張德霞
(環(huán)縣環(huán)城初級(jí)中學(xué),甘肅 慶陽 745700)
PCK 理論需要教師重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容,將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化成為學(xué)生容易接受的形式,能針對學(xué)生喜好、現(xiàn)有知識(shí)儲(chǔ)備等,調(diào)整學(xué)科知識(shí)內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,以此開展有效教學(xué)。在20 世紀(jì)80 年代,教育研究開始逐漸深化,學(xué)科教學(xué)知識(shí)對于學(xué)生知識(shí)理解、促進(jìn)教學(xué)有著很大作用,也因此引起多個(gè)學(xué)者關(guān)注,對于PCK理論探索也更加重視。高中物理教學(xué)相對系統(tǒng),對理論知識(shí)掌握和實(shí)踐能力培養(yǎng)都有要求,將PCK 理論融入其中,有利于全面發(fā)揮出物理教師的引導(dǎo)作用和高中學(xué)生的主體地位,培養(yǎng)學(xué)生的物理思維,提升學(xué)生的綜合能力。
PCK 于1986 年由美國學(xué)者舒爾曼提出,認(rèn)為教師不需要結(jié)合學(xué)生現(xiàn)有基礎(chǔ)、學(xué)生自身喜好,將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化成學(xué)生容易接受的形式,這就將專家教師和普通教師進(jìn)行明確的劃分。根據(jù)PCK 內(nèi)涵可以知道,該理論主要包括以下幾個(gè)方面:(1)學(xué)科知識(shí)。這部分是指學(xué)科最核心的部分,也就是學(xué)科本身的思想、態(tài)度、方法等;(2)課程知識(shí)。主要是指某一知識(shí)在整個(gè)學(xué)科之中的作用,新舊知識(shí)的聯(lián)系等;(3)學(xué)生知識(shí)。主要是指學(xué)生自身基礎(chǔ)、認(rèn)知層次、思維方式;(4)教學(xué)知識(shí)。主要是根據(jù)教學(xué)目標(biāo),最為科學(xué)合理的教學(xué)方法。PCK 更加注重一門學(xué)科整體,而不只是傳播知識(shí),更加重視理解,而不是卷面分?jǐn)?shù)。
在物理教學(xué)中,掌握物理規(guī)律是重要部分,主要就是需要掌握物理規(guī)律本身,了解事物內(nèi)部聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生了解各類物理現(xiàn)象的研究方法。歐姆表主要就是根據(jù)閉合電路歐姆定律,通過對電流進(jìn)行測量,來達(dá)到測量電阻的目的。
在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》對“多用電表的原理”這部分知識(shí)提出教學(xué)要求:(1)通過討論歐姆表,掌握閉合電路歐姆定律分析問題能力,了解并掌握歐姆表測量電表的基本原理;(2)了解歐姆表基本結(jié)構(gòu),例如:刻度特點(diǎn)等;(3)了解多用電表的基本功能和主要結(jié)構(gòu)。在教科書中,使用了例題的方式對歐姆表的基本原理進(jìn)行講解,并未將其作為主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行處理,主要是從閉合電路歐姆定律展開教學(xué),讓學(xué)生能學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用,并解決實(shí)際問題。
根據(jù)PCK 原理,需要根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知,了解學(xué)生需求,引導(dǎo)學(xué)生了解并掌握多用電表原理,主要是為了能讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用多用電表在歐姆檔時(shí)測量電阻,掌握歐姆表的基本原理。歐姆表基本原理在于核心閉合電路歐姆定律,這些學(xué)生對這部分理論已經(jīng)有一定認(rèn)知,經(jīng)過實(shí)踐,學(xué)生能有效提升自身分析問題的能力。
根據(jù)PCK 原理可以知道,教師需要關(guān)注學(xué)生現(xiàn)有學(xué)習(xí)知識(shí),教師要了解學(xué)生的理解能力和思維狀況,根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn),促使學(xué)生能更加深入理解核心閉合電路歐姆定律,鞏固學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí),發(fā)展學(xué)生實(shí)踐能力。
PCK 理論明確指出,物理教師在設(shè)計(jì)物理教學(xué)時(shí),應(yīng)當(dāng)從課程知識(shí)角度入手,注重學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)與學(xué)習(xí)之間的銜接,教師需要從學(xué)生原有知識(shí)出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生掌握新的知識(shí),達(dá)到提升教學(xué)效果的目的。在對“多用電表的原理”進(jìn)行教學(xué)時(shí),需要使用下道題對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo),讓學(xué)生回顧舊有知識(shí)點(diǎn)。
例1:如何將一個(gè)靈敏電流計(jì)改裝成大量程的電流表和電壓表?
