PCK視域下物理師范生的學生知識調查及分析
——以高中物理電磁學版塊為例

謝曉妹 張軍朋

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

1 問題的提出

PCK(Pedagogical Content Knowledge的簡稱)是20世紀80年代舒爾曼(Shulman)針對當時美國教師資格認證制度的缺失而提出的一個新術語.他認為PCK是關于教師將自己所掌握的學科知識轉化成易于被學生理解和接受的形式的知識[1].繼舒爾曼之后，國內外先后有大量學者對PCK展開研究.盡管每個學者對PCK的定義及劃分的構成要素不盡相同[2～5]，但不同學者對PCK構成要素的劃分均主要以舒爾曼關于PCK概念的兩個核心要素為中心，一是關于學科內容知識的呈現，二是對學生前概念、概念以及具體學習困難的理解.而后者即為本文的研究內容——“學生知識”.“學生知識”是PCK的一個重要組成維度，旨在了解學生的學習情況以及學生對某一課題的理解程度和困難點，從而通過各種有效途徑幫助學生解決學習困難點[6].經文獻整理發現，目前PCK的研究成果相當豐富，但是對PCK視域下某一具體組成成分的研究較少，尤其是鮮有對物理師范生“學生知識”的研究.因此以“電磁學”版塊為例，設計了調查問卷調查物理師范生“學生知識”現狀，剖析當前物理師范生學生知識層面存在的問題，從而提出有效的培養建議.

2 研究設計

2.1 調查對象

以廣東某重點師范大學物理師范生為研究對象，選取大一、大二、大三年級，共回收200份問卷，有效問卷191份，有效率95.5%；其次選取廣州某高中高三普通班的學生作為調查對象以獲得高中生對電磁學知識的掌握情況，共回收問卷105份，有效問卷98份，有效率93.3%.

2.2 研究工具

以高中物理“電磁學”版塊內容為載體對物理師范生“學生知識”進行調查，其測試卷設計流程如圖1所示.

圖1 測試卷設計流程

首先整理匯總高中“電磁學”版塊的所有知識點，供師范生填寫《高中物理“電磁學”學習困難點預測卷》及高中生填寫《“電磁學”學習困難知識點及原因調查問卷》時回顧，在問卷基礎上整理出11個學生困難點與師范生預測困難點差異最大的知識點，結合近年來廣東高考涉及的電磁學知識點進行分析，將不?？祭щy點篩去，最后匯總出9個“電磁學”版塊的學習困難點，以此為依據設計師范生版與高中生版電磁學測試卷，以下統稱“電磁學測試卷”.用SPSS對問卷和測試卷采用獨立樣本t檢驗法、方差分析、相關分析法進行分析，對分析結果深入討論，以調查物理師范生“學生知識”的現狀.

3 調查結果分析

3.1 學生學習困難點的預測結果

通過《高中物理“電磁學”學習困難點預測卷》及《“電磁學”學習困難知識點及原因調查問卷》的問卷調查發現，師范生的預測結果與學生作答情況大致相同，但是在個別知識點的預測上，師范生存在嚴重的高估、低估情況，共11個知識點，具體如表1所示.

表1 師范生對學生困難知識點的高估、低估情況

結合近年來廣東高考的?？贾R點，篩去不?？嫉摹盎ジ泻妥愿小薄皽u流、電磁阻尼和電磁驅動”兩個知識點，將表1剩下的9個知識點作為本次調查的考查知識點.

3.2 “學生知識”現狀分析

3.2.1 師范生預測結果與學生作答結果的比較

電磁學測試卷的具體調查結果如表2所示.其中*表示師范生預測結果.

表2 問卷調查結果

續表2

由表2可知，題1，3，6師范生的預測結果與高中生作答情況較吻合，題2，4，5則存在較大差異，從整體上看，師范生的預測結果與高中生作答情況還是存在一定偏差.由于篇幅限制，本文選取第5題為例進行分析.

【題目】如圖2所示，一帶電粒子(重力不計)在勻強磁場中沿圖中軌跡運動，中央是一塊薄絕緣板.粒子穿過絕緣板時有能量損失.請判斷下列說法是否正確(打√、×或○).

