基于PCK 理论下的高中物理教学路径分析——以“多用电表的原理”教学为例

张德霞

（环县环城初级中学，甘肃 庆阳 745700）

0 引言

PCK 理论需要教师重构教学内容，将抽象的知识转化成为学生容易接受的形式，能针对学生喜好、现有知识储备等，调整学科知识内容，激发学生学习兴趣，以此开展有效教学。在20 世纪80 年代，教育研究开始逐渐深化，学科教学知识对于学生知识理解、促进教学有着很大作用，也因此引起多个学者关注，对于PCK理论探索也更加重视。高中物理教学相对系统，对理论知识掌握和实践能力培养都有要求，将PCK 理论融入其中，有利于全面发挥出物理教师的引导作用和高中学生的主体地位，培养学生的物理思维，提升学生的综合能力。

1 PCK 理论概述

PCK 于1986 年由美国学者舒尔曼提出，认为教师不需要结合学生现有基础、学生自身喜好，将抽象的知识转化成学生容易接受的形式，这就将专家教师和普通教师进行明确的划分。根据PCK 内涵可以知道，该理论主要包括以下几个方面：（1）学科知识。这部分是指学科最核心的部分，也就是学科本身的思想、态度、方法等；（2）课程知识。主要是指某一知识在整个学科之中的作用，新旧知识的联系等；（3）学生知识。主要是指学生自身基础、认知层次、思维方式；（4）教学知识。主要是根据教学目标，最为科学合理的教学方法。PCK 更加注重一门学科整体，而不只是传播知识，更加重视理解，而不是卷面分数。

2 基于PCK 理论下的“多用电表的原理”的教学分析

2.1 学科知识

在物理教学中，掌握物理规律是重要部分，主要就是需要掌握物理规律本身，了解事物内部联系，引导学生了解各类物理现象的研究方法。欧姆表主要就是根据闭合电路欧姆定律，通过对电流进行测量，来达到测量电阻的目的。

2.2 课程知识

在《普通高中物理课程标准》对“多用电表的原理”这部分知识提出教学要求：（1）通过讨论欧姆表，掌握闭合电路欧姆定律分析问题能力，了解并掌握欧姆表测量电表的基本原理；（2）了解欧姆表基本结构，例如：刻度特点等；（3）了解多用电表的基本功能和主要结构。在教科书中，使用了例题的方式对欧姆表的基本原理进行讲解，并未将其作为主要知识点进行处理，主要是从闭合电路欧姆定律展开教学，让学生能学会灵活运用，并解决实际问题。

2.3 学生知识

根据PCK 原理，需要根据学生现有认知，了解学生需求，引导学生了解并掌握多用电表原理，主要是为了能让学生学会使用多用电表在欧姆档时测量电阻，掌握欧姆表的基本原理。欧姆表基本原理在于核心闭合电路欧姆定律，这些学生对这部分理论已经有一定认知，经过实践，学生能有效提升自身分析问题的能力。

2.4 教学知识

根据PCK 原理可以知道，教师需要关注学生现有学习知识，教师要了解学生的理解能力和思维状况，根据学生现有的经验，促使学生能更加深入理解核心闭合电路欧姆定律，巩固学生基础知识的同时，发展学生实践能力。

3 基于PCK 理论的“多用电表的原理”的教学路径

3.1 引导知识回顾

PCK 理论明确指出，物理教师在设计物理教学时，应当从课程知识角度入手，注重学生现有知识与学习之间的衔接，教师需要从学生原有知识出发，引导学生掌握新的知识，达到提升教学效果的目的。在对“多用电表的原理”进行教学时，需要使用下道题对学生进行引导，让学生回顾旧有知识点。

例1：如何将一个灵敏电流计改装成大量程的电流表和电压表？

（A）电流表 ：（串或并）联一个（大或小）的（分压或分流）电阻；

（B）电压表 ：（串或并）联一个（大或小）的（分压或分流）电阻。

这道题目是学生之前所学的电表改装的题目，电流表和电压表都是由灵敏电流计加电阻组装而成。都是根据电流磁效应加以制作，在表内还有一个磁铁和一个到线圈，在进行通电后，磁铁就会旋转，电流和磁铁磁力呈现正比关系，电流越大，电流表摆动也就越明显。电压表不同，因为灵敏电流通过，所允许通过电流就明显较小，两端承受电压也很低，这就需要使用并联或者串联的方式来起到电阻分流或者分压的作用，这道题看似简单，但是能进一步加深学生对于改装电流表或者是电压表相关知识的理解。

