PCK理念下初中物理课堂学习进阶构建——以“长度的测量”教学为例

江苏省江阴市礼延实验学校(214440) 徐美蓉

PCK是学科教学知识(Pedagogical Content Knowledge)的简称。舒尔曼关于PCK概念的核心要素包括“关于学科内容知识的呈示”和“对学生前概念、概念以及具体学习困难的理解”两个方面。根据PCK理论，教师在学生学习经验、生活经验的基础上，分析学生学习过程中的困难点，将自己所要教学的内容以学生易于理解的方式加工，构建学习进阶。

本文以苏科版初中物理教材八年级下册第5章第1节“长度的测量”为例，尝试PCK理念下学习进阶的构建。

1 分析教材和学情，构建学习进阶框架

学生在学习物理时，头脑中并非一片空白，他们已经有了一定的生活经验。学生的这些前概念是构建学习进阶的起点。

苏科版八年级教材的第5章主要内容是从物理角度描述物体的运动，探究直线运动的基本规律。要学习物体的运动，首先要学会测量长度和时间。《物理教师教学用书》对本课的课时建议为2课时。考虑到课堂容量等各方面的因素，本课第1课时的内容为“长度的测量”，其核心概念为长度的单位及测量，力图通过本课学习，使学生掌握测量长度的基本技能，为正确进行其他物理量的测量提供可供迁移的基础。

学生在小学阶段已经进行过基本的长度单位及单位换算的学习，但对长度单位还缺乏准确系统的认识。在平时的生活中学生也会使用刻度尺测量长度，但仅仅是基于经验，对于如何规范使用刻度尺还缺少认知。基于此，设定本课的学习目标为：①让学生知道国际单位制中长度的单位，会进行长度单位的换算，并能根据日常经验估测物体的长度；②能正确使用刻度尺测量长度，正确记录测量结果；③知道测量有误差。

2 PCK理念下学习进阶构建的案例分析

2.1 创设情境，体会测量长度和时间的重要性

根据PCK理论，教学不可能脱离情境而产生。通过创设与学生生活经验相关的情境，引出课题，同时让学生体会到物理就在我们身边。

片段1：

PPT展示各种运动的图片，最后定格在跳远和跑步的图片上。

提问：看跳远和跑步的图片，我们怎么知道学生跳远和跑步的成绩？

评价反思：通过图片让学生回顾他们熟悉的运动情景。根据运动会的经验，学生明白想要知道跳远的成绩，需要测量长度；想要知道跑步的成绩，需要测量时间，从而引出课题“长度和时间的测量”，同时让学生体会到学会测量长度和时间的必要性。

2.2 在活动中体验，感受制定公认标准的必要性

学生往往对自己亲身经历过的事情印象深刻。在活动体验的过程中，学生用自己的心智去感受和体会事实，有利于提高课堂学习的有效性。

片段2：

比比眼力：目测课桌的长、宽、高，并比较它们的长度。

比比技巧：不用尺，你如何证实自己目测的结果？他们的方法有什么共同点？

提问：能不能根据这几位同学的做法比较课桌的高度。

展示不同国家长度的标准，同时讲授：很久以前，各个国家都有他们各自的标准，交流起来很不方便。为了便于交流，应该怎么办？

讲授：测量就是将待测量与一个公认的标准量进行比较，这个公认的标准量叫做单位。1960年第11届国际计量大会上通过的一套单位制叫国际单位制。

评价反思：学生目测课桌长、宽、高的长度，目测的结果多样化。学生感受到“光凭感官判断并非总是可靠”，引出测量的必要性。在此基础上设置进阶问题“不用尺，怎样动手操作证实自己目测的结果，并交流自己的做法”。通过实践，学生感受到测量就是把待测的量和标准量进行比较的过程，但是又带来新的问题——每个人选择的标准不一样，学生感受到必须要制定一个公认的标准。这时介绍物理学史：以前不同的国家长度的标准不同，不方便交流，引起学生情感上的共鸣，让学生感受到制定公认标准的必要性，从而引出国际单位制。

2.3 关注学生学习起点，系统认识长度的单位及换算

奥苏伯尔曾经说过：“影响学习最重要的因素是学生已经知道了什么，教师应根据学生的原有知识进行教学。” 教学的起点建立在学生学习起点的基础之上。教师要分析哪些是学生已知的或者熟悉的，对于这部分内容可以粗讲、略讲甚至不讲。教师要把重点放在学生不熟悉的或难以理解的地方。

基于小学的学习基础和生活经验，对于常见的长度单位，如千米、米、分米、厘米、毫米等，学生已经有了一定认识，并了解它们之间的换算关系。微米和纳米这两个单位，学生可能听说过，但具体1微米、1纳米有多长，学生缺乏具体的认识。如何进行长度单位之间的换算，学生还不清楚。

片段3：

讲授：长度的国际单位是米，用符号m表示。

提问：你还知道哪些长度的单位？按由大到小的顺序说。

让学生说出m、dm、cm、mm之间的换算关系以及km、m之间的换算关系。

讲授：人体也自带尺子。比划人体身上约1 m的地方，让学生在尺上比较拳头的宽度、手指的宽度。观察1 mm的长度。

讲授：想象一下，把1 毫米平均分成1 000等份，每一等份为1微米；1毫米等于多少微米？再把1微米平均分成1 000等份，每一等份为1纳米；1微米等于多少纳米？

学生阅读书本，了解自然界中一些物体的长度。

提问：(1)原子直径是多少？等于多少纳米？(教师示范单位换算的过程)

