中学物理教师学科教学知识（PCK）测试研究

摘 要：本文依据中学物理教师PCK结构开发量表，以此为工具调查测试PCK结构5要素对应的15种能力，使中学物理教师PCK水平成为能测量的显现化内容。通过定量分析中学物理教师学科教学知识的水平，为提升中学物理教师的PCK水平提供方向和途径，进一步推进了学科教学知识研究的本土化，为教师发展及教师培训提供依据。

关键词：中学物理教师；PCK；测试研究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）8-0028-8

1 学科教学知识概述

在课程实施的过程中，我们经常见到这样的现象：不同的老师上相同内容的课，往往会有截然不同的教学效果。这表明教师的水平有差异。有些教师难以将学科知识有效地表征为学生能懂的知识，因而难以让学生真正掌握学科知识。这一情形表明教师如何将学科知识表征为学生能懂的知识应该受到关注。学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge，简称PCK）正是用来解释和解决这一问题。1986年时任美国教育研究会主席的舒尔曼教授在《教育研究者》发表了一份研究报告，文中首次提出学科教学知识概念，并将其定义为“教师个人教学经验、教师学科内容知识和教育学的特殊整合”[1]。

舒尔曼把PCK作为教师最有用的知识，能够区分教师与学科专家，所以教师区别于物理学家、天文学家、化学家的主要不在于他们掌握知识的广度与深度，而是看他们能否把自己的学科知识经过更好的组织和编排传授给学生，使其能更好的吸收和消化[2]。

自舒尔曼提出PCK以来，很多学者对PCK的内涵也进行了研究，并提出了自己的认识和看法。学科教学知识的结构和内容也不断被各国教育家丰富和完善。见表1[3][4]：

纵观国外不同的学者对PCK的已有研究，虽然具体内容有所不同，但其核心因素是类似的，都把PCK定位于老师怎样有效地把学科知识转化、翻译成学生容易理解的知识。

我国研究者在充分借鉴国外关于PCK的研究成果的基础上，从不同方面对PCK展开了进一步研究，从校本教研、教研组活动、教师发展学校、高师生的培养等角度论述了PCK问题。

2 研究意义

2.1 研究现状的不足

自PCK的概念提出以来，现有研究多为分析性和概念性研究，研究方法主要以理论演绎为主，缺乏与具体学科的联系， 为数不多的对中学物理教师PCK的研究，大都采用了定性的分析方式，较为笼统，多以思辨为主，基本上是陈述现象，且往往是论多证少或有论无证，没有对研究结果进行量化分析，对教师学科教学知识的整体水平不能给出一个准确的界定，难以直观地反映中学物理教师PCK的真实水平。当前实证研究或定性与定量相结合的研究非常急需。

2.2 本研究的意义

笔者通过对国内外PCK的发展历程及研究现状进行研究，结合物理学科的自身特点，从物理学的独特视角，开发量表对中学物理教师学科教学知识水平进行量化研究，尝试通过定量分析的方式对中学物理教师的PCK进行研究与分析，从而直观地反映现阶段中学物理教师PCK的真实水平。本研究试图探究促进中学物理教师学科教学知识增长的有效途径，进一步推进学科教学知识研究的本土化，为推动物理新课程的改革及教师教育的改革提供参考，为中学物理教师PCK的研究提供依据和方向。

3 研究依据

在国内外学者研究的基础上，根据物理学科的特点及多年培训物理教师的研究，笔者在前期研究中建构了符合中学物理教师特点的PCK结构。我们认为中学物理教师学科教学知识应包含五个方面的要素：主题最核心的内容及其教育价值、内容之间的联系、学生已有的经验和可能出现的困难、帮助学生学会的策略、实验的操作和价值挖掘[5]。此PCK结构经多年来的实践得到同行的广泛认可，使之成为了分析物理教师学科教学知识水平较为成熟的理论框架。因此，本研究将以此PCK结构作为测试研究依据，对中学物理教师学科教学知识进行量化研究。

4 研究方法

本研究采用文献研究、课堂观察、量表测试等研究方法；通过文献调查了解PCK的理论与研究现状，采用课堂观察与量表测试将被测教师的PCK能力水平进行可视化呈现，课堂观察与量表测试互相佐证，能够准确反映出中学教师在该主题下的学科教学知识水平。

5 测试量表

5.1 开发量表

教师的学科教学知识水平通过具体教学内容体现，因此需选取具体教学内容来研究中学物理教师学科教学知识的水平。“牛顿第一定律”是中学物理的重要内容，是经典力学的基石，也是教学的难点内容，中学物理教师对该部分内容的认识，能够比较充分地体现教师的学科教学知识水平。

