高中化学高级教师“苯”主题PCK的探查及启示

刘艳 闫春更 陈浩浩 周青

摘要：基于教师访谈及其课堂教学视频，以内容表征--教学经验模型为主要工具对5名高级化学教师“苯”主题的PCK进行探查，结果表明，教师在“苯”主题下的PcK特征为学生理解知识、教学策略知识丰富，内容知识扎实但可拓展空间大，课程知识与评价知识的发展存在一定局限，在课程知识中较忽视对与“苯”内容相关的生产、生活、文化等社会因素的考量，在评价知识中忽视多元教学评价的认识功能，据此提出了相关教师发展与教学实施建议。

关键词：学科教学知识;PCK;苯;内容表征;教学经验

文章编号：1008-0546（2019）03-0002-06 中图分类号：G632.41 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.001

一、研究背景

学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge，简称PCK）是由Shulman教授首次提出的，Shulman认为PCK的内涵是“教师将自己所掌握的学科知识转化成学生易于理解的形式的知识，它代表的是“教师对学科内容知识与一般教学知识结合方式的综合理解。PCK的提出为教师教育研究提供了一个新的研究视角，引起众多教育学者对PCK概念、组分、理论模型及表征工具等的研究，使PCK理论逐步得到发展和完善。

教师PCK往往具有缄默性，因而对教师PCK的显性表征成为PCK研究领域的重点课题。通过对优秀教师在特定学科内容主题中PCK的探查，将有助于刻画教师PCK的理想轮廓，据此，不仅可以为PCK理论的发展提供实践支撑，更能够为各类教师在该主题下的学科教学知识的建构、完善与发展提供针对性的引导。本研究试图以高中化学课程“苯”主题内容为例，探查优秀高中教师在该主题下的PCK情况，为教师专业发展与该主题下的教学改革提供参考。

二、研究设计

1.研究对象

学科内容主题：“苯”在《普通高中化学课程标准（2017年版）》中处于必修课程的主题4：简单的有机化合物及其应用。苯是继饱和烃与不饱和烃之后的一类特殊烃，它既有饱和烃的性质、又有不饱和烃的性质;并且又承接着选择性必修课程模块3中会学习到的芳香烃相关知识，各类连接不同官能团的芳香化合物都是以苯为本体。因此，“苯”主题在高中有机教学中处于桥梁地位，具有承上启下的作用，是有机物的典型代表。

优秀教师：本研究选择了5位高级化学教师，其基本信息如表1所示。

2.研究工具

本研究用来表征PCK的工具是John Loughran教授提出的内容表征（content Representation，简称CoRe）--教学经验模型（Pedagogicaland Professional-experience Repertoire，简称PaP-eRs），即内容表征--教学经验模型。该模型由内容表征和教学经验叙述两部分组成：CoRe模型用表格的形式从整体角度概括性描述教师PCK，见表2，表中横行的科学概念的数量由教师实际教学而定，纵列中的8个问题是探测教师PCK的途径。问题1是探测教师的具体教学内容知识;问题2是探测教师对课程价值的认识;问题3是探测教师对课程组织情况的认识;问题4、5、6探测教师对学生理解知识的认识;问题7是探测教师的教学策略知识;问题8探测教师评价知识的认识。

教学经验模型主要从细节描述教师的访谈录音片段或课堂教学片段，辅助阐述内容表征相对应的框架内容，其表达方式可以是图表、表格、描述等。内容表征--教学经验模型两部分互为补充、相辅相成，将结构化表征方法与细节叙事方法结合起来，从整体和细节两个角度全面地表征教师在特定主题下的PCK。

本研究以Park建构的教师PCK的五边发展模型为分析框架，对基于内容表征--教学经验模型探查得到的教师PCK结果从以下五个维度展开分析：内容知识（核心概念及具体内容）;课程知识（课程价值和课程组织）;学生理解知识（前概念、错误概念、学生思维等）;教学策略知识（教学顺序、表征方式、重难点突破等）;评价知识（评价维度、评价方式）。

