基于PCK视角的“牛顿第一定律”教学案例分析与思考

摘要：PCK是“学科教学知识”的简称，文章以“牛顿第一定律”教学案例为例，从PCK的四个维度加以剖析，以探求更加有效的教学方法。

关键词：PCK理论;牛顿第一定律;教学案例

一、 PCK理论的内涵

PCK理论最早是由舒尔曼教授提出的，PCK是“学科教学知识”的简称，是教师在教学中通过分析教材、学生和课堂，结合各个学科的特性、学生的心理特点、认知水平和知识的掌握情况，把多种因素整合起来并以一种学生最易于理解的方式表达出来的知识形式。它是“用专业学科知识与教育学知识的综合去理解特定单元的教学如何组织、呈现以适应学生的不同兴趣和能力”。格罗斯曼则定义PCK由四部分组成：“关于学科教学目标的知识、学生对某一主题理解和误解的知识、课程和教材的知识、特定主题教学策略和呈现知识。”

泰州学院潘小明教授把PCK解读为一种“转化”的智慧，或“融合”的智慧，即“教师需要对知识进行逻辑分析和对学生进行心理分析，需要了解学科中心的主题并据此采用适当方法进行教学，需要根据特定的教学对象、教学内容和教学环境进行教学的优化和设计，并努力将传授知识、启迪智慧和完善人格有机地结合起来”。

二、 案例主题和背景

从教15年以来，牛顿第一定律新课已教授过很多遍，但每当讲到此处，一是因为学生初中已经学习过此块内容，二是主观认为牛顿第一定律内容简单，无须拓展。所以关于牛顿第一定律的教学往往以复习为主，基本没有仔细钻研教材和课标的要求，也很少深入了解学生相应的前概念，完全按照自己的理解和经验来授课，缺乏必要的教学策略，教学效果也是不了了之。

这次市里举行教研活动，安排笔者和另外一位教师进行同题异构教学示范，课题正是牛顿第一定律。被“逼上梁山”，笔者开始钻研课标、教材、研究论文，认真思考牛顿第一定律的教学设计，反复推敲，认真打磨，终于一堂合格的公开课成型。

文章将依据PCK理论重新审视笔者的这节公开课，主要从PCK理论的四个主体维度加以剖析，即学科的知识、课程的知识、学生的知识和教学策略的知识。以期能进一步理解PCK的内涵，提升笔者的学科专业素养，同时也为读者设计“牛顿第一定律”的教学提供案例和参考。

下面笔者将截取几个教学片段来做叙述和分析。

三、 案例实录与评析

片段一：首尾呼应，点睛学科知识内涵

师：今天很荣幸来到百年名校南京一中和同学们共同学习一节课。初次见面，老师给大家带了一点小礼物，每人一块橡皮。当然，老师还有一点小小的要求，请大家想办法让手中的橡皮运动起来。

学生活动：各显神通让橡皮运动。

师生互动：通过刚才的小实验思考讨论运动和力之间的关系，引入新课。

新课教学：……

师：理解了牛顿第一定律，现在我们已经比较清晰地认识了运动和力之间的关系，但其实牛顿第一定律也不是放之四海而皆准的，也有它的适用范围，后续我们会进一步学习。

师：今天我们一起学习了亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿等科学先辈关于运动和力关系的探究历程，他们孜孜不倦，不断推陈出新，就如同老师送给大家的橡皮，每一次的擦除和修正都是为了更加接近真像和真理，但是科学永远都是一首未完的交响曲，需要我们一代一代人接力前行，这也正是老师送给大家橡皮的初心。

评析：PCK理论的第一个维度，即教师要关注学科的知识，要對所教学科的性质、学科中最核心的基本知识，以及对学生今后发展最有价值的知识全面把握和深刻理解。物理学科核心素养也指出要培养学生的“科学态度与责任”，要教育学生正确认识科学本质，培养求真务实的科学态度，树立社会责任感。

基于此，本节课在引入新课环节时并没有采取通常用PPT播放几幅运动的图片，或者教师做推小车的演示实验等方法，而是给每位同学发了一块橡皮，让学生自主探究体会运动与力之间的关系。这样做既体现了课堂上学生的主体地位，又化解了借班上课与学生的生疏感，当然最重要的是为小结先辈科学家对运动与力关系的探究历程埋下伏笔。通过橡皮的比拟，升华了学生对科学研究历程的重视，促进了学生领悟科学本质和科学研究方法，有效促进了课程目标的具化。

事实上，牛顿第一定律的教学蕴含着丰富的教育价值，如基于对亚里士多德客观评价的辩证唯物主义世界观教育。叙述科学先辈对运动和力关系探究历程所体现的敢于质疑和挑战权威的精神，以及在讨论惯性的应用和防止时所提炼出来的科学态度与责任等。这些教育价值在本节课的实施过程中笔者都做了有效的渗透和融合，不仅丰满了课堂的内容和内涵，也很好地体现了学科知识的育人价值。

片段二：创新实验，巧化学生知识疑点

师：同学们请看实验装置（图1），这是由两个斜面平滑连接所构成的轨道，轨道上铺有2段薄纱布。下面我让实验小球从一侧斜面与水平标线的交点处由静止开始下滑，大家注意观察。