此量表结合具体教学课题——“牛顿第一定律”，依据中学物理教师学科教学知识结构设计而成，中学物理教师学科教学知识结构包含五个方面的要素，如表2第一列所示，与此相对应，梳理出每方面所涉及的能力，如表2第二列所示。例如：主题最核心的内容及其教育价值，涉及把握重要概念的能力、掌握与知识相关方法的能力、识别教育价值的能力三方面。但这些能力仍然属于教师内化和隐性的素养，需要开发量表设计出问题将其变为可测评的量，每个能力所对应的量表问题如表3第三列所示。此量表共包括15个开放性问题，与PCK的15种能力一一对应。

该量表突破了原有对PCK研究的壁垒，进入了PCK的内部进行研究，关注教师的教学过程，突显了PCK教学实践性特点，而且可对教师的PCK水平进行量化分析。同时，可以发现中学物理教师PCK中存在的問题，进而为提升中学物理教师的PCK水平提供方向和参考。

2.评分标准

量表的评分是PCK水平量化的前提，中学物理教师学科教学知识测评量表评分标准如表3。

依据数据结果将教师的PCK水平划分为三个等级，第一等级分值为1分及1分以下，第二等级为1至2分，第三等级为2至3分。endprint

6 研究对象

本研究对象为随机抽样的北京市中学物理教师，发放测试问卷80份，回收77份，无效问卷2份，有效问卷75份。

7 测试研究

为了将测试结果系统、清晰地呈现，下面分别对每个能力进行详细分析与探讨，从而得出中学物理教师学科教学知识的现状。

7.1 把握主题最核心的内容及其教育价值的能力

中学物理教师把握主题最核心的内容及其教育价值的能力主要涉及三个方面： 把握重要概念的能力、掌握与知识相关方法的能力、识别教育价值的能力。

1. 把握重要概念的能力（如图1）

由数据分布图可以看出，中學物理教师把握重要概念的能力相对较高。得1分者15人，所占比重20%；得2分者30人，所占比重40%；得3分者30人，所占比重40%。依据量表测试结果，教师把握重要概念能力的平均分为2.20分。由此可以看出，大部分教师把握重要概念的能力水平处于第二、三级水平，即把握重要概念的能力为中等偏上，说明大部分教师学科功底较扎实。但仍然有教师把握重要概念的能力水平较低，即基本不能识别核心概念，对中学物理知识的掌握缺乏准确性和严密性。

2. 掌握与知识相关方法的能力（如图2）

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图 2 “掌握与知识相关方法的能力”测评结果

由数据分布图可以看出，中学物理教师掌握与知识相关方法的能力水平较为集中。得0分者2人，所占比重2.7%；得1分者16人，所占比重21.3%；得2分者37人，所占比重49.3%；得3分者20人，所占比重26.7%。依据量表测试结果，教师掌握与知识相关方法的能力的平均分为2.01分。由此可以看出，近半数的教师掌握与知识相关方法的能力水平处于第二级水平，即把握重要概念的能力为中等，有部分教师该能力水平较低，甚至完全回答错误。

3. 识别教育价值的能力（如图3）

由数据分布图可以看出，中学物理教师识别教育价值的能力差异较大。得0分者1人，所占比重1.3%；得1分者35人，所占比重46.7%；得2分者27人，所占比重36.0%；得3分者12人，所占比重16.0%。依据量表测试结果，教师识别教育价值的能力的平均分为1.68分。由此可以看出，接近一半的教师识别教育价值的能力水平处于第一级水平，即把握重要概念的能力较低。

7.2 理解内容之间联系的能力

中学物理教师理解内容之间联系的能力主要涉及三个方面：把握概念之间关系的能力、掌握相关知识的广度与深度、掌握概念发展的能力。

1. 把握概念之间关系的能力（如图4）

由数据分布图可以看出，中学物理教师把握概念之间关系的能力维度得分相对较低。得0分者4人，所占比重5.3%；得1分者41人，所占比重54.7%；得2分者24人，所占比重32.0%；得3分者6人，所占比重8.0%。依据量表测试结果，教师把握概念之间关系的能力的平均分为1.43分。

由此可以看出，超过一半的教师把握概念之间关系的能力水平处于第一级水平，即把握概念之间关系的能力较低，无作答或完全回答错误的比例较高。只有极少数教师把握概念之间关系的能力较高，达到三级水平。

