中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2025）4-0005-4

在物理學(xué)科的教學(xué)中，學(xué)生的試題作答表現(xiàn)是反映其學(xué)習(xí)效果和存在問(wèn)題的重要依據(jù)。根據(jù)學(xué)生試題作答情況，并結(jié)合調(diào)研與訪談，深人思維過(guò)程，對(duì)學(xué)生所掌握的物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑情況進(jìn)行分析和診斷，有助于教師精準(zhǔn)地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，深入了解學(xué)生解決問(wèn)題困難的根源，并采取針對(duì)性的教學(xué)改進(jìn)措施，從而提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

1物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑的概念界定與學(xué)習(xí)診斷框架

物理學(xué)作為一門(mén)邏輯性和系統(tǒng)性較強(qiáng)的學(xué)科，其認(rèn)識(shí)路徑對(duì)于學(xué)生理解物理知識(shí)、解決物理問(wèn)題至關(guān)重要。物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑是指人們從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，所使用的思維模式或者信息處理對(duì)策，包含問(wèn)題表征、認(rèn)識(shí)對(duì)象、認(rèn)識(shí)角度和認(rèn)識(shí)方式四個(gè)要素。物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑與核心素養(yǎng)中強(qiáng)調(diào)從物理學(xué)視角認(rèn)識(shí)客觀事物相對(duì)應(yīng)，是物理知識(shí)學(xué)習(xí)或者應(yīng)用過(guò)程中所涉及的認(rèn)識(shí)方式、思想方法、跨學(xué)科概念等內(nèi)容的統(tǒng)稱(chēng)，指在應(yīng)用物理知識(shí)解決問(wèn)題的過(guò)程中形成的，具有整合性、可遷移的問(wèn)題解決思路。

學(xué)習(xí)診斷的概念界定是：基于教師經(jīng)驗(yàn)以及通過(guò)測(cè)驗(yàn)、訪談等獲得的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)、描述學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的具體問(wèn)題，并且對(duì)問(wèn)題產(chǎn)生的根源作出因果解釋?zhuān)M(jìn)而基于問(wèn)題描述和因果解釋拓展整合學(xué)生在學(xué)習(xí)其他內(nèi)容時(shí)可能存在的類(lèi)似問(wèn)題，最終對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況作出判定并提出改善學(xué)習(xí)的方案和針對(duì)性建議[]。根據(jù)概念界定，學(xué)習(xí)診斷應(yīng)該包括問(wèn)題描述、因果解釋、拓展整合、矯正建議四個(gè)要素。

本文以上述學(xué)習(xí)診斷理論為依據(jù)，以一道閉合電路歐姆定律的測(cè)試題為例，討論如何基于物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑分析、診斷學(xué)生解決問(wèn)題的思維障礙，從問(wèn)題描述、因果解釋、拓展整合、矯正建議四個(gè)方面進(jìn)行診斷與反思，以期為物理教學(xué)提供有益的參考和借鑒。

2 測(cè)試題自及學(xué)生作答表現(xiàn)

本文的測(cè)試題來(lái)自我區(qū)某高三年級(jí)的一次階段性測(cè)試。

題目如圖1所示的電路中，已知電源電動(dòng)勢(shì)為 E ，內(nèi)阻為r。閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(shù) U 電流表的示數(shù) 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(guān)系的是（ 1

參考答案：C。

作答情況以及調(diào)研的數(shù)據(jù)來(lái)自北京市密云區(qū)一所示范校的某班級(jí)，該班級(jí)的物理學(xué)業(yè)成績(jī)處于全體學(xué)生的平均水平附近，作答情況統(tǒng)計(jì)如圖2所示。從全體學(xué)生作答情況來(lái)看，出錯(cuò)比例高達(dá) 8 0 % ，其錯(cuò)誤分布在 各個(gè)選項(xiàng)。

3 問(wèn)題描述和因果解釋

通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查與訪談等方式，深入了解學(xué)生解題錯(cuò)因，大致分為以下幾類(lèi)：

（1）審題、提取信息錯(cuò)誤，沒(méi)有明確題目要求討論哪種功率，憑借對(duì)做過(guò)題目的機(jī)械記憶選擇A或C選項(xiàng)。

（2）能準(zhǔn)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(jìn)行分析，得到錯(cuò)誤答案A或D選項(xiàng)。

（3）能讀懂題目要求，知道討論電源總功率，并且能寫(xiě)出電源總功率的表達(dá)式 P=E I ，知道A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤，但無(wú)法正確表達(dá) P ， I 和 P ， U 的關(guān)系，無(wú)法從C、D選項(xiàng)中選出正確答案。

