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第39卷第3期西南师范大学学报(自然科学版)2014年3月Vol.39No.3JournalofSouthwestChinaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Mar.2014文章编号:10005471(2014)3017805高高中物理教师学科教学知识(PCK)内涵的案例研究①张正严1,张中华21.西南大学科学教育研究中心,重庆400715;2.西南大学物理科学与技术学院,重庆400715摘要:采用马格努森等人提出的PCK结构框架模型,从有关课程的知识、学生的知识、教学策略的知识三方面,对我国一位典型高中物理教师在“动能和动能定理”一节教学中所展现出来的PCK做了细致分析.在此基础上,得出:学科教学知识是学科教师从学生立场出发在特定阶段学科教学视域内思考问题的产物;学科教学知识是一种“群体性知识”,在特定群体内具有一定的可传递性.关键词:PCK;物理教师;动能定理;内涵;案例研究中图分类号:G633.7文献标志码:A20世纪80年代,美国斯坦福大学教育学教授舒尔曼(LeeShulman)在研究教师教学专长的过程中,发现优秀教师具有一种特殊的融合学科知识与一般教学法知识的知识,舒尔曼把这种特殊的教师知识称作学科教学知识(PedagogicalContentKnowledge,简称PCK).马格努森(Magnusson)等人基于对科学教师学科教学知识的研究,认为PCK由五部分组成,分别是:一,关于学科教学取向(orientation)的知识;二,关于课程的知识;三,关于学生的知识;四,关于教学策略的知识;五,关于学习评价的知识[1-2].马格努森等人的PCK结构框架较为成型,但是对于某具体学科教学内容,该框架的五部分内容的表现形态也可能有很大不同.为了深入研究学科教学法知识,本研究将选取一位典型专家型高中物理教师为个案,以马格努森等人的PCK内涵结构理论为分析框架,分析研究他在一节具体的物理课堂教学中所蕴含的学科教学知识.1研究对象与方法1.1研究对象本次研究对象是四川省G市一所重点中学的一位高中物理教师———王老师(化名).王老师1998年大学毕业后一直在这所重点中学任教.王老师无论是给何种班级上课,所教学生都取得了较好的成绩.因此,很顺利地在工作5年后被评为中学一级教师,工作10年后被评为高级教师.从王老师的经历来看,可以认为王老师是当前高中物理教师的典型代表.1.2研究过程与方法选取王老师执教的高中一年级“动能和动能定理”的教学做课堂观察和文本分析,辅以深度访谈,去挖①收稿日期:20130711基金项目:西南大学第四届教育教学改革研究资助项目(2010JY072).作者简介:张正严(1981),男,云南祥云人,教育学硕士,讲师,主要从事科学教育学、物理课程与教学论的研究.掘王老师在“动能和动能定理”一课中所展现出来的关于课程的知识、关于学生的知识、关于教学策略的知识(在一节课的教学中,对马格努森等人所言的教师的教学取向观和关于学习评价的知识不能深入,故本文未作研究,留待后续研究中分析).2研究结果及分析2.1关于课程的知识2.1.1关于教学目标的知识王老师认为,动能定理是“机械能和能源”这一章的重点,也是整个力学的重点.动能和动能定理是在探究恒力做功与物体动能变化关系中得出的,在这个过程中,蕴涵着丰富的思维资料,有助于改变学生科学本位的观念,同时此过程注重科学探究,提倡学习方式的多样化、强调过程与方法的学习,有助于培养学生的“创新意识、创新精神和实践能力”,激励学生“在教学过程中的主动学习和探究精神”,调动学生学习的主动性、积极性、促进其个性全面健康发展和情感态度与价值观的自我体现.2.1.2学科方面的知识2.1.2.1对“动能和动能定理”内容的理解1)动能(EK)除教材上所陈述的内容外,王老师还给学生补充讲解了以下内容:与速度的关系:一定质量的物体,速度变化了,动能不一定变化,如匀速圆周运动;物体动能发生变化,速度一定变化.