基于學科理解的化學教師PCK發展個案研究

張笑言 鄭長龍 錢勝 單媛媛

摘要：以“物質成分探究”一課為例，采取基于個案的行動研究方式，利用PCK框架及量規評價每一階段教師L的PCK，數據表明教師L的PCK各成分均得到有效發展。學科理解研討有效地促進課程知識、評價知識發展，學習任務為策略知識的精細化設計提供載體，有學生參與的教學實踐是提升學生知識的最佳途徑。研究得到以下啟示：學科理解為教師PCK發展奠定重要學科基礎，基于實踐共同體的行動研究為教師PCK發展提供場域和路徑。

關鍵詞：學科教學知識；行動研究；實踐共同體；學科理解

文章編號：10056629（2023）06002506中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

1 問題的提出

課堂教學是教育研究者、一線教師關注的焦點，教師學科教學知識（pedagogical content knowledge，以下簡稱PCK）是教師教學的必備知識基礎和實踐技能^［1］。舒爾曼（Schulman）認為PCK是教師將對學科知識的理解轉化為學生能夠理解的內容的一類重要教師知識^［2］，概念的理解中出現三個關鍵詞：學科知識、轉化、學生理解的內容。諸多PCK的發展研究成果表明，學科知識是PCK發展的前提條件和重要基礎^{［3，4］}。新手教師和熟手教師的PCK中學科知識具有顯著性差異^［5］，差異不僅在于學科、教學等知識量的方面，更在于知識在認知結構中的組織形式^［6］。2017年版普通高中化學課程標準中，強調教師需要重視學科理解，對學科知識及其思維方式進行本原性、結構化的理解^［7］。

理解教師PCK的發展過程對有效開展教師教育是必要的^［8］。通常職前教師的PCK發展主要途徑是課程或研討會議中導師指導^{［9，10］}，職后教師PCK發展的主要途徑有參加教研活動^［11］，參加專業項目^［12］等。如何融合高校導師指導和一線教研活動，協同促進在職教師PCK發展是有待探索的問題。溫格（Wenger）提出“實踐共同體”概念，活動系統中參與者共享各自對活動的理解，并認為學習即實踐參與^［13］?；趯嵺`共同體的行動研究一方面可以匯集高校專家和一線教師，另一方面可以讓一線教師參與科學化、專業性的教學研討活動，在行動中成長。

2 研究設計與方法

2.1 研究對象

本著“極端型個案抽樣”原則，抽取能夠為研究問題提供最大信息量的樣本——教師L。L是一名擁有10年教學經驗的熟手型男教師，具備應對本教學改革背景下挑戰的能力，對研究化學教師PCK發展具有較好的可信度和推廣性。PCK明顯區別于其他類型教學知識在于其與學科內容緊密結合^［14］，研究的學科主題為初中化學人教版教材第三單元“物質構成的奧秘”，該主題反映了化學學科中對物質成分的認識過程（元素—原子—分子），從宏觀層面到微觀層面，再深入宏微結合層面，遵循化學學科認識規律，具有發展學生科學思維和科學本質的重要價值。

2.2 理論框架

當PCK概念提出后，學者們紛紛探索PCK存在哪些知識成分，成分之間的關系如何？最為經典的理論模型為馬格努森（Magnusson）的四成分模型（課程知識、學生知識、策略知識、評價知識），其簡潔性和全面性成為眾多研究者的理論基礎^［15］。漢新（Hanuscin）對四成分進行子成分修訂，便于全面、細致地分析教師PCK的情況^［16］。因此，本研究選擇其作為理論框架，對不同行動階段中化學教師L的PCK成分進行評價，保證研究的規范性。表1展示了該理論框架。

2.3 研究方法

2.3.1 行動研究

艾略特（Elliot）曾說行動研究是對社會情境的研究，改善社會情境中的行動質量。通過“行動”和“研究”雙重活動，將研究的發現直接用于實踐，以提升實踐能力。為了讓一線教師深度參與研究，提升PCK水平，本文采取行動研究方式。研究團隊組建實踐共同體，由一名課程專家（Z）、一名學科專家（C）、一名教研員（Q）、授課教師（L）及其所在學校同學科教師組成，團隊18位成員均有化學學科背景，基于各自的社會角色從學科、教學兩方面均無私地進行知識共享，促進教師L的PCK發展?；赑CK概念內涵中出現的三個關鍵詞，依次設計行動前三個階段的主要內容：第一階段致力于學科理解探討、鞏固學科知識；第二階段重點關注知識的“轉化”，實現學科立場到教育學立場的轉變；第三階段從學生的視角對教學內容再次優化；最后，第四階段教師L展示行動研究成果。四階段的設計既保障教師L教學設計和教學實踐有充分的內化和提升時間，又從教學設計到教學實踐踏實穩步地發展教師PCK，具體設計如下。

