基于PCK理论的初高中物理教学衔接

谢福良，姚彬

摘   要：学科教学知识（PCK理论）是影响教学效果的重要因素。文章基于PCK理论，以“功”的教学为例，分析其在初、高中教学的衔接，发现其在知识结构、思维模式、教学难度等方面存在跨度大、螺旋上升的特点，并针对高中教学提出降低思维梯度、问题链同化知识、突破衔接深化点与弥补数学知识等衔接策略。

关键词：PCK;功;教学衔接

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）11-0009-3

功贯穿于中学物理的教学，是物理学的重要概念，是学习能量的基础。在物理课程标准中[1-2]，从知识、思维等方面对功的教学提出了不同的要求，高中内容并非是初中内容的简单重复或拓展，而是螺旋上升的关系。借助PCK理论，从学科知识、学生认知、教学法知识等方面分析初、高中功的衔接深化点，在两者间搭建一座桥梁，实现恰当、高效的教学衔接。

1    PCK理論概述

1986年，舒尔曼提出学科教学知识（PCK理论）的概念[3]。随后，格里斯曼对其进行补充与拓展[4]。

学科知识：学科中核心、基本知识，含呈现出的思想、方法等。

学生知识：了解学生的认知基础，认清学生的认知起点，了解哪些知识容易理解，哪些知识容易混淆，常见的错误与辨析错误的策略。

教学法知识：为达成教学目标，根据学生认知基础采取的教学策略。

PCK理论由教材、教师与学生交互而成，立足于学生，将学科知识转化为学生可接受的形态，实现知识的建构，解决教什么与怎么教、学什么与怎么学的问题。

2    基于PCK理论分析功的衔接深化点

分析《物理八年级下册》与《物理必修第二册》中的功可知（表1）：在学习材料的选取与呈现、知识难度与广度、思维能力等方面呈现跳跃大、存在间断点的特点。

2.1    学科知识——认知结构

以功为切入点，从功的内涵与外延进行展开，分别构建了初、高中学生对功的认知结构图，如图1和图2所示。

（1）从标量到矢量。初中的认知结构相对简单，并不考虑力的方向性，只关注其大小，用移动的距离替代位移;而在高中的认知结构中，引入矢量、位移的概念，考虑其方向性，并用矢量观念分析问题。此外，功作为标量，没有方向，如何让高中生理解功是标量，是教学的一个难点。从标量向矢量的过渡，是衔接的一个间断点。

（2）进一步深化功的内涵，形成科学、完备的概念。受学习能力、思维发展与数学知识的制约，初中生对功的理解是表面的或片面的。到了高中，并非简单地重复所学内容，而是在初中的基础上给功添加了许多新内容。如，把功的计算从“力与距离方向一致”的特殊性推向“力与位移方向不一致”的普遍性，从只考虑“做功的多少”拓展到“做功的正负”，赋予其物理意义，深化了功的内涵，让学生形成科学、完备的概念，为后续学习与功相关的知识作铺垫。

（3）揭示功的本质属性，为后续的教学作铺垫。在初中阶段，对功的本质的教学是含糊不清的，后续引出的动能、重力势能等概念与其关联性不强;而在高中阶段，明确功是能量变化的量度后，自然水到渠成地引出功能关系等规律。

初中的功过于简单，只停留在最浅显的层面，而高中的突变感较强，势必造成初、高中知识结构的跳跃，对高中教学造成一定的困扰。

2.2    学生认知——前概念影响

PCK理论将学术形态的知识转化为教学形态的知识，了解学生的认知水平是教学的起点。经过初中的学习，学生对功有一定的认知，不过是不完备、片面的，容易在高中教学中出现一些不和谐、不协调的现象。如，学生在初中形成的前概念干扰高中教学，教师在高中教学中高估学生的认知。

在初中课堂，学生通过日常用语或生活经验来理解功，无法弄清其本质属性，会形成说不清、道不明的前概念。如常用“功劳、成效”等词来等价功的表述，而“功劳、成效”并无正负之分，初中阶段也无正负功之说，两者的类比是恰当的。负功认知的缺失容易造成学生只认可正功的思维定式，无疑会影响到高中生理解正负功的物理意义与功能关系的学习。此外，有些错误前概念的形成与教师表述有关，初中阶段的功过于浅显，很多内容没法挑明，就很考验教师的语言表述与技巧。若教师语言表述不严谨，容易误导学生，产生理解偏差。如教师表述“力做了多少功”，没有指明哪个力与研究对象，容易淡化学生对研究对象、分力与合力的意识，既不利于学生理解功的概念，又不利于学习合力做功。

