借助PCK理论优化教学设计

王永胜

【摘要】“多用电表原理”是高中物理疑难问题之一，文章基于PCK理论对“多用电表的原理”教学设计进行优化，取得非常好的效果。

【关键词】多用电表原理；教学设计；PCK理论

“多用电表原理”是高考实验考察的重点内容之一，也是学生最为头痛的疑难之处。无论是电表电流的流向问题，欧姆调零的本质，还是欧姆表的换挡原理，学生多数是机械记忆，不曾正真理解。如何通过教学来改变这一局面呢？笔者在实际教学过程中，借助PCK理论，从教师的学科的知识、课程的知识、学生的知识以及教学的知识四个维度，对“多用电表原理”一节的教学设计进行优化，取得很好的教学效果。

一、新课引入

教师引导学生回顾有关电压表、电流表相关知识：（1）两个电表改装的原理以及改装电路图（如图2所示）；（2）两个电表的中红黑接线柱的连接原则以及其中电流流向规律。简单复习之后，引出本节课的学习主题。

【设计意图：PCK理论指出，教师在教学设计过程中，要从课程知识角度进行设计。首先，从多用电表改装的实验方法上来看，电流表与电压表的改装的方法与欧姆表改装的方法是一脉相承的；其次，多用电表中，三个电表的电流流向法则本质上是统一的。因此，在新课教学之前，引导学生回顾两个电表的改装，一方面为学生接下来的自主探究提供方法借鉴；另一方面为突破欧姆表电流方向这一教学难点，实现学生意义建构奠定基础。】

二、教学活动1：测电阻

教师给出如下的一个测量电阻开放问题，引发学生对电阻测量的深层次思考。

例题：待测电阻Rx；电源：电动势2V，内阻0.5 Ω；电流表：10mA，内阻9.5 Ω；电压表：3V 内阻约为3 KΩ；电阻箱：0-9999 Ω；滑动变阻器0-1000 Ω；开关、导线若干，若还要其他实验器材，自选。你能想到几种测量的方法？请画出测量电路图并写出测量Rx的表达式。

学生在思考后给出3种测量电阻的方案以及测量表达式，如表1所示。

学生交流评估3种电阻的测量方案，给出欧姆表中测量电阻的原理应为方案3。

【设计意图：严玉琴老师在《从中学物理教师的PCK看课堂教学设计》一文中指出，物理教师在进行课堂教学设计过程中，在充分评估学生相关知识储备基础上，进行课堂教学的针对性设计已达到事半功倍的效果。学生在学习多用电表原理之前，在恒定电流相关内容学习过程中，对于电阻的测量已经进行过深入的学习与研究，为欧姆表的改装设计提供了知识基础。因此，在“多用电表原理”一节内容的教学过程中，学生已经具备自主探究的能力。】

因此，基于對学生的认知水平，在多用电表的原理教学过程中设计了一个开放性问题：测电阻。欧姆表改装原理是闭合电路的综合应用，因此在教学过程中，设计如上的测量电阻开放问题。如此一方面帮助学生进一步理解闭合电路欧姆定律；另一方面，提高学生分析与处理问题的能力。在测量电阻问题解决过程中，学生找到欧姆表改装的基本原理。初步体会欧姆表测量原理，为接下来的电表改装顺利进行提供保证，也为学生理解欧姆表测量原理提供理论支撑。

三、教学活动2：探究欧姆表原理

在测电阻活动后，学生明确了欧姆表改装的基本原理，教师引导学生设计欧姆表改装的具体实验方案。在经历实验设计方案由1.0版本到2.0版本的升级过程后，学生在明确设计方案的同时，深刻认识欧姆表的设计原理。具体的教学活动设计如表2所示。

【设计意图：PCK理论指出，教师要具备一定的学科教学的知识，即指教师要具备教学内容的选择与组织，教学内容的表征与呈现手段，学生学习活动的设计的相关能力。教师在教学过程中，要根据不同的教学内容，选择适合教学内容的最优化教学策略。对多用电表原理这一内容，在实际教学过程中，教师如果依据教材照本宣科，最后将多用电表的一些使用注意事项总结提炼一下，让学生死记硬背，这样势必会导致学生对于多用电表的原理一知半解，云里雾里，不能深刻理解“多用电表原理”，为实际问题的解决带来了许多障碍。怎样解决呢？苏霍姆林斯基曾说：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个探究者、发现者、研究者，而在儿童的精神世界中，这种需要特别强烈。”因此，在教学过程通过实验方案1.0版的不完善，引发学生3个认知冲突，使学生产生强烈的解决问题的内部动机，从而主动投入到知识生成、发展、运用的过程，实现本节课教学难点的突破。】

