PCKg理论及其对化学师范生教育教学的启示
2022-06-08
摘要 基于舒尔曼学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge，简称PCK）概念和科克伦的学科教学识知理论（PCKg），提出在化学师范生教育教学中，应重视化学知识与教育教学知识的整合；引导师范生关注学生的相异构想；培养师范生调控学习环境的能力；重视化学专业师范生PCKg的动态建构。
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关键词 化学教育 化学师范生 PCKg 化学知识 相异构想
1 从PCK概念到PCKg理论的发展
学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge，简称PCK）是针对学科知识（Subject Matter Content Knowledge）与教学知识割裂而提出的。1986年，舒尔曼（Shulman L S）在“Those Who Understand：Knowledge Growth in Teaching”一文中通过对美国当时教师资格认证制度进行考察及其相关文献的梳理和回顾，指出在教师知识考核和培养中，学科知识与教学知识存在巨大鸿沟，他称这是一种“缺失的范式（Missing Paradigm）”。针对这样的情况，舒尔曼指出教师知识包括3种类型的知识，即“学科知识、学科教学知识和课程知识”。按照舒尔曼的定义，PCK就是以别人可理解的方式表达和形成学科知识的知识形式，既是一种特殊的教育学知识，也是学科知识的一种特殊形式，它一方面基于教材又超越了教材而通达了教材的教育学知识维度，另一方面则包含了课程内容中与可教性联系最紧密的方面。PCK定位于学科知识与教育学知识的交叉之处，其核心内涵在于将学科知识转化为学生可学的形式。因此，实际是学科知识与教育学知识的化合物。学科教师拥有PCK是其与学科专家的最大区别所在。
PCK理论对于提升教师专业化程度，凸显教师的职业特性和专业地位具有深刻意义。近二三十年来，在教师教育和数学、物理、化学等学科教育领域引起了普遍关注和大量研究。其中，科克伦（Cochran K F，1993）从建构主义学习理论的角度出发，洞悉了知识学习的动态过程，提出了学科教学识知理论（Pedagogical Content Knowing，简称PCKg），即学科教学识知（相比“知识”一词，“识知”含有动态性，能更好地表达科克伦理论中“Knowing'’的动态生成的含义）的综合发展模型（见图1），是对PCK理论的重大发展。该模式显示PCKg由4种知识转化而来，即教学知识、学科知识、环境的背景性知识和关于学生学习情况的理解的知识（简称“关于学生的知识”）。扩展的圆圈表示教师对4种知识的理解随着经验的积累和反思不断拓展。黑色箭头和模型的扩展表示PCKg的发展。重叠部分表示4种知识发生整合和转化。
相比PCK理论，科克伦的PCKg理论突出2个方面。第一，从静态结构的教学知识观向动态生成的教学知识观转变。知识是动态建构的，即“识知（knowing）”。按照建构主义的学习理论，知识不是学习者从环境中未被加工、被动接受的，而是积极建构的，是对自身经验世界特定的排序和重组。这个过程既包括个体与个体之间的社会建构，也包括个体内部的认知建构。教师PCKg的形成是一个动态的、建构的、不断创造和更新的过程；是教学知识、学科知识、学习环境知识和关于学生的知识不断整合和转化而成的。第二，除了强调教学知识和学科知识外，突出了“关于学生的知识”和“学习环境知识”的重要性。这里的“学习环境知识”主要指形成教学过程的社会、政治、文化和物理环境等相关知识；关于学生的知识，包括对学生学习能力、学习策略、年龄和发展水平、态度、动机与及相异构想的理解等。PCKg强调教师在关于学生的知识和环境的背景性知识基础上，整合发展教育学知识和学科知识。