从这个讲解来看,王教师对动能概念的内涵有一个很深的理解,注意强调了动能与速度之间的关系.这种强调对于学生在以后的学习和解题中也是必要的,这也是学科教学知识的一种体现.2)动能定理相较于教材上“力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化”,王老师相应地也对这一规律做了进一步的深入阐述,以加深学生对动能定理的理解:①如果合外力做功的代数和大于零,即ΔEK0,表示合外力对物体做正功,末动能大于初动能,物体动能增加;②如果合外力做功的代数和等于零,即ΔEK=0,表示合外力对物体不做功,物体动能不变;③如果合外力做功的代数和小于零,即ΔEK0,表示合外力对物体做负功或者说物体克服合外力做功,末动能小于初动能,物体动能减少.王老师这种将“动能定理(知识)嚼碎”的理解和处理方式,其目的无疑是站在学生的立场上帮助学生加深对动能定理的理解.这些内容,尽管在教科书中很少呈现,但是在各类高中物理辅导资料中却屡见不鲜.也就是说,这种学科教学知识在高中物理教师群体内广为流传,深受认可.2.1.2.2“动能和动能定理”和其他知识的区别与联系在访谈中,王老师提到,学生在学习这一章知识时,最容易将动能定理与后面要学的机械能守恒定律相混淆.机械能守恒定律反映的是物体初、末状态的机械能间的关系,且守恒是有条件的;动能定理揭示的是,物体动能的变化和引起这种变化的合外力间的关系,它既关心初、末状态的动能,也要求学习者必须认真分析对应这两个状态间经历的过程中做功的情况.王老师的这些认识,无疑也是站在学生立场上思考问题,以期帮助学生在以后的学习中避免将相似的物理规律混淆.2.2关于学生的知识2.2.1关于学生学习的准备知识在访谈中,王老师利用他十几年的教学经验针对学生学习“动能和动能定理”前的准备知识提出了他自己的看法.“动能定理其实是一个很普遍的物理定理,因为它没有什么条件的限制,在很多情况下都可以运2西南师范大学学报(自然科学版)卷用,由此与动能定理相关的题型也较多.学生要学好“动能和动能定理”,其所具有的准备知识也较多,如能明确的建立出物体运动的过程,如匀变速直线运动、抛体运动、匀速圆周运动等,能正确的进行受力分析,知道某个运动的什么时候是初状态和什么时候是末状态,能找到此过程中有哪些力做功等等”.2.2.2关于学生学习的困难知识针对学生学习“动能和动能定理”的困难知识,王老师谈到“在实际学习中学生对动能概念的理解较为容易,能够掌握外力对物体做的功与物体动能的变化之间的定性关系和定量关系,但是真正的深层次理解他们之间的关系还是存在困难.加上教材在推导这一定理时,由一个恒力做功使物体的动能变化,得出力在一个过程中所做的功等于物体在这个过程中动能的变化,然后逐步扩大几个力做功和变力做功及物体做曲线运动的情况.这个梯度很大,在帮助学生理解时一定要循序渐进,起点不能太高,要让学生在学习上经过一个感性认识到理性认识的过程”.王老师关于学生准备知识和学习困难知识的总结,基本上都是“经验之谈”,这些经验来源于教师的教学实践,来源于教师对高中物理整个知识结构的熟识,来源于对历届学生学习相应知识所呈现出来的“坑”和“坎”,其核心依然在于站在学生的角度思考教学问题.2.3关于教学策略的知识2.3.1具体活动的呈现:课堂的引入针对“动能定理”这节内容,王老师是这样引入新课的:(1)师:2011年3月11日,日本由于地震引发巨大海啸,造成巨大的人员伤亡和财产损失.那么,请问同学们,为什么日本海啸具有这么大的能量?生:……(因为它具有很大的动能)(2)师:大家知道发电站中有一种叫做风力发电站,它是怎样发电的呢?是什么能转化成什么能?生:……师:那么,具体什么是动能呢?物体由于运动而具有的能量叫做动能.可以看出,王老师通过运用国外发生的大事件和日常生活中的常识,引出动能的概念———物体由于运动而具有的能量,指出动能可以转化为其他形式.