第一階段，教師L進行第一版的教學設計及教學反思，展示教師L的PCK初始水平。實踐共同體針對教學設計中涉及到的主題內容進行學科理解研討，從結構化和本原性兩個角度夯實教師對物質成分相關的學科知識及其思維方式和方法的認識，保證學科內容的準確性與科學性。

第二階段，教師L展示第二版教學設計。實踐共同體以上一次行動討論內容為基礎，著重解決學科內容到教學內容的轉化，結合教學設計精細打磨教學策略。

第三階段，教師L進行第一次有學生參與的教學。實踐共同體結合學生的真實反應，從學生知識角度分析教學中出現的問題，對PCK各成分知識進一步優化。

第四階段，教師L進行第二次有學生參與的教學，展示整個行動研究的成果。隨即教師L反思自身PCK情況變化，描述參與行動研究的感受。

2.3.2 數據收集及分析方法

鑒于PCK的內隱性與復雜性，本研究采用質性研究方法。收集三方面數據，以形成三角互證，保障研究的信效度。其一為各階段教師L的教學實踐，具體為兩次教學設計和兩次有學生參與的課堂教學，這是評價教師PCK發展的主要數據。其二為整個行動中實踐共同體的研討內容，采取觀察法的形式進行收集，并進行視頻錄制。其三，教師L的第一階段及第四階段的教學反思，通過對比補充認識PCK的變化。

在數據分析過程中，首先將搜集的資料全部轉錄為文字。為了顯性化呈現教師L的不同階段行動中PCK變化情況，我們選擇漢新（Hanuscin）開發的PCK（如表1所示）量規評價教師L的PCK^［17］。每個子成分劃分為有限的、基礎的、豐富的、卓越的四個等級，分別賦予1到4分，總分為64分?，F以評價知識中評價內容為例，展示賦分原則，如表2所示。在此基礎上，采取內容分析法分析實踐共同體會議研討內容，以便對教師PCK的發展情況進行析因。

3 研究實施與分析

通過繪制折線圖發現，行動研究有效促進了教師L的PCK的各成分發展，圖1展示了四次行動中PCK整體發展情況，圖2展示了四次行動中PCK四個成分的具體發展情況。以下我們將結合每次行動內容具體分析教師L圖1和圖2的PCK變化情況。

3.1 第一階段行動及教師L的PCK分析

教師L第一階段展現的PCK為27分，整體來講屬于基礎水平。課程材料主要是原子、分子相關的原始化學史實，以化學史發展的順序為課程材料整合的依據。主題特定的表征停留在概念內涵界定的層面，忽視概念的學科功能。教學策略中活動多為“了解”“認識”加上事實性知識，例如認識道爾頓原子假說、了解分子學說形成過程?？梢?，教師初始PCK傾向于知識教學，課程材料難度與學生接受程度不相匹配，教學策略未能引導學生建構認識視角、發展認識思路。

學科內容的理解有利于從宏觀層面把握教學內容，厘清教學思路，明晰設計框架，故而實踐共同體在第一階段行動中側重學科理解研討。研討內容以教學內容涉及的學科歷史與前沿知識為依托，以大概念為理解錨點，以本原性問題為理解焦點，以思維方式的發展為理解重點。本原性問題是學科最原始且有價值的問題，能夠引發持續性思考。例如，針對化學家為何在有“元素”概念后還提出“原子”概念？通過追溯概念來源，討論得出“元素”“原子”都是化學家基于最小、不可再分的思想探索物質成分所提出的概念。由此確定了元素、原子概念的學科功能為對“物質成分”的表征，學科專家和課程專家提出本原性問題：如何認識物質成分？化學家是如何將元素與原子概念建立關聯的？在解決問題的過程中，元素是在宏觀物質層面表征物質成分，道爾頓認為“一種元素對應一種原子”，首次建立了元素和原子之間的關聯。原子是微觀微粒層面表征物質成分，隨著質子、中子的發現，現代化學將元素定義為質子數相同的一類原子的總稱，打破了原子不可分的觀念。再次建立了元素與原子間的關聯，實現基于宏觀、微觀相結合探究物質成分。當有了以上的認識后，教師L的學科知識逐漸以大概念物質成分為統攝，以三個層次視角（宏觀視角、微觀視角、宏微結合視角）為統領，實現知識結構化、認識結構化。

