紀 丹

（華中師范大學化學教育研究所 湖北 武漢 430079）

PCK 是學科教學知識 （Pedagogical Content Knowledge）的簡稱，它是1986年美國斯坦福大學的教授舒爾曼（L．S．Shulman）提出的。PCK 水平較高的教師對自己所教的學科知識和所教的學生都有相當程度的了解，在教學過程中，教師不僅能設計有效的教學過程，讓學生與課堂教學融為一體，而且還能識別學生的認知沖突，了解學生學習上的困難、錯誤認知以及解題策略等，并能選擇適當的知識呈現與表征方式，幫助學生克服學習困難，避免錯誤認識的產生。

“物質的微粒性” 主要是通過初中化學九年級上冊“物質構成的奧秘”這章內容呈現給學生的。物質的微粒性是中學階段的一個重要的理論知識，一直以來就備受研究者的青睞，當前與這章內容相關的研究也層出不窮。它主要包括：分子和原子、原子的結構和元素的知識。分子和原子是初中生首次接觸到的微小粒子，通過本章內容的學習，學生將從認識分子和原子的真實存在開始，去認識微觀世界。同時，本章內容也是學生化學學習從具體到抽象、從宏觀到微觀的轉變。因此本章的教學內容對學生了解微觀世界、形成微觀想象能力至關重要，而且本章也是學生繼續(xù)探索物質結構奧秘、理解質量守恒定律、解釋一切化學反應實質的基礎。因此本章內容的學習對學生整個化學學習階段至關重要。從學生已有的知識基礎和生活經驗來看， 學生通過小學自然科學和初二物理的學習，已經知道：分子是客觀存在的，體積都很小，物質是由分子構成的，分子不停地做無規(guī)則運動，溫度越高，分子的運動越劇烈，分子的種類不同且分子間有空隙等內容，對學習本章的知識有很大的幫助。雖然分子的性質在學生的前概念里比較全面，但是學生缺少對分子是微觀粒子的認識，還不理解分子是保持物質化學性質的最小粒子、以及原子是化學變化中的最小粒子這些抽象的知識。因此本章的學習對初學的初中學生來說還是有一定的困難，并且也容易形成一些認知上的誤區(qū)。

綜上所述，物質的微粒性主題的學科教學知識的研究具有著非常重要的意義，對教師教學效果和教師專業(yè)的發(fā)展以及學生的學習都有很大的幫助。本研究通過研究確定了“物質的微粒性”主題PCK 的核心要素主要是以下幾個方面：

一、教師對“物質的微粒性”學科內容的理解

“物質的微粒性” 這部分的學科內容知識是十分基礎的知識，但同時也對學生整個化學學習起到至關重要的作用。比如分子和原子的化學史的知識：“原子”這一概念最早是由古希臘的哲學家提出的，他們認為萬物都是由“原子”構成的，后來，道爾頓在做氣體實驗時，提出了“原子論”，他總結出氣體的分壓定律，并且認為氣體的性質最好用“原子論”的觀點解釋。后來又提出了原子論的模型?？茖W是不斷發(fā)展的，原子的結構模型也是如此，原子結構模型由道爾頓的實心球模型， 慢慢的發(fā)展到湯姆生的棗糕式模型、盧瑟福的行星模型、波爾的量子化軌道模型以及現代的電子云模型。而分子這一概念最早是由意大利的阿伏加德羅提出的，他認為原子是參加化學反應的最小質點，分子是保持物質特性的最小單位。他考察了蓋·呂薩克和道爾頓的氣體實驗以及他們的爭執(zhí)，發(fā)現了矛盾的焦點，他在論文中指出：應當提出一個概念來表示直接構成物質的一種微粒，這種微粒就叫分子。如果引入分子的概念， 蓋·呂薩克的實驗假設只在名稱上稍作修改就可以成立，原子論也會更加充實。這樣，由于分子論和原子論的提出，就使得物質的宏觀世界與微觀世界聯系起來。而當時的分子論和原子論僅僅是一種理論模型，當時分子論和原子論能用來解釋很多難以解釋的現象，當科學家們真正捕捉到分子和原子的存在時，分子和原子才成為一種理論。而在初中向學生介紹分子和原子主要是讓學生開始學會從微觀的角度看宏觀世界。

