一道物理試題的典型錯解原因探究及教學啟示

摘 要：本文針對一道物理試題的典型錯解，通過對學生和教師的訪談，從學生自身和教師教學兩方面分析探究了造成錯解的原因，指出在教學中要重視教材習題的研究與運用，重視物理建模能力的培養，優化物理習題教學策略，切實重視思維能力的培養.

關鍵詞：中考試題;典型錯解;教學啟示

作者簡介：戴軍（1964-），男，天津寶坻人，本科，中學高級教師，研究方向：物理教學研究.

上學期期末測試，選用了2018年天津市中考物理試卷上的一道題目，本是以中檔題的“身份”出現在試卷上的，但測試結果卻大大出乎意料，該題成了學生失分嚴重的題目之一.如此反?，F象，引發了筆者對錯解原因的探究，并由此獲得了初中物理教學層面的一些感悟與啟示.

1 試題分析

題目 甲、乙兩地相距40km，在甲、乙兩地之間沿直線架設了兩條輸電線，已知每條輸電線每千米的電阻為0.2Ω.現輸電線在某處發生了短路，為確定短路位置，檢修員進行了如下操作：在甲地利用電源（電壓恒為6V）、定值電阻R0（阻值為20Ω）、電壓表（量程為0～3V）以及開關等與輸電線組成了一個檢測電路（如圖1所示，電壓表未畫出），閉合開關后，電壓表示數為2V.請解答如下問題：

（1）根據題意判定電壓表的連接位置，將它接入檢測電路;

（2）計算出短路位置離甲地的距離[1].

本試題是由人教版物理九年級全一冊第116頁“動手動腦學物理”中的第3題改編而來的，為了便于分析比較，現將教材原題摘錄如下：甲、乙兩地相距40km，在甲、乙兩地之間沿直線架設了兩條輸電線，已知每條輸電線每千米的電阻為0.2Ω.現輸電線在某處發生短路，為確定短路位置，檢修人員在甲地用電壓表、電流表和電源接成如圖2所示的電路進行測量.當電壓表的示數為3.0V時，電流表的示數為0.5A，則短路位置離甲地的距離為多少米[2]？

試題是將教材原題用電流表和電壓表的檢測方法，變為用已知電壓的電源、已知阻值的定值電阻及限定使用量程的電壓表進行檢測.試題源于教材高于教材，是一道基于物理實驗思想、考查學生構建物理模型及分析推理等能力、需要利用物理核心知識分析解決實際問題的題目.

此試題中，定值電阻R0與甲地和短路處之間的輸電線電阻R線是串聯的，電路中的兩個分電壓分別為4V、2V，判定電壓表的連接位置時需要先進行一番分析推理：定值電阻R0阻值為20Ω，在沒有發生短路時，

甲、乙兩地之間的輸電線總電阻為R=2×40km×0.2Ω/km=16Ω，可見甲地與短路處之間的輸電線電阻值R線一定會小于定值電阻R0阻值;進而由串聯電路電壓分配和電阻的關系，推理出甲地和短路處之間的輸電線電阻R線兩端電壓是2V，電壓表應該與輸電線并聯，其對應的等效電路如圖3所示.

在解答第2問時，由串聯電路特點及歐姆定律，可先求得通過輸電線的電流為I線=I0=U0/R0=4V/20Ω=0.2A，進而求得R線=U線/I線=2V/0.2A=10Ω，最后計算出短路位置離甲地的距離s=25km.

2 錯因探究

初見試卷上的此題，老師們一般比較樂觀，認為“檢測輸電線短路位置”這類問題學生在教材中遇到過，解題時所用的也是電學部分重點知識，并且串聯電路的相關計算問題學生也多次練習.但實測結果卻令人大跌眼鏡：本題滿分6分，本區考生的平均得分僅為2.63分.為什么得分情況如此之慘呢？原來，眾多學生在解答第1問時就步入了歧途——將電壓表錯接在了定值電阻R0兩端.

究竟是什么原因導致學生出現了此種錯解呢？帶著這個疑問，筆者分別訪談了多位學生與教師.

2.1 學生自身的缺欠

參與訪談的幾位學生均說出了解答此題時的真實心理和思維過程，通過對學生反思性回顧的歸納，發現學生在處理本題第1問時，有3種典型的思維表現：（1）在考慮電壓表連接位置時，只看到了試題配圖中畫出的定值電阻R0，在這一瞬間根本就沒有想到還有輸電線電阻的存在;（2）確實考慮到了電路中還串聯著輸電線的電阻，但由于此電阻的具體連接位置及大小均不知，想當然地認為應把電壓表并聯在連接位置及大小均非常明確的定值電阻R0兩端;（3）本題可歸屬于“利用已知阻值的定值電阻和電壓表測電阻”問題，由于電源電壓已知，只要將電壓表與任一個電阻并聯，便可求得待測電阻的阻值，于是便把電壓表并聯在了定值電阻R0兩端.