(A)電流表 :(串或并)聯(lián)一個(gè)(大或?。┑模ǚ謮夯蚍至鳎╇娮瑁?/p>
(B)電壓表 :(串或并)聯(lián)一個(gè)(大或?。┑模ǚ謮夯蚍至鳎╇娮琛?/p>
這道題目是學(xué)生之前所學(xué)的電表改裝的題目,電流表和電壓表都是由靈敏電流計(jì)加電阻組裝而成。都是根據(jù)電流磁效應(yīng)加以制作,在表內(nèi)還有一個(gè)磁鐵和一個(gè)到線圈,在進(jìn)行通電后,磁鐵就會(huì)旋轉(zhuǎn),電流和磁鐵磁力呈現(xiàn)正比關(guān)系,電流越大,電流表擺動(dòng)也就越明顯。電壓表不同,因?yàn)殪`敏電流通過,所允許通過電流就明顯較小,兩端承受電壓也很低,這就需要使用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式來起到電阻分流或者分壓的作用,這道題看似簡單,但是能進(jìn)一步加深學(xué)生對于改裝電流表或者是電壓表相關(guān)知識(shí)的理解。
改裝電流表所需要用的公式為:(I-Ig)R=IgRg,其中,并聯(lián)電阻阻值為R,線圈阻值為Rg,靈敏電流計(jì)最大量程為Ig,電流表最大量程為I。
改裝電壓表公式為:U=Ig(Rg+R),其中,電阻阻值為R,電壓表最大量程為U,表頭內(nèi)阻為Rg,滿偏電流為Ig。
3.2.1 理論理解
在教學(xué)“歐姆表的原理”時(shí),需要傳授于該原理的基本內(nèi)涵,其中,可以讓學(xué)生先做一個(gè)關(guān)于閉合電路歐姆定律的例題。
如圖1 所示,在該電路中,電源電動(dòng)勢E=1.5V,電阻r=0.5 Ω,電流表偏電流Ig=10mA,電流表電阻Rg=7.5 Ω,其中AB為接線柱。
圖1 閉合電路歐姆定律例題圖
(1)需要用一條導(dǎo)線將接線柱A和B進(jìn)行連接,這樣的情況下,想要達(dá)到滿偏電流,可以將可變電阻R1調(diào)節(jié)到多少:
(2)將電表調(diào)到滿偏之后,保持在R1不變,在接線柱A 和B 之間接入一個(gè)定值電阻R2=150Ω,在這個(gè)時(shí)候,電流表為多少刻度?
(3)若在接線柱A和B之間接入任意電阻R,那么電流表的讀數(shù)I和R二者之間有何關(guān)系?