對于“物質的微粒性”的理解，主要有以下幾個方面：微觀的構成上，物質都是由微粒構成的，構成物質的微粒包括分子、原子和離子等，宏觀的組成上，物質都是由元素組成的。微粒能保持物質的性質，很多微觀現象都能用微粒的觀點來解釋，構成物質的微粒有自身的屬性，比如微粒之間有相互作用、微粒不斷的運動、有間隙以及體積和質量都很小等，分子是由原子構成的， 原子又是由原子核和核外電子構成的，原子核又包括中子和質子， 原子帶電荷后成了離子，因此，原子不僅能直接構成物質，還能構成分子和離子。分子是保持化學性質的基本微粒，而原子則是化學變化中的最小粒子，化學變化中原子重新組合成新的分子。對于分子和原子的模型，教師應該知道模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對客觀對象所做的一種簡化描述，它并不是原型，也不是原型的復制，只是在一定程度上再現了原型。因此，教師在分子和原子的教學過程中要以嚴謹的態(tài)度使用模型，防止形成錯誤的引導。

初中階段對物質的微粒性以及分子原子的認識主要是這些，教師只有自己比較準確全面的掌握這部分的學科內容知識， 才能準確的表達出來教授給學生，才能準確且及時的識別學生學習過程中產生的錯誤認識，幫助學生減少學習困難。

二、教師對學生理解的知識

在教學前教師要對學生的已有知識進行了解，明確學生的已有概念的正確與否， 這樣才能有的放矢。在教學過程中，教師要了解學生的學習困難以及在學習過程中產生的錯誤認識，這樣教師才能在學生的學習上起到促進作用。對于“物質的微粒性”的內容，教師要了解學生在學習過程中會產生哪些前概念和錯誤認識。本部分學生的學習困難主要是：這部分知識比較抽象， 學生在學習過程中對物質是由微粒構成的很難理解， 學生難以將宏觀物質同微觀粒子結合起來等。再加上教科書以及教學模型等的影響，學生在學習過程中對分子和原子會形成 “分子是有顏色的、有密度的”、“原子是球形的”等錯誤概念。教師只有了解這些知識才能更好的幫助學生去克服學習的困難和產生的誤解， 才能幫助學生對這部分有更好的理解。

當前有關“物質的微粒性”的錯誤概念研究還是比較豐富的，本研究通過查閱相關文獻資料，并結合相關的教學案例分析結果，統(tǒng)計出學生一些與“物質的微粒性”有關的錯誤概念，結果如表1 所示。

表1 “物質的微粒性”相關的錯誤概念

三、教師對“物質的微粒性”學科內容表征、呈現方式的知識

對于“物質的微粒性”這部分的知識，教師可以選擇用語言、圖片以及模型的表征方式將其呈現給學生。比如用語言的表征方式將分子的知識傳遞給學生時，就可以這樣講：同學們在很遠就聞到花的香，這是由于大量的花的分子不斷地運動，從而進入我們的鼻子里， 刺激我們的嗅覺系統(tǒng)使得我們聞到花的香味。這樣的語言的表征方式不僅將分子客觀存在、不斷運動的知識傳遞給學生，而且也避免了學生產生“分子有味道”的錯誤認識。在講述物質的構成時可以用圖片的表征方式，比如運用苯分子和硅原子的圖片去告訴學生物質是由分子或者原子構成的，但是要告訴學生這個圖片僅僅是科學家們運用高科技描繪出的分子和原子，而不是運用高倍顯微鏡看到的，這樣也就避免學生產生 “運用顯微鏡可以看到分子和原子”的錯誤認識。而在講授分子和原子在化學變化中的行為時，教師可以運用模型的表征方式，如運用視頻播放水分子電解的過程：水分子分解為原子、原子重新組合成分子。這種表征方式不僅可以將分子和原子在化學反應中的形象展現給學生，而且還有利于學生理解化學變化的本質。

四、教師對“物質的微粒性”教學策略的知識

“物質的微粒性”知識對教師來說難教，對學生來說難學。但是如果教師能設計有效的教學策略，就會使得教學工作達到事半功倍的效果。為提高教師的教學質量和學生的學習效率，目前關于“物質的微粒性”主題的教學策略的研究較多， 本研究的教學策略如下：

（1）利用多種教學手段

初中學生思維能力的發(fā)展正是處于從形象思維向抽象思維的過渡時期， 抽象思維還處于發(fā)展期，因此對抽象概念的學習需要感性材料的支持。所以，講授物質的微粒性這部分的概念時要遵循學生的認識規(guī)律，從具體到抽象，做到從直觀材料入手。