2 PCKg理论对化学师范生教育的启示
2.1 整合化学知识与教育教学知识
长期以来，在化学师范生教育中或偏向化学知识或偏向教育学知识而形成钟摆模式，2者常是割裂、缺乏实质联系的。但缺乏扎实的化学学科知识，单纯有教学知识，不可能成为优秀的化学教师，就如巧妇难为无米之炊；同样，具备丰富的化学知识，也只是成为卓越中学化学教师的必要条件而不是充分条件。因而需要整合化学知识与教育学知识，引导师范生从多维度挖掘化学知识的教育意义，在教育教学理论学习时注意联系化学知识教学。
加强化学知识与教育学知识的结合，要看到化学知识本身所蕴涵的教育性，不只是从知识内容的维度理解学科知识，而是从多维角度建构对知识不同层次的、立体的理解，从而为确定教学中知识的“广度”和“深度”、设计学生的最近发展区奠定基础。比如，对同一概念，师范生应知道对不同年级的学生有不同水平的理解要求。除了关注知识内容，还应注意知识形成的过程，挖掘知识本身蕴涵的方法，体认其在学生思维培养中的价值和意义。要明确化学知识为“真”的前提条件和特定背景，避免过度地将知识去情境化，而导致对知识零散的、机械化的理解。
另一方面，教育教学理论的学习应联系化学知识，而不应是抽象空洞的、死记硬背式的学习。如“最近发展区理论”可以结合“氧化还原反应”，思考对于初三、高一、高二和高三等不同年级的学生，其“最近发展区”在哪里，如何用该理论来进行不同年级的化学教学设计？又如“三重表征”的教学，可以结合相应的实例，如“乙醇的催化反应”，说明其宏观表征、微观表征和符号表征分别是什么，如何建立不同表征的联系等。还如在“科学探究”“科学素养”理论学习中，可以列举“二氧化硫与水反应的探究”、“空气成分的探究”及“影响化学反应平衡的因素”的探究教学案例等。既帮助师范生具体地、有联系地理解教育教学理论，也能提高师范生建立教育教学理论与化学知识联系的意识和能力。
2.2 引导师范生关注学生的相异构想
由于多方面的原因，师范生缺乏关于学生的知识。许多研究表明，学生的相异构想具有普遍性和顽固性，学生原有的相异构想不但是教学要改变的对象，而且是教学的起点。引导师范生关注学生的相异构想（又称错误概念、前概念），是增加他们这方面知识的有效途径，有助于师范生根据学生的情况来进行相应的教学设计，使教学有的放矢，提高成效。如关于学生“原电池”概念认知的调查显示，学生容易产生诸多相异构想：（1）同种金属不能构成原电池的正负极；（2）当2种活泼性不同的金属作为原电池的电极时，活泼性强的一定为负极，活泼性较弱的为正极；（3）将“活泼性强弱”误解为金属活动性；（4）忽略电解质溶液的影响。针对学生的相异构想，可以设计相应的“原电池构成条件的探究”，让学生意识到自己已有概念的局限，引发学生的认知冲突，从而对原电池构成条件、原电池反应原理有更深入的认识。而不是仅仅演示课本的铜锌原电池实验后就给出原电池构成条件，这样学生对电极的作用认识还不清楚。此外，化学史有助于师范生了解化学知识形成和发展的过程及其中蕴涵的方法与智慧，还化学知识“真实”面目。有研究显示，科学家对理论的探索发现，与学生的学习过程有很多类似的地方，如空气成分的发现、化学平衡理论的建立过程中，科学家所走过的曲折道路，在学生刚开始学习这些内容时，也遇到类似的困难，产生相似的相异构想，因此重视化学史学习，有助于师范生了解学生学习中可能存在的困难。 2.3 培养师范生调控学习环境的能力
