基于学生试题作答的定性学习诊断研究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2025）4-0005-4

在物理学科的教学中，学生的试题作答表现是反映其学习效果和存在问题的重要依据。根据学生试题作答情况，并结合调研与访谈，深人思维过程，对学生所掌握的物理学认识路径情况进行分析和诊断，有助于教师精准地把握学生的学习情况，深入了解学生解决问题困难的根源，并采取针对性的教学改进措施，从而提升教学质量和学生学习效果。

1物理学认识路径的概念界定与学习诊断框架

物理学作为一门逻辑性和系统性较强的学科，其认识路径对于学生理解物理知识、解决物理问题至关重要。物理学认识路径是指人们从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识过程中，所使用的思维模式或者信息处理对策，包含问题表征、认识对象、认识角度和认识方式四个要素。物理学认识路径与核心素养中强调从物理学视角认识客观事物相对应，是物理知识学习或者应用过程中所涉及的认识方式、思想方法、跨学科概念等内容的统称，指在应用物理知识解决问题的过程中形成的，具有整合性、可迁移的问题解决思路。

学习诊断的概念界定是：基于教师经验以及通过测验、访谈等获得的学习数据，发现、描述学生学习中存在的具体问题，并且对问题产生的根源作出因果解释，进而基于问题描述和因果解释拓展整合学生在学习其他内容时可能存在的类似问题，最终对学生的学习状况作出判定并提出改善学习的方案和针对性建议[]。根据概念界定，学习诊断应该包括问题描述、因果解释、拓展整合、矫正建议四个要素。

本文以上述学习诊断理论为依据，以一道闭合电路欧姆定律的测试题为例，讨论如何基于物理学认识路径分析、诊断学生解决问题的思维障碍，从问题描述、因果解释、拓展整合、矫正建议四个方面进行诊断与反思，以期为物理教学提供有益的参考和借鉴。

2 测试题自及学生作答表现

本文的测试题来自我区某高三年级的一次阶段性测试。

题目如图1所示的电路中，已知电源电动势为 E ，内阻为r。闭合开关，调节滑动变阻器 R 的滑片位置，可以改变外电路的电阻，电压表的示数 U 电流表的示数 电源的总功率 P 都将随之改变。下面四幅图中能正确反映 P-I，P-U 关系的是（ 1

参考答案：C。

作答情况以及调研的数据来自北京市密云区一所示范校的某班级，该班级的物理学业成绩处于全体学生的平均水平附近，作答情况统计如图2所示。从全体学生作答情况来看，出错比例高达 8 0 % ，其错误分布在 各个选项。

3 问题描述和因果解释

通过问卷调查与访谈等方式，深入了解学生解题错因，大致分为以下几类：

（1）审题、提取信息错误，没有明确题目要求讨论哪种功率，凭借对做过题目的机械记忆选择A或C选项。

（2）能准确提取信息，但不能明确题目讨论哪部分电路的电功率，用外电路代替电源总功率进行分析，得到错误答案A或D选项。

（3）能读懂题目要求，知道讨论电源总功率，并且能写出电源总功率的表达式 P=E I ，知道A、B选项错误，但无法正确表达 P ， I 和 P ， U 的关系，无法从C、D选项中选出正确答案。

（4）审题无误且概念清晰，能写出 P 与 U， I 的关系式，但无法确定哪个物理量是变量，因此无法确定函数关系，更无法判断图像。

从物理学认识路径的相关要素进行深人分析发现：出现前两类问题的学生解题困难点在于没能明确研究的对象究竟是哪部分电路？是内电路、外电路，还是整个电路的功率？不理解图像表征的物理意义，或者无法将功率与电流、电压的关系从数学表征转化为图像表征。出现后两类问题的学生能够正确地选取研究对象，并进行清晰准确的问题表征，但是没能深刻理解闭合电路中能量流动的逻辑关系，无法从系统与局部的能量关系进行思考，无法形成分析动态电路问题的完整程序，即没有形成有关该部分知识的认识路径。

闭合电路欧姆定律背后的物理学认识路径是什么？如何进行挖掘？怎样进行拓展与整合？这就需要我们回归教材，回归知识内容本身，进行深人思考。

4 认识路径的梳理、拓展与整合

4.1 梳理知识背后的认识路径

回顾人教版新教材必修三第十章第2节闭合电路欧姆定律内容：教材首先从做功与能量转化的视角定义了电源和电动势的概念，具体表述如下：“从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置在电源内部，电源移动电荷，增加电荷的电势能。在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫做电动势”2]。教材中的这段表述从显性知识层面给出了“电动势”的物理概念，深入挖掘其蕴含的物理学认识路径：我们不仅可以从运动与相互作用的角度，还可以从能量的角度认识事物以及定义概念；其中，能量转化与守恒的思想、比值定义物理量的方法以及“结构与功能”的跨学科概念等都是重要的物理思想或方法。