在講授這部分知識時首先要引導學生聯系實際的生活經驗去學習化學概念，如講授“分子”時，可以從紅糖溶于水、桂花香、酒香不怕巷子深等日常生活現象中親身感受，說明分子是客觀存在的，再用“如果將一個原子跟乒乓球相比，將相當于將一個乒乓球跟地球相比”的形象比喻去描述原子的大小，這樣就可以給學生留下深刻的印象了。教師在講授本部分內容時，還應該運用現代化的教學手段，比如多媒體、模型和掛圖等，對于分子和原子的知識，由于比較抽象，用多媒體教學則能更加形象的向學生展示物質的構成、分子的分解、離子的形成等過程，使學生更加直觀地感知微觀粒子的運動。當然利用模型教學則更能增加學生對復雜的微觀世界的了解。

（2）引發(fā)學生的認知沖突

學生在學習這部分知識時頭腦中已經存在一定的相關概念， 如果學生對當前頭腦中的概念不滿意，那么這時頭腦里就會發(fā)生概念轉變，因此利用引發(fā)學生的認知沖突的方式來促進概念的轉變，對糾正學生的錯誤概念是一種十分有效的教學策略。知識并不是簡單地由教師傳遞給學生的，而是學生通過自身已有的知識經驗主動加以建構形成的。所以，教師在課堂教學時不能急于求成， 不能強行糾正學生的錯誤認識，可以通過引發(fā)學生的認知沖突，來誘導學生暴露其頭腦中原有的概念。例如在講“分子、原子”內容時，教師可以通過與學生的談話，了解學生頭腦中己有的“原子” 概念：“原子的體積很小”、“原子是圓形的”、“分子有顏色、有味道”等等，允許學生說出這樣認為的原因，使學生與學生或者學生與教師間交換對同一概念的不同的認識。當學生發(fā)現自己頭腦中已有的概念、想法與他人不同，而他人的觀念比自己更合理，并且又能更好地解決問題時，這時他們會對自己原有的觀念產生懷疑，在這種認知沖突下學生更加易于接受正確的科學概念。

（3）幫助學生形成概念網絡

化學中任何概念都不是孤立存在的，而是同其他概念相互聯系的。學生理清概念之間的相互關系，對他們掌握概念的本質、了解概念之間的聯系與區(qū)別、形成概念網絡具有十分重要的作用?！拔镔|的微粒性”中的概念網絡主要是物質、分子、原子、元素以及離子等之間的關系。本部分概念網絡如下：

五、教師對“物質的微粒性”教學評價的知識

評價學生對知識的理解程度也是教學工作中重要的一個環(huán)節(jié)，通過教學評價，教師才能了解到學生是如何獲得知識的、獲得了哪些知識、對知識掌握的怎么樣。本研究主要討論以下幾種評價的方法。

（1）紙筆檢測法

在學習評價方式中，紙筆檢測是最基本的也是最常用的一種評價方法。通過紙筆測試的結果，教師可以了解到學生對知識的記憶、理解程度，同時還能了解到學生運用知識的靈活程度?！拔镔|的微粒性”這部分內容較為抽象，易產生錯誤認識，因此，教師在教授這部分知識時，應該在作業(yè)或者試卷中設計各式各樣的題型，涵括多方面的知識，去檢測學生對這部分知識的理解。

（2）課堂問答法

課堂問答法也是一種最常用的評價方法，它包括提問和追問。在課堂中教師通過提問學生對“分子和原子”的了解，不僅能夠知道學生對這部分知識的掌握程度， 而且還能夠及時發(fā)現學生頭腦中的錯誤概念，有針對性地對學生進行教育。

（3）概念圖法

概念圖是一種能形象表達命題網絡中一系列概念的含義及其關系的圖解。它是由概念和連接概念之間的線段組成的。它能形象的表達某一命題中的各個概念的內在邏輯關系。利用概念圖去評價學生的學習狀況，不僅能夠了解學生對新知識的理解，而且還能發(fā)現學生頭腦中已有的認知結構是否正確。對學生有關“物質的微粒性”進行評價時，可以讓學生畫出物質、分子、原子、元素等概念之間的概念圖， 通過學生畫的概念圖，教師可以了解和診斷學生的學習問題，反思自己的教學過程，改進教學方法。學生在畫概念圖時，可以發(fā)現自身學習的不足之處， 并通過與教師和同學所畫的概念圖的比較來發(fā)現自己知識的欠缺之處。

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