值得一提的是，個別學生在回顧時還談到：開始時也是將電壓表并聯在了定值電阻R0兩端，但最后發現得出的計算結果是100km，明顯不符合實際（甲、乙兩地相距40km），于是最后改接到了輸電線兩端.透過只有個別學生能夠迷途知返的現象，可以發現多數學生解題時是缺乏基本的解題回顧與反思意識的.

綜上可見，導致學生解題出錯的原因，主要集中在了以下三方面：一是在處理與實際聯系較緊密的電學問題時，缺乏通過實際問題情景建構電路模型的意識與能力;二是遇到具體問題時，習慣于想當然或基于已有經驗機械套用，缺乏依據題目具體條件和物理概念、規律進行分析推理的習慣與能力;三是解題反思意識嚴重欠缺.

2.2 教學方面的不足

與教師的訪談，主要是圍繞著與本道試題及典型錯解相關的幾個問題展開的.

對于本道試題的母題——教材上那道“動手動腦學物理”第3題的教學，所有參與訪談的教師基本上都是這樣做的：由于教材原題告知了電流表和電壓表的示數，利用歐姆定律很容易求得電阻值，因此便沒有強調學生解題時應畫出電路模型簡圖，也沒有特意強調處理實際問題時需要先抽象建構物理模型.一些學生自己初做此題時確實出現了錯誤，但主要是將“短路位置離甲地的兩條輸電線的長度”，誤認為就是“短路位置離甲地的距離”，在講評時僅是重點強調了長度與電阻大小的轉換及距離計算，沒有考慮別的內容.

在談到“特殊方法測電阻”之類問題的教學時，老師們如實介紹了具體做法：一般是采用小專題總結復習的形式，將有關的問題細致地分類，采用教師講解或師生問答的方式得出各種情況的解決方法，最后提供相關題目讓學生練習.由于時間緊、內容多，課上提供給學生自主思考、合作探究的機會不多，一般是老師講、學生聽（記），對具體思維方法和思維過程的介紹比較少.

許多教師還談到，在教學中，尤其是復習階段，由于手頭擁有大量的外來資料，加之認為教材習題比較簡單，況且學生也都做過，布置給學生的練習一般是現成的成套單元練習或模擬試卷，教材基本無暇顧及.

綜上可見，教師在與此試題相關內容的教學上存在著如下問題：過于傾向與重視計算，物理思想方法的教學缺失;熱衷于將題目細致分類，告知解法后讓學生去練，缺少思維方法的指導與真正的思維訓練;重資料、輕教材，布置給學生的練習題目太多、太雜.

盡管問題是從學生身上暴露出來的，但毋庸置疑，眾多學生解此道試題時出錯，確實與以上這些教學不足密切相關：由于教師根本沒有意識到初中物理教學中還有物理建模這件事情存在，在相關問題的教學中，缺少基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程，導致學生缺乏通過問題情景建構電路模型的意識與能力;由于在教學中對學生缺少思維方法的有效指導與真正的思維訓練，導致學生處理問題時習慣于想當然或基于已有解題經驗機械套用，缺乏深入分析推理的習慣與能力;由于迷信外來資料，片面地認為熟能生巧，布置給學生的練習多而雜，導致學生為了完成作業而疲于奔命，根本沒有解后反思的時間與機會，造成學生沒有解題反思的意識與習慣.

3 教學啟示

3.1 要重視教材習題的研究與運用

教材是課程資源的核心，課后習題是教材的重要組成部分，每道課后習題都是教材編寫專家們精挑細選后確定的.這些習題不僅注重了基礎性和針對性，而且具有很強的典型性與代表性，許多習題蘊含著多種變化，具有一定的反思、拓展和再創造的空間.這些層次不同、形式多樣的習題既是高品質的課程資源，也是教學評價試題的主要來源.近年來，許多省市的中考物理命題，為了利于不同學力水平學生的正常發揮，確保測試的公平與客觀，從教材習題中汲取命題素材是常用的策略之一.除了將教材中的原題直接選為試題，更多的是對教材原題進行別具匠心的重構打磨，做適度的改編.這種基于教材、以教材為本的命題策略，其導向與意圖也是提醒教師在教學中要重視教材的研究與運用.

