優秀化學教師“原電池”主題的PCK表征研究

黃元東 周青

摘要： 基于CoRe模型對5名高中化學教師在“原電池”主題的PCK進行表征研究，結果發現受訪教師重視原電池的工作原理和基礎知識。優秀教師在課程知識維度重視原電池與其他主題知識和生活常識間的聯系，在教學過程中靈活創設教學情境，同時注重對學生學科思維能力的培養，且對學生學習某一主題知識具備的前概念、學習困難、錯誤概念、學生思維特點等十分熟悉，教學解釋語言本土化、生活化，能選擇多種表征方式展開教學，評價形式多元化。

關鍵詞： CoRe模型; 學科教學知識; 優秀教師; 原電池

文章編號： 1005-6629（2019）8-0020-05 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

1 ?前言

教師作為教育活動的主要參與者、組織者，是教學過程中必不可少的角色。PCK（Pedagogical Content Knowledge）最初由舒爾曼提出[1]，中文名稱是學科教學知識。舒爾曼認為，PCK是教師在課堂教學實踐中形成的，面對特定學科主題、特定學生時所具備的相關教學策略及表征方法和理解學生學習的知識。又因為教師PCK具有情境性和緘默性等特點，對教師PCK進行表征研究可以將教師的學科知識向教學知識的轉化過程顯性化。目前國內外學者對PCK的研究主要集中在內涵、組成、發展和表征方法等理論概括層面，而對基于主題知識的教師PCK研究相對較少。

PCK研究可為職前教師培養提供教學資源和材料，還可為教師進行課堂教學提供案例參考，有助于發現教師如何為適應不同背景學生的學習而對知識表征的形式和過程做出改變，對于構建有效的教師專業發展模式具有重要啟示，還可供新手教師借鑒以審視自己教學的不足，促進新手教師的專業發展和成長[2， 3]。本研究以高中化學的重難點知識“原電池”為主題內容，基于Loughran教授提出的CoRe模型，通過訪談法、文本轉錄和內容分析法探究優秀教師“原電池”主題的PCK。

2 ?研究對象與方法

2.1 ?研究對象

優秀教師具有豐富的教學經驗并在教學中取得優異的教學成績，獲得骨干教師、學科帶頭人或名師工作坊主持人等榮譽稱號，并對教育領域有很大的貢獻[4～6]。選取具有高級職稱的5位中學化學教師為受訪對象（基本信息如表1所示），這5位教師均來自陜西省省級一線重點中學，在國家優質課評選中獲過獎。其中，獲特級教師稱號的有2位教師，教齡達20年以上的有4位教師。

2.2 ?研究方法

目前還沒有公認的PCK維度，但基本上圍繞教學目的知識、內容知識、課程知識、學生知識、教學策略與表征知識、教學反饋與評價知識等確定教師的PCK維度[7～9]?；趯W者們對PCK內涵和組成的研究以及CoRe模型的探索視角，教師PCK應包括內容知識、課程知識、學生知識、教學策略知識及評價知識五個維度。

以Loughran教授及研究團隊提出的CoRe模型（表2）為訪談工具[10～12]，問題1對應內容知識維度，問題2、 3對應課程知識維度，問題4、 5、 6對應學生知識維度，問題7對應教學策略知識維度，問題8對應評價知識維度。對5位受訪教師圍繞“原電池”主題進行訪談錄音，再對訪談內容進行提煉分析，以各維度下的子維度內容作為分類標準（如前概念、學習困難及錯誤概念等是學生知識維度的子維度），歸納出五位受訪教師在各PCK維度的具體內容，得到各教師觀點間的共性及個性差異。表2中大概念的數量由教師個人決定，是教師覺得學生掌握某一知識點至關重要的核心內容。

