从PCK的视角探讨中学化学教师的知识结构

摘要：PCK是学科教学知识（pedagogical content knowledge）的简称，是能提高教师教学效能的最有用的知识。因此，研究中学化学教师的PCK，有利于提高化学教师的专业素养，促进教师的专业成长，同时也为其他学科的教师教育课程研究提供借鉴。

关键词：PCK 教师教育 化学教师

一、PCK简介

1986年美国斯坦福大学教授舒尔曼（Shulman）首次提出了PCK的概念，并将其定义为“教师个人教学经验、教师学科内容知识和教育学的特殊整合”[1]。PCK概念的提出，引起了教育界的广泛关注，也引发了人们对教师教育的思考，不少教育研究者纷纷响应并加入到这一课题的研究中，并不断对PCK理论进行补充、修正和完善。其中对PCK进行较大修正并得到广泛认可的当属科克伦（Cochran）、德鲁特（DeRuiter）和金（King），他们从建构主义教与学的观点出发，将学科教学知识（PCK）修订为学科教学认知（PCKg），他们认为知识是一种静态的，指向结果的，而认知是一种动态的过程，和教师专业特性较吻合。因此，将PCK的知识成分修正为：（1）学科知识;（2）一般教学法知识;（3）学生知识;（4）教育情景知识。科克伦等人强调了关于学生知识、教育情景知识的重要性，这两种知识的准确把握程度直接影响着教师的有效教学，教师只有在理解学生和教育情景的基础上，才能选择适当的教学策略，提高学生的学习效能，同时提高教师自身的教学认知水平。德鲁特等人尝试构建了学科教学认知的发展模型[2]（见图1）。

图1 学科教学认知的发展模型

（资料来源：Cochran，DeRtuter & King，1993）

在此模型中，居于中心位置的PCK和周围的四种知识成分交互重叠，重叠程度越高，代表教师的四种知识成分整合转化性越好，说明教师的PCK水平越高。图1中四种知识成分两两重叠且每种知识成分都有箭头指向外界，意在表明每种知识成分并不是孤立的存在，而是相互融合并不断与外界相互作用，也说明这是一个动态的开放的系统模型，它随着教师四种知识成分的不断更新及各成分之间的重组、整合、转化而变化。此模型不仅展示了教师专业化发展需要掌握哪些知识，也动态地展示了PCK的建构过程。

二、高中化学教师PCK分析

1.高中化学教师静态PCK成分分析

通过对学科教学认知的发展模型及各知识成分的分析，得出高中化学教师的PCK应该包括：化学学科知识、教育情景知识、化学教学法知识、关于学生的知识。表1简要概括了高中化学教师的PCK成分所包含的内容。

表1 化学教师的PCK成分

（1）化学学科知识

化学学科知识是化学教师必须掌握的最基本的知识，是本体性知识，这类知识以学生应该掌握、理解的有关化学知识为前提。可以从三个维度进行探讨：（1）核心知识是最基础的化学知识。以人教版新版高中化学教材为例，主要出现在必修模块的两本教材中，是学生必须掌握的基本概念：物质的量、氧化还原反应、原电池、电解池等核心概念;基本理论：原子结构、元素周期律、化学键、化学平衡等理论;基本知识：无机化学、有机化学、电化学等知识;基本技能：实验技能、计算技能。这部分知识是简单的基础知识，适合学生自主学习或小组合作学习。（2）从知识的深度来探讨延伸知识，即深层次的理论、知识之间的内在联系及化学知识的逻辑体系，这部分知识相对较难，教师在课堂上要做详细的讲解，最好能做到深入浅出，便于学生理解。（3）从知识的广度来探讨扩展知识，即与生活、生产、社会密切相关的知识及化学学科最新成就等，此类知识不用深入讲解，以培养学生的化学学习兴趣为目的。