三、数据分析

1.内容知识

有关苯主题的内容知识，受访教师提及了苯的物理性质、苯的分子结构、苯的化学性质，整体归纳如表3所示。

例如，对于苯的物理性质，T1通过介绍科学家法拉第从煤油中提取苯的过程，讲述苯的物理性质;T2通过展示实验室中苯试剂，让学生自行归纳苯的物理性质。对于苯的结构，T2谈苯的成键特点为“通过苯分子球棍模型总结苯分子结构的特点，苯分子结构是正六边形结构，所有的碳氢原子共平面，各个键角120。，6个碳原子等效，6个氢原子等效。”对于苯的化学陛质，T2在讲到苯的取代反應时，延伸了苯的取代反应的价值，“苯是一种基本的有机化工原料，很大程度上是苯发生的一系列取代反应，生成的取代物是医药、橡胶及农用化学品的原料。”T4在教学过程中首先从结构上预测了苯的化学性质：“苯分子结构中存在介于单键与双键之间特殊的价键，故推测其可能会发生取代反应和加成反应。”整体可见，受访教师以自己丰富的经验与教学技能，从不同的角度介绍“苯”主题，能够将教材与课外教学资源整合应用，在内容设置上不仅加强了知识间的衔接与联系，更增加了教学的趣味性与学生学习的探究性。

2.课程知识

有关“苯”主题的课程知识，从课程价值、课程组织两方面归纳如表4所示。

关于苯的课程价值，受访教师主要从科学本质、思维训练、与其他内容知识的相关性和知识应用等几个方面进行了阐述。例如T1主要从科学本质来说明苯教学的课程价值：“科学的本质就是建立在事实上的规律，本节课最大的价值就是让学生认识到科学的本质或科学研究的过程。”T5谈到了“苯”主题对学生思维的训练：“通过设置合理的教学问题，让学生以小组形式去探究苯分子的结构，随着问题的层层推进，能够很好地培养学生的逻辑推理能力与科学探究意识。”

谈到与其他课程内容关系时，受访教师认为“苯”主题是甲烷与乙烯知识的综合运用，例如碳碳双键能使酸性高锰酸钾和溴水褪色、不饱和时可能存在碳碳双键或碳碳三键等知识;受访教师均从知识应用方面说明了苯的重要性，例如T1教师在课堂上讲到，“苯从刚开始在煤气废料中发现到如今遍布我们日常生产生活，体现了我们化学学科研究的重要性与对人类所做出的重大贡献。”

对于“苯”主题学生的前概念知识，受访教师基本一致认为，甲烷与乙烯的相关性质是影响苯主题教学的重要知识。例如T2谈到“教学过程中会利用甲烷与乙烯的化学性质去探究苯的结构”。T2课堂教学片段：“师：既然苯是不饱和烃，根据不饱和烃的性质，苯能否使酸性高锰酸钾和溴水褪色呢（实验演示）？学生：观察现象，不能，说明苯分子不存在碳碳双键或三键。”

对于课程组织中此时学生不宜学习的内容，5位教师均认为涉及杂化轨道等大π键在此时不宜讲解，学生在必修课程中只需认识到苯分子结构中存在一种介于单键和双键之间的独特的共价键即可。T1谈到“苯的化学键键参数也不宜在此时学，因为太多的信息反而给学生造成困扰。”T3认为“这一阶段苯的学习重点在于让学生形成结构决定性质的化学思维，化学性质的学习在于印证结构的特殊性。”

综上，高级教师在课程知识维度注重学生在有机学习过程中的学科精神与学科思维方式的培养。高级教师在课堂中不仅仅教授学生有机知识，更重要的是通过物质结构、性质及用途之间的关系，沟通了有机知识与化学观念的内在联系，使学生在有机知识的学习中形成化学学科思维方式。

3.学生理解知识

围绕前概念、学习困难、错误概念、学生思维对5位受访教师的学生知识整理分析，见表5。

对于学生的学习困难，T3谈到“对于‘介于单键与双键之间的独特的共价键学生是不容易接受的，单键就是单键，双键就是双键，介于单键与双键之间的是什么键？很容易给学生造成困惑。”T1谈到“在推断苯的分子结构时学生思维容量大，从链状烃到环状烃的转变、从单双键交替到介于单键与双键之间，学生思维上要经历两次转变过程，容易造成思维混乱。”