3 ?數據分析

3.1 ?內容知識維度

5位受訪教師分別從整體上介紹了原電池主題的應授知識點（括號內為提及的次數，下同）有： 原電池的工作原理（5）、原電池的構成條件（5）、電極判斷（4）、常見原電池（2）、電極反應式的推寫（5）、原電池的應用（5）。例如T1教師談到，第一課時主要講原電池的定義、工作原理、構成條件以及電極判斷;第二課時主要講常見的原電池;第三課時就是電極反應式的推寫，這是學生最難掌握的，這不是讓學生死記硬背，而是讓學生將所學的知識整理出一個邏輯思維，以后就算是碰到了陌生的原電池，學生也能完成電極反應式的書寫;第四課時講金屬的腐蝕與應用，實際上就是原電池的應用。

對5位教師在該維度談到的應授知識點及次數進行記錄和歸納，可確定該主題內容的核心知識點。實際訪談過程中，受訪教師還會對其所談到的知識點加以詳細陳述，這也進一步說明該知識點在該主題內容的重要地位。如有關原電池的工作原理，5位教師均有談到，且基本上都是從能量轉化和化學反應兩個不同的角度進行講解的。由此可見，大家對原電池主題知識的教學更注重基礎知識的講解，重在幫助學生理解其工作原理及學會判斷原電池，并結合適當的練習掌握電極反應式的書寫，最后學以致用。

但也有少部分教師認為，為有助于學生更好地熟悉原電池，應向學生介紹一些常見的原電池，鞏固所學知識的同時，也能更好地詮釋化學與生活之間密不可分的聯系。如T1教師講到，重點是三類原電池，對于一次性電池，例如干電池不可充電，故只作了解。對于二次電池，如鉛蓄電池可循環使用，放電過程是將化學能轉化為電能，充電過程是將電能轉化為化學能?？蓮你U蓄電池著手，了解其特點和充放電過程，再通過習題鞏固其應用。燃料電池可以不斷充入氧化劑或還原劑連續使用，且原料來源廣，產物為水，無污染，與其他能源相比，反應相同質量，放出能量多，因此受到大家的青睞。燃料電池的相關知識是對原電池知識的全面復習，要讓學生掌握相應的電極反應式的書寫。

綜上所述，整理出優秀教師原電池主題內容知識維度PCK，核心知識點有： 原電池的工作原理、原電池的構成條件、電極判斷、常見原電池、電極反應式的推寫、原電池的應用。

3.2 ?課程知識維度

基于本研究所采用訪談工具，受訪教師從課程價值和課程組織兩個方面呈現他們對于原電池主題的課程知識，如表3所示。將受訪教師對關于原電池主題課程知識的描述，分為生活哲學（3）、與其他課程內容關系（5）、知識應用（5）、辯證思維訓練（2）四個方面進行歸類。如T4教師談到，在電極反應式的推寫過程中，需考慮電荷守恒、原子守恒及電子守恒等知識，在具體的教學過程中要向學生灌輸守恒思想。這就可以說明T4教師認為該主題知識與生活哲學是有關聯的。

優秀教師認為原電池知識是哲學問題在化學中的體現和延伸，生活中的對立統一思想、由現象看本質思想及守恒思想均在此得到了詮釋。課程內容關系方面，原電池知識既可復習鞏固氧化還原反應，又可為后續學習電解池知識奠定基礎，在高考考題中原電池知識經常與化學反應速率、平衡、能量變化等知識結合在一起考察。另外，原電池的實質是將化學能轉化為電能，與電解池的實質相對，學好原電池主題知識，有助于理解電解池知識。知識應用層面，原電池是能將化學能轉化為電能的一種裝置，實質是氧化還原反應，因此可以人為的改變化學反應條件使化學反應朝著有利于人類生產生活的方向發展。另外，原電池知識的研究還可以訓練學生分析、解決問題的能力，培養學生的辯證思維。

3.3 ?學生知識維度

表4呈現了受訪教師所具備的原電池主題的學生知識，本維度和下述維度數據的處理方式均與3.1內容知識維度相似。其中，優秀教師在該主題掌握的有關學生的前概念有： 氧化還原反應（5）、原電池的初步知識（5）。受訪教師一致認為該主題學生的學習困難主要是電極反應式的書寫（5）。而優秀教師對學生的錯誤概念、學生思維的認識各異，說明經驗也有不可信之處，從而得出開展實證研究獲得結論的必要性。

