判法：當路程相同時，所需的時間越短的物體運動越快。

然后教師拋出一個情境：如果兩名運動員在比賽過程中的路程與時間都不相同，觀眾法和裁判法還能用嗎？如甲運動員在8s 內運動了50m，乙運動員在12s 內運動了60m，如何比較兩者運動的快慢呢？學生受經驗的影響，一般先想到觀眾法，算出兩者在1s 內分別運動了6.25m 和5m，從而判斷甲運動得更快。此時教師就可追問，裁判法是否管用？學生開始思考，是否可以比較兩者運動1m 所用的時間？通過計算，得出甲、乙運動1m 分別需要0.16s 和0.2s，從而作出判斷。

此時，教師即可用現有的數據引導學生建構“速度”的概念：（1）用路程比時間計算出1s 內通過的路程，比值越大運動越快；（2）用時間比路程計算出運動1m 所用的時間，比值越小運動越快。兩種比值都可表示運動快慢，但（1）更符合人們的思維習慣，因此物理學中就采用方法（1），將路程與時間的比值定義為速度，用來表示物體的運動快慢，其本質與觀眾法一致。

這一概念的建立需要教師豐厚的課程知識做支撐。第一個比值概念的建立，為密度、壓強等教學奠定了基礎。教學中，教師還要結合學生之前對速度的理解層次，引導他們通過生活經驗理解觀眾法和裁判法。這些環節都體現了課程知識的內涵。掌握足夠的物理課程知識，教師才能深刻理解概念的內涵與不同學生認知根源的差距，以及前后教學間的相互影響，從而更加有效地開展教學。

2.以學科知識為核心，理解概念教學本質

學科知識是學科中最核心、最基本的知識，包含學科的思想、方法、精神和態度，是對學生學習和發展最有價值的知識。

例如，比熱容是初中物理中較復雜的一個概念，它是初中教材中用比值來定義的唯一涉及三個物理量的概念。在以往的教學中，教師往往通過教材上沙子和水的對比實驗，推理給出比熱容的定義，再通過一系列的習題加以鞏固。這種教學方式導致學生只學會了比熱容的計算，對概念始終沒有清晰的認識。此時教師應以學科知識為核心，自身先理解概念教學的本質，合理設計教學過程。既然影響物體吸熱升溫的因素較多——物質的種類、物體的質量、吸收熱量的多少，那就建立一個三維直角坐標系，把這幾個量同時展現出來（如圖2）。

圖2

圖中容器從中隔開為兩個空間，底面的兩條邊分別代表兩種物體的質量和比熱容，其中質量相同，比熱容大的一側底面積大，倒入液體多少代表物體吸收熱量的多少。認識了裝置，教師可拋出兩個問題：（1）不同物體吸收相同的熱量，哪種物質升溫少？（2）升高相同溫度，哪種物質需要吸收更多熱量？接著讓學生通過倒液體活動來體驗這兩個過程。學生發現：（1）等量液體倒入容器，底面積大的一側液面升高較低，即等質量的不同物體吸收相同熱量，比熱容大的物體升高溫度少；（2）要使兩側液面升高到相同高度，則底面積大的一側需倒入更多的液體，即等質量的不同物體升高相同溫度，比熱容大的物體，需要吸收更多的熱量。這兩個過程有效幫助學生理解了比熱容對于物體吸熱升溫的影響意義，也使學生對比熱容這個抽象概念有了更具體的認識。

這一設計就體現了對學科知識中核心思想方法的重視，讓學生對概念本質有了明確的認識。對物理概念的分析與本質的揭示，需要教師掌握扎實的學科知識。教師在設計概念教學時，采用直觀形象的教學手段，如上述比熱容教學模型，讓學生感知比熱容大的物質就像一個大肚子，“容熱本領”更強，這樣，比熱容的內涵就清晰明了了。

3.以教學知識為手段，優化概念教學效果

教學知識是為了達到教學目標，根據學生心理發展水平應采取的具有合適表征內容的教學手段和策略的相應知識。

例如，升華和凝華是教材中六個物態變化中最后出現的兩個，此前學生已學習了汽化、液化、熔化和凝固的概念，不同于前面的是，升華和凝華的概念中都強調了“直接”一詞。如何在建構概念時突出這一特點尤為關鍵。此時，教師就需要應用好教學知識這一手段，讓教學效果進一步優化。