（2）教育情境知识

教育情境知识属于实践性知识的范畴，是教师在课堂教学中所积累的课堂情境知识及策略知识等实践性知识。在课堂上创设生动活泼的教育情境，可以激发学生对某一课题的兴趣及学习的欲望。良好教育情境的创设能让学生觉得化学是一门神奇的学科，而教育情境的不当使用，其效果必然适得其反。教育情境的应用一般分为两种，一种是引导学生在有趣的情境中解决某一问题，以原电池的学习为例，可以创设以下情境：一位女士有蛀牙，自从装上两颗假牙（一颗不锈钢，一颗金牙）以后，经常出现头痛、失眠、烦躁等症状，今天请大家当一次医生，用化学知识给这位女士诊断。这类能使学生对某一课题有清晰明了认识的课堂情境是值得提倡的。另一种是创设情境，引出课题，以氢键的学习为例，教师首先以“假如没有了氢键，地球将会变成什么样？”引出氢键，很多同学就会好奇：氢键怎么会对地球有如此大的影响。通过这一课题的学习，知道了氢键对NH3、H2O、HF这三种物质的熔沸点影响很大，假如没有氢键，水的沸点就会下降到-50℃以下，常温时水将以气态的形式存在于自然界中。俗话说：水是生命之源，没有了液态水，没有了江河湖泊，地球上还会有生命的存在吗？这种通过创设情境引导学生思考的教学方式，有助于激发学生的化学学习热情。

（3）化学教学法知识

化学教学需要一般的教育学及心理学知识做支撑，同时，化学学科也有自己独特的特性，它少了人文学科的相对开放性，多了一般自然学科的严密性，但它又不同于物理、生物等自然学科，化学研究的对象是物质，物质有宏观的存在，同时又有微观的构成，而物质的微观构成是全面研究物质的基础。微观世界是肉眼看不见的，这就要求教师在化学教学过程中对待不同的知识内容要采取不同的教学方法。

化学教学法知识主要包括：（1）宏观物质教学法知识。例如：物质的分类、存在形式、物理性质、用途等宏观不太抽象的内容适合教师用讲授法、指导学生阅读法或观看实物等形式进行学习。（2）微观结构教学法知识。在原电池的学习中，电子转移较抽象，通过展示动画视频的形式，可以形象地说明负极如何失去电子，电子是如何通过导线转移到正极的。对心智发展不够成熟的高中生来说，微观层面的教学可以通过展示模型、观看动画视频等形式让学生对肉眼看不到的抽象的微观世界有一个清晰的认识。（3）实验教学法知识，属于实践探究知识。化学教学中包含大量的制取实验、性质实验、验证实验等，一些简单的实验教师可以在课堂上进行演示，一部分有毒、有危险性的实验可以通过观看视频进行学习，其余实验应该鼓励学生主动参与完成，这样不仅可以培养学生的动手能力，使得学生所学的理论在实践中得到验证，还能培养学生的创新意识，引导他们利用化学理论对生活现象进行探究，加深自己对世界的认知。endprint

（4）关于学生的知识

PCK的核心内涵在于将学科知识转化为学生可学的形式[3]。为了使教师的学科知识以学生容易理解的形式有效的传递给学生，学习某一特定课题时，教师必须了解学生对已有前概念的掌握情况及学习这一课题学生容易误解的点。教师只有了解了学生对某一课题相关的前概念的掌握情况，才能以前概念为起点对某一课题进行教学，例如：离子反应的书写这一课题学习中，必须以学生对强电解质、弱电解质、非电解质等概念的理解为基础。教师还要了解某一课题学生易误解的点，让学生透彻的理解，为特定课题的顺利学习奠定基础。在乙醇这一课题的学习中，羟基会被部分同学误认为是OH-，看上去都是O和H组成的一个整体，但羟基是一个中性基团，它只是有机物结构的一部分，是不会电离出来的，而OH-是可以电离的一种阴离子。因此，教师的教学活动应该以学生对所学知识的前概念为前提，以学生对应学知识的理解为核心。

2.高中化学教师动态PCK的形成

PCK是“教师最有用的知识代表形式”，是“最有效的类推、阐述、示范和解释”[4]。我国研究者通过实证研究发现：PCK是决定教学有效性的核心知识，它能区分学科专家与教学专家、高成效教师与低成效教师的不同。“专家型教师与新手教师的差异不在于知识量上的差异，更在于知识在他们记忆中组织方式上的差异。专家型教师拥有的知识以脚本、命题结构和图示的形式出现，比新手教师的知识整合的更完整”[5]。教师一旦建构起自己的PCK，就会内化为教师对知识的教学表征及教学计划的设计与实施。因此，PCK的建构过程，是新手教师向专家型教师转变的过程。PCK是教师教学所需的各种知识的特殊整合，高中化学教师的PCK的建构、整合过程和PCK的形成相似。高中化学专家型教师和新手教师最大的不同在于他们的课堂教学设计的不同。