（4）審題無(wú)誤且概念清晰，能寫(xiě)出 P 與 U， I 的關(guān)系式，但無(wú)法確定哪個(gè)物理量是變量，因此無(wú)法確定函數(shù)關(guān)系，更無(wú)法判斷圖像。

從物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑的相關(guān)要素進(jìn)行深人分析發(fā)現(xiàn)：出現(xiàn)前兩類(lèi)問(wèn)題的學(xué)生解題困難點(diǎn)在于沒(méi)能明確研究的對(duì)象究竟是哪部分電路？是內(nèi)電路、外電路，還是整個(gè)電路的功率？不理解圖像表征的物理意義，或者無(wú)法將功率與電流、電壓的關(guān)系從數(shù)學(xué)表征轉(zhuǎn)化為圖像表征。出現(xiàn)后兩類(lèi)問(wèn)題的學(xué)生能夠正確地選取研究對(duì)象，并進(jìn)行清晰準(zhǔn)確的問(wèn)題表征，但是沒(méi)能深刻理解閉合電路中能量流動(dòng)的邏輯關(guān)系，無(wú)法從系統(tǒng)與局部的能量關(guān)系進(jìn)行思考，無(wú)法形成分析動(dòng)態(tài)電路問(wèn)題的完整程序，即沒(méi)有形成有關(guān)該部分知識(shí)的認(rèn)識(shí)路徑。

閉合電路歐姆定律背后的物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑是什么？如何進(jìn)行挖掘？怎樣進(jìn)行拓展與整合？這就需要我們回歸教材，回歸知識(shí)內(nèi)容本身，進(jìn)行深人思考。

4 認(rèn)識(shí)路徑的梳理、拓展與整合

4.1 梳理知識(shí)背后的認(rèn)識(shí)路徑

回顧人教版新教材必修三第十章第2節(jié)閉合電路歐姆定律內(nèi)容：教材首先從做功與能量轉(zhuǎn)化的視角定義了電源和電動(dòng)勢(shì)的概念，具體表述如下：“從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置在電源內(nèi)部，電源移動(dòng)電荷，增加電荷的電勢(shì)能。在物理學(xué)中，我們用非靜電力所做的功與所移動(dòng)的電荷量之比來(lái)表示電源的這種特性，叫做電動(dòng)勢(shì)”2]。教材中的這段表述從顯性知識(shí)層面給出了“電動(dòng)勢(shì)”的物理概念，深入挖掘其蘊(yùn)含的物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑：我們不僅可以從運(yùn)動(dòng)與相互作用的角度，還可以從能量的角度認(rèn)識(shí)事物以及定義概念；其中，能量轉(zhuǎn)化與守恒的思想、比值定義物理量的方法以及“結(jié)構(gòu)與功能”的跨學(xué)科概念等都是重要的物理思想或方法。

教材進(jìn)而從力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的角度分析閉合電路中電荷的運(yùn)動(dòng)路徑，從電勢(shì)、電場(chǎng)力做功、功能關(guān)系的角度推導(dǎo)閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并在此基礎(chǔ)上討論路端電壓與負(fù)載電阻的關(guān)系。這部分教材提示我們，對(duì)于閉合電路知識(shí)的認(rèn)識(shí)角度有兩個(gè)：即運(yùn)動(dòng)與相互作用和功能關(guān)系；其中蘊(yùn)含的認(rèn)識(shí)方式有守恒思想、宏觀現(xiàn)象與微觀機(jī)理之間的內(nèi)在聯(lián)系，這隱含著“變化與守恒”“因果邏輯\"等跨學(xué)科概念以及“極限思想”方法等；對(duì)于閉合電路歐姆定律的表征方式，可以是文字表達(dá)，也可以是數(shù)學(xué)表達(dá)式，還可以是物理圖像等。

基于上述內(nèi)容理解，梳理在閉合電路中由于外電阻的變化引起的各個(gè)物理量變化問(wèn)題的解決思路：首先，要明確研究對(duì)象是整個(gè)電路系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)由內(nèi)、外電路兩部分構(gòu)成，其中電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻是不變的，外電阻的變化導(dǎo)致回路電流的變化，進(jìn)而導(dǎo)致了內(nèi)、外電壓的變化。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論電路各部分的電壓、電流以及電功率分配情況?？梢院?jiǎn)單概括為：選擇認(rèn)識(shí)對(duì)象“從全局到局部”，研究思路“從不變到變化”，規(guī)律表達(dá)“從已知到未知”。