3.2 第二階段行動及教師L的PCK分析

教師L第二版本的教學設計所體現的PCK共42分，整體來講屬于豐富水平。經過教師對第一階段學科理解研討的內化、理解、轉化，在第二版呈現的教學設計中PCK各成分知識均有顯著提升，如表3所示，其中課程知識和評價知識有顯著提升。當教師L挖掘到物質成分的認識論層面內容，意識到結構化的認識視角的重要性后，不再一味以“了解”為主要教學目標拘泥于知識點的講授。對課程標準中“建立認識物質的宏觀視角和微觀視角之間的關聯”有了本質層面的認識。在課程標準的引領下，教師L的課程知識中策略目標組分發生了變化，更多關注學生認識視角的建構及其關聯。通過對學科內容結構化的理解，教師L課程知識中順序與整合組分有了提升，緊緊圍繞“物質成分”大概念組織課程材料，體現“基于最小、不可再分思想探究物質成分”的學科思想。相應的，評價內容從化學史實的了解轉向了基于學生表現揭示史實背后的思想，評價目的從事實性知識的啟發轉向完善認識視角，發揮出評價知識的診斷、反饋、發展學生認知的功能。

PCK的核心在于教師對大概念的理解“轉化”為便于學生理解的內容形式。本階段行動中，實踐共同體著重討論如何將本原性問題、認識視角及思路轉化為活動的教學策略。為了實現教學精細化設計，首先，課程與教學論專家介紹了板塊任務式教學模式，明確教學板塊，進而設計學習任務，連接核心知識與具體知識點^［18］，實現結構化的教學。其次，介紹了課堂教學系統的構造（CASES-T）模型（見圖3），為學科知識到學生能夠理解知識的轉化過程提供方法論指導，在目標的指引下，具體策略中以內容知識為基礎，思考內容所處的情境，學生通過什么活動能夠實現內容的建構，對于學生的建構情況如何進行過程性評價。由此實現教師PCK各成分的融合，以促進各成分的協同發展。

3.3 第三階段行動及教師L的PCK分析

教師L第三次教學實踐所體現的PCK共50分，整體來講屬于卓越水平。經過上次行動的理論學習，本階段教師L實踐中表現出的PCK有所提升，體現了兩方面特點：一方面，學生知識和策略知識增長明顯，教師L在每個學習任務中的教學問題，既能明確學生思考方向，激發學生的有效思考，顯性化地呈現了概念的學科功能及認識視角；又能很好地展現本課的邏輯主線，實現結構化的教學，如圖4所示。另一方面，各成分中與策略相關的子成分均有發展，體現成分協同發展趨勢。也就是說教師L能夠在策略目標指引下，設置指向學生的思維活動和實踐活動，并進行相應的評價。然而，針對特定學生顯性化建構認識視角、關聯認識視角，對教師來講仍是極具挑戰性的任務。

本階段的行動，實踐共同體以策略知識為錨點，以學生知識為重點，再次打磨學習任務及任務間關聯。設置教學活動是教師策略知識的直接表現，是落實大概念的必經之路，也是化知識為素養的有力途徑。例如，對于學生來講定比定律、倍比定律是晦澀難懂的，當認識到其背后蘊含的思想時，以學生常見的化學反應為課程材料，通過簡單的數據引發學生認知沖突，推理為何存在簡單整數比以建構微觀原子視角認識物質成分。避免“知識打洞”的現象，真正做到為學生減負。在每個學習任務后，建議教師L通過過程性評價讓學生建立核心概念間的關聯，整合PCK各成分以不斷深化學生對大概念的理解（見表4）。

