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，深人思維過程，對學(xué)生所掌握的物理學(xué)認(rèn)識路徑情況進行分析和診斷，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)生解決問題困難的根源，并采取針對性的教學(xué)改進措施，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)識路徑的概念界定與學(xué)習(xí)診斷框架物理學(xué)作為一門邏輯性和系統(tǒng)性較強的學(xué)科，其認(rèn)識路徑對于學(xué)生理解物理知識、解決物理問題至關(guān)重要。物理學(xué)認(rèn)識路徑是指人們從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(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(rèn)識對象、認(rèn)識角度和認(rèn)識方式四個要素。物理學(xué)認(rèn)識路徑與核心素養(yǎng)中強調(diào)從物理學(xué)視角認(rèn)識客觀事物相對應(yīng)，是物理知識學(xué)習(xí)或者應(yīng)用過程中所涉及的認(rèn)識方式、思想方法、跨學(xué)科概念等內(nèi)容的統(tǒng)稱，指在應(yīng)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(xué)習(xí)診斷的概念界定是：基于教師經(jīng)驗以及通過測驗、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)中存在的具體問題，并且對問題產(chǎn)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(xué)生在學(xué)習(xí)其他內(nèi)容時可能存在的類似問題，最終對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況作出判定并提出改善學(xué)習(xí)的方案和針對性建議[]。根據(jù)概念界定，學(xué)習(xí)診斷應(yīng)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(xué)習(xí)診斷理論為依據(jù)，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(xué)認(rèn)識路徑分析、診斷學(xué)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(xué)提供有益的參考和借鑒。2測試題自及學(xué)生作答表現(xiàn)本文的測試題來自我區(qū)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(nèi)阻為r。閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)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(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圖1測試題示意圖參考答案：C。作答情況以及調(diào)研的數(shù)據(jù)來自北京市密云區(qū)一所示范校的某班級，該班級的物理學(xué)業(yè)成績處于全體學(xué)生的平均水平附近，作答情況統(tǒng)計如圖2所示。從全體學(xué)生作答情況來看，出錯比例高達(dá)80%，其錯誤分布在各個選項。圖2學(xué)生作答情況統(tǒng)計3問題描述和因果解釋通過問卷調(diào)查與訪談等方式，深入了解學(xué)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(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(dá)式P=EI，知道A、B選項錯誤，但無法正確表達(dá)P，I和P，U的關(guān)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(guān)系式，但無法確定哪個物理量是變量，因此無法確定函數(shù)關(guān)系，更無法判斷圖像。從物理學(xué)認(rèn)識路徑的相關(guān)要素進行深人分析發(fā)現(xiàn)：出現(xiàn)前兩類問題的學(xué)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(nèi)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(guān)系從數(shù)學(xué)表征轉(zhuǎn)化為圖像表征。出現(xiàn)后兩類問題的學(xué)生能夠正確地選取研究對象，并進行清晰準(zhǔn)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(guān)系，無法從系統(tǒng)與局部的能量關(guān)系進行思考，無法形成分析動態(tài)電路問題的完整程序，即沒有形成有關(guān)該部分知識的認(rèn)識路徑。閉合電路歐姆定律背后的物理學(xué)認(rèn)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(nèi)容本身，進行深人思考。4認(rèn)識路徑的梳理、拓展與整合4.1梳理知識背后的認(rèn)識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勢的概念，具體表述如下：“從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置在電源內(nèi)部，電源移動電荷，增加電荷的電勢能。在物理學(xué)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(xué)認(rèn)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(rèn)識事物以及定義概念；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。教材進而從力和運動關(guān)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(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，對于閉合電路知識的認(rèn)識角度有兩個：即運動與相互作用和功能關(guān)系；其中蘊含的認(rèn)識方式有守恒思想、宏觀現(xiàn)象與微觀機理之間的內(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?；谏鲜鰞?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(tǒng)，這個系統(tǒng)由內(nèi)、外電路兩部分構(gòu)成，其中電源電動勢和內(nèi)電阻是不變的，外電阻的變化導(dǎo)致回路電流的變化，進而導(dǎo)致了內(nèi)、外電壓的變化。