高级化学教师话题PCK表征研究

黄元东　闫春更　高慧　周青

摘要：基于CoRe工具和访谈法对7名化学高级教师“离子反应”的PCK进行表征研究，研究表明：（1）高级教师十分重视且拥有丰富的学科教学知识；（2）高级教师对知识的表征方式多样化，注重在学生已有知识经验和生活经验基础上开展教学；（3）高级教师注重在知识与技能学习的基础上，进行学科观念的构建，强调知识的整合和迁移，注重引导学生运用哲学思想来理解化学知识，实现两者的融合，促进实际问题的解决，展现化学学科的魅力。

关键词：CoRe；PCK；离子反应

文章编号：1008-0546（2017）01-0002-06 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.001

一、前言

PCK 是学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge）的简称，最初由美国学者Shulman提出。教师PCK的研究，有助于其学科专业知识向教育学知识转化，形成易于学生理解的知识。目前国内外学者主要研究PCK的内涵、组成、发展和表征方法等，而对结合具体学科内容的PCK（如话题PCK）研究较少[1]。尤其是涉及高级教师的具体学科话题PCK的研究，可以为教师教学提供一种评价工具和方法，帮助新手教师审视自己教学中的不足，促进其专业发展和成长。本研究以高中化学的重难点内容“离子反应的概念及发生条件、离子方程式的书写及意义”为话题，以7名高级化学教师为研究对象，基于Loughran教授提出的CoRe模型，结合访谈法、文本转录法及内容分析法研究高级化学教师“离子反应”的PCK。

二、研究方法

1. 研究对象

“离子反应”建构起了研究水溶液化学原理所需的微粒观和化学语言，是无机化学中电解质溶液、酸碱平衡、沉淀平衡等的学习基础[2]，具有微观抽象等特点，是高中化学概念建构的重难点[3-5]。“离子反应的概念及发生条件、离子方程式的书写及意义”是该教学主题的第二课时，其教学设计和实施是教师建构离子反应单元教学结构的必要基础，能够体现教师在该单元的教学境界和水平，故能成为本研究的“话题”。以7位高级及以上职称的高中化学教师为研究对象（见表1），他们均在西安及周边城市的重点中学执教，经验丰富，教学成绩显著，受到了学生、同事们的一致好评。

2. 研究工具

PCK是教师在课堂教学实践中形成的、面对特定学科主题、特定学生时所具备的相关教学策略及表征方法和理解学生学习的知识，也就是教师将特定的学科知识转化为学生易于理解的形式的知识[1]。目前PCK研究主要围绕教学目的知识、学科内容知识、课程知识、学生知识、教学策略与表征知识、教学反馈与评价知识等进行PCK维度的划分[6-12]，表征方法主要包括：概念图、卡片分类和图片表述，聚合和推理，复合测定法，教学片断法和CoRe模型。本文基于CoRe模型对教师PCK的探究视角，以及学者们对PCK内涵、组成的认识，决定采用的PCK维度为：内容知识、课程知识、学生知识、教学策略知识、评价知识。

本文以Loughran教授提出的CoRe模型[13]（全称Content Representation Framework）为研究工具（见表2），对高级教师进行访谈并录音，再将音频转成文本。将访谈文本依照上述维度进行整理，归纳出高级教师在各维度下的PCK。

表2中大概念的数量由教师自己决定，表示教师认为对学生理解某一主题至关重要的核心知识点。CoRe模型涉及8个问题，问题1是问教师对每个大概念要教什么；问题2是问教师，学生需要知道自己所讲授的知识的原因；问题3是问教师此时不宜学习的内容，是对课程组织情况的认识；问题4、5、6是问教师对学生在某一主题学习时的前概念、选择性概念、错误概念、思维方式等的掌握情况；问题7是问教师的教学策略知识，包括教学顺序、表征方式、重难点突破等方面；问题8是评价知识，包括评价维度和评价方式。

三、数据分析

1. 内容知识

7位受访教师分别从整体上介绍了离子反应主题的应授知识点（括号内为提及的次数）有：电离（4）、电解质（5）、非电解质（4）、强电解质（6）、弱电解质（6）、酸碱盐概念（5）、溶解性表（2）、离子反应概念（7）、离子方程式书写（7）、离子反应发生条件（7）、离子方程式意义（4）。例如T4教师谈到“第一课时认识酸碱盐的电离，电解质和非电解质的概念，电离的概念，易电离的物质写成离子的形式，而且易电离，就涉及强弱电解质的概念。第二课时首先通过书本上的实验体会什么是离子反应，然后就是离子方程式的定义及书写，离子方程式的意义，复分解型反应发生离子反应的条件。”