随着信息技术的发展，学习环境越来越成为课程与教学中一个非常重要的方面，甚至是最重要的方面。但师范生在教师教育技能训练中，更多表现对内容的关注，缺乏调控学习环境的意识和能力。如缺乏对社会、技术与化学知识联系的思想，表现在微格训练或教育实习中很多师范生虽然列举ST-SE的例子，但这些例子往往陈旧、单一或缺乏可靠的证据。此外，在模拟教学或教育实习中，师范生也常常忽略具体的学习环境，如油性笔快没水了，字的颜色已经非常浅了，而且旁边就放着新的笔，但大多师范生没有注意到需要换另一支笔；板书写得太靠下，不考虑学生是否看得见；让学生上讲台协助老师（师范生）完成实验后，把学生晾在一旁；对课室的光线照明等物理环境缺乏考虑，不根据投影、天气等具体情况调节课室灯光；只会依赖ppt，不会也不关心实物投影等其他媒体的使用；对环境突发情况的处理缺乏灵活的应变能力等等。因此，需要加强师范生调控学习环境的意识和能力。
2.4 重视PCKg的动态建构性
PCKg的形成是一个动态反复的多领域知识建构的过程，由此需要理论与实践的多次融合，需要增加师范生持续的、真实的、多类型的教学现场经验，促进师范生的反思，给予足够的反馈。从课程设置上，可以将“化学教学论”“教育见习”“化学微格训练”和“多媒体课件制作”等课程融合在同一个学期或比较靠近的学期，这样有助于师范生的理论与实践更好地沟通。从学习活动上，通过备课、见习、反思、微格、评课、同伴合作学习、讲座和案例研究等多个活动多次循环，也有助于化学教育专业师范生更好地建构和发展PCKg。通过实践发现，“写教案-见习-反思”三段式教育见习模式多次循环，能较好促进师范生PCKg的学习与建构。另外，在师资力量上可以考虑建立“一主二辅”合作模式，即以教学论教师为主，中学化学优秀教师（含中学化学教研员）和大学化学教学型教师为辅，给予师范生教育教学的指导和反馈，提供教育见习、系列讲座和典型微格指导的机会，有助于师范生更好地联系、整合和转化学科知识、教育学知识、关于学生的知识和学习环境的知识。
总的来说，PCKg的形成和建构是一个复杂的过程，为了帮助化学教育专业师范生建构PCKg，不仅需要从内容上整合化学学科知识和教育教学知识，从学习对象上关注学生的学习情况尤其是相异构想，培养对学习环境的调控意识和能力等，从多角度考察和创设有利条件，更要认识到这是一个反复的、长期的、动态的学习、反思和实践的过程。
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关键词 化学教育 化学师范生 PCKg 化学知识 相异构想
1 从PCK概念到PCKg理论的发展
学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge，简称PCK）是针对学科知识（Subject Matter Content Knowledge）与教学知识割裂而提出的。1986年，舒尔曼（Shulman L S）在“Those Who Understand：Knowledge Growth in Teaching”一文中通过对美国当时教师资格认证制度进行考察及其相关文献的梳理和回顾，指出在教师知识考核和培养中，学科知识与教学知识存在巨大鸿沟，他称这是一种“缺失的范式（Missing Paradigm）”。针对这样的情况，舒尔曼指出教师知识包括3种类型的知识，即“学科知识、学科教学知识和课程知识”。按照舒尔曼的定义，PCK就是以别人可理解的方式表达和形成学科知识的知识形式，既是一种特殊的教育学知识，也是学科知识的一种特殊形式，它一方面基于教材又超越了教材而通达了教材的教育学知识维度，另一方面则包含了课程内容中与可教性联系最紧密的方面。PCK定位于学科知识与教育学知识的交叉之处，其核心内涵在于将学科知识转化为学生可学的形式。因此，实际是学科知识与教育学知识的化合物。学科教师拥有PCK是其与学科专家的最大区别所在。