演示实验：……

师：同学们观察到实验小球可以冲上对接的斜面轨道，大家是否注意了实验小球在对接斜面轨道上能不能也上升到原来的高度？

生：不能，因为斜面轨道有摩擦。

师：很好，同学们都能瞬间洞悉事情的本质。那么你有办法让实验小球也在对接斜面上上升到原来的高度吗？

生：减小摩擦，撤去铺在轨道上的纱布。

演示实验：……

师：撤去纱布重做实验，你观察到实验小球在对接斜面上能上升到原来的高度了吗？

生：快要上升到原来的高度了，还有一点差别。

师：还有进一步减小摩擦，方便易行的办法吗？

师生互动：由气垫导轨启发，形成共识，将实验小球悬吊起来，悬浮于斜面轨道之上。如图2。

演示实验：……

师：这次实验我们又观察到怎样的实验现象？

生：实验小球上升到原来的高度，几乎没有误差了。

师：很好，同学们观察得非常仔细，现在我们是不是有理由相信，如果我们能消除阻力的影响，实验小球在对接斜面上一定能上升到原来的高度。

师：下面请同学们阅读课本，理解伽利略理想实验。

师生互动：理解伽利略理想实验……

评析：众所周知，理想实验是物理学研究问题的重要方法，伽利略的理想斜面实验也是关于牛顿第一定律教学的重要内容。然而，由于理想实验是人们在思想中塑造的理想过程，是一种逻辑推理的思维过程，学生对此缺乏必要的感性认识，所以并不能真正理解理想实验的精髓和价值。往往都是学的时候似乎一听就懂，但是时间久了，却并不能在脑海中留下任何有价值的痕迹。

为此，笔者在进行理想实验的教学设计时充分考虑到学生原有知识中可能模糊不清的疑点，深挖课程知识素材间的联系，将伽利略的摆球实验和斜面实验进行有机整合，创新实验方案，在充分的事实基础上进行理想实验的理解和逻辑论证，有效突破了学生认知过程中的迷思障碍，形成了深层次的理解和感悟，落实了学科核心素养中对科学探究和科学思维的培养。

其实，尽管学生在初中已经学习过牛顿第一定律的内容，但在他们的脑海中依然存在根深蒂固的原认知，即“前概念”。这些前概念中有些与科学概念基本相符，有些则相悖甚远。例如，认为物体的运动需要力来维持，惯性是一种力，惯性与速度有关，速度越大惯性越大等。笔者在备课过程中对学生知识中的前概念做了仔细的分析，在进行教学设计时，通过创设问题情境引发认知冲突，创新实验具化实验探究，巧设问题串启迪思维等方式，帮助学生理解了学习牛顿第一定律的过程中可能遇到的困难，有效突破了原知识和前概念的障碍，进阶了思维。

片段三：丰富活动，延展学生学习兴趣

活动1：用笔从上部敲击火柴盒，猜猜硬币是否会掉落（图3）。

活动2：运动的鸡蛋和静止的鸡蛋相碰，猜猜哪个更容易裂（图4）。

活动3：外形相同的两个乒乓球用线悬挂起来，组织同学玩吹乒乓球小游戏（图5）。

活动4：利用手中的矿泉水瓶研究油罐车罐体的结构（图6）。

评析：PCK理论的第四个维度是有关于特定主题教学策略的知识，即是为了达到教学目标，根据学生认知水平，以学生可以理解的形式将教学内容呈现出来的方法。笔者在进行本节课的教学设计时，针对不同的教学主题采用了灵活多变的教学策略，在进行惯性的教学时，笔者设计了丰富的活动，激发了学生的学习兴趣，灵动了课堂。其中活动1通过活动冲突启发学生的探究兴趣，通过问题解决促进了学生对知识的理解。活动2是一个课后延展项目，是引导学生居家从事家务劳动时观察生活现象，培养他们根据所学知识解决生活实际问题的意识。活动3是一个经典的小游戏，寓教于乐，引导学生在游戏和交流中参悟真知。活动4主要是利用手边的矿泉水瓶模拟油罐车的罐体，结合惯性的大小只与质量有关的认识，讨论设计罐体的横向挡油板结构，并由此培养学生的科学态度与责任意识。

物理课程标准在教学建议中也指出，在教学设计和教学实施过程中要重视情境的创设，要培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。笔者在进行本课题的教学设计时通过创设问题情境，丰富活动安排，紧密联系生活实际等策略，既调动了学生的学习兴趣，又在潜移默化中渗透了知识方法和责任态度，取得了良好的教学效果。

四、 案例反思与小结

常言道：“要给学生一杯水，教师应有一桶水。”这里只是强调了教师知识量的重要性，然而这桶水如果只是教师的学科知识，而忽视了其他，势必不能完全发挥它的最大效益。PCK理论提出了一个更大范畴的学科教学知识的概念，研究PCK不仅让我们明白了教师知识中什么才是最有意义的知识，而且也明确了教师学科教学知识发展的路径和方向。

其实，教师PCK的获得具有实践性的特点，也就是说教师的PCK是从教学案例的研究中不断积累中获得的。在实践前、活动中和行动后围绕某一话题开展行动研究，进行大量的案例积累，我们就可以不断丰富和锤炼自我的学科教学知识，获得正确的PCK，成为一名真正合格的优秀教师。

参考文献：

[1]廖元锡.PCK——使教学最有效的知识[J].教师教育研究，2005（6）：39-42.

[2]潘小明.学科教学知识（PCK）的理论及其发展[J].教育探索，2015（1）：20-28.

[3]杜愛慧，张淑君.高中物理“牛顿第一定律”的PCK解析[J].物理教师，2018（12）：6-9.

作者简介：

王德春，江苏省南京市，江宁高级中学。