对于第二课时“离子反应概念”，教师的教授内容见表3。可以看出，受访教师主要是让学生对电解质在水溶液中存在形态和行为方式进行理解，即全部或部分以离子形式存在，会电离和相互结合以形成更稳定的化合物。此过程的宏观现象是有难电离物质、难溶物质、易挥发物质、配合物生成或发生氧化还原反应，从而造成某些离子浓度发生改变。另外，部分教师还会结合实验或将实验生活化，激发学生学习的兴趣，例如T7教师谈到“通过几组实验让学生感受物质之间的反应实际上就是离子之间的反应。实验结束后，把实验现象和微观粒子联系起来，让学生体会其概念。” T6教师谈到“清楚电解质和非电解质之后，再学离子反应。实际上这个课是从单一溶液到混合溶液的過渡，如AgNO3溶液与NaCl溶液混合后，离子在其中是一种怎样的存在形式？实际上Ag+和Cl-减少了，化学反应的实质在此时就可以生活化了。学生上学是为了稳定，学生来学习首先是把自己将来的生活稳定下来。离子虽然看不见，但是它们在溶液中实际上也有这个思想在里面，都是为了寻求一种比原来存在形式更为稳定的状态，例如Ag+和Cl-结合生成AgCl，比原来的存在形态稳定。Cl-与Ag+的结合，比与Na+稳定。就是要生活化，学生就很有兴趣，理论分析和投影展示相结合，得出离子反应的概念。”

对离子反应发生条件所要教授的具体内容，T1、T3、T5教师在访谈中未明确提到相关内容。T4、T6和T7老师强调在介绍离子反应发生条件时，主要是基于复分解反应。具体内容为生成难溶物、难电离物质或易挥发物质。其中T2教师谈到“主要是结合离子能否共存来分析，离子之间结合生成难溶物、弱电解质、气体、配合物和发生氧化还原反应就不能共存，即为离子反应发生的条件”。可以看出，T2教师对离子反应发生条件的理解是从“离子”角度进行的，归纳的比较全面；而其他三位教师是从“反应”角度解读的。

大多数受访教师采用传统的“写拆删查”四步法进行离子方程式书写的教学。在此过程中教师们十分重视建构学生的微粒观，引导学生分析电解质溶液存在的具体形态。而T5教师则较直接抛开“写拆删查”程式化的训练法，明确谈到“离子方程式的书写这一块，先让学生写初三就熟悉的化学方程式，再分析哪些离子浓度可能会改变，然后根据这个本质写它的离子方程式，如氢氧化钠和盐酸的反应，因为生成了水，使得氢氧根和氢离子浓度改变，所以反映本质是氢氧根和氢离子结合生成水。离子反应是表示化学现象的一种方法，高中阶段更直观体现了物质反应的本质，那么如何去表示这个反应过程呢？就有离子反应方程式”。可以看出，T5教师更注重从学生理解离子反应过程与本质的角度来书写离子方程式，这样一来离子方程式就是上述过程的化学语言表达。

受访教师还一致认为离子方程式不仅代表一个反应，而且代表一类反应。

综上所述，整理出高级教师“离子反应的概念及发生条件、离子方程式的书写及意义”的内容知识：①高级教师要让学生拥有的离子反应概念是对电解质在水溶液中存在形态和行为方式的理解，即会电离成离子，会相互结合形成更稳定的化合物；②离子反应发生条件是离子之间能否相互结合形成难溶物、难电离物质、易挥发物质、配合物或发生氧化还原反应等；③离子方程式书写主要是基于写拆删查四步法。或对电解质在溶液中的主要微粒存在形式的分析，考虑哪些微粒之间会发生反应，造成浓度的改变，最后写出对应的离子方程式；④离子方程式的意义是不仅代表一个反应，而且代表一类反应。

2. 课程知识

受访教师对离子反应第二课时的内容，围绕课标、考纲、与其他课程内容关系、学生生活以及此时不宜学习的内容等方面进行了阐述。例如T1教师强调“离子反应的学习可以让学生更好地认识电解质在溶液中的性质或行为，用离子反应的知识解决现实生活中或科研中遇到的问题。如草木灰为什么不能和氮肥共同使用？为什么氯化铵可以除去金属表面的铁锈？”T3教师谈到“离子反应在前面物质的分类和后面氧化还原反应、元素化合物教学之间起到承上启下的作用，甚至在选修4《化学反应原理》中大多数化学反应是离子反应，所以这节课在高中化学中占据非常重要的地位。另外，人生活在社会中到处都是电解质，人体本身就是一个电解质，人体的电解质紊乱就会生病。去输液，医生把药物加到食盐水中，目的是维持人体正常的生理平衡。人类做尿检、血检或处理水垢等都与电解质溶液有关。”T4和T6教师谈到“离子反应可以让学生认识化学反应的本质，同时是学习水溶液中电离平衡、元素及其化合物的基础。”T5教师谈到“首先这节课有课标的一个要求，必修1的前两章是基本原理，而离子反应属于化学基本原理部分，三、四章是元素及其化合物，而元素及其化合物是使用基本原理来解释其组成性质的。高考考纲主要是针对离子反应方程式的书写。”T7教师提到“离子反应可帮助学生建构微粒观。”