3.4 第四階段行動及教師L的PCK分析

經過以上行動，本階段教師L展示整個行動研究的教學成果，教學實踐所展現的PCK為60分，屬于卓越水平。從三、四兩階段提高幅度來看，教師PCK各成分均穩步提升，如表5所示。

經過有學生參與的教學實踐行動研討，學生知識得到了顯著性提升，具體表現為教師L能夠提出與學生發展相適切的本原性問題，選擇并組織學生熟知的課程材料，體現了貫穿大概念“物質成分”的教學主線。通過過程性評價引導學生建立“元素”“原子”之間的本質關聯。例如，在“原子”概念到“分子”概念的過渡中，教師L提出具有沖擊力的本原性問題“構成物質的微觀粒子只有原子嗎？”激發學生在原子概念的基礎上，思考微觀視角下是否還存在其他粒子能夠表征物質成分，體會概念的學科價值。采取的策略為：以氫氣和氧氣化合為課程材料，如圖5所示，用不同顏色、大小的球直觀地表征原子，給出參與反應的三種物質的微觀粒子個數比2∶1∶2。將矛盾點聚焦于“半個原子”，基于學生認識生長點發展分子概念，完善認識物質成分的微觀視角。

3.5 行動前后教師L的教學反思分析

在行動第一階段的反思中，教師L提及：“我梳理了相關的化學史，將其直接作為課程材料。每到一個關鍵點，就拋出一段化學史實，然后根據其中提到的實驗數據或理論進行講解?；ㄙM了大量精力去琢磨如何向學生解釋定律，讓學生明白為什么道爾頓的原子論能夠解釋這兩個定律，教學的側重點莫名其妙地就變成了如何理解定比和倍比定律！”反思中教師L展現的PCK反映了知識為本的教學理念，追求課程內容的廣度，忽視深度。尚未以學生知識為主，發展評價知識、策略知識和課程知識。

在行動第四階段的反思中，教師L提及：“學科理解讓我厘清教學主線，深刻理解到本節課所承載的核心素養。但是，如何簡化課程材料仍舊是擺在我面前一個極大問題。從最初的給出定律名稱及定律內容，到用文字表達式代替定律內容，再到通過簡單粒子圖引導學生推理，每一步都離不開大家的支持?！狈此贾锌梢钥闯鼋處烶CK的變化，當理解概念的學科功能后，策略知識契合學生知識，以學生熟知的素材通過活動引導學生繼續建構所學內容，注重結構化的教學內容，落實大概念教學。

4 研究總結與展望

4.1 學科理解為教師PCK發展奠定重要學科基礎

學科理解通過本原性、結構化的認識，有效地“激活”學科知識。第一次行動中，教師L側重基于事實性知識的轉化，采取講授為主的教學行為，走入知識本位的教學誤區。進行學科理解研討后，PCK體現為對本原性問題、學科思維方式的轉化，呈現了少而精的教學內容?！吧佟斌w現在教學內容的選擇緊緊圍繞主題大概念，結合學生已有基礎，基于知識的學科功能從認識視角及其關聯層面突出教學重難點，從而課程知識得到顯著提升?！熬斌w現在顯性化引導學生思維方式和方法的建構，為策略知識、評價知識的發展奠定基礎。因此，教師在發展PCK的過程中，應重視學科理解的獨特價值，積極、主動地提升自身的學科理解能力。

4.2 基于實踐共同體的行動研究為教師PCK發展提供場域和路徑

行動研究充分發揮實踐共同體的力量，基于實踐深化對理論的理解，研究結果表明四次行動的路徑“學科理解—知識轉化—學生理解—教學實踐”有效促進了教師PCK的發展。第一階段行動，實踐共同體中學科專家與課程教學論專家從學科角度引領學科理解研討，促進了高校專家與一線教師的交流，奠定了充分而堅實的學科基礎；第二階段行動，課程教學論專家和教研員引領團隊討論：如何將學術形態的學科知識轉化為具有可教性的學科知識形態，關注知識轉化的重要性；第三階段行動，針對有學生參與的教學實踐中教師出現的問題，共同體成員基于各自角色提出建議；第四階段行動，教師呈現行動成果并闡述參與行動的反思。整個行動的實施過程實現了實踐共同體的知識共享、交匯與升華，創造優秀個體帶動群體、群體影響個體的良好教研氛圍，為教師PCK發展提供場域和一定參考路徑。

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