对于本节课学生的错误概念，只有T4谈到“学生会在凯库勒结构式出现迷思点，由于历史沿用的原因，学生很容易将凯库勒结构式看作苯的真正结构，从而不能深刻地理解苯的分子结构。”

对于学生思维，T1谈到“化学史上苯的发现过程就是一个充满逻辑推理的过程，苯分子从开始的链状结构到凯库勒式，再到鲍林式，经历了一系列的基于事实的逻辑推理，在课堂教学中引导学生重走苯发现的历史之路，能够很好地锻炼与培养学生的逻辑推理能力。”T2谈到“在教学过程中也要注意学生宏微结合的化学思维方式。苯结构的探究充满着宏观实验证据，学生要注重将宏观的实验现象对应到相应的微观结构中去。”

关于影响教学的其他因素，T4谈到“要充分利用前面所学的知识，以便更好地完成整个苯主题的教学。”T3谈到“苯主题的教学是一堂探究课，关键是要充分调动学生探究的积极性。”

4.教學策略知识

关于教师教学策略知识PCK的探究主要从教学顺序、表征方式和重难点突破等三个方面来表征，见表6。

（1）教学顺序

T1、rr2、T3教师与T4、T5教师对于苯的应用的讲解顺序不同，前者放在最后讲，后者则开篇讲。苯的应用的讲解是学生体会学以致用的过程，例如，T1教师谈到“苯作为重要的有机原料，学生是有必要了解其生产应用的，放在最后讲解是让学生体会到学习苯的实际社会价值。”而T5教师则表示“先学习苯的应用，让学生明白后续学习内容与生活实际是紧密联系的，而且也让学生对苯有一个宏观的认识。”

在整个教学流程中，受访教师均以苯的发现化学史为导线，展开了探究式的教学活动。受访教师主要利用苯的发现史作为推进课堂教学的工具，让学生跟随历史，带着问题去探究，体会科学发现的艰辛与乐趣。综合5位教师的课堂记录，总结得到如图1所示的苯的结构的教学流程图。

化学史料1，利用法拉第在煤气废料中发现苯的事实，引导学生归纳得到苯的分子组成。例如T2教师通过史料提问学生：“假如你是法拉第，你如何确定苯分子中只含有碳、氢两种元素？”并引导学生通过小组讨论得出使用定量燃烧的方法得到苯的分子组成。T2教师通过设置激疑，不仅激发学生兴趣，而且间接地引导学生学会推断有机物成分的方法。

化学史料2中，通过展示德国科学家米希尔在实验室制得苯与法国科学家日拉尔确定苯分子中碳元素含量为92.3%的科学史料，让学生初步探索苯的分子式。例如T4教师在课堂教学中，让学生在已有数据的基础上计算得到苯的分子组成，学生从计算中也得到苯是一种不饱和烃，推测苯燃烧的现象，通过演示实验验证，并让学生书写苯燃烧的反应方程式。

化学史料3中，介绍限于当时科学发展的“碳四价学说”与“碳链学说”理论，引导学生根据分子式推测苯的可能结构，学生展示一系列符合C6H6的结构简式。如T3教师在课堂教学中，引导学生自由组装球棍模型进行推测苯的结构。T3教师在访谈中提到“组装球棍模型推测结构的形式，能最大限度地引导学生对苯结构的想象，因为在这个过程中，学生已经能够想到将球棍模型组装成环状结构，这为后面的学习奠定了良好的基础。”

化学史料4中，受访教师利用凯库勒提出的环状结构使学生产生认知冲突。例如T1教师在介绍苯的环状结构的教学过程为：结合凯库勒的“梦”的故事，给出凯库勒式，并提问：“凯库勒式是否与事实相符，如何证明？”然后列举了如下事实：“1.铁粉做催化剂，苯与液溴发生取代反应生成苯的一溴代物只有一种结构;2.在一定条件下，1mol苯可以与3mol氢气反应生成环己烷”，利用事实反向证明其合理性。然后又提出苯的邻位二溴代物也只有一种结构的事实，让学生在认知上产生冲突，并且也为下面“介于单键与双键之间的独特的共价键”、“苯的键都是相同的”等知识提供了事实依据。