对于此时不宜教授给学生的知识点，受访教师认为此时还不宜给学生引入较复杂的氧化还原反应、与量有关的离子反应、电离平衡常数等。例如T3教师谈到“较复杂的氧化还原反应型的离子反应，学生接触的不多，认知水平和知识能力接受不了，如KMnO4氧化HOOCCOOH等。”定量的知识，受访教师认为此时也不宜给学生引入，比如与量有关的离子反应。但是，T1教师谈到“从知识的延伸来讲，应当把电离度这个知识教给学生。因为这样电离的百分率就能够计算，电离程度大小就能进行比较了。否则有些问题只能硬性地给学生灌输，那么知识的形成过程与演绎推理过程就没了，学生就只能机械式记忆，化学教学的魅力也会更淡了。”

综上，高级教师对离子反应主题第二课时的课程知识为：从课程价值角度考虑，离子反应是学习元素及其化合物、水溶液中的电离平衡的基础，体现化学反应的本质，同时对于生活生产而言，离子反应的知识也随处可见，还能帮助学生建构微粒观。从课程组织角度考虑，不宜给学生引入较复杂的氧化还原反应和与离子反应有关的定量内容。

3. 学生理解知识

本文从学生的前概念、学习困难、错误概念、学生思维以及其他会对教学产生影响并与学生有关的因素等方面来呈现受访教师的学生理解知识。

受访教师一致认为离子方程式的书写步骤——“拆”是学习难点，即学生不知道拆哪些？怎么拆？对于难点背后的原因，多数受访教师认为“学生的化学知识容量太小，元素化合物知识太贫乏，且不知道哪些盐溶于水，哪些盐不溶于水”。另外，T3教师谈到“学生没有学习化学键等结构知识，空间想象能力有限”。T4教师谈到“关键还是由结构决定的，学生缺乏这方面的知识，所以无法理解。内容较多，只能以定论的形式记忆，无法从根本上理解”。T6教师谈到“对强、弱电解质的电离不讲这个结构的话，学生还是很难理解的，只能死记硬背”。可以看出，受訪教师认为造成学生对“拆”存在困难的原因是：对物质的分类、元素及其化合物知识、物质溶解性知识的欠缺；化学键等结构知识的空白。学生错误概念也是基于对上述内容的掌握情况而出现的。例如，对于怎么拆的问题，学生对于酸式盐的拆分会出现问题，对于微溶物的处理会出现问题等。同时，对于电解质、电离和离子反应概念理解不到位，也会造成将某些非离子反应当成离子反应，例如实验室制氨气的反应。所以，此时高级教师就会给学生强调，中学阶段所出现的离子反应都是在水溶液中，帮助学生正确判断哪些反应是离子反应。

关于学生的思维，受访教师主要从学生已有的思维习惯、是否建立起微粒观和需要学生具备的思维方式三个层面进行了解读。例如T1教师认为“学生会存在一个思维习惯——用化学方程式表示物质间的反应，因为学生没有理解强弱电解质在水溶液中的行为是什么样。即没有从微观粒子的角度去认识物质，没有建立起微粒观”。T5教师谈到“借助多种不同的手段让学生去感知和理解，把不直观的现象变成直观的现象，仔细感受反应的变化过程。微观想象思维和类比迁移思维很重要”。T6教师谈到“抽象思维、空间想象能力很重要”。

在问及与学生有关的其他影响教学的因素时，受访教师从不同的方面进行了阐述，主要有学生的记忆力、学生基础知识的掌握情况、师生之间的情感、学生的研究能力等。学生的记忆力在离子反应概念建构教学中显得较为重要的原因是，基于学生所储备的知识有限，要拆分正确，需要记忆大量的新物质、物质的类别、物质的溶解性和拆分原则等。

综上，高级教师对离子反应主题第二课时的学生理解知识，认为学生需要储备的前概念主要包括：电离、电解质、强电解质、弱电解质、物质的溶解性、酸碱盐知识、化学用语的正确使用等。造成学生对“拆”存在困难的原因主要有两方面：一是对于物质的分类、元素及其化合物知识、物质溶解性知识的欠缺；二是化学键等结构知识的空白。学生错误概念也是基于对上述内容的掌握情况而出现的。对于学生的思维，高级教师主要从学生已有的思维习惯、是否建立起微粒观和需要学生具备的思维方式三个层面进行解读。而影响学生理解知识的其他因素有：记忆力、學生基础知识的掌握情况、师生之间的情感、学生的研究能力等。

