基于學生試題作答的定性學習診斷研究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2025）4-0005-4

在物理學科的教學中，學生的試題作答表現是反映其學習效果和存在問題的重要依據。根據學生試題作答情況，并結合調研與訪談，深人思維過程，對學生所掌握的物理學認識路徑情況進行分析和診斷，有助于教師精準地把握學生的學習情況，深入了解學生解決問題困難的根源，并采取針對性的教學改進措施，從而提升教學質量和學生學習效果。

1物理學認識路徑的概念界定與學習診斷框架

物理學作為一門邏輯性和系統性較強的學科，其認識路徑對于學生理解物理知識、解決物理問題至關重要。物理學認識路徑是指人們從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識過程中，所使用的思維模式或者信息處理對策，包含問題表征、認識對象、認識角度和認識方式四個要素。物理學認識路徑與核心素養中強調從物理學視角認識客觀事物相對應，是物理知識學習或者應用過程中所涉及的認識方式、思想方法、跨學科概念等內容的統稱，指在應用物理知識解決問題的過程中形成的，具有整合性、可遷移的問題解決思路。

學習診斷的概念界定是：基于教師經驗以及通過測驗、訪談等獲得的學習數據，發現、描述學生學習中存在的具體問題，并且對問題產生的根源作出因果解釋，進而基于問題描述和因果解釋拓展整合學生在學習其他內容時可能存在的類似問題，最終對學生的學習狀況作出判定并提出改善學習的方案和針對性建議[]。根據概念界定，學習診斷應該包括問題描述、因果解釋、拓展整合、矯正建議四個要素。

本文以上述學習診斷理論為依據，以一道閉合電路歐姆定律的測試題為例，討論如何基于物理學認識路徑分析、診斷學生解決問題的思維障礙，從問題描述、因果解釋、拓展整合、矯正建議四個方面進行診斷與反思，以期為物理教學提供有益的參考和借鑒。

2 測試題自及學生作答表現

本文的測試題來自我區某高三年級的一次階段性測試。

題目如圖1所示的電路中，已知電源電動勢為 E ，內阻為r。閉合開關，調節滑動變阻器 R 的滑片位置，可以改變外電路的電阻，電壓表的示數 U 電流表的示數 電源的總功率 P 都將隨之改變。下面四幅圖中能正確反映 P-I，P-U 關系的是（ 1

參考答案：C。

作答情況以及調研的數據來自北京市密云區一所示范校的某班級，該班級的物理學業成績處于全體學生的平均水平附近，作答情況統計如圖2所示。從全體學生作答情況來看，出錯比例高達 8 0 % ，其錯誤分布在 各個選項。

3 問題描述和因果解釋

通過問卷調查與訪談等方式，深入了解學生解題錯因，大致分為以下幾類：

（1）審題、提取信息錯誤，沒有明確題目要求討論哪種功率，憑借對做過題目的機械記憶選擇A或C選項。

（2）能準確提取信息，但不能明確題目討論哪部分電路的電功率，用外電路代替電源總功率進行分析，得到錯誤答案A或D選項。

（3）能讀懂題目要求，知道討論電源總功率，并且能寫出電源總功率的表達式 P=E I ，知道A、B選項錯誤，但無法正確表達 P ， I 和 P ， U 的關系，無法從C、D選項中選出正確答案。

（4）審題無誤且概念清晰，能寫出 P 與 U， I 的關系式，但無法確定哪個物理量是變量，因此無法確定函數關系，更無法判斷圖像。

從物理學認識路徑的相關要素進行深人分析發現：出現前兩類問題的學生解題困難點在于沒能明確研究的對象究竟是哪部分電路？是內電路、外電路，還是整個電路的功率？不理解圖像表征的物理意義，或者無法將功率與電流、電壓的關系從數學表征轉化為圖像表征。出現后兩類問題的學生能夠正確地選取研究對象，并進行清晰準確的問題表征，但是沒能深刻理解閉合電路中能量流動的邏輯關系，無法從系統與局部的能量關系進行思考，無法形成分析動態電路問題的完整程序，即沒有形成有關該部分知識的認識路徑。