PCK理论对于提升教师专业化程度，凸显教师的职业特性和专业地位具有深刻意义。近二三十年来，在教师教育和数学、物理、化学等学科教育领域引起了普遍关注和大量研究。其中，科克伦（Cochran K F，1993）从建构主义学习理论的角度出发，洞悉了知识学习的动态过程，提出了学科教学识知理论（Pedagogical Content Knowing，简称PCKg），即学科教学识知（相比“知识”一词，“识知”含有动态性，能更好地表达科克伦理论中“Knowing'’的动态生成的含义）的综合发展模型（见图1），是对PCK理论的重大发展。该模式显示PCKg由4种知识转化而来，即教学知识、学科知识、环境的背景性知识和关于学生学习情况的理解的知识（简称“关于学生的知识”）。扩展的圆圈表示教师对4种知识的理解随着经验的积累和反思不断拓展。黑色箭头和模型的扩展表示PCKg的发展。重叠部分表示4种知识发生整合和转化。
相比PCK理论，科克伦的PCKg理论突出2个方面。第一，从静态结构的教学知识观向动态生成的教学知识观转变。知识是动态建构的，即“识知（knowing）”。按照建构主义的学习理论，知识不是学习者从环境中未被加工、被动接受的，而是积极建构的，是对自身经验世界特定的排序和重组。这个过程既包括个体与个体之间的社会建构，也包括个体内部的认知建构。教师PCKg的形成是一个动态的、建构的、不断创造和更新的过程；是教学知识、学科知识、学习环境知识和关于学生的知识不断整合和转化而成的。第二，除了强调教学知识和学科知识外，突出了“关于学生的知识”和“学习环境知识”的重要性。这里的“学习环境知识”主要指形成教学过程的社会、政治、文化和物理环境等相关知识；关于学生的知识，包括对学生学习能力、学习策略、年龄和发展水平、态度、动机与及相异构想的理解等。PCKg强调教师在关于学生的知识和环境的背景性知识基础上，整合发展教育学知识和学科知识。
2 PCKg理论对化学师范生教育的启示
2.1 整合化学知识与教育教学知识
长期以来，在化学师范生教育中或偏向化学知识或偏向教育学知识而形成钟摆模式，2者常是割裂、缺乏实质联系的。但缺乏扎实的化学学科知识，单纯有教学知识，不可能成为优秀的化学教师，就如巧妇难为无米之炊；同样，具备丰富的化学知识，也只是成为卓越中学化学教师的必要条件而不是充分条件。因而需要整合化学知识与教育学知识，引导师范生从多维度挖掘化学知识的教育意义，在教育教学理论学习时注意联系化学知识教学。
加强化学知识与教育学知识的结合，要看到化学知识本身所蕴涵的教育性，不只是从知识内容的维度理解学科知识，而是从多维角度建构对知识不同层次的、立体的理解，从而为确定教学中知识的“广度”和“深度”、设计学生的最近发展区奠定基础。比如，对同一概念，师范生应知道对不同年级的学生有不同水平的理解要求。除了关注知识内容，还应注意知识形成的过程，挖掘知识本身蕴涵的方法，体认其在学生思维培养中的价值和意义。要明确化学知识为“真”的前提条件和特定背景，避免过度地将知识去情境化，而导致对知识零散的、机械化的理解。
另一方面，教育教学理论的学习应联系化学知识，而不应是抽象空洞的、死记硬背式的学习。如“最近发展区理论”可以结合“氧化还原反应”，思考对于初三、高一、高二和高三等不同年级的学生，其“最近发展区”在哪里，如何用该理论来进行不同年级的化学教学设计？又如“三重表征”的教学，可以结合相应的实例，如“乙醇的催化反应”，说明其宏观表征、微观表征和符号表征分别是什么，如何建立不同表征的联系等。还如在“科学探究”“科学素养”理论学习中，可以列举“二氧化硫与水反应的探究”、“空气成分的探究”及“影响化学反应平衡的因素”的探究教学案例等。既帮助师范生具体地、有联系地理解教育教学理论，也能提高师范生建立教育教学理论与化学知识联系的意识和能力。
2.2 引导师范生关注学生的相异构想