4. 教学策略知识

通过整理7位教师对“离子反应”主题在教学顺序、表征方式及难点突破的教学方法，并结合他们对课堂的组织和管理手段，得到受访教师对该主题的教学策略知识。见表4。

实验、对比在教学顺序方面，大部分受访教师采用概念—条件—书写—意义的顺序。在表征方式方面，考虑到离子反应概念的抽象性，受访教师采用实验和多媒体动画，将电解质在水溶液的行为显性化，同时在理论阐释时采用类比、举例、证明等表征方式建构离子反应的概念。例如T5教师谈到“有颜色的实验，有沉淀生成，学生知道化学反应发生了，到底是哪些离子浓度改变？我会以动画的形式把这个展示出来，如氢氧化钠和硫酸的反应机理是什么？首先是钠离子与氢氧根离子在一起，然后就分开了。学生通过动画知道到底哪些离子会在一起，哪些离子不会在一起？这时给学生讲，弱电解质、难溶物质是不会松开的”。T1教师提到“新课教学必须伴随化学实验，因为实验现象直观明了，如BaCl2+H2SO4/Na2SO4、Ba （OH）2+H2SO4、K2SO4+Ba （NO3）2最后都能得到白色沉淀BaSO4”。T6老师用国家需要稳定来类比离子在溶液中也需要稳定，解释离子反应的实质是为了寻求一种比原来存在形式更为稳定的状态。用个子高矮类比酸性强弱，用身高的差异性类比酸电离氢离子能力的差异性。除此之外，受访教师还会采用生活中的实例来证明“电离”“离子”的存在，让学生用亲身经历来建构微粒观。例如T1教师引用初中水溶液导电性实验中“为了增强溶液的导电性，通常向溶液中滴加硫酸钠或氢氧化钠”，说明电解质在溶液中为什么是以离子形式存在。进一步解释：为什么加入这些物质后，溶液的导电性就增加了，产生氢气和氧气的速率就快了？因为这些物质溶于水后，变成了离子，溶液导电靠的是离子的定向运动，外加直流电源后，阳离子向阴极运动，阴离子向阳极运动。定向运动的离子多了，溶液的导电性就强了，通过溶液的电流强度也大了，电解的速率也快了。同时联系生活中电器着火不能用水浇灭所蕴含的电离知识，让学生从离子角度去认识物质，引导学生建构微粒观。高级教师在课堂组织和管理上已形成自己的管理理念与科学的管理方法，会根据课型和学生特点，采用不同的课堂组织形式来突破教学的重难点。

5. 评价知识

通过整理7位教师离子反应主题第二课时的评价维度和评价方式，得到受访教师的评价知识见表5。

四、结论

（1）高级教师注重利用离子反应建构学生的微粒观，强调离子反应概念是对电解质在水溶液中的存在形态和行为方式的理解。离子方程式是描述上述过程的化学语言，不仅可以表示一个反应，而且可以表示一类反应。

（2）高级教师对该主题的学生知识掌握全面。学生在学习离子反应时应具备微观、抽象、类比思维。强调学生的记忆力对该主题学习的影响较大。

（3）高级教师在该主题教学步骤的设置、表征方式的选择、重难点的突破、课堂的组织与管理都紧紧围绕学生的认知基础、认知特点来进行。高级教师会利用学生已有的生活和知识经验，来加深对要建构概念的理解。高级教师会组织小组实验、演示实验、小组讨论、课堂提问、观看多媒体动画等多种方式来开展教学，且在教学过程中会随时根据学生的响应情况来调整教学步调。

五、启示与建议

（1）学生知识是高级教师PCK的核心。高级教师都十分重视且拥有丰富的学生知识。因此，教师要注重研究学生，从知识、思维、兴趣、爱好等方面建构自己的学生知识，并以此作为教学设计的依据。

（2）高级教师会依据主题知识和学生思维来选择多种表征方式进行教学。注重在学生已有的知识经验和生活经验基础上开展教学。因此，教师要研究生活，善于发现生活中的化学知识，并以此作为教学素材，促进学生对化学知识的理解。

（3）高级教师注重在知识与技能学习的基础上进行学科观念的构建，注意进行知识的统整和迁移。因此，教师要注重培养学生的学科观念，促进学生学科思维的养成，以利于知识的迁移和应用，提高问题解决能力。

（4） 高级教师对PCK维度中的评价知识关注度普遍较低。而有效评价能影响课堂教学气氛，激发学生学习的兴趣，促进学生发展，提高课堂效率，有时甚至能影响学生一生的发展。因此，教师应注重评价知识，发挥其在教学实践中应有的促进作用。

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