閉合電路歐姆定律背后的物理學認識路徑是什么？如何進行挖掘？怎樣進行拓展與整合？這就需要我們回歸教材，回歸知識內容本身，進行深人思考。

4 認識路徑的梳理、拓展與整合

4.1 梳理知識背后的認識路徑

回顧人教版新教材必修三第十章第2節閉合電路歐姆定律內容：教材首先從做功與能量轉化的視角定義了電源和電動勢的概念，具體表述如下：“從能量轉化的角度看，電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置在電源內部，電源移動電荷，增加電荷的電勢能。在物理學中，我們用非靜電力所做的功與所移動的電荷量之比來表示電源的這種特性，叫做電動勢”2]。教材中的這段表述從顯性知識層面給出了“電動勢”的物理概念，深入挖掘其蘊含的物理學認識路徑：我們不僅可以從運動與相互作用的角度，還可以從能量的角度認識事物以及定義概念；其中，能量轉化與守恒的思想、比值定義物理量的方法以及“結構與功能”的跨學科概念等都是重要的物理思想或方法。

教材進而從力和運動關系的角度分析閉合電路中電荷的運動路徑，從電勢、電場力做功、功能關系的角度推導閉合電路歐姆定律的數學表達式，并在此基礎上討論路端電壓與負載電阻的關系。這部分教材提示我們，對于閉合電路知識的認識角度有兩個：即運動與相互作用和功能關系；其中蘊含的認識方式有守恒思想、宏觀現象與微觀機理之間的內在聯系，這隱含著“變化與守恒”“因果邏輯\"等跨學科概念以及“極限思想”方法等；對于閉合電路歐姆定律的表征方式，可以是文字表達，也可以是數學表達式，還可以是物理圖像等。

基于上述內容理解，梳理在閉合電路中由于外電阻的變化引起的各個物理量變化問題的解決思路：首先，要明確研究對象是整個電路系統，這個系統由內、外電路兩部分構成，其中電源電動勢和內電阻是不變的，外電阻的變化導致回路電流的變化，進而導致了內、外電壓的變化。在此基礎上，進一步討論電路各部分的電壓、電流以及電功率分配情況。可以簡單概括為：選擇認識對象“從全局到局部”，研究思路“從不變到變化”，規律表達“從已知到未知”。

4.2 類似認識路徑的拓展與整合

上述物理學認識路徑不僅可以用于分析討論閉合電路的動態分析問題，還可以遷移到力、熱、電、光、原子等物理學的各個部分的許多綜合性問題解決過程中。

例如，在靜電場中，討論關于帶電粒子運動的問題時，既可以從力和運動關系的角度展開，也可以從做功與能量變化的角度研究；電磁感應現象中研究導體做切割磁感線運動的問題，既可以研究受力與運動，也可以研究其能量轉化；熱學問題的分析，既可以分析討論分子熱運動規律，也可以從分子力、分子勢能、物體內能的角度進行分析；原子結構模型的建立，既有力和運動的關系，也有能量關系的討論等。這些內容既是運動與相互作用和能量觀念在不同物理主題中的進階與發展，同時也是從物理學視角認識和理解客觀世界的同一認識路徑的具體體現[3]。

當認識對象是一個系統，討論該系統中各個物理量的變化規律時，如何思考系統中每個物理量“變與不變\"的關系呢？首先，找到哪些量“保持不變”，它們為什么不變？然后分析哪些物理量是變化的？它們為什么會變？各個變量之間的因果邏輯關系是怎樣的？這樣的認識路徑還可以用來分析很多類似的問題。

例如，圖3所示電路中，當需要討論電阻R 變化引起的各個物理量變化的規律時，其基本思路為：首先要明確變壓器初級電壓 及原、副線圈的匝數比不變，故次級輸出電壓 不變；由于負載電阻 R 的變化，引起電路系統次級的電流 和功率 的變化，從而影響初級線圈中電流 和輸入功率 的變化，運用這樣的思路討論各個電壓表和電流表示數的變化，會讓學生思路清晰，同時也能體會變壓器工作原理中蘊含的能量守恒的物理本質。

5 矯正建議和教學策略

根據調研與訪談的數據和資料，從認識路徑的視角整理出不同層次的學生對于閉合電路歐姆定律的認知水平，如圖4所示。

現在從認識路徑的視角來思考，幫助各層次學生解決他們的具體困難：對于處于第一、二層級的學生，他們解題的困難在于沒有真正理解概念和規律，需要重新回歸認知起點，去深度閱讀教材，重新建構電源、電動勢概念，以及通過能量守恒定律推導閉合電路歐姆定律，理解如何從能量轉化的角度建構閉合電路歐姆定律。

對于處于第三、四層級的大多數學生，教師需要引導學生回到教材中的閉合電路系統中（圖1），去梳理閉合電路中各個部分的物理量之間的關系，形成解決問題的認識路徑。本文重點討論這部分學生的問題解決。具體可以通過以下問題串引導學生學習改進：