(2)人头发丝的直径约为多少？等于多少纳米？(学生练习)

(3)现在大气污染比较严重，PM2.5是一项重要指标，PM2.5是指直径小于或等于2.5微米的颗粒物。2.5微米等于多少米？(学生练习)

练习(填上合适的单位)：某同学的身高1.65____，人正常步行时，一步长约0.5____，课桌的高度约80____，一支铅笔的长度约15____。

评价反思：学生已经知道的，让学生自己回顾；学生不知道的，设置情境引导学生感知。介绍人体的尺度，帮助学生在没有刻度尺的情况下估测物体的长度；阅读书本，了解自然界中一些物体的长度，培养学生的阅读能力和信息提取能力；教师示范单位换算的过程，再通过练习让学生巩固。整个片段，由已知到未知，搭建台阶，步步深入，深化学生对长度单位的认识。

2.4 立足学生前概念细化任务，学会正确使用刻度尺

学生在生活中已有用刻度尺测物体长度的经验，这些经验有些是正确的，有些还需进一步规范。在第2章的学习中，学生练习了使用温度计。刻度尺和温度计都是测量工具，虽有一定的差别，但也有共性，可以把温度计的使用技能迁移到刻度尺上。

教师要培养学生通过阅读说明书掌握仪器使用的技能。这一项技能对学生以后的生活、工作都有一定的帮助。所以先从学生经常使用的刻度尺开始，帮助学生树立通过阅读说明书掌握仪器使用技能的意识。

片段4：

活动：练习使用刻度尺。

教师拿出一个长木块，提问：这个物体的长度大约是多少？

师：想要知道物体的长度，要用到什么工具？

任务一：明确刻度尺使用的规范。

看一看：取出你的刻度尺，仔细观察，可以得到哪些信息？

阅读P104“信息快递”栏目，了解如何正确使用刻度尺。

任务二：测物理课本的宽度。

提出任务：尝试选择合适的刻度尺测量物理课本的宽度。

学生展示用透明塑料尺测物理课本宽度的做法，教师评价；学生展示用有厚度的米尺测量物理课本宽度的做法。

教师提出问题：两把尺有什么区别？刻度线分别在尺的哪一面？怎样放才是有刻度的一边紧靠被测物体？(学生思考并展示)

教师给出一把没有刻度的尺和木板，如图1(a)所示，提问：能否用这把尺子测量木板的长度？

给尺贴上分度值为10 cm的刻度，如图1(b)所示，提问：这把尺的分度值是多少？木板长度多少？

学生发现木板的长度比40 cm长，比50 cm短，教师引导学生估读。

教师讲授：40 cm是能准确读出来的，叫做准确值，还有一位是我们估计出来的，叫估读值。为了更准确地知道物体的长度，我们可以把每一格再分成十等份。

给尺贴上分度值为1 cm的刻度，如图1(c)所示，提问：这把刻度尺的分度值是多少？木板长度多少？

图1 测物理课本宽度的图示

教师总结：读数时，要估读到分度值的下一位。

练习几组刻度尺的读数。

提问：刚才我们测物理课本宽度所用刻度尺的分度值是多少？刚才的读数是否正确？

提出任务：重新测量物理课本的宽度，可以多测几次。

议一议：在测量过程中，每次的测量结果一样吗？为什么会出现这种情况？

教师总结：测量时要进行估读，估读值有时偏大，有时偏小。物理课本真实的宽度只有一个，测量值和真实值之间的差异叫误差。

提问：怎样可以减小误差？(教师总结)

提出任务：求一下物理课本宽度的平均值。

任务三：测量物理课本内页一张纸的厚度。

提出任务：用刻度尺直接测量物理课本内页一张纸的厚度。

提问：实验过程中遇到什么问题？怎么测量物理课本内页一张纸的厚度？

学生交流讨论，逐步完善实验方案和实验记录表格后进行实验，处理数据。

教师总结：这种方法叫做“测多算少法”。

评价反思：通过本片段的学习，学生能正确使用刻度尺测量长度，正确记录测量结果，知道测量有误差。通过观察刻度尺，了解刻度尺的量程、分度值，学会在测量时选择合适的刻度尺；通过阅读、动手操作和比较，获取有用信息，逐步学会如何正确使用刻度尺。创设真实的情景，让学生体会到“读数时，要估读到分度值的下一位”，结合练习，化解难点。

当学生直接测量物理课本内页一张纸的厚度时，体验到纸的厚度比刻度尺的分度值还要小，误差较大。让学生思考、交流并解决问题，培养学生的思维能力和交流合作的能力。通过3个任务分解活动，达成教学目标，突破教学难点。

3 结束语

知识是静态的，认识是动态的，实验是认识的源泉，也是思维发展的基础。案例从学生熟悉的运动场景出发，让学生体会到测量长度和时间的重要性；通过比较课桌长宽高的活动，让学生感受到制定公认标准的必要性，引出国际单位制；再以学生原有的经验为起点，通过阅读、提问，讲授长度的单位及换算关系；通过阅读和“练习使用刻度尺”实际的操作引起学生的认知冲突，在已知和未知之间搭建桥梁，让学生学会正确使用刻度尺，并通过任务的进阶让学生体会到测量有误差。

PCK理念下的初中物理课堂学习进阶构建，通过问题铺设台阶，利用活动层层递进，学生动手动脑积极实践投入课堂，在体验中逐步掌握学习的方法，形成物理观念，发展核心素养。