化学史料5中，教师此时利用原子力显微镜拍下苯结构的有力事实，采用讲解的方式让学生清晰地认识苯结构，引出“介于单键与双键之间的独特的共价键”的说法。例如T1教师谈到“要用科学事实向学生说明苯结构中不存在单双键交替的情况，但是苯却具备一些单键与双键的性质，这是一个辩证的过程，要给学生讲清楚。”

（2）表征方式

关于表征方式，T1、T2教师通过实物展示的苯试剂，让学生观察总结得到苯的物理性质。T3教师引导学生自由组装球棍模型来推测苯的可能结构。学生在纸上画出的结构没有立体感，而学生通过组装模具，不仅能够增加感官效果，更能激发学生的创造性思维。T4教师通过实验演示验证苯的成键特征，并用化学方程式等符号的形式表征苯的化学性质。

（3）难点突破

关于苯主题教学中苯的结构这一难点的突破，受访教师通过化学史料及有力的实验事实使学生理解苯的正六边形结构及“介于单键与双键之间的独特的共价键”的合理性，让学生体会到这是苯发现过程中经由不断的科学事实的必然結果。

5.评价知识

受访教师对于“苯”主题评价知识维度PCK，主要从评价维度和评价方式两方面呈现（见表7）。教师最常用的评价方式是课堂检测，主要提问的内容是有关苯分子结构的知识。讨论、学生互评的评价方式虽然大多数教师也使用，但很少引导，所以讨论的评价方式的效果不明显。对于评价反馈，T1教师谈到“通过及时课堂检测回馈，部分学生还是对苯的结构的认识不够深刻，对苯的成键特点难以理解，不过随着习题练习，以及后续课程的学习，这种困惑会得到解决。”

四、结论与启示

通过研究，可以总结出5位高级教师PCK的整体特征如下：

（1）5位高级教师的内容知识比较一致，教材和课程标准是教师PCK内容知识形成的重要参考，同时，在内容知识维度具备较强的对教材内容的重新选择和组织的意识与能力，并结合教材以外的教学资源组织教学。

（2）在课程知识维度注重对学生科学精神、化学思维的培养。受访教师都对“苯”主题的课程价值有准确的评估，并在教学过程中尽力去体现课程的价值。另外，5位高级教师对课程组织也有恰到好处的把握，尽量不涉及杂难的相关知识，以免给学生带来困惑。但对课程知识的认识比较局限于学科视野内，对生产、生活、社会文化的因素考虑相对较少。

（3）高级教师具备丰富的学生理解知识和教学策略知识，二者联系紧密，受访教师所掌握的学生知识会很大程度影响其教学策略知识。如5位高级教师依据多年教学经验对学生的前概念的了解，在教学过程中会合理地安排学生利用前概念迁移学习新知识，并且利用对学生学习困难的了解，在教学中设计相关的教学策略突破重点。

（4）在评价知识维度，5位高级教师均采用多元化评价的形式，主要是以课堂提问、习题检测为主。虽然也涉及到讨论、学生互评等评价方式，但教师的管理引导不够，使其仅流于形式，并未体现实际的评价效果。另外，5位高级教师对于评价反馈没有整理总结，也没有与学生理解知识建立紧密联系，反映出评价知识发展的不平衡。

启示与建议：优秀教师在“苯”主题内容下的PcK发展表现出学生理解知识、教学策略知识的丰富和突出，对于新教师而言，应该在教学中主动加强对学生的认识尤其是通过多种途径掌握学生有关“苯”的学习情况，据此开发相应教学策略。优秀教师内容知识总体一致但潜力空间大，如表现在对教材以外的多种教学资源的个性化运用方面，对于教师而言，应注重对教材内容的二次开发，注重在课程标准的理念引导下，大力开展形式多样的教学资源开发，丰富教学素材。优秀教师的课程知识表现出局限性，教师的教学设计应在学科因素之外加强对与“苯”内容相关的生产、生活、文化等社会因素的考量，以更好地创设真实情境，增强学生运用学科知识解决实际问题的能力。优秀教师的评价知识中注重评价多元性但对学生评价过程的精细化与结果的充分利用不够重视，新教师应该在“苯”教学中丰富评价手段，同时重视对学生评价结果的充分利用，充分发挥评价的认识功能。