（1）從運動與受力的角度分析說明，在圖1中，從電源出發的自由電子是如何運動的？在內、外電路中受力有何不同？嘗試畫出自由電子在電源內部和外電路電阻內的受力與運動示意圖。

設計意圖：幫助學生建構“宏觀與微觀”“路與場”的聯系，從力和運動的視角理解電路工作的本質，是電場力驅動電荷的過程，為從功能的視角進行分析奠定基礎。

（2）從能量角度梳理圖1這一閉合電路系統，各部分電路中，分別是哪些力對自由電子做了功？能量是如何轉化的？其邏輯關系是怎樣的？

設計意圖：幫助學生認識到，在閉合電路的系統中，能量來源是電源將其他形式的能轉化為電能，這個電能分別消耗在內、外電路兩個部分。引導學生從功能關系的視角，沿“因果邏輯”與“轉化與守恒”的路徑，深入理解閉合電路歐姆定律的本質是能量守恒。

（3）分析圖1電路各部分物理量變化的邏輯起點是什么？變化的邏輯關系又是怎樣的？

首先，明確電源電動勢和內阻不變、外電阻變化一電流變化一內電壓變化一路端電壓變化一各部分能量（功率）分配變化。

設計意圖：在分析過程中引導學生體會“結構與功能”，電源的結構決定了電源電動勢 E 和內阻 r 不變（忽略因電源內部化學物質變化引起的內阻變化），需要思考其“變與不變”，然后依據“因果關系”的邏輯討論各個物理量的變化關系，討論功率問題用到的“極限思想”等。

（4）推導圖1中干路電流以及內、外電路的電壓、電功率的表達式，利用數學函數或物理圖像解決具體問題。

設計意圖：引導學生明確整個電路變化過程中，電源電動勢和內阻為定值，然后按邏輯關系逐一分析、表達各個變化的物理量，最后利用數學工具運算和整理數學表達式，或者定性畫出物理圖像討論各部分功率的變化規律。

通過前文的分析與討論，學生能夠比較容易地整理出閉合電路中動態分析的基本思路：根據定義電源的功率 P=E I ，可以分析 選項均錯誤；進而討論 P ， U 關系時，需要思考用什么物理量表達 這里需要綜合應用部分電路歐姆定律與閉合電路歐姆定律，在 和 三個表達式中進行篩選，當學生從“結構決定功能”的認識路徑出發，明確閉合電路的諸多物理量中只有“電源電動勢 E 和內阻 r 不變\"這個邏輯起點時，很容易推導出 ，得出C選項正確。

綜上，歸納學生物理學認識路徑缺失問題的解決策略是：回歸教材、回歸概念的建構過程，挖掘隱藏在閉合電路歐姆定律背后的物理學認識路徑，進行梳理與整合。具體思路為：首先，深入研讀教材，挖掘隱藏在物理事實、概念、規律、原理等顯性知識背后的程序性知識和反省認知的策略性知識，即挖掘蘊含的隱性知識；然后，依據一定的邏輯聯系將這些具體的思路、方法、策略、跨學科概念等進行整合，形成解決物理問題的認識路徑，從而促進學生思維能力發展[4]。

6結論

縱觀當前物理教學，診斷與整合理念已被廣泛理解和接受，但大多數教師關注的是顯性知識的診斷與整合，缺乏對蘊含其中的隱性知識的診斷與整合。物理學認識路徑由諸多具體方法和跨學科概念等組合而成，且不是外顯和獨立存在的，一個解決問題的認識路徑往往可以隱含在若干物理概念、規律的建構、理解及應用過程之中。新課程背景下的診斷與整合，既包括顯性知識，更應包括隱性知識。從顯性、隱性兩個維度進行診斷與整合，實現知識與方法的系統化、結構化，幫助學生形成并發展物理學認識路徑，是落實學科核心素養的有效途徑。

參考文獻：

[1]張玉峰.為了物理學科核心素養發展的學習診斷：概念、路徑與內容框架[J].中學物理，2020，38（1）：2-6.

[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.普通高中教科書物理必修第三冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]王美芹.“靜電場”主題中的認識路徑例析[J].中學物理，2023，41（11）：2-4.

[4]王美芹，張玉峰.挖掘與整合物理學認識路徑的思路與策略[J].中學物理，2023，41（9）：6-10.

（欄目編輯 趙保鋼）