從中考命題情況來看，對于教材習題的處理，企圖通過反復練習或者反復強調，僅僅停留在使學生會解答原題的層面是遠遠不夠的.對于教材中的典型習題，不能簡單地以題論題、做完了事，還應該在解后反思與總結的基礎上，根據學生的“最近發展區”，引導學生進一步深挖教材習題的發散因素，充分釋放典型習題中的隱性能量，通過對教材習題的正向拓展與逆向變化，將學生的思維不斷引向深入，促進學生的深度學習，增進學生的理解，發展學生的策略遷移能力.

3.2 要重視物理建模能力的培養

科學思維是物理學科核心素養中的一個重要方面，包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素，其中模型建構、科學推理是科學思維的基礎.

物理問題的分析與解答過程，實際就是對物理模型進行識別、建構以及應用的過程.目前初中階段訓練的習題大多是“直接跳過物理現象到達經過習題編制人員抽象、概括后的物理模型”[3]，如此類型習題的訓練，由于過于重視培養學生的“用?！?，而忽視了最關鍵的“建?！保瑢е聦W生對基于實際問題的物理情境理解與建模能力非常薄弱.基于物理學科核心素養導向的考試命題，已逐步從理想模型走向實際問題，進一步加強了對學生將實際問題轉化為物理問題并加以解決的能力考查.因此，提高學生的物理建模能力是教學中應該特別注意的一個問題.教學中，教師要努力利用真實的情境，有意識地向學生介紹物理模型建立的方法和技巧，引導學生以模型構建為基礎來分析各類實際問題，進而不斷培養和提高學生對建模思想的理解和運用能力，并在建立正確物理模型的基礎上，通過充分思考、討論，遷移相關物理知識與方法，嘗試根據已有的事實、條件，對物理問題進行邏輯推理和論證，切實提高科學思維的能力[4].

3.3 要優化物理習題教學策略

教育心理學研究表明，“大運動量”的習題會使學生的大腦由興奮轉向抑制，造成學生對于作業往往只求能做完即可.“題海戰術”的目的是企圖通過超量的練習，使學生解題達到熟練化、自動化，這實質上是將解決物理問題這一高度意識水平的智力活動用意識水平較低的技能來替代[5].而在解決物理問題中，需要的是學生的高級思維活動，僅靠熟練的技能及條件反射式的反應是不能解決新的物理問題的.因此，習題教學的選題必須由“多而雜”轉向“少而精”，必須注重學生思維能力的培養與訓練.

“將題目細致分類，告知解法后讓學生去練”的習題教學方法，重視的是讓學生直接套用思維的結果，缺少思維過程的有效引導與充分暴露，學生不能真正經歷觀察、發現、猜想、推理、驗證等活動過程，缺乏完整而獨立的思維訓練，嚴重阻礙了學生思維能力的發展.此種教學方法導致學生處理問題時，往往不是具體問題具體分析，而是遇到題目先搜腸刮肚地回憶各類題型和解法，然后想當然地生搬硬套.在教學中，必須改變這種把解題窄化為“術”的訓練的不良做法，使“思維的教學”真正落到實處.要為學生營造獨立思考的氛圍，搭建思維的平臺，引導學生從基本物理概念、基本物理規律出發，按照一定的思維程序分析問題，讓學生從思維過程中體會和感悟問題解決的基本方法，在“為什么這樣做”“怎樣想到這樣做”上多做思維碰撞與交流.習題教學中還應該加大變式訓練力度，以提高學生思維的廣闊性、靈活性和變通性，并且注意培養學生解后反思的習慣與能力.

4 結束語

學生的答題情況是教師教學情況的一面鏡子，能夠真實地映射出教師教學的得與失.重視對學生典型錯解的剖析與反思，有助于教師有針對性地改進自己的教學策略、優化教學行為，這也是落實核心素養的培養、切實提高教學質量的一條必由之路.

參考文獻：

[1]杜志建.2018年全國各省市中考試題匯編-物理[M].新疆：新疆青少年出版社，2018.

[2]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.物理（九年級全一冊）[M].北京：人民教育出版社，2017.

[3]許冉冉，胡揚洋，邢紅軍.我國物理習題教學思想的回顧與反思[J].北京教育學院學報（自然科學版），2016，11（03）：42-48.

[4]朱柏樹，顧俊琪.基于核心素養導向的中考物理命題解讀以及對教學的啟示[J].中學物理教學參考，2017，46（23）：14-17.

[5]王邦平，朱淑玲，朱星昨，李志倫.談高中物理的模型與題型、規律和二級結論[J].中國考試（高考版），2007（09）：50-53.

（收稿日期：2020-03-17）