这种看似“信手拈来”的例子,能很好地引起学生的学习兴趣.但这些例子的积累和应用,对于新旧教师来说,还是有所差别的,这也是教师PCK的具体内容之一.2.3.2具体问题的呈现:特殊问题的解决办法中学物理教师在推导动能的表达式以及后面的合外力做功和物体动能变化关系(动能定理)时,考虑到学生的接受能力和推导的简便性,一般采用“物体在水平拉力作用下沿光滑水平面匀加速运动”的例子,当然王老师也不例外.虽然采用“物体在水平拉力的作用下沿光滑水平面匀加速运动”易于学生理解和得出动能和动能定理的表达式,但是这个例子之中只出现了一个外力做功,不利于学生准确把握动能定理是描述“合外力做功”和“动能变化”之间的关系的本质,不利于学生全面理解动能定理的外延(适用范围).当多个外力对物体做功的时候,动能定理还适用吗?这个时候,如何用动能定理解题呢?王老师又针对这个问题增补了一道教材上没有的例题进行了相应的教学.图1例题示意图例质量为m的物体受沿斜面向上的恒力F的作用沿斜面加速运动,动摩擦因素为u,初速度为v0,斜面倾角为θ.求第一次上升高度h时物体的速度.解:设第一次上升高度为h时物体的速度为vt.根据动能定理:Fhsinθ-mgcosθhsinθu-mgh=12mv2t-12mv203第3期张正严,等:高中物理教师学科教学知识(PCK)内涵的案例研究虽然这道例题相对较难,但是总的来说还是很有意义.通过此题让学生加深了对于动能定理的理解和认识,动能定理不仅适用于一个外力做功的情形,也适用多个外力做功的情况,同时也阐明了“合外力所做的功等于各个外力做功的代数和”这一处理方式.并且由于此题涉及的物理知识和数学方法较多,能够培养学生运用数学方法解决物理问题的能力.3结论与讨论3.1学科教学知识是学科教师从学生立场出发在特定阶段学科教学视域内思考问题的产物从“关于教学目标的知识”来看,王老师对“动能与动能定理”的教育价值的认识,主要是以高中教学(学生在高中物理教学中要学到什么)为“过滤镜”去筛选“动能与动能定理”在高中教学中对于高中生的价值.其三维目标的设定也是根据高中新课程理念和课程标准的要求来设定的,即使该内容能实现其他的教育目标,他也不会轻易涉及.王老师对教学目标的设定较好地说明了PCK是学科知识与特定教育知识(高中物理教师需要知道的物理课标、考纲等)的融合.从“学科方面的知识”来看,王老师“动能与动能定理”的知识理解也是以高中物理所涉及的知识层次为指向的,比如在大学阶段讲“非恒力做功时,动能定理的推导”时,可以借助微积分知识来解决,由于高中生没有学习微积分,所以王老师对非恒力做功情况下的动能定理没有推导,这也是一般高中教师采取的教学策略.在对“动能与动能定理”与其他知识的联系与区别的认识,王老师也仍然是站在高中生的视角来思考问题(此处的“高中生”是一个群体概念,并不特指具体某个高中生,更多地是指向教师所带班级的全体同学).从“关于学生的准备知识”来看,王老师这方面的知识也是建立在对高中物理教学所涉及的物理学科知识整体把握之上,从不“越界”.从“关于学生的学习困难知识”来看,王老师也是准确地把握了学生已有知识与高中物理教材所涉及知识之间距离,他明晰地知道学生要到达教材所指的那座“高山”,学生会碰到“河沟”和“陡坡”,知道要给学生搭桥和搭梯子,知道在哪里要放缓步伐,小心走路.综上所述,通过本案例的研究,一方面,从具体学科教学的层面佐证了李伟胜归纳的“学科教学知识的核心内涵是:从学生立场出发实现知识转化”的观点[3-4].一方面,学科教学知识是教师为了帮助学生完成特定阶段学业(如本例中的高中物理)从工作实际出发选择性地思考问题而形成的知识体系,它具有实践性和情境性,但不同于实践性知识.它是一群特殊人群完成特殊工作所必备的特殊知识形态,类似于一种“地方性知识”.3.2学科教学知识是一种“群体性知识”,在特定群体内具有一定的可传递性从“具体活动的呈现”来看,王老师从“日本海啸”和“风力发电站”等生活实例引入新课,本身蕴含教师的实践智慧.进一步分析,这