整体来说教师把握概念之间关系的能力不高，大部分教师对物理概念的掌握具有单一性，对物理知识整体掌握不够全面，对物理概念之间建立的联系不够理想。而教师只有清楚地知道概念之间的关系，才能顺利地教给学生，从而使学生的知识形成网状的知识系统，而非孤立的知识点。

2. 掌握相关知识的广度与深度（如图5）

由数据分布图可以看出，不同中学物理教师掌握相关知识的广度与深度方面差异较大。得0分者16人，所占比重21.3%；得1分者29人，所占比重38.7%；得2分者21人，所占比重28.0%；得3分者9人，所占比重12.0%。依据量表测试结果，教师掌握相关知识的广度与深度方面的平均分为1.31分。

由此可以看出，无作答或者回答错误比例较大，亦即大部分教师掌握相关知识的广度与深度维度处于第一级水平。只有少数教师掌握相关知识的广度与深度的能力较高，达到三级水平。整体来说教师掌握相关知识的广度与深度方面水平较低。

3.掌握概念发展的能力（如图6）

由数据分布图可以看出，中学物理教师掌握概念发展的能力方面得分相对较集中。得0分者4人，所占比重5.3%；得1分者43人，所占比重57.3%；得2分者15人，所占比重20.0%；得3分者13人，所占比重17.4%。依据量表测试结果，教师掌握概念发展的能力的平均分为1.49分。

由此可以看出，大部分教师掌握概念发展能力处于第一级水平，对概念的发展的掌握还不够深入，不够系统化。同时也可以看出达到第三级水平的教师人数相对提升，说明一部分优秀的教师掌握概念发展的能力较强，学科功底扎实。

7.3 了解学生已有的经验和可能出现的困难的能力

中学物理教师了解学生已有的经验和可能出现的困难的能力主要涉及三个方面： 安排课程的能力、了解学生基础的能力、预测学生学习困难的能力。

1. 安排课程的能力（如图7）

由数据分布图可以看出，中学物理教师安排课程的能力方面表现更为集中。得0分者3人，所占比重4.0%；得1分者53人，所占比重70.6%；得2分者12人，所占比重16.0%；得3分者7人，所占比重9.4%。依据量表测试结果，教师安排课程的能力的平均分为1.31分。

由此可以看出，接近四分之三的教师安排课程的能力方面处于第一级水平，相比其他能力，表现更为集中，说明教师安排下一步课程方面还不够清晰准确，能力有待提高。

2.了解学生基础的能力（如图8）

由数据分布图可以看出，得0分者5人，所占比重6.7%；得1分者40人，所占比重53.3%；得2分者22人，所占比重29.3%；得3分者8人，所占比重10.7%。依据量表测试结果，教师了解学生基础的能力的平均分为1.44分。endprint

由此可以看出，超过半数的教师了解学生基礎的能力处于第一级水平，关于学生的知识相对匮乏，针对学生情况进行备课的能力略显不足，因材施教水平相对较低。

3.预测学生学习困难的能力（如图9）

由数据分布图可以看出，中学物理教师预测学生学习困难的能力方面水平较低。得0分者2人，所占比重2.7%；得1分者47人，所占比重62.7%；得2分者17人，所占比重22.6%；得3分者9人，所占比重12.0%。依据量表测试结果，教师预测学生学习困难的能力的平均分为1.44分。

由此可以看出，超过百分之六十的教师预测学生学习困难的能力处于第一级水平，表现比较集中。另一个方面，这也说明中学物理教师对学生了解相对不足，应加强对学生的研究。

7.4 帮助学生学会的策略方面的能力

中学物理教师帮助学生学会的策略维度的能力主要涉及三个方面： 判断学生理解知识水平的能力、调整教学策略来适应学生的能力、鉴别有效教学策略的能力。

1. 判断学生理解知识水平的能力（如图10）

由数据分布图可以看出，中学物理教师判断学生理解知识水平的能力表现比较集中。得0分者3人，所占比重4.0%；得1分者48人，所占比重64.0%；得2分者17人，所占比重22.6%；得3分者7人，所占比重9.4%。依据量表测试结果，教师判断学生理解知识水平的能力的平均分为1.37分。

由此可以看出，能很好地、准确地判断学生理解知识水平的教师不足百分之十，说明中学物理教师判断学生理解知识水平的能力有较大的提升空间。

2.调整教学策略来适应学生的能力（如图11）

由数据分布图可以看出，中学物理教师调整教学策略来适应学生的能力有两极分化的趋势。得0分者11人，所占比重14.7%；得1分者29人，所占比重38.7%；得2分者28人，所占比重37.3%；得3分者7人，所占比重9.3%。依据量表测试结果，教师调整教学策略来适应学生的能力的平均分为1.41分。