3.4 ?教學策略知識維度

從教學順序、表征方式和難點突破三個方面來呈現各受訪教師原電池主題教學策略知識維度的PCK，如表5所示。

根據各受訪教師講述知識點的順序，受訪教師均采取“原電池的概念、構成條件、工作原理——電極判斷——常見原電池——電極反應式的推寫——原電池的應用”的順序教學。

受訪教師對該主題知識所采取的表征方式有： 圖像（5）、舉例（5）、實驗（4）、類比（2）、模型（1）等，可見大家比較傾向采用圖像、舉例、實驗等來突破教學重難點。如T3教師談到，對于原電池中有無電流及電流流向問題，可以讓學生通過實驗觀察。最后結合適當的練習（3），定能達到事半功倍的效果。

3.5 ?評價知識維度

表6是受訪教師及優秀教師群體對于原電池教學評價知識維度PCK，主要從評價維度（5）和評價方式（5）兩方面呈現。5位受訪教師主要是從原電池的構成條件及電極反應式的推寫兩個方面對學生進行評價。采取的評價方式主要有： 觀察、總結、討論、提問、習題、測驗、黑板展示、互評等。

4 ?研究結論與啟示

（1） 原電池主題建構教學的核心知識點為： 原電池的工作原理、原電池的構成條件、電極判斷、常見原電池、電極反應式的推寫、原電池的應用。關于原電池主題知識，優秀教師注重原電池的工作原理與基礎知識，以及與生活的關系，生活中的很多哲學思想在原電池知識中得到了很好的體現與延伸。對于原電池的工作原理及電極反應式的推寫，優秀教師常結合氧化還原反應、物理知識進行闡述，而且鼓勵學生一定要重視原電池的應用，防護金屬腐蝕刻不容緩，促進工業生產必不可少。因此，新手教師在教學過程中應注重重組教材內容，不斷拓展、開發教學資源，重視主題知識與其他內容知識及生活常識間的聯系，在教學過程中靈活創設教學情境，同時強化對學生學科思維能力的培養。

（2） 優秀教師認為學生在學習原電池知識時具備的前概念有： 氧化還原反應、原電池的初步知識、常見電池、指針會發生偏轉的原因、閉合回路材料的選擇。學習困難有： 二次電池的應用、學習氧化還原反應后時隔太久、產生電勢差的原因、電極反應式的書寫、利用電子守恒解題。錯誤概念有： 原電池只有正負極，沒有陰陽極、銅鋅原電池（稀硫酸）正極上產生氣泡，負極上不產生氣泡、電子由負極流出途徑電解質溶液流入正極最后回到負極，誤認為有反應就會有電流、就能形成原電池，書寫正極反應時誤認為正極材料發生了反應。通過學習原電池知識，優秀教師認為學生的抽象思維、邏輯思維、辯證思維能力均有所提高。同時還能培養學生的推理、應變和識圖能力。啟示新手教師要圍繞學生所具備的知識、思維和興趣愛好等研究與琢磨學生，建構、豐富自己的學生知識，設計高效且有針對性的教學設計。

（3） 優秀教師在原電池主題的教學過程中，基于學生的認知規律，采用圖像、舉例、實驗等表征方式，結合習題鞏固幫助學生掌握電極反應式的推寫等重難點。例如： Mg—HCl—Al、 Mg—NaOH—Al、 Fe—HNO3—Cu等特殊例子。有時還會讓學生自主設計原電池，結合電化學腐蝕實例，幫助學生深刻理解原電池的工作原理及應用。因此，新手教師需鉆研生活，以生活中反映的化學常識作為課堂教學原材料，幫助學生深刻理解化學學習過程中的抽象知識及重難點知識。此外，教師還應根據化學學科的特點及學生在學習活動中的不同表現，豐富評價方式，如采用項目評價、自我評價、活動表現評價等。

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