2.3    教学法知识——学习材料呈现方式

PCK理论的教学形态知识要以学生的心理发展与思维能力为立场，从学生角度进行设计。初中教学常以形象思维为基础，以生活经验、物理实验为学习材料。在教学中，教师用叉车搬物、搬而未动的石头等生活实例，采用直观教学法，让学生体验功的形成，并用之来解释生活现象，让学生在生活世界中学物理。

而高中教学是远离生活实践的，以抽象思维为基础，以数学知识为工具进行演绎推理。在教学中，教师或会摒弃生活实例，用矢量、三角函数、微元法等数学知识将物理问题转化为数学问题进行分析，让学生在科学世界中学物理。

从初中呈现大量感性学习材料到高中呈现具体物理问题的转变，是学生用形象思维建构知识到用抽象思维建构知识的过渡。思维模式的转变，无疑对师生的教与学提出新挑战。

3    PCK理论指导下的教学衔接策略

如何在高中教学中突破重难点、深化衔接点，笔者结合教学实践与PCK理论提出以下教学衔接策略。

3.1    直视学生思维变化的梯度，搭建降低思维梯度的桥梁

PCK理论的教学形态知识要以学生的心理特征与思维能力为立场。初中生学习功靠形象思维，高中生学习功靠抽象思维，学生思维发生了质的变化，若能兼顾好两种思维模式，搭建降低思维梯度的桥梁，让思维逐步过渡，重视知识的形成过程，有利于功的教学。如，在讲授“正负功的物理意义”时[5]，一般从“数学模型‘α<90°，cosα>0’‘α=90°，cosα=0’‘α>90°，cosα<0’”—“物理模型W>0、W=0、W<0”—“正负功的物理意义”—“解释现象”，此法对学生抽象思维、数学能力要求较高。若能用生活实例，则可降低思维梯度，如用“人拉着车，使其动起来”“人扯着车，使其停下来”的例子，让学生认识到“正功代表推动物体运动，负功代表阻碍物体运动”。再如，在“功是标量”的教学中，常从标量、矢量遵循的运算法则或点乘的角度来解析，这或许可以用例子来讲解：静止物体受到力F作用后，运动一段位移，不同方向的作用力F，发生的位移方向不同，但作用力F做的都是正功，即可说明功是标量。

3.2    结合学生认知基础，采取问题链将新知识同化到学生的认知结构

PCK理论提及了解学生的认知水平是教学的起点。在高中教学中，容易高估学生对功的理解，认为初中已学过，可以一笔带过，甚至直接忽视。当然，学生已有一定认识的概念，也没必要重头再来。借鉴奥苏泊尔的先行组织者策略[6]，在呈现新内容前，结合学生认知基础，让学生温习初中的功，采用问题链的途径递进式地提出新知识，巧借新、旧知识的衔接深化点，引导学生的思维，把新知识融合到自身原有的知识体系中。如，正视学生初步知道功的概念与计算的基础，沿着“功的概念与简单计算—任意角度下的功—正负功的物理意义—功是标量—功的本质属性—正负功的大小比较”的问题链教学情境，层层递进，帮助学生完善满足高中要求的认知结构。

3.3    做好衔接深化点的突破

PCK理论的核心是要抓住核心知识，用合适的教学策略来帮助学生理解。高中教学要进一步深化功的内涵，让学生形成科學、完备的概念，因此要重视衔接深化点，做好间断点的突破。在得到功的表达式后，做好其内涵与外延的分析讨论，尤其做好“功是标量、正负功的物理意义与功的本质属性”的突破，可以多创设思维情景，让学生在体验与感悟中学习。

3.4    做好数学工具的衔接

高中物理教学中数学知识的滞后是无法回避的矛盾，尽管创设形象活泼的实例可以降低学习难度，但很多问题的解决都离不开数学知识，因此下足功夫提升学生运用数学工具解决问题的能力，才能学活物理。在本节中，会用到三角函数、矢量等数学知识，学生对三角函数比较熟悉，用其分析问题的难度不大，但对矢量比较陌生，所接受的矢量知识是零散的，因此要在前面学习力等知识时，逐步渗透矢量知识，提升将矢量运算转化为标量运算的能力，让学生学会用矢量观念看待问题。

高中教学，要重视学生的认知结构，做好衔接深化点的突破，在教学设计的优化上动脑筋，在教学实践中加以引导，帮助学生高效地进行学习。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]秦青青.新任教师学科教学知识（PCK）发展研究[D].南京：南京师范大学，2015.

[4]董伟. PCK理论指导下的“功”教学设计[J].中学物理教学参考，2021，50（15）：34-36.

[5]惠旭光，蒋守培.基于核心素养的物理教学——以新教材“功”的两节同课异构公开课为例[J].物理教学，2019，41（05）：3-5.

[6]张大均.教育心理学[M].北京：人民教育出版社，2012：83-84.（栏目编辑    赵保钢）