PCK视域下的初中物理概念教学探索

■张少菊

物理概念是物理学知识体系的基础，是对物理现象概括、抽象的反映，也是对物理现象本质属性的反映。初中物理概念教学一直是教学活动的重要组成部分，它是物理教学的起点，是很多具体知识板块的中心，也是学生将物理知识与实际生活联系起来的纽带。实践表明，影响教学效果的主要因素，就是教师对PCK的掌握程度。

一、PCK（学科教学知识）的内涵

PCK是“Pedagogical Content Knowledge”的缩写形式，翻译为“学科教学知识”。1986 年，舒尔曼通过论证提出，PCK 的实质是整合某些特定学科的内容与教学法，表现为教师以自己独特的方式将特定学科的内容进行转化，转化为各种有利于教学、有利于学生学习的知识形式。2012 年教育部颁发的《中学教师专业标准》将PCK 列为中学教师必备专业知识要素中的核心知识。借鉴国内外相关研究成果，笔者认为，教师的PCK 是对课程知识、学科知识、教学知识以及学生知识在不同情境下的有效融合，即根据学生的兴趣特点与能力水平，将概念与问题进行重新组织和表征，以教师本身独特的方式呈现出来的一种知识形式。

二、PCK视域下的物理概念教学本质

如果将自然科学比喻为一座大厦，那概念就是建设这座大厦的水泥和砖瓦，是整座大厦最基本的单元。物理概念教学的本质就是教师、学生、教法、教材、教具之间的相互作用和相互协调发展的动态过程，教师应针对学生能力与兴趣的不同，对物理概念教学进行相应的改进、调整与展现，将物理学科知识上升为学生主动获得的一种“教学智能”过程（如图1）。

图1 “教学智能”过程

三、PCK 视域下的初中物理概念教学探索

1.以课程知识为支撑，把握概念教学体系

课程知识指某个知识点在整个学科体系中的地位和作用、与上位知识和下位知识的联系，还指新旧知识间的联系、知识与生活经验的联系。

例如，“速度”是初中物理第一个用比值来定义的概念，学生对这类概念的学习尚无经验，这就体现了课程知识中“速度”在整个初中物理学科体系中的重要地位。以这一概念的建构为支撑进行教学，将对整个概念教学体系的把握起到关键作用。学生在小学数学已学过速度的计算，会认为这一概念及公式的建立过程意义不大。教师可以从学生熟悉的运动员跑步的场面入手，先让他们理解观众法和裁判法是比较物体运动快慢的两种不同方法。观众法：当时间相同时，通过的路程越长的物体运动越快；裁判法：当路程相同时，所需的时间越短的物体运动越快。

然后教师抛出一个情境：如果两名运动员在比赛过程中的路程与时间都不相同，观众法和裁判法还能用吗？如甲运动员在8s 内运动了50m，乙运动员在12s 内运动了60m，如何比较两者运动的快慢呢？学生受经验的影响，一般先想到观众法，算出两者在1s 内分别运动了6.25m 和5m，从而判断甲运动得更快。此时教师就可追问，裁判法是否管用？学生开始思考，是否可以比较两者运动1m 所用的时间？通过计算，得出甲、乙运动1m 分别需要0.16s 和0.2s，从而作出判断。

此时，教师即可用现有的数据引导学生建构“速度”的概念：（1）用路程比时间计算出1s 内通过的路程，比值越大运动越快；（2）用时间比路程计算出运动1m 所用的时间，比值越小运动越快。两种比值都可表示运动快慢，但（1）更符合人们的思维习惯，因此物理学中就采用方法（1），将路程与时间的比值定义为速度，用来表示物体的运动快慢，其本质与观众法一致。

这一概念的建立需要教师丰厚的课程知识做支撑。第一个比值概念的建立，为密度、压强等教学奠定了基础。教学中，教师还要结合学生之前对速度的理解层次，引导他们通过生活经验理解观众法和裁判法。这些环节都体现了课程知识的内涵。掌握足够的物理课程知识，教师才能深刻理解概念的内涵与不同学生认知根源的差距，以及前后教学间的相互影响，从而更加有效地开展教学。

2.以学科知识为核心，理解概念教学本质

学科知识是学科中最核心、最基本的知识，包含学科的思想、方法、精神和态度，是对学生学习和发展最有价值的知识。

例如，比热容是初中物理中较复杂的一个概念，它是初中教材中用比值来定义的唯一涉及三个物理量的概念。在以往的教学中，教师往往通过教材上沙子和水的对比实验，推理给出比热容的定义，再通过一系列的习题加以巩固。这种教学方式导致学生只学会了比热容的计算，对概念始终没有清晰的认识。此时教师应以学科知识为核心，自身先理解概念教学的本质，合理设计教学过程。既然影响物体吸热升温的因素较多——物质的种类、物体的质量、吸收热量的多少，那就建立一个三维直角坐标系，把这几个量同时展现出来（如图2）。