4.2 類(lèi)似認(rèn)識(shí)路徑的拓展與整合

上述物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑不僅可以用于分析討論閉合電路的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題，還可以遷移到力、熱、電、光、原子等物理學(xué)的各個(gè)部分的許多綜合性問(wèn)題解決過(guò)程中。

例如，在靜電場(chǎng)中，討論關(guān)于帶電粒子運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題時(shí)，既可以從力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的角度展開(kāi)，也可以從做功與能量變化的角度研究；電磁感應(yīng)現(xiàn)象中研究導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，既可以研究受力與運(yùn)動(dòng)，也可以研究其能量轉(zhuǎn)化；熱學(xué)問(wèn)題的分析，既可以分析討論分子熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也可以從分子力、分子勢(shì)能、物體內(nèi)能的角度進(jìn)行分析；原子結(jié)構(gòu)模型的建立，既有力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，也有能量關(guān)系的討論等。這些內(nèi)容既是運(yùn)動(dòng)與相互作用和能量觀念在不同物理主題中的進(jìn)階與發(fā)展，同時(shí)也是從物理學(xué)視角認(rèn)識(shí)和理解客觀世界的同一認(rèn)識(shí)路徑的具體體現(xiàn)[3]。

當(dāng)認(rèn)識(shí)對(duì)象是一個(gè)系統(tǒng)，討論該系統(tǒng)中各個(gè)物理量的變化規(guī)律時(shí)，如何思考系統(tǒng)中每個(gè)物理量“變與不變\"的關(guān)系呢？首先，找到哪些量“保持不變”，它們?yōu)槭裁床蛔?？然后分析哪些物理量是變化的？它們?yōu)槭裁磿?huì)變？各個(gè)變量之間的因果邏輯關(guān)系是怎樣的？這樣的認(rèn)識(shí)路徑還可以用來(lái)分析很多類(lèi)似的問(wèn)題。

例如，圖3所示電路中，當(dāng)需要討論電阻R 變化引起的各個(gè)物理量變化的規(guī)律時(shí)，其基本思路為：首先要明確變壓器初級(jí)電壓 及原、副線圈的匝數(shù)比不變，故次級(jí)輸出電壓 不變；由于負(fù)載電阻 R 的變化，引起電路系統(tǒng)次級(jí)的電流 和功率 的變化，從而影響初級(jí)線圈中電流 和輸入功率 的變化，運(yùn)用這樣的思路討論各個(gè)電壓表和電流表示數(shù)的變化，會(huì)讓學(xué)生思路清晰，同時(shí)也能體會(huì)變壓器工作原理中蘊(yùn)含的能量守恒的物理本質(zhì)。

5 矯正建議和教學(xué)策略

根據(jù)調(diào)研與訪談的數(shù)據(jù)和資料，從認(rèn)識(shí)路徑的視角整理出不同層次的學(xué)生對(duì)于閉合電路歐姆定律的認(rèn)知水平，如圖4所示。

現(xiàn)在從認(rèn)識(shí)路徑的視角來(lái)思考，幫助各層次學(xué)生解決他們的具體困難：對(duì)于處于第一、二層級(jí)的學(xué)生，他們解題的困難在于沒(méi)有真正理解概念和規(guī)律，需要重新回歸認(rèn)知起點(diǎn)，去深度閱讀教材，重新建構(gòu)電源、電動(dòng)勢(shì)概念，以及通過(guò)能量守恒定律推導(dǎo)閉合電路歐姆定律，理解如何從能量轉(zhuǎn)化的角度建構(gòu)閉合電路歐姆定律。

對(duì)于處于第三、四層級(jí)的大多數(shù)學(xué)生，教師需要引導(dǎo)學(xué)生回到教材中的閉合電路系統(tǒng)中（圖1），去梳理閉合電路中各個(gè)部分的物理量之間的關(guān)系，形成解決問(wèn)題的認(rèn)識(shí)路徑。本文重點(diǎn)討論這部分學(xué)生的問(wèn)題解決。具體可以通過(guò)以下問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)改進(jìn)：

（1）從運(yùn)動(dòng)與受力的角度分析說(shuō)明，在圖1中，從電源出發(fā)的自由電子是如何運(yùn)動(dòng)的？在內(nèi)、外電路中受力有何不同？嘗試畫(huà)出自由電子在電源內(nèi)部和外電路電阻內(nèi)的受力與運(yùn)動(dòng)示意圖。

設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生建構(gòu)“宏觀與微觀”“路與場(chǎng)”的聯(lián)系，從力和運(yùn)動(dòng)的視角理解電路工作的本質(zhì)，是電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)電荷的過(guò)程，為從功能的視角進(jìn)行分析奠定基礎(chǔ)。