教材进而从力和运动关系的角度分析闭合电路中电荷的运动路径，从电势、电场力做功、功能关系的角度推导闭合电路欧姆定律的数学表达式，并在此基础上讨论路端电压与负载电阻的关系。这部分教材提示我们，对于闭合电路知识的认识角度有两个：即运动与相互作用和功能关系；其中蕴含的认识方式有守恒思想、宏观现象与微观机理之间的内在联系，这隐含着“变化与守恒”“因果逻辑"等跨学科概念以及“极限思想”方法等；对于闭合电路欧姆定律的表征方式，可以是文字表达，也可以是数学表达式，还可以是物理图像等。

基于上述内容理解，梳理在闭合电路中由于外电阻的变化引起的各个物理量变化问题的解决思路：首先，要明确研究对象是整个电路系统，这个系统由内、外电路两部分构成，其中电源电动势和内电阻是不变的，外电阻的变化导致回路电流的变化，进而导致了内、外电压的变化。在此基础上，进一步讨论电路各部分的电压、电流以及电功率分配情况。可以简单概括为：选择认识对象“从全局到局部”，研究思路“从不变到变化”，规律表达“从已知到未知”。

4.2 类似认识路径的拓展与整合

上述物理学认识路径不仅可以用于分析讨论闭合电路的动态分析问题，还可以迁移到力、热、电、光、原子等物理学的各个部分的许多综合性问题解决过程中。

例如，在静电场中，讨论关于带电粒子运动的问题时，既可以从力和运动关系的角度展开，也可以从做功与能量变化的角度研究；电磁感应现象中研究导体做切割磁感线运动的问题，既可以研究受力与运动，也可以研究其能量转化；热学问题的分析，既可以分析讨论分子热运动规律，也可以从分子力、分子势能、物体内能的角度进行分析；原子结构模型的建立，既有力和运动的关系，也有能量关系的讨论等。这些内容既是运动与相互作用和能量观念在不同物理主题中的进阶与发展，同时也是从物理学视角认识和理解客观世界的同一认识路径的具体体现[3]。

当认识对象是一个系统，讨论该系统中各个物理量的变化规律时，如何思考系统中每个物理量“变与不变"的关系呢？首先，找到哪些量“保持不变”，它们为什么不变？然后分析哪些物理量是变化的？它们为什么会变？各个变量之间的因果逻辑关系是怎样的？这样的认识路径还可以用来分析很多类似的问题。

例如，图3所示电路中，当需要讨论电阻R 变化引起的各个物理量变化的规律时，其基本思路为：首先要明确变压器初级电压 及原、副线圈的匝数比不变，故次级输出电压 不变；由于负载电阻 R 的变化，引起电路系统次级的电流 和功率 的变化，从而影响初级线圈中电流 和输入功率 的变化，运用这样的思路讨论各个电压表和电流表示数的变化，会让学生思路清晰，同时也能体会变压器工作原理中蕴含的能量守恒的物理本质。

5 矫正建议和教学策略

根据调研与访谈的数据和资料，从认识路径的视角整理出不同层次的学生对于闭合电路欧姆定律的认知水平，如图4所示。

现在从认识路径的视角来思考，帮助各层次学生解决他们的具体困难：对于处于第一、二层级的学生，他们解题的困难在于没有真正理解概念和规律，需要重新回归认知起点，去深度阅读教材，重新建构电源、电动势概念，以及通过能量守恒定律推导闭合电路欧姆定律，理解如何从能量转化的角度建构闭合电路欧姆定律。

对于处于第三、四层级的大多数学生，教师需要引导学生回到教材中的闭合电路系统中（图1），去梳理闭合电路中各个部分的物理量之间的关系，形成解决问题的认识路径。本文重点讨论这部分学生的问题解决。具体可以通过以下问题串引导学生学习改进：

（1）从运动与受力的角度分析说明，在图1中，从电源出发的自由电子是如何运动的？在内、外电路中受力有何不同？尝试画出自由电子在电源内部和外电路电阻内的受力与运动示意图。

设计意图：帮助学生建构“宏观与微观”“路与场”的联系，从力和运动的视角理解电路工作的本质，是电场力驱动电荷的过程，为从功能的视角进行分析奠定基础。

（2）从能量角度梳理图1这一闭合电路系统，各部分电路中，分别是哪些力对自由电子做了功？能量是如何转化的？其逻辑关系是怎样的？

设计意图：帮助学生认识到，在闭合电路的系统中，能量来源是电源将其他形式的能转化为电能，这个电能分别消耗在内、外电路两个部分。引导学生从功能关系的视角，沿“因果逻辑”与“转化与守恒”的路径，深入理解闭合电路欧姆定律的本质是能量守恒。