四、教学活动3：改装多用电表

升级欧姆表实验设计方案后，教师连接好改装电路：干电池一节（电动势1.5V、内阻均未知）、电阻箱（2个）、滑动变阻器、灵敏电流计（100mA），导线若干。教师“偶然”间将欧姆表的两个接线柱短接了，学生“意外”发现欧姆表的指针不在零刻度处，引发学生认知冲突，引起学生深入思考。成功解决“欧姆调零”问题后，教师又指出连接电路的电源、电流表内阻未知的实际情况，进一步启发学生深入思考欧姆表内阻的内涵与欧姆调零的意义。在所有问题成功解决之后，学生自主动手改装欧姆表。通过实际测量一些具体阻值，体会欧姆表的使用方法与注意事项。

【设计意图：PCK理论指出教学要具备一定的学生知识，即教师对学生学习特定内容过程中的经验可能出现的困难有足够的认识。这些困难一方面指的是内容本身给学生学习带来了困难，另一方面是由于不同学生的认知水平差异而造成的对于该内容的典型误解。《多用电表原理》一节中，欧姆调零原理对学生来说就是第一种情况。在教学过程中，由于教师对学习知识的认识不够深刻，对于“欧姆调零”往往只是简单介绍一下，至于为什么要欧姆调零，更是一带而过。古人云：知其然，而知其所以然。本节课中，教师在学生经过理论探究的基础上，在学生深入讨论后，在学生自以为改装成功时，通过实验展示欧姆表短接后，指针不在零刻度的这种真实情况，激发学生认知冲突，引导学生深入理解欧姆调零的缘由与必然。同时教学过程中，在电源内阻等欧姆表内部电路的电阻未知的问题抛出，启发学生认真梳理欧姆表改装的原理，进而对于欧姆表的内部电阻以及中值电阻等概念理解更加深刻。】

五、教学活动4：组装多用电表

教师引导学生思考三种电表改装的共同点和本质：电流表、电压表以及欧姆表都是灵敏电流计改装而来的；改装的本质都是借助电流与被测物理量之间建立一一对应的关系来进行电表改装，并在此基础上提出研究问题：电压表、电流表和欧姆表都有一个表头，三个电表能不能三合一呢？三合一前对三个电表的电流流向要进行怎样的约定呢？ 学生思考并给出三表合一的具体方案如图3所示。

【设计意图：多用电表的电流流向问题考查对学生来说是一个头痛问题，特别是多用电表的欧姆档的电流流向，学生总是无法准确描述，究其原因在于学生对于多用电表的内部构造不是十分清楚的。因此，在教学活动的最后，设计了组装多用电表的环节。借助新课引入环节中初中知识复习，明确电压表和电流表的电流流向原则：红色接线柱接电源的正极，黑色接线柱接电源的负极。从电流的流向来看，电压表和电流表的电流流向规律是相同的，都是从红色接线柱流入电表，从黑色接线柱流出电表的。】

欧姆表是一种测量电阻的电表，它的两端接线柱原则上是没有具体红黑之分的。但是如果要进行三表合一，则三种电表的电流流向必须要进行统一。如此一来，欧姆表的电流流向就必须和电压表、电流表进行统一，即“红进黑出”.

综上，高中物理难学是不争的事实，难学的内容和原因都因人而异。从PCK的视角看， 原因可能来自“学科知识本身、知识的前后联系、学生原有的基础（前观念）和教学策略的选择”等四个方面。教学中，教师借助PCK理论对“目标的设定、内容的选择、策略的把握和评价的实施”等教学要素的设计优化，势必会起到事半功倍的效果。

【参考文献】

[1]严玉琴. 从中学物理教师的PCK看课堂教学设计[J]. 物理教学，2014 （9） ：17-19.

[2]汤家合.基于PCK理论的教学设计——以“向心加速度”概念教学为例[J].物理教师，2017 ， 38 （5） ：17-20.