由于多方面的原因，师范生缺乏关于学生的知识。许多研究表明，学生的相异构想具有普遍性和顽固性，学生原有的相异构想不但是教学要改变的对象，而且是教学的起点。引导师范生关注学生的相异构想（又称错误概念、前概念），是增加他们这方面知识的有效途径，有助于师范生根据学生的情况来进行相应的教学设计，使教学有的放矢，提高成效。如关于学生“原电池”概念认知的调查显示，学生容易产生诸多相异构想：（1）同种金属不能构成原电池的正负极；（2）当2种活泼性不同的金属作为原电池的电极时，活泼性强的一定为负极，活泼性较弱的为正极；（3）将“活泼性强弱”误解为金属活动性；（4）忽略电解质溶液的影响。针对学生的相异构想，可以设计相应的“原电池构成条件的探究”，让学生意识到自己已有概念的局限，引发学生的认知冲突，从而对原电池构成条件、原电池反应原理有更深入的认识。而不是仅仅演示课本的铜锌原电池实验后就给出原电池构成条件，这样学生对电极的作用认识还不清楚。此外，化学史有助于师范生了解化学知识形成和发展的过程及其中蕴涵的方法与智慧，还化学知识“真实”面目。有研究显示，科学家对理论的探索发现，与学生的学习过程有很多类似的地方，如空气成分的发现、化学平衡理论的建立过程中，科学家所走过的曲折道路，在学生刚开始学习这些内容时，也遇到类似的困难，产生相似的相异构想，因此重视化学史学习，有助于师范生了解学生学习中可能存在的困难。 2.3 培养师范生调控学习环境的能力
随着信息技术的发展，学习环境越来越成为课程与教学中一个非常重要的方面，甚至是最重要的方面。但师范生在教师教育技能训练中，更多表现对内容的关注，缺乏调控学习环境的意识和能力。如缺乏对社会、技术与化学知识联系的思想，表现在微格训练或教育实习中很多师范生虽然列举ST-SE的例子，但这些例子往往陈旧、单一或缺乏可靠的证据。此外，在模拟教学或教育实习中，师范生也常常忽略具体的学习环境，如油性笔快没水了，字的颜色已经非常浅了，而且旁边就放着新的笔，但大多师范生没有注意到需要换另一支笔；板书写得太靠下，不考虑学生是否看得见；让学生上讲台协助老师（师范生）完成实验后，把学生晾在一旁；对课室的光线照明等物理环境缺乏考虑，不根据投影、天气等具体情况调节课室灯光；只会依赖ppt，不会也不关心实物投影等其他媒体的使用；对环境突发情况的处理缺乏灵活的应变能力等等。因此，需要加强师范生调控学习环境的意识和能力。
2.4 重视PCKg的动态建构性
PCKg的形成是一个动态反复的多领域知识建构的过程，由此需要理论与实践的多次融合，需要增加师范生持续的、真实的、多类型的教学现场经验，促进师范生的反思，给予足够的反馈。从课程设置上，可以将“化学教学论”“教育见习”“化学微格训练”和“多媒体课件制作”等课程融合在同一个学期或比较靠近的学期，这样有助于师范生的理论与实践更好地沟通。从学习活动上，通过备课、见习、反思、微格、评课、同伴合作学习、讲座和案例研究等多个活动多次循环，也有助于化学教育专业师范生更好地建构和发展PCKg。通过实践发现，“写教案-见习-反思”三段式教育见习模式多次循环，能较好促进师范生PCKg的学习与建构。另外，在师资力量上可以考虑建立“一主二辅”合作模式，即以教学论教师为主，中学化学优秀教师（含中学化学教研员）和大学化学教学型教师为辅，给予师范生教育教学的指导和反馈，提供教育见习、系列讲座和典型微格指导的机会，有助于师范生更好地联系、整合和转化学科知识、教育学知识、关于学生的知识和学习环境的知识。
总的来说，PCKg的形成和建构是一个复杂的过程，为了帮助化学教育专业师范生建构PCKg，不仅需要从内容上整合化学学科知识和教育教学知识，从学习对象上关注学生的学习情况尤其是相异构想，培养对学习环境的调控意识和能力等，从多角度考察和创设有利条件，更要认识到这是一个反复的、长期的、动态的学习、反思和实践的过程。