對于這個(gè)例題的分析,可以通過具體的數(shù)據(jù),讓學(xué)生能看到閉合電路某一個(gè)電阻的變化也會(huì)影響串聯(lián)電路中電流表讀數(shù)的變化,而且不同電阻值和不同電表讀數(shù)之間有著一定對應(yīng)關(guān)系,可以對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo),聯(lián)想到電流表讀數(shù)也能用于電阻值的表示,以此構(gòu)建出歐姆表的電路模型。
3.2.2 應(yīng)用層面
在教學(xué)設(shè)計(jì)中,將歐姆表的新知識(shí)構(gòu)建與原有學(xué)習(xí)過程的體驗(yàn),以此形成新的知識(shí)。為了進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)效果,進(jìn)行了以下教學(xué)設(shè)計(jì):
(1)歐姆表原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本思想
(2)基本思路
對于歐姆表改裝這一部分,需要就電源來進(jìn)行假設(shè):其中電動(dòng)勢=2Ω,內(nèi)阻=5Ω;電流表為10 mA,內(nèi)阻=9.5 Ω,電阻箱內(nèi)的電阻阻值可以調(diào)到390 Ω,那么根據(jù)電流表不同讀數(shù)來計(jì)算相應(yīng)的電阻阻值(見圖2)。
圖2 歐姆表
對于電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表這一部分,需要結(jié)合試驗(yàn)的基本情況,讓學(xué)生自行分組進(jìn)行討論,并在其他條件不變的條件下,對電阻箱的電阻進(jìn)行調(diào)整,控制在190 Ω,再轉(zhuǎn)化電表的刻度(見圖3)。
圖3 電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表
(3)分析歐姆表的特征
對于歐姆表部分,其中主要分析存在刻度分布不均勻的情況,其次就是零刻度位置與電流表、電壓表之間的不同。
對于電流表轉(zhuǎn)化成歐姆表這部分,主要是對刻度分布不均勻的原因進(jìn)行分析;零刻度與電流表、電壓表之間不同之處;歐姆表中間刻度的電阻與歐姆表內(nèi)電阻基本等同。
在PCK 理論中就明確指出,教師需要采用一定措施,將教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)手段進(jìn)行融合,讓學(xué)生能學(xué)會(huì)自行設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng),以此學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用。
教師在教學(xué)“多用電表原理”時(shí),可以設(shè)置具體的事件活動(dòng),讓學(xué)生能對其中的多用電表進(jìn)行一定的改裝或者組裝。通常情況下,可以使用歐姆表來對電路進(jìn)行改裝和連接,具體材料如下:1 節(jié)干電池、2 個(gè)電阻箱、靈敏電流計(jì)、滑動(dòng)電阻、若干電線,其中,干電池的電壓為 內(nèi)阻未知,靈敏電流計(jì)為100 mA。在進(jìn)行組裝期間突然發(fā)現(xiàn),歐姆表的兩個(gè)接線柱短接,學(xué)生就發(fā)現(xiàn),此時(shí)的歐姆表指針并未達(dá)到歸零狀態(tài),這就引發(fā)學(xué)生認(rèn)知層面的沖突,學(xué)生也開始思考如何進(jìn)行“歐姆調(diào)零”。當(dāng)解決該問題,教師就可以繼續(xù)連接電路本身的電源和電流的問題,再由學(xué)生繼續(xù)改裝,引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)踐中驗(yàn)證理論的正確性??梢砸龑?dǎo)學(xué)生思考3 個(gè)電表是否能合用一個(gè)表頭,具體電路圖如圖4所示:
圖4 電表3 合1 的電路
例題對于高中物理教學(xué)開展而言作用重大,也是學(xué)生進(jìn)行知識(shí)鞏固的一個(gè)非常重要的方式,教師需要選擇適合的例題,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入分析和自行思考,將PCK 理論融入到例題設(shè)計(jì)中,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步深化對知識(shí)的理解,幫助學(xué)生構(gòu)建題目解答路徑和思維體系,提升學(xué)生解題能力和綜合能力。
物理學(xué)科知識(shí)理論抽象,實(shí)踐豐富,融入PCK 理論進(jìn)行教學(xué),能構(gòu)建學(xué)生獨(dú)立的學(xué)科精神和思維體系,也能讓學(xué)生深入掌握相關(guān)知識(shí),提升自身綜合能力。因此,高中物理教師需要理解并熟練掌握PCK 理論的應(yīng)用,這樣可以引導(dǎo)學(xué)生解決現(xiàn)有學(xué)習(xí)問題,使高中物理教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。