居殿兵+郭如松

摘 要：學科教學知識（ PCK） 是教師的知識基礎(chǔ)，教師要有PCK理論并且能應(yīng)用PCK理論指導實際教學。本文以“速度變化快慢的描述——加速度”為例，將教師具有的專業(yè)知識、教學理論、多年教學形成的經(jīng)驗應(yīng)用到加速度的概念教學中，將學科知識轉(zhuǎn)化成學生有效獲得的學科教學設(shè)計。從引入新課、引入概念、深入理解、深化應(yīng)用等方面應(yīng)用PCK理論，采取“問題”引導方式，將新知識轉(zhuǎn)化成學生自己的知識。

關(guān)鍵詞：PCK理論；加速度；教學設(shè)計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）12-0066-4

1 PCK理論

PCK理論是20世紀80年代美國斯坦福大學教授舒爾曼提出來的一個概念，PCK是學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge）的簡稱，是指教師必須擁有所教學科的具體知識：事實、概念、規(guī)律、原理等，它定位于“學科知識”與“一般教育知識”之間的交叉之處，其核心內(nèi)涵在于將學科知識轉(zhuǎn)化為學生可接受的形式。也就是說，教師應(yīng)該具有將自己擁有的學科知識，根據(jù)自己的教學經(jīng)驗對學生的認知水平和可能出現(xiàn)的問題作預(yù)估，采用一定的方法，轉(zhuǎn)化成易于學生理解的表征形式的知識。

因此，教師在中學物理教學中，應(yīng)該努力從物理的學科特點、學生的知識結(jié)構(gòu)和思維角度出發(fā)，在教學思路的設(shè)計上動腦筋；在教學方法的優(yōu)化上做文章；在教學手段的整合上花功夫。只有這樣，才能充分發(fā)揮物理課堂教學的效益，達到良好的教學效果。

下面以“速度變化快慢的描述——加速度”教學為例，談?wù)凱CK理論在中學物理課堂教學中的實際作用。

2 PCK理論指導下的教學設(shè)計

2.1 教材分析

PCK視域下教師的學生知識是以特定具體內(nèi)容的學習為基本單元，教師必須明確知道這個特定內(nèi)容在整個教材體系中的地位，也必須明確課程標準中對學習內(nèi)容的理解應(yīng)該達到的要求，同時還要兼顧《高考考試說明》（或考試大綱）對本知識點的要求。

加速度的概念，在整個必修課程中，該內(nèi)容的學習和掌握是非常必要的。加速度是運動學中的一個重要的基本物理量，是比值法定義物理量的又一次應(yīng)用，在勻變速直線運動速度、位移與時間關(guān)系中都有體現(xiàn)，是將運動和力聯(lián)系起來的橋梁。由于加速度概念與其他物理知識的聯(lián)系性強，涉及面廣，特別是在分析、解決跟動力學相關(guān)的實際問題中經(jīng)常牽涉到，因此對加速度的理解和掌握程度如何，不僅直接關(guān)系到本章后續(xù)必修模塊的進一步學習，而且還將影響以后選修模塊的學習和掌握。所以，這一課時的內(nèi)容是本章知識的重點之一，本節(jié)課的關(guān)鍵是促進學生對加速度概念的形成和理解。

2.2 學情了解

PCK的核心內(nèi)涵是將學術(shù)形態(tài)的學科知識轉(zhuǎn)化為教學形態(tài)的學科知識，以幫助學生理解。為了實現(xiàn)學科知識的教學化轉(zhuǎn)化，教師需要具有更為精細的有關(guān)學生的知識。

學生剛學習過“用打點計時器測速度”，可以測出課堂上剛打出紙帶上各點的速度，也學習了速度的概念，學會了用比值法來描述一個物體運動的快慢（位置變化快慢）。本節(jié)課可以讓學生回顧引出速度概念的過程，用類比方法遷移到加速度（速度變化快慢）的概念學習中來，探究出速度的增量與時間的比值是一定值，這給學習加速度這一概念降低了臺階。但由于學生抽象思維能力不強，對于速度、速度的變化、速度的變化快慢三者的區(qū)別很難分清，在學生的生活經(jīng)驗中，與加速度有關(guān)的現(xiàn)象不多，這更給學生形成和理解加速度的科學概念帶來了困難。