由此可以看出，无作答或者回答错误的教师比例较高，在把握程度上尚需作进一步的提升；同时，处于第二、三级水平的教师接近半数，针对能力水平不同的学生，能适当地调整教学策略进行兼顾，体现出中学物理教师调整教学策略来适应学生的能力有两极分化的趋势。

3.鉴别有效教学策略的能力（如图12）

由数据分布图可以看出，中学物理教师鉴别有效教学策略的能力得分较为平均。得0分者2人，所占比重2.7%；得1分者33人，所占比重44.0%；得2分者31人，所占比重41.3%；得3分者9人，所占比重12.0%。依据量表测试结果，教师鉴别有效教学策略的能力的平均分为1.63分。

由此可以看出，大部分中学物理教师鉴别有效教学策略的能力处于第一、二级水平，超过百分之十的教师鉴别有效教学策略的能力水平较高。

7.5 实验操作和价值挖掘的能力

中学物理教师实验操作和价值挖掘的能力主要涉及三个方面：实验操作能力、通过实验提升教学效果的能力、挖掘实验价值的能力。

1.实验操作能力（如图13）

由数据分布图可以看出，中学物理教师实验操作能力较低。得0分者7人，所占比重9.3%；得1分者34人，所占比重45.3%；得2分者29人，所占比重38.7%；得3分者5人，所占比重6.7%。依据量表测试结果，教师实验操作能力的平均分为1.42分。

由此可以看出，中学物理教师实验操作能力整体较低。大部分教师水平集中在第一、二级水平，甚至有接近百分之十的教师无作答或者回答错误，说明对应的中学物理教师的实验操作能力有待提高，应给予关注和重视。

2.通过实验提升教学效果的能力（如图14）

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图 14 “通过实验提升教学效果的能力”测评结果

由数据分布图可以看出，中学物理教师通过实验提升教学效果的能力较为集中。得0分、无作答或者回答错误，在本研究中合计6人，所占比重8.0%；得1分者42人，所占比重56.0%；得2分者21人，所占比重28.0%；得3分者6人，所占比重8.0%。依据量表测试结果，通过实验提升教学效果的能力的平均分为1.36分。

由此可以看出，超过半数的中学物理教师通过实验提升教学效果的能力集中在第一级水平，说明教师选择实验、将实验与教学内容有机结合、通过实验提升教学效果的能力较低。

3. 挖掘实验价值的能力（如图15）

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图 15 “挖掘实验价值的能力”测评结果

由数据分布图可以看出，中学物理教师挖掘实验价值的能力有两极分化的趋势。得0分者12人，所占比重16.0%；得1分者38人，所占比重50.7%；得2分者17人，所占比重22.7%；得3分者8人，所占比重10.7%。依据量表测试结果，教师挖掘实验价值的能力的平均分为1.28分。

由此可以看出，无作答或者回答错误的教师比例较高。同时，处于第二、三级水平的教师超过三分之一，体现出中学物理教师挖掘实验价值的能力有两极分化的趋势，但整体水平仍相对较低。

8 研究结论

通过测试研究，我们可以得出以下结论：

1.中学物理教师学科教学知识水平存在较大的提升空间

中学物理教师学科教学知识水平存在个体差异性，处于三级水平的教师较少。从整体水平上来看，中学物理教师学科教学知识的平均得分在1～2分之间，整体综合水平处于中等水平，即笼统或有限地理解PCK的水平，中学物理教师学科教学知识水平还有较大的提升空间。中学物理教师的PCK结构五要素及所涉及的15种能力具体平均得分如表4所示，主题最核心的内容及其教育价值方面得分最高为1.96分，内容之间的联系得分为1.41分，学生已有的经验和可能出现的困难得分为1.39分，帮助学生学会的策略得分为1.47分，实验的操作和价值挖掘得分最低为1.35分。endprint

2. 多数中学物理教师目前尚处于学科专业知识向学科教学知识进行转化的阶段

从测试研究可以看出，大部分中学物理教师专业知识功底较为扎实，主题最核心的内容及其教育价值方面相对得分较高，其中所涉及的把握重要概念的能力和掌握与知识相关方法的能力平均达到三级水平。但整体来看中学物理教师的学科教学知识水平不高，反映出大部分参加测试的中学物理教师尚未对学科专业知识和学科教学知识进行有效区分，少部分教师有试图将学科专业知识转化为学科教学知识的意识，但没有较好的实施，多数中学物理教师仍处于由学科专业知识向学科教学知识进行转化的阶段。