圖2 電磁學測試卷第5題情境圖

(1)粒子帶正電(√)

(2)粒子的運動方向是abcde(×)

(3)洛倫茲力方向總是沿軌跡切線方向(×)

(4)洛倫磁力在該過程中做負功(×)

(5)粒子在下半周所用的時間比上半周的長(×)

此題主要考查帶電粒子在磁場中的運動方向，根據帶電粒子在磁場中的運動軌跡來判斷粒子在磁場中所受洛倫茲力的方向，從而判斷帶電粒子的電性、洛倫茲力的做功情況以及帶電粒子在磁場中運動的周期.題目的入手點是題干中的“粒子穿過絕緣板時有能量損失”，由此可以得到粒子穿過絕緣板時動能減小，即速度減小，各個選項即可迎刃而解.本題師范生的預測結果與高中生作答情況對比如圖3所示.

圖3 師范生預測結果與高中作答情況對比(第5題)

由圖3可知，關于“帶電粒子在磁場中的運動”，師范生的預測結果與高中生答題情況存在出入.在此題的知識點中，高中生對“粒子帶電情況”及“洛倫茲力方向”作答情況不容樂觀，錯誤率達30%以上，但師范生卻未準確預測出此易錯點與困難點.而對于“運動周期時間”，超過40%的師范生認為學生對該知識點掌握程度低，容易出錯，但高中生該問的錯誤率低于13%，可見師范生低估了學生對該知識點的掌握程度.綜合看來，師范生在面對帶電粒子在磁場中運動的問題時，并不能準確地分析出學生已經掌握的知識點以及學習困難點，即學生知識水平較低.

3.2.2 不同年級物理師范生“學生知識”現狀的差異比較

通過對物理師范生基本信息的分析，發現師范生性別對結果不存在顯著影響，而師范生年級、學科知識水平對結果存在顯著影響，故下面只分析年級與學科知識因素.將“電磁學測試卷”的6大題劃分為兩版塊，分別是電學和磁場版塊，深入對比兩版塊不同年級物理師范生的預測結果與高中生的作答情況差異.具體分析如表3和表4所示，其中圖例所示的圓形面積大小代表相應類別的人數百分比.

表3 不同年級物理師范生“學生知識”現狀的差異比較(電學版塊)

由表3可知，在電場版塊，大一師范生的預測結果最為貼近高中生作答情況，大二、大三年級師范生預測結果偏差均較大.結合問卷最后一道題“預測高中生易錯項的依據”的結果，大部分師范生的學生知識來源是“作為中學生時的經驗”，而高中電學版塊內容在大學階段未進行進一步的學習，故知識點易遺忘，而大一師范生由于時間關系，故對學生知識的掌握情況相較其他兩個年級較好.

由表4可知，在磁場版塊，大二師范生的預測結果最為貼近高中生作答情況，大一、大三年級師范生預測結果偏差均較大.通過訪談發現，這是由于大二師范生剛結束了大學階段電磁學的學習，對電磁學版塊的內容了解進一步深入，而大學的電磁學內容和高中磁學版塊的銜接度較大，故大二師范生對高中磁場版塊的預測情況較好.

以上信息可知，學生經驗與大學時的系統學習對師范生學生知識水平均有所影響，隨著時間的推移，師范生對學生經驗的遺忘慢慢增加，故學生知識水平也在下降；而大學時系統學習某方面的內容，有助于師范生熟悉該知識點，從而提升自身的學生知識水平.

3.2.3 不同學科知識水平物理師范生“學生知識”現狀的差異比較

以師范生自身的答題得分為依據來評判師范生的學科知識水平，根據師范生每道題(滿分為5分)的得分情況，將師范生劃分為高低分組，進行獨立樣本t檢驗，發現不同學科知識水平的物理師范生在學生知識上存在顯著差異.深入對比不同學科知識水平的師范生預測結果與高中生作答情況，具體如圖4所示.

由圖4可知，除個別題外，高分段師范生預測曲線的趨勢較接近高中生錯誤率曲線的趨勢，而低分段師范生的預測結果相對偏差更大.例如第1題，高中生在判斷電勢能大小時錯誤率較高，高分段師范生基本能準確預測出這一最易錯點，但低分段師范生則更傾向認為學生在粒子帶電荷量的比較上容易出錯，與實際情況存在極大差異；第4題，超過一半的高中生都在“磁通量變化量越大，感應電動勢越大”上出現了判斷錯誤，高分段師范生普遍能做出準確預測，而低分段師范生卻認為是高中生最不易判斷錯誤的.

由此可看出，師范生的學科知識水平對其學生知識水平存在影響，當師范生的學科知識水平越高時，其學生知識水平相對應也越高.學科知識水平高的師范生在正確作答的前提下更可能判斷出學生的易錯點，而學科知識水平較低的師范生自身對知識點不理解、無法解答相關問題，就更難以準確判斷學生可能存在的問題.因此，提高自身學科知識水平是師范生提高學生知識水平的前提.