2.3 思路設(shè)計

PCK的本質(zhì)就是教師關(guān)注學生學習的知識。學術(shù)形態(tài)的學科知識是以學科專家為基本立場的，教學形態(tài)的學科知識是以學生為基本立場的。課堂教學要從學生學的角度來設(shè)計，突出學生的主體地位，可采用“問題解決”學習模式進行教學活動。

1.高中物理新課程標準在課程目標上的基本理念之一就是：“高中物理課程應(yīng)促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養(yǎng)其科學探究能力，使其逐步形成科學態(tài)度與科學精神?！睉?yīng)當說，在高中物理新教材中蘊含著眾多的培養(yǎng)學生探究能力的資源。本節(jié)課“速度改變快慢的描述——加速度”就可以采取生活體驗—實驗操作—規(guī)律探究—問題解決的教學模式來進行教學。

2.筆者參與研究的江蘇省揚州市“十二五”課題“高中物理‘問題解決教學模式構(gòu)建與創(chuàng)新的實踐研究”，研究的是高中物理“問題解決”教學的規(guī)范模式的——“問題連續(xù)體”教學模式的構(gòu)建。對于本節(jié)課，可以以建構(gòu)主義理論為指導，以“問題連續(xù)體”為問題教學模式嘗試設(shè)計本課，運用富有“層次性系列問題”，聯(lián)系本課的基礎(chǔ)——實驗，指向本課的目標——探究加速度概念，充分突出學生的主體地位，給學生以自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的空間，以學生的“已知”開拓學生的“未知”。

首先，課堂上教師要創(chuàng)設(shè)物理情境，讓學生在觀察和體驗后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，運用科學思維，萌發(fā)并提煉出科學問題，使教學過程成為發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的過程。讓學生用探究的方法，“走”一遍加速度概念的建立過程，按照從簡單到復(fù)雜，從特殊到一般的順序進行探究，順理成章、水到渠成地引出加速度的概念。然后，從公式和圖像兩個方面加以理解，通過對生活和實驗中加速度和速度概念的分析對比，加深理解加速度的物理意義。

本課時教學的設(shè)計流程是：創(chuàng)設(shè)情境（學生主觀感受，第一層是運動物體有速度，第二層是運動物體速度有變化，第三層是運動物體的速度變化有快有慢）→提出問題（教師事先預(yù)設(shè)問題，學生學習過程根據(jù)實際情況提出問題）→拓展探究（師生交流、分組討論、合作探究、分析論證，最終深刻理解加速度的概念）。

2.4 課堂教學

活動1 引入新課

舒爾曼關(guān)于 PCK 概念的核心要素之一是關(guān)于學科內(nèi)容知識的呈現(xiàn)，課堂引入是內(nèi)容呈現(xiàn)的一個重要方面。好的課堂引入能夠一下子抓住學生的心，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲，調(diào)動學生的學習積極性，從而使教學達到事半功倍的效果，好的課堂引入也是教師專業(yè)素養(yǎng)高低的體現(xiàn)。根據(jù)實際條件和效果，本節(jié)課可采用視頻播放引入新課。

情景1：播放城市中繁忙的交通景象和運動員激烈的短跑場景。

【設(shè)計意圖】 從日常生活情境出發(fā)，激發(fā)學生的求知興趣和探究欲望，讓學生感受運動物體的位置是不斷變化的，即運動物體具有速度。

情景2：播放公路上不同交通工具的運動情況及足球在草地上和籃球在空中的運動情況。

【設(shè)計意圖】 讓學生感受運動物體速度有變化。

情景3：播放轎車啟動和火車出站時啟動過程。

【設(shè)計意圖】 讓學生感受運動物體的速度變化有快有慢。

問題1：轎車的啟動與火車的啟動有何不同？

學生回答可能有多種情況，例如：

（1）轎車比火車運動得快。

（2）轎車啟動所用的時間短。

（3）轎車的速度改變得更大。

教師對學生的回答進行鼓勵、肯定，經(jīng)過提示、點撥，得出轎車與火車啟動過程中速度改變的快慢是不一樣的。

活動2 引入概念

物理學是一門實驗科學，每個概念的建立、每個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，都有其堅實的實驗基礎(chǔ)，可以說沒有實驗就沒有物理學。有豐富PCK的教師都知道，視頻、多媒體、仿真實驗，都代替不了真正的實驗，學生也渴望做實驗。本節(jié)課，可以通過做實驗來引入加速度概念。