3. 关于学生知识的匮乏是中学物理教师学科教学知识发展受到制约的突出障碍

从测试研究可以看出，中学物理教师对学生已有的经验、可能出现的困难、前概念、学习规律、学生的接受水平、已有知识基础、社会生活环境等方面了解相对较少。大部分中学物理教师个人缺乏此类知识的系统整理，没有主动探寻提升的意识，这与我们实际教学中中学物理教师对学生了解的实际表现存在差异。笔者认为造成这种差异的原因主要是参加测试的部分教师在认知上并没有将相关学科教学知识有效归类。此外，调查结果也在一定程度上反映了中学物理教师经历过的职业培训中缺少有针对学生研究方面的专门的学习机会和交流的平台。

4. 实验的操作和价值挖掘能力不足是中学物理教师学科教学知识水平低的关键原因

从测试研究可以看出，不少中学物理教师在熟练掌握实验操作的基本技能、灵活选择实验进行教学方面存在不足，对如何帮助学生通过实驗加深对知识的理解深度、提高准确度、分清教学内容层次，恰当选择实验内容和实验方法等方面的把握能力相对较弱，无法更高效地发挥自身的创造力，尤其是挖掘实验价值的能力较低，为学科教学知识所涉及的15种能力中得分最低的一种能力。调查中还发现有些教师不愿在教学准备和课堂实施过程中分配过多精力和时间在物理实验方面，而用观看视频动画代替具体实验操作。物理学是以实验为基础的学科，实验能力直接影响教师的教学效果，提升中学物理教师的实验操作和实验价值挖掘能力应引起关注和重视。

9 对教师培训的启示

教师培训是提升教师学科教学知识水平的有效途径，基于测试研究，本文对中学物理教师培训提出如下启示：

1.关注学生研究

以往教师培训较多侧重学科专业知识的学习，通过测试研究我们发现关于学生知识的不足是中学物理教师学科教学知识发展受到制约的突出障碍。因此，在设计中学物理教师培训课程计划时，应适当调整和增加教师教育课程的学分及学时，尤其是增加学生研究方面的课程量，促进教师关注学生研究。对教师培训课程内容的建设，应注重教育理论，关注学生需求，重视理论与实践类课程的联系，使中学物理教师在理解课程标准、课程改革、教育教学动态及核心思想的基础上，关注现阶段中学生的物理学习现状，从而提升其对应的学科教学知识水平。

2.加强实验专题培训

由测试研究可以看出，实验操作和价值挖掘能力不足是中学物理教师学科教学知识水平低的关键原因。物理学是以实验为基础的学科，实验能力直接影响教师的教学效果。在教师培训中，应开发帮助教师提高实验操作与教学能力的针对性的培训项目，紧紧围绕物理实验这一培训主题，开发系列培训课程与讲义，选择适合中学教学的传统实验、现代技术实验、基于项目的实验及课外实验活动，重点研讨实验操作及注意事项、实验教学能力等。同时，对提升教师挖掘实验价值的能力也应予以重点关注，以解决有些教师虽然课堂上会操作实验，但是对每个实验的教育价值、实验方法，对每个实验为培养学生的素养起到的特殊作用认识含糊不清，思考不够，挖掘能力欠缺的问题，从而有效提升教师对应的学科教学知识水平。

3.建设高素质的培训师资队伍

为提高中学物理教师学科教学知识水平，培训师资队伍也应转变观念、提高能力。一方面，培训的授课教师要转变思想观念，融合学科教学前沿动态；另一方面，培训授课教师在上课过程中，除注重学科知识的深度之外，还要注重学科知识的广度，加强知识之间的联系，加强不同学科知识间的联系，在中学知识的基础上加深拓展；还应注重多补充新知识，如最新的科研成果、科研动态，加强与生活、生产实际的联系。

4.转变授课方式

在教师培训中应转变授课方式，综合小组研讨，动手操作，观摩学习，听课议课，参观博物馆、科技馆、天文馆等多种方式，采用线上学习与面对面授课相结合的混合式学习方式。教学方法应尽量多样化，使培训课程更具吸引力和实用性，这也是对中学物理教师的一个行为影响，以促进中学物理教师理论知识向实践知识的转化。

参考文献：

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[2]胡青，刘小强.分离还是融合：教师教育专业化中形式与实质的矛盾[J].江西社会科学，2005（11）：188-192.

[3]Shulman，L.S.Knowledge and teaching：Foundations of the New Reform[J].Harvard Educational Review，1987，57（1）：1-22.

[4]赵蛟，李冬花.近十年我国学科教学知识问题研究述评[J].教育科学论坛，2012（2）：60-64.

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（栏目编辑 李富强）endprint