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

設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到，在閉合電路的系統(tǒng)中，能量來(lái)源是電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，這個(gè)電能分別消耗在內(nèi)、外電路兩個(gè)部分。引導(dǎo)學(xué)生從功能關(guān)系的視角，沿“因果邏輯”與“轉(zhuǎn)化與守恒”的路徑，深入理解閉合電路歐姆定律的本質(zhì)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(diǎn)是什么？變化的邏輯關(guān)系又是怎樣的？

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

設(shè)計(jì)意圖：在分析過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)“結(jié)構(gòu)與功能”，電源的結(jié)構(gòu)決定了電源電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻 r 不變（忽略因電源內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)變化引起的內(nèi)阻變化），需要思考其“變與不變”，然后依據(jù)“因果關(guān)系”的邏輯討論各個(gè)物理量的變化關(guān)系，討論功率問(wèn)題用到的“極限思想”等。

（4）推導(dǎo)圖1中干路電流以及內(nèi)、外電路的電壓、電功率的表達(dá)式，利用數(shù)學(xué)函數(shù)或物理圖像解決具體問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生明確整個(gè)電路變化過(guò)程中，電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻為定值，然后按邏輯關(guān)系逐一分析、表達(dá)各個(gè)變化的物理量，最后利用數(shù)學(xué)工具運(yùn)算和整理數(shù)學(xué)表達(dá)式，或者定性畫(huà)出物理圖像討論各部分功率的變化規(guī)律。

通過(guò)前文的分析與討論，學(xué)生能夠比較容易地整理出閉合電路中動(dòng)態(tài)分析的基本思路：根據(jù)定義電源的功率 P=E I ，可以分析 選項(xiàng)均錯(cuò)誤；進(jìn)而討論 P ， U 關(guān)系時(shí)，需要思考用什么物理量表達(dá) 這里需要綜合應(yīng)用部分電路歐姆定律與閉合電路歐姆定律，在 和 三個(gè)表達(dá)式中進(jìn)行篩選，當(dāng)學(xué)生從“結(jié)構(gòu)決定功能”的認(rèn)識(shí)路徑出發(fā)，明確閉合電路的諸多物理量中只有“電源電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻 r 不變\"這個(gè)邏輯起點(diǎn)時(shí)，很容易推導(dǎo)出 ，得出C選項(xiàng)正確。

綜上，歸納學(xué)生物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑缺失問(wèn)題的解決策略是：回歸教材、回歸概念的建構(gòu)過(guò)程，挖掘隱藏在閉合電路歐姆定律背后的物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑，進(jìn)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(shí)、概念、規(guī)律、原理等顯性知識(shí)背后的程序性知識(shí)和反省認(rèn)知的策略性知識(shí)，即挖掘蘊(yùn)含的隱性知識(shí)；然后，依據(jù)一定的邏輯聯(lián)系將這些具體的思路、方法、策略、跨學(xué)科概念等進(jìn)行整合，形成解決物理問(wèn)題的認(rèn)識(shí)路徑，從而促進(jìn)學(xué)生思維能力發(fā)展[4]。

6結(jié)論

縱觀當(dāng)前物理教學(xué)，診斷與整合理念已被廣泛理解和接受，但大多數(shù)教師關(guān)注的是顯性知識(shí)的診斷與整合，缺乏對(duì)蘊(yùn)含其中的隱性知識(shí)的診斷與整合。物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑由諸多具體方法和跨學(xué)科概念等組合而成，且不是外顯和獨(dú)立存在的，一個(gè)解決問(wèn)題的認(rèn)識(shí)路徑往往可以隱含在若干物理概念、規(guī)律的建構(gòu)、理解及應(yīng)用過(guò)程之中。新課程背景下的診斷與整合，既包括顯性知識(shí)，更應(yīng)包括隱性知識(shí)。從顯性、隱性?xún)蓚€(gè)維度進(jìn)行診斷與整合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與方法的系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，幫助學(xué)生形成并發(fā)展物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑，是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉峰.為了物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的學(xué)習(xí)診斷：概念、路徑與內(nèi)容框架[J].中學(xué)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(kāi)發(fā)中心.普通高中教科書(shū)物理必修第三冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]王美芹.“靜電場(chǎng)”主題中的認(rèn)識(shí)路徑例析[J].中學(xué)物理，2023，41（11）：2-4.

[4]王美芹，張玉峰.挖掘與整合物理學(xué)認(rèn)識(shí)路徑的思路與策略[J].中學(xué)物理，2023，41（9）：6-10.

（欄目編輯 趙保鋼）