图2

图中容器从中隔开为两个空间，底面的两条边分别代表两种物体的质量和比热容，其中质量相同，比热容大的一侧底面积大，倒入液体多少代表物体吸收热量的多少。认识了装置，教师可抛出两个问题：（1）不同物体吸收相同的热量，哪种物质升温少？（2）升高相同温度，哪种物质需要吸收更多热量？接着让学生通过倒液体活动来体验这两个过程。学生发现：（1）等量液体倒入容器，底面积大的一侧液面升高较低，即等质量的不同物体吸收相同热量，比热容大的物体升高温度少；（2）要使两侧液面升高到相同高度，则底面积大的一侧需倒入更多的液体，即等质量的不同物体升高相同温度，比热容大的物体，需要吸收更多的热量。这两个过程有效帮助学生理解了比热容对于物体吸热升温的影响意义，也使学生对比热容这个抽象概念有了更具体的认识。

这一设计就体现了对学科知识中核心思想方法的重视，让学生对概念本质有了明确的认识。对物理概念的分析与本质的揭示，需要教师掌握扎实的学科知识。教师在设计概念教学时，采用直观形象的教学手段，如上述比热容教学模型，让学生感知比热容大的物质就像一个大肚子，“容热本领”更强，这样，比热容的内涵就清晰明了了。

3.以教学知识为手段，优化概念教学效果

教学知识是为了达到教学目标，根据学生心理发展水平应采取的具有合适表征内容的教学手段和策略的相应知识。

例如，升华和凝华是教材中六个物态变化中最后出现的两个，此前学生已学习了汽化、液化、熔化和凝固的概念，不同于前面的是，升华和凝华的概念中都强调了“直接”一词。如何在建构概念时突出这一特点尤为关键。此时，教师就需要应用好教学知识这一手段，让教学效果进一步优化。

物质在升华前是固态，而在熔化前也是固态，学生对生活中的熔化现象很熟悉，为了让学生观察到固态可以直接变为气态，教师可将普通冰块和干冰同时放在一张有颜色的纸上，让熔化和升华过程同时呈现。过段时间，学生会发现普通冰块体积缩小，垫在底下的纸明显潮湿，即冰块变成了水；而干冰体积也在减小，但底下的纸却基本是干燥的，并未出现液态物质，也看不到任何其他物质产生，由此猜想干冰可能直接变成气态跑掉了。此时，再让学生想办法证明干冰是否变成了气态物质。学生结合吹气球的体验，会想到气体能使气球膨胀，于是把干冰放入气球或者把气球罩在装有干冰的容器口，观察气球是否膨胀。显然，通过这两个活动，学生就能真正理解升华的概念，明白“直接”的意义，凝华的概念建构也就顺理成章了。

以上设计体现了教学知识的应用，活动完全适合学生的心理发展水平，教学效果良好。初中物理教师应充分利用好教学知识，包括自身的专业知识、教学理论及教学经验，尊重学生的认知规律，有效设计教学活动，将学科知识转化为学生有效获得的知识。

4.以学生知识为起点，引发概念教学冲突

学生知识指不同学生的认知基础、认知方式及差异；哪些知识学生容易理解，哪些知识容易混淆；学生常见的错误是什么，如何帮助学生辨析和纠正等。

例如，升华现象可以通过实验来展现，而升华吸热就没那么容易感知了。以往很多教师会用温度计测量放置干冰的容器，观察温度计示数下降，由此得出干冰升华是吸热的。但这个过程显然是不严谨的，因为干冰本身的温度就很低，即使升华不吸热，干冰也会跟周围气体发生热传递，使环境温度下降。这个环节可以这样设计，取两个完全相同的容器，同时在里面加入温度和质量相同的干冰，并对其内部进行测温。可以观察到，一开始两个容器中温度基本相同，且温度都在不断下降，此时取出一个酒精灯让学生思考：若用酒精灯给其中一个容器加热，温度会有什么变化？学生根据以往认知，会猜测被加热的容器内部温度较高。随后教师演示实验，加热的容器内部降温反而更快了。这就利用了学生已有知识，引发认知冲突，迅速激发学生的好奇心。此时，教师引导学生观察并推理：加热使降温变快，同时内部干冰减少速度也在变快，说明升华加快的同时，降温也加快了，即升华过程在吸热。

掌握学生知识，了解学生的认知水平是设计概念教学的逻辑起点。在以往的学习和生活中，学生已经积累了大量的知识经验，在学习中他们会根据这些已有的经验理解新知识，当两者发生矛盾时，就会产生认知冲突。概念教学中，教师有意识地引发认知冲突，可以使学生心理产生不平衡感，从而促使学生产生解决冲突的内驱力，增强学习的积极性和主动性。

四、反思与探索

概念的建构过程就是揭示概念内涵的过程，不能简单直接地下定义，否则学生只会死记硬背，无法真正理解其深刻的内涵。教师要为概念教学巧妙设置真实情境，把知识情境化，让学生经历从“迷茫”到“领悟”的过程，对概念的认知在真实情境与理性认识的碰撞中不断升华，让概念真正经历“生长”的过程。在理解概念内涵的基础上，教师还可创设开放性实践体验，让学生在解决实际问题的过程中加深对概念的领悟，同时还能培养学生的探究能力、创新思维和科学态度，建立正确的物理观念。

总之，概念教学在整个初中物理教学以及新课程的顺利实施中有着无可替代的作用。相信PCK 理论指导下的物理概念教学能够帮助学生深入理解概念的内涵和外延，理解其中蕴含的物理思想方法。教师在实际教学过程中，应充分运用自身在实践中积累的PCK，机智高效地帮助学生建构物理概念，使其在知识学习的同时还能形成科学的物理观念和思维，真正提升物理学科的核心素养。