在此基礎(chǔ)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(rèn)識對象“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類似認(rèn)識路徑的拓展與整合上述物理學(xué)認(rèn)識路徑不僅可以用于分析討論閉合電路的動態(tài)分析問題，還可以遷移到力、熱、電、光、原子等物理學(xué)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(guān)于帶電粒子運動的問題時，既可以從力和運動關(guān)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(yīng)現(xiàn)象中研究導(dǎo)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(zhuǎn)化；熱學(xué)問題的分析，既可以分析討論分子熱運動規(guī)律，也可以從分子力、分子勢能、物體內(nèi)能的角度進行分析；原子結(jié)構(gòu)模型的建立，既有力和運動的關(guān)系，也有能量關(guān)系的討論等。這些內(nèi)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(fā)展，同時也是從物理學(xué)視角認(rèn)識和理解客觀世界的同一認(rèn)識路徑的具體體現(xiàn)[3]。當(dāng)認(rèn)識對象是一個系統(tǒng)，討論該系統(tǒng)中各個物理量的變化規(guī)律時，如何思考系統(tǒng)中每個物理量“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儯扛鱾€變量之間的因果邏輯關(guān)系是怎樣的？這樣的認(rèn)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(dāng)需要討論電阻R變化引起的各個物理量變化的規(guī)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(shù)比不變，故次級輸出電壓不變；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(shù)的變化，會讓學(xué)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(zhì)。圖3變壓器電路圖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)識路徑的視角整理出不同層次的學(xué)生對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)識路徑的視角來思考，幫助各層次學(xué)生解決他們的具體困難：對于處于第一、二層級的學(xué)生，他們解題的困難在于沒有真正理解概念和規(guī)律，需要重新回歸認(rèn)知起點，去深度閱讀教材，重新建構(gòu)電源、電動勢概念，以及通過能量守恒定律推導(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。圖4認(rèn)識水平圖對于處于第三、四層級的大多數(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部分的物理量之間的關(guān)系，形成解決問題的認(rèn)識路徑。本文重點討論這部分學(xué)生的問題解決。具體可以通過以下問題串引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)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(fā)的自由電子是如何運動的？在內(nèi)、外電路中受力有何不同？嘗試畫出自由電子在電源內(nèi)部和外電路電阻內(nèi)的受力與運動示意圖。設(shè)計意圖：幫助學(xué)生建構(gòu)“宏觀與微觀”“路與場”的聯(lián)系，從力和運動的視角理解電路工作的本質(zhì)，是電場力驅(qū)動電荷的過程，為從功能的視角進行分析奠定基礎(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)計意圖：幫助學(xué)生認(rèn)識到，在閉合電路的系統(tǒng)中，能量來源是電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，這個電能分別消耗在內(nèi)、外電路兩個部分。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是什么？變化的邏輯關(guān)系又是怎樣的？首先，明確電源電動勢和內(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)計意圖：在分析過程中引導(dǎo)學(xué)生體會“結(jié)構(gòu)與功能”，電源的結(jié)構(gòu)決定了電源電動勢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”的邏輯討論各個物理量的變化關(guān)系，討論功率問題用到的“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題。設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生明確整個電路變化過程中，電源電動勢和內(nèi)阻為定值，然后按邏輯關(guān)系逐一分析、表達(dá)各個變化的物理量，最后利用數(shù)學(xué)工具運算和整理數(shù)學(xué)表達(dá)式，或者定性畫出物理圖像討論各部分功率的變化規(guī)律。通過前文的分析與討論，學(xué)生能夠比較容易地整理出閉合電路中動態(tài)分析的基本思路：根據(jù)定義電源的功率P=EI，可以分析選項均錯誤；進而討論P，U關(guān)系時，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，在和三個表達(dá)式中進行篩選，當(dāng)學(xué)生從“結(jié)構(gòu)決定功能”的認(rèn)識路徑出發(fā)，明確閉合電路的諸多物理量中只有“電源電動勢E和內(nèi)阻r不變\"這個邏輯起點時，很容易推導(dǎo)出，得出C選項正確。綜上，歸納學(xué)生物理學(xué)認(rèn)識路徑缺失問題的解決策略是：回歸教材、回歸概念的建構(gòu)過程，挖掘隱藏在閉合電路歐姆定律背后的物理學(xué)認(rèn)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(guī)律、原理等顯性知識背后的程序性知識和反省認(rèn)知的策略性知識，即挖掘蘊含的隱性知識；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)科概念等進行整合，形成解決物理問題的認(rèn)識路徑，從而促進學(xué)生思維能力發(fā)展[4]。6結(jié)論縱觀當(dāng)前物