圖4 高低分段師范生預測結果與高中作答情況對比

另外，從圖4還可看出師范生在部分知識點上未能做出準確的預測，甚至與高中生作答情況相反.例如第2題，學生普遍在判斷短路電流及計算電源內阻上出錯，而高、低分段師范生均未能準確預測出這一情況，且預測結果與學生真實情況存在極大差異；第5題，師范生普遍認為運動周期時間及洛倫茲力做功這兩知識點為高中生的易錯點，但實際上高中生的錯誤率均低于15%，而錯誤率高達43%的洛倫茲力方向的易錯點師范生卻未能預測出來.綜合這兩道題師范生的答題情況來分析(師范生得分均較低，尤其是第2題，在判斷短路電流及電源內阻的計算選項中錯誤率均高于50%)，師范生對這兩個知識點的掌握程度均不佳，即自身的學科知識水平不高.這也從側面印證了當師范生學科知識水平較低時，是無法準確把握學生作答情況的，即學生知識水平較低.

3.3 師范生學生知識的來源

如圖5所示，在“判斷高中生易錯點的依據”的選擇中，大部分師范生的選擇為“作為中學生時的經驗”，其次是“與同學間的交流”“家教及輔導班的經驗”.筆者以此題作為師范生學生知識的來源，因此認為目前師范生學生知識的來源主要是其學生經驗.師范生主要憑借高中經驗來評估當下的高中生，并未能很好地利用大學有效資源來提高自身的學生知識，而大學課程及師范技能培養也均未能顯著提高師范生的學生知識，一方面是由于所調查院校大三才開展師范技能課程，另一方面是缺少相關的有效見習實習訓練.由此可看出，當下的師范生并不能自覺利用各方資源去提高自己的學生知識水平，一是因為學習意識較低，并未較好地意識到作為師范生所應履行的職責，二是因為師范生在這一方面的學習能力不佳，未能高效率地吸收教師傳授的知識.

圖5 師范生預測易錯點的依據

4 研究結論及建議

4.1 研究結論

(1)參與調查的物理師范生在整體上對高中生易錯點的預測結果與高中生的作答情況存在一定偏差，即所調查的物理師范生學生知識整體水平不高，距離成為優秀物理教師仍有一定的差距.

(2)不同年級物理師范生學生知識水平存在差異，大一年級師范生在電學版塊的學生知識水平相對較高，大二年級師范生在磁場版塊的學生知識水平相對較高.

(3)師范生的學科知識水平會影響其學生知識水平，學科知識水平越高，其學生知識水平相對也越高.

(4)物理師范生的學生知識來源主要憑借其高中時的經驗.

4.2 研究建議

(1)師范生應注重發展學生知識

師范生在大學階段應有意識地去發展自身的學生知識，可通過各種渠道去提高學生知識水平.例如在大學學習時，有意識地將所學內容與中學知識和教學進行聯系，提前做好大學到中學的過渡；主動爭取大學里的有限資源，比如積極參與相關社團舉辦的培訓或講座，參加師范類技能比賽；另外，師范生還可通過輔導、家教等方式與中學生多接觸，從而了解學生物理知識盲區，并尋找各種教學手段解決學生的物理學習困惑；通過與同學交流討論，全面了解中學生的物理學習困難，從而豐富自身的學生知識等.只有自覺主動去利用各種有益資源，才能真正在大學階段提高自己的學生知識.

(2)師范生應提高學科知識水平

學科知識水平影響學生知識水平，當師范生的學科知識水平較低時，不僅無法正確解答題目，更不能準確把握學生的困難點.因此師范生在大學階段應加強專業知識的學習，多學習，多鞏固，多練習，提高自身學科知識水平，以利于更好地把握學生的情況，從而提高學生知識水平.

(3)師范生院校改進物理教育類課程的安排

師范生的預測依據普遍來源于中學經驗，且高年級師范生學生知識水平并無明顯優于低年級師范生，側面表現出師范生在大學時未能很好地提高自身學生知識水平.因此建議在物理教育類課程的設置上，學?？梢园汛髮W物理與中學物理教學的銜接做得更好.首先是加強師范生的師范技能培訓，使師范生學會從學生角度了解學生的學習情況；其次要加強教育實踐，重視見習活動，見習前應教會師范生轉換角度旁聽物理課，見習后可開設見習經驗分享會等；最后還可考慮將學生知識納入師范生的考核方式中.