【設(shè)計意圖】 之前都是播放視頻或是在紙上設(shè)計問題，讓人感覺是杜撰的，也覺得離生活實際太遠，不是物理學的本質(zhì)。物理學是一門實驗科學，要有真實的實驗，所以課上做真實的勻加速直線運動實驗，采集速度與時間關(guān)系的實際數(shù)據(jù)。實驗要簡潔，不宜用高級和過多的實驗器材，故選擇“自由落體運動實驗”。由于學生還沒有學習過自由落體運動，不需要涉及具體名詞和求出具體的函數(shù)關(guān)系。

完成實驗后，讓學生運用剛學過的“用打點計時器測速度”的方法測量紙帶上各點的速度，是對學過的方法的應(yīng)用與鞏固。采取列表的方法，列出各點的速度與時間的關(guān)系，以便運用類比法探究重錘運動中的不變量。

遵循從簡單到復(fù)雜的學習規(guī)律，初速度從零開始，再拓展到不為零的情況。

問題1：如何求紙帶上各點運動的速度？

結(jié)論：短時間的平均速度等于瞬時值。

問題2：重錘運動中有什么不變量？

結(jié)論：速度與時間的比值是一定值。

問題3：假如去掉前面的一段運動，速度與時間又有什么規(guī)律呢？

結(jié)論：速度的變化與時間的比值仍是一定值。

問題4：哪一個更具有一般性呢？

結(jié)論：去掉前面的一段運動。

活動3 深入理解

經(jīng)過前面的學習，學生已經(jīng)知道了加速度的定義，作為有豐富PCK的教師，應(yīng)對教學有一定的預(yù)見性，應(yīng)該知道，學生在學習過程中還存在哪些難理解的地方、有哪些易出錯的問題，用什么樣的方法來糾正。

1.理解加速度的矢量性

例題1 A車在2 s的時間內(nèi)速度由10 m/s變?yōu)?5 m/s，則它的加速度是多大？B車在3 s的時間內(nèi)速度由10 m/s變?yōu)?.5 m/s，則它的加速度是多大？

【設(shè)計意圖】 首先，讓學生分組討論，讓他們自主認識到加速度只有大小還不能說明具體問題，要說明具體問題一定需要另一個因素，這一因素即為加速度的方向；然后，從公式角度理解加速度與速度變化量的方向關(guān)系；最后，讓學生分別作出A、B兩物體的初、末速度圖示，通過圖示法確定出速度變化量的大小和方向，總結(jié)出加速運動和減速運動物體的加速度方向跟速度方向的關(guān)系：加速運動的加速度方向與速度方向相同，減速運動的加速度方向與速度方向相反。

2.前概念的消除

舒爾曼關(guān)于 PCK 概念的核心要素之二是對學生前概念、概念以及具體學習困難的理解。具有豐富PCK的教師，對學生可能出現(xiàn)的問題要心中有數(shù)，會針對性地進行矯正。學生是一個空瓶子，常常充滿著直覺經(jīng)驗，干擾科學概念的建立和理解，可以在課堂上以“問題解決”模式探究、辯析錯誤的前概念，避免對新概念的錯誤理解。