物質在升華前是固態，而在熔化前也是固態，學生對生活中的熔化現象很熟悉，為了讓學生觀察到固態可以直接變為氣態，教師可將普通冰塊和干冰同時放在一張有顏色的紙上，讓熔化和升華過程同時呈現。過段時間，學生會發現普通冰塊體積縮小，墊在底下的紙明顯潮濕，即冰塊變成了水；而干冰體積也在減小，但底下的紙卻基本是干燥的，并未出現液態物質，也看不到任何其他物質產生，由此猜想干冰可能直接變成氣態跑掉了。此時，再讓學生想辦法證明干冰是否變成了氣態物質。學生結合吹氣球的體驗，會想到氣體能使氣球膨脹，于是把干冰放入氣球或者把氣球罩在裝有干冰的容器口，觀察氣球是否膨脹。顯然，通過這兩個活動，學生就能真正理解升華的概念，明白“直接”的意義，凝華的概念建構也就順理成章了。

以上設計體現了教學知識的應用，活動完全適合學生的心理發展水平，教學效果良好。初中物理教師應充分利用好教學知識，包括自身的專業知識、教學理論及教學經驗，尊重學生的認知規律，有效設計教學活動，將學科知識轉化為學生有效獲得的知識。

4.以學生知識為起點，引發概念教學沖突

學生知識指不同學生的認知基礎、認知方式及差異；哪些知識學生容易理解，哪些知識容易混淆；學生常見的錯誤是什么，如何幫助學生辨析和糾正等。

例如，升華現象可以通過實驗來展現，而升華吸熱就沒那么容易感知了。以往很多教師會用溫度計測量放置干冰的容器，觀察溫度計示數下降，由此得出干冰升華是吸熱的。但這個過程顯然是不嚴謹的，因為干冰本身的溫度就很低，即使升華不吸熱，干冰也會跟周圍氣體發生熱傳遞，使環境溫度下降。這個環節可以這樣設計，取兩個完全相同的容器，同時在里面加入溫度和質量相同的干冰，并對其內部進行測溫。可以觀察到，一開始兩個容器中溫度基本相同，且溫度都在不斷下降，此時取出一個酒精燈讓學生思考：若用酒精燈給其中一個容器加熱，溫度會有什么變化？學生根據以往認知，會猜測被加熱的容器內部溫度較高。隨后教師演示實驗，加熱的容器內部降溫反而更快了。這就利用了學生已有知識，引發認知沖突，迅速激發學生的好奇心。此時，教師引導學生觀察并推理：加熱使降溫變快，同時內部干冰減少速度也在變快，說明升華加快的同時，降溫也加快了，即升華過程在吸熱。

掌握學生知識，了解學生的認知水平是設計概念教學的邏輯起點。在以往的學習和生活中，學生已經積累了大量的知識經驗，在學習中他們會根據這些已有的經驗理解新知識，當兩者發生矛盾時，就會產生認知沖突。概念教學中，教師有意識地引發認知沖突，可以使學生心理產生不平衡感，從而促使學生產生解決沖突的內驅力，增強學習的積極性和主動性。

四、反思與探索

概念的建構過程就是揭示概念內涵的過程，不能簡單直接地下定義，否則學生只會死記硬背，無法真正理解其深刻的內涵。教師要為概念教學巧妙設置真實情境，把知識情境化，讓學生經歷從“迷茫”到“領悟”的過程，對概念的認知在真實情境與理性認識的碰撞中不斷升華，讓概念真正經歷“生長”的過程。在理解概念內涵的基礎上，教師還可創設開放性實踐體驗，讓學生在解決實際問題的過程中加深對概念的領悟，同時還能培養學生的探究能力、創新思維和科學態度，建立正確的物理觀念。

總之，概念教學在整個初中物理教學以及新課程的順利實施中有著無可替代的作用。相信PCK 理論指導下的物理概念教學能夠幫助學生深入理解概念的內涵和外延，理解其中蘊含的物理思想方法。教師在實際教學過程中，應充分運用自身在實踐中積累的PCK，機智高效地幫助學生建構物理概念，使其在知識學習的同時還能形成科學的物理觀念和思維，真正提升物理學科的核心素養。