以化学能与热能的教学设计为例：

环节一：导课

同学们都知道煤、石油等燃料的燃烧在生成CO2等气体的同时还会释放出大量的热能，可以利用这些热能做饭、取暖、发电等。化学反应要遵循质量守恒定律，那化学反应前后能量的变化是否也遵循能量守恒定律呢？化学反应的发生需要一定的条件，那么在加热或高温条件下才能发生的反应一定是吸热反应吗？现在带着这两个问题来进行这节课的学习。

环节二：实验

（1）通过铝与盐酸的反应，让学生感受反应前后热量的变化。

（2）用温度计分别测量反应前盐酸和NaOH溶液的温度，再测量反应后的温度，并进行比较。

（3）将研细后的Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl晶体放入烧杯中，用温度计搅拌，动态的观看温度的下降情况。

总结：活泼金属与酸的反应、酸碱中和反应、燃烧反应等都是放热反应。

分析实验（3），Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl反应并没有加热，那么此反应吸收的热量是哪来的？

通过温度计测量可知烧杯内的温度急剧下降，用手也可以感受到烧杯外壁是冰凉的，是Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl在反应过程中吸收了周围空气中的热量。此反应所伴随的能量变化依旧遵循能量守恒定律。煤的燃烧是从化学能转变为热能，发电是从热能转化为电能。从质量守恒到能量守恒，意在使学生学会知识之间的迁移。

组织学生讨论反应条件与反应吸热和放热的关系。

吸热反应不一定需要加热，而在加热、高温条件下才能发生的反应也可能是放热反应。那么，化学变化中能量变化的实质是什么？怎么判断反应是吸热反应还是放热反应呢？引发学生的认知冲突，引导学生透过表面现象的迷雾，看到化学反应的实质。

环节三：引导学生探索

化学反应的实质是旧键的断裂和新键的生成，而在发生化学变化时断键要吸收热量，成键要放出热量。以H2和Cl2反应为例，已知H-H、Cl-Cl、H-Cl键的键能分别为436kJ/mol、243kJ/mol、431kJ/mol，引导学生判断此反应是吸热反应还是放热反应。

总结：判断吸热反应、放热反应的方法：①从实验现象去判断;②从微观（化学键）角度判断;③从宏观（能量守恒）角度去判断。

旧键的断裂（吸收热量）→新键的形成（放出热量）

反应物的总能量（高） ■生成物的总能量（低）放热反应

反应物的总能量（低）■生成物的总能量（高）吸热反应

环节四：课堂练习

（1）在100kPa时，1mol石墨转化为金刚石，要吸收1.895kJ的热能，判断金刚石、石墨哪个更稳定。

（2）解释一个反应是吸热还是放热可以从哪些方面出发？

（3）反应条件为加热与反应是放热反应有何区别于联系？

通过课堂练习，可以使学生对本节课的掌握有一个粗略的反馈，教师可以通过反馈信息确定下节课的学习目标。

通过对教学设计的分析，可以看出，专家型教师更加注重知识之间的迁移、知识之间的区别与联系及引发学生的认知冲突，激发学生的求知欲，而新手教师缺乏对这些的把握。

三、PCK对高中化学教师教育课程改革的启示

1.PCK对职前教师培养的启示

（1）师范生培养注重学科知识与教育专业知识相结合

目前我国师范生多数是采取分离式的教学培养模式，即相关学院教授学科知识，教师教育学院教授教育专业知识，这种教育专业知识是大众化的，是“放之四海而皆准”的基础的教育学、心理学等教育专业知识。但PCK具有学科性特征，它的这一特征就决定了教育专业知识必须与学科知识高度结合，加强学科知识和教育专业知识的交叉研究，加强化学教学论的实践性研究，才能使师范生在教学实践中建构关于化学学科的PCK教学图式。