改装电流表所需要用的公式为：(I－Ig)R=IgRg，其中，并联电阻阻值为R，线圈阻值为Rg，灵敏电流计最大量程为Ig，电流表最大量程为I。

改装电压表公式为：U=Ig(Rg+R)，其中，电阻阻值为R，电压表最大量程为U，表头内阻为Rg，满偏电流为Ig。

3.2 理论与应用相结合

3.2.1 理论理解

在教学“欧姆表的原理”时，需要传授于该原理的基本内涵，其中，可以让学生先做一个关于闭合电路欧姆定律的例题。

如图1 所示，在该电路中，电源电动势E=1.5V，电阻r=0.5 Ω，电流表偏电流Ig=10mA，电流表电阻Rg=7.5 Ω，其中AB为接线柱。

图1 闭合电路欧姆定律例题图

（1）需要用一条导线将接线柱A和B进行连接，这样的情况下，想要达到满偏电流，可以将可变电阻R1调节到多少：

（2）将电表调到满偏之后，保持在R1不变，在接线柱A 和B 之间接入一个定值电阻R2=150Ω，在这个时候，电流表为多少刻度？

（3）若在接线柱A和B之间接入任意电阻R，那么电流表的读数I和R二者之间有何关系？

对于这个例题的分析，可以通过具体的数据，让学生能看到闭合电路某一个电阻的变化也会影响串联电路中电流表读数的变化，而且不同电阻值和不同电表读数之间有着一定对应关系，可以对学生进行引导，联想到电流表读数也能用于电阻值的表示，以此构建出欧姆表的电路模型。

3.2.2 应用层面

在教学设计中，将欧姆表的新知识构建与原有学习过程的体验，以此形成新的知识。为了进一步强化教学效果，进行了以下教学设计：

（1）欧姆表原理实验设计基本思想

（2）基本思路

对于欧姆表改装这一部分，需要就电源来进行假设：其中电动势=2Ω，内阻=5Ω；电流表为10 mA，内阻=9.5 Ω，电阻箱内的电阻阻值可以调到390 Ω，那么根据电流表不同读数来计算相应的电阻阻值（见图2）。

图2 欧姆表

对于电流表转化成欧姆表这一部分，需要结合试验的基本情况，让学生自行分组进行讨论，并在其他条件不变的条件下，对电阻箱的电阻进行调整，控制在190 Ω，再转化电表的刻度（见图3）。

图3 电流表转化成欧姆表

（3）分析欧姆表的特征

对于欧姆表部分，其中主要分析存在刻度分布不均匀的情况，其次就是零刻度位置与电流表、电压表之间的不同。

对于电流表转化成欧姆表这部分，主要是对刻度分布不均匀的原因进行分析；零刻度与电流表、电压表之间不同之处；欧姆表中间刻度的电阻与欧姆表内电阻基本等同。

在PCK 理论中就明确指出，教师需要采用一定措施，将教学内容与教学手段进行融合，让学生能学会自行设计实践活动，以此学会灵活运用。

3.3 实践应用探索

教师在教学“多用电表原理”时，可以设置具体的事件活动，让学生能对其中的多用电表进行一定的改装或者组装。通常情况下，可以使用欧姆表来对电路进行改装和连接，具体材料如下：1 节干电池、2 个电阻箱、灵敏电流计、滑动电阻、若干电线，其中，干电池的电压为 内阻未知，灵敏电流计为100 mA。在进行组装期间突然发现，欧姆表的两个接线柱短接，学生就发现，此时的欧姆表指针并未达到归零状态，这就引发学生认知层面的冲突，学生也开始思考如何进行“欧姆调零”。当解决该问题，教师就可以继续连接电路本身的电源和电流的问题，再由学生继续改装，引导学生从实践中验证理论的正确性。可以引导学生思考3 个电表是否能合用一个表头，具体电路图如图4所示：

图4 电表3 合1 的电路

3.4 题目解答渗透

例题对于高中物理教学开展而言作用重大，也是学生进行知识巩固的一个非常重要的方式，教师需要选择适合的例题，引导学生进行深入分析和自行思考，将PCK 理论融入到例题设计中，引导学生进一步深化对知识的理解，帮助学生构建题目解答路径和思维体系，提升学生解题能力和综合能力。

4 结语

物理学科知识理论抽象，实践丰富，融入PCK 理论进行教学，能构建学生独立的学科精神和思维体系，也能让学生深入掌握相关知识，提升自身综合能力。因此，高中物理教师需要理解并熟练掌握PCK 理论的应用，这样可以引导学生解决现有学习问题，使高中物理教学达到事半功倍的效果。