例如：可以設(shè)計如下問題：

問題1：加速度是不是速度？是不是加出來的速度？

結(jié)論：回顧探究過程，加速度是用來描述速度變化快慢，其大小是增加或減少的速度與所用時間之比。

問題2：加速度是不是與速度變化成正比，與時間成反比？

結(jié)論：回顧探究過程，物體做勻加速運動時速度變化與時間比值是一定的，變化大所用的時間也大，變化小所用的時間也小。

問題3：速度為零，加速度是否一定為零？加速度為零，速度是否一定為零？

結(jié)論：速度有變化就有加速度，速度可以從零開始變化，即速度為零可以有加速度。加速度為零，只說明速度不變，不一定速度是零。

問題4：加速度逐漸變小，物體的速度是否一定減?。考铀俣戎饾u變大，物體的速度是否一定變大？

結(jié)論：當加速度方向與速度方向相同時，盡管加速度在減小，速度大小還是在增加。也可以打這樣一個比方：一個人站在磅秤上稱體重，同時他在吃巧克力，第1分鐘吃5塊，第2分鐘吃4塊，第3分鐘吃3塊，第4分鐘吃2塊，磅秤的示數(shù)是增加的。當加速度的方向與初速度方向相反時，物體做減速運動，加速度變大物體的速度在減小。

問題5：有沒有速度很大，而加速度很小的情況？

展示課件：飛機水平勻速飛行。

問題6：有沒有速度很小，而加速度很大的情況？

展示課件：火箭發(fā)射升空過程。

【設(shè)計意圖】 設(shè)計似是而非的問題，讓學生在討論、爭辯中澄清問題，消除錯誤前概念。

3.v-t圖像中的加速度

利用前面打出一條理想的紙帶，根據(jù)列表法中求得的各點的速度，再讓學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)用描點法畫出運動物體的v-t圖像。

【設(shè)計意圖】 鍛煉運用圖像分析物理問題的能力，根據(jù)圖像總結(jié)出規(guī)律：直線的傾斜程度表示加速度的大小，傾斜程度越大，加速度越大。

活動4 深化應(yīng)用

教師的PCK不僅涉及如何教授學科知識，而且更為重要的是要促進學生的全面發(fā)展，要使學生能對學習的知識活學活用，會處理實際問題，可設(shè)計一個與日常生活有關(guān)的實際問題。

問題1：在很多國家，交通管理部門為了交通安全，特制定了死亡加速度500 g （5000 m/s2）這一數(shù)值，以醒世人。意思是，如果行車加速度超過此值，將有生命危險。那么，大的加速度，一般情況下車輛是達不到的，但如果發(fā)生交通事故時，將會達到這一數(shù)值，因為通常車輛碰撞的時間短，大多為毫秒級。

例題2 假如汽車以90 km/h的速度行駛，發(fā)生事故與高速公路隔離護欄發(fā)生碰撞，碰撞時間為0.004 s，碰撞后速度變?yōu)榱恪Ｄ敲?，碰撞過程中的汽車加速度有多大？

【設(shè)計意圖】 學生能學以致用，能將實際問題轉(zhuǎn)化成物理模型，然后進行數(shù)據(jù)處理，同時通過閱讀以上內(nèi)容增強學生的交通安全意識，進一步理解乘坐汽車需要系安全帶，騎摩托車需要戴安全頭盔的道理。

3 教學反思

教師的PCK是在日常教學實踐中自主構(gòu)建的，要從經(jīng)驗上升到理論，就需要不斷反思，波斯納認為沒有反思的經(jīng)驗是狹隘的經(jīng)驗，至多只能成為膚淺的知識。研究表明， PCK最重要的來源是教師“自身的教學經(jīng)驗和反思”。

本節(jié)課主要的目的是建立并理解加速度的概念，在引出加速度的概念時降低臺階，然后步步登高，充分激活學生的思維，從易到難、從現(xiàn)象到本質(zhì)、從形象到抽象，符合學生的思維發(fā)展規(guī)律，容易為學生所接受。應(yīng)用問題教學模式，可以較大程度地調(diào)動學生參與教學活動的積極性，提高學生學習物理的興趣，強化物理知識的形成過程，使學生學會探索自然規(guī)律的基本方法，從而使學生獲得基本的探究能力和創(chuàng)造性地解決實際問題的能力，使學生對概念的理解更準確，知識的掌握更牢固。

參考文獻：

[1]馮茁，曲鐵華.從PCK到PCKg：教師專業(yè)發(fā)展的新轉(zhuǎn)向[J].外國教育研究，2006，33（12）：58—63.

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（欄目編輯 鄧 磊）