（2）师范生培养注重理论性与实践性相结合endprint

目前我国师范生培养存在“重理论，轻实践”、理论与实践联系不够密切等问题。学科知识、教育专业知识等理论知识的学习依旧是师范生培养的重中之重，毕业前夕作为对所学理论的检测及应用，才到中学进行实习，这种短时间一次性的实习，不能使理论与实践很好的结合，因为对于职前教师来说，在具体的教学情境中提取自己所需的有用知识，进而转化为自己的教学策略存在一定困难。因此，大学课程应该增加实践课的比例，让学生分组进行同课异构，互相评价并改进，或者多次观摩中学优秀教师的课，开展不间断中学跟师制，进行学习与反思。而实习应该采取分散实习模式，使理论及时用实践进行检验，让实践中存在的问题进一步转化为对理论学习的热情。这种理论学习与实践检验相结合的培养模式，有利于学生各成分知识的整合，进而向PCK的转化。

2.PCK对在职教师成长的启示

（1）加强中学教师和教育研究者的对话交流

中学一线教师和教育研究工作者，都是为教育服务，旨在提高教育质量，为国家培养人才。不同之处在于教师担当向学生传授科学文化知识的重任，注重实践性;而教育研究者注重对教育理论的研究，为教师的教学提供理论指导。然而在当下的教育中，本应该密切相关、一脉相承的教师和教育研究者却“各尽其职”，缺乏必要的对话交流。教育研究者拥有大量系统的教育学、心理学、教学法等理论知识，却缺少实践经验，他们的研究多以理论的推理演绎为主，研究出的成果少了实践的检验，在教学中难免会有所排斥;而教师拥有丰富的实践经验，却缺乏理论的支持。在教学实践中遇到的一些问题，不能利用教育理论进行解决，教学实践变得盲目无措。所以加强教师和教育研究者的对话交流是大势所趋，教育研究者向教师提供理论指导，使教师今后的教学更加顺畅。教育研究者向教师咨询具体教学中面临的问题并进行研究，这样的研究更接地气，所研究出的成果更能为教学之所用。

（2）加强同行之间的对话交流

罗梯（Lortie）曾把教学称为“鸡蛋箱专业”，是说教师一旦把教室门关起来，就与外界隔绝了，这种隔绝导致没有人来指出教学的不足[6]。如果教师一直处于这种封闭的孤立的状态，就很难准确的了解到自身PCK的建构情况，虽然反思可以对自己的教学过程进行回顾、总结，但难免有所忽略和偏失。托马斯认为，教师专业发展思想的一个重要转向就是关注的重心从“专业个人主义”转向“学习共同体”。[7]教师在学习共同体中互相交流，取长补短，学习别人优秀的教学实践智慧，来充实自身的PCK，提高自己的教学效能。

PCK概念的提出使得教师教育逐渐由注重学科知识转向对教学有效性、高效性的重视。总的来说，PCK就是教师将多种类型的知识整合、在头脑中重新建构，从而内化为教师所特有的知识形式，再在具体的教学情境中外显出来，形成教师独特的教学风格。PCK不能作为一种知识形式直接传授，但可以通过一定的加工改造进行间接学习。随着教育强国战略的实施，PCK将会在人才培养模式中大放异彩。

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参考文献

[1] Shulman，L.S.Those who understand knowledge grow thin teaching.Educational Researcher，1986，15（2）.

[2] Cochran，Kathryn F，DeRuiter，James A，King，Richard A.pedagogical content knowing：An integrative model for teacher preparation.Journal of Teacher Education，1993，44（4）.

[3] Park S，Oliver J S.Revising the Conceptualization of Pedagogical Content Knowledge（PCK）：PCK as Conceptual Tool to Understanding Teachers as Professionals.Research in Education.2008.

[4] Shulman，L.S.Knowledge and teaching foundations of new reform . Harvard Educational Review，1987（1）.

[5] [美]斯滕伯格，霍瓦斯.专家型教师教学的原型观.华东师范大学学报（教育科学版），1997（1）.

[6] Lortie，D.School Teacher： Asociological Study.Chicago：Univer-sity Press，1975.

[7] Thomas，G.，Wineburg，S.，Grossman，P.，Hyhre，O.，Woolworth，S.In the Company of Colleagues：an Interimreport of the Development of a Community Teacher Learners.Teaching and Teacher Education，1998（1）.

[作者：王鑫（1989-），女，新疆塔城人，云南师范大学化学化工学院在读硕士。]

【责任编辑 任洪钺】endprint