原创 程健 刘荣丹 物理学习研究 6天前
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摘要:因材施教自古以来就是教育教学中一项重要的教学方法和教学原则，只有充分了解每位学生，找到每位学生的长处和不足，才能激发学生学习的兴趣，树立学生学习的信心，做到精准教学，从而促进学生全面发展。而在平时的教学和学习中，统一性测试和统一性作业占据主流，多是群体性结果。本文根据高三学生在复习《机械能》时一道单元测验题的作答卷面为例，按照学习诊断的一般路径，从问题描述、因果解释、拓展整合与矫正建议四个方面对学生所存在的问题进行诊断。
关键词:学习诊断；物理问题；概念理解
中共中央和国务院在2019年颁发的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》中明确指出，教育要精准分析学情，重视差异化教学和个别化指导。因此，对学生学习情况的精准诊断成为提高教学有效性、实施精准教学的重要条件。对学习情况的诊断可以通过课堂上学生的表现直接获得，但在实际教学中发现，有时这样的诊断会出现偏差，导致对学生的了解不全面，而通过对学生作品的进一步诊断分析，可以使对学生的了解更全面。
本文的问题解决作答卷面来自高三学生在复习《机械能》时的一次单元测验。
原题描述：
如图1所示，一质量为m=1.0kg的物块静止在水平桌面上的P点，从t=0时刻开始，物块在水平拉力F的作用下向左运动，3.0s末物块运动到Q点且速度为零，5.0s末物块回到出发点P。F随时间t的变化关系如图2所示。已知物块与桌面间的动摩擦因数μ= 0.2，重力加速度g=10m/s2。求：
（1）PQ之间的距离d；
（2）0~5.0s内，水平拉力F对物块所做功W；
（3）2.0s末水平拉力的大小F2。
作答学生来自北京市石景山区的一所学校，该学生的物理成绩处于全体学生的平均水平附近。卷面如图3所示。
一、错误描述与产生原因分析
1．错误描述
（1）该同学对水平直线运动模型比较熟悉，包括牛顿第二定律、位移公式、滑动摩擦力的计算，对该题目运动过程的分析比较清楚，知道从第二段拉力F作用过程求位移。但对求加速度求解时，用拉力除以物体质量，这是错误认识，好在能修改过来，但发现在后面的两问中仍然是出现了这个问题；另外对滑动摩擦力直接用μmg表示，这是不规范表述。
（2）此题情境中，该同学认为有拉力时就会加速，此处恰为巧合，正确的理解应该是存在拉力也可能减速。对正向匀减视作反向匀加比较熟悉，正确使用位移公式。在处理变力做功问题时有平均力的概念，并且会应用分段求功。出现的问题是题目要求计算拉力功，实际计算的是合力的功；计算功时代入了力的正负。
（3）计算位移时，将拉力的值视作合力的值，用拉力除以质量得到物体的加速度。有力平均值的概念，但力对时间的平均值和力对位置的平均值概念理解有误；认为最大值减平均值等于最小值
2．错误产生的主要原因
（1）合力是产生加速度的原因，误认为拉力是产生加速度的原因；套用公式型学生，此部分同学物理核心素养须提升，见F就代入公式，不能理解公式的来龙去脉，F只是一个标记而已，不是将公式与具体情境结合。物理学习的规范性不好，滑动摩擦力计算不能写原理公式f=uN，套用结论公式f=umg。
（2）运动和力的关系理解不到位，例如：直线运动中物体加减速的条件，误以为有拉力就会加速，实际情况是有拉力，但若小于摩擦力，物体会做减速运动。求加速度一般用合力，而求功可以是合力功或者某个力的功，两者区分不好；题目求拉力功，按照合力功求解。求功的计算公式Fxcosθ中力F代入正负号，与矢量性混淆。另外对功的求解方法不能灵活使用，一般可以有直接和间接两种方法，直接法还可以分为微元法和等效法，间接可以从能量守恒和功能关系求解。而此处只是想到了直接求解，而不能考虑功能关系。
（3）力对时间的平均和对位移的平均理解不到位。前者用于求冲量，后者用于求功。由于力对时间积分和力对位移的积分路径不同，会出现不同的平均值，而这一点对多数同学来讲是很难掌握的概念，属于难点内容。
3.学生学习过程中可能存在的问题分析
针对上述问题，对学生学习过程中可能存在的问题进行深入诊断分析，学生在概念理解的学习过程中以及此类问题的解决能力方面可能存在的问题如下。
（1）在概念、规律理解方面存在的问题。功概念的建立应从大量的生活实例出发，从形象的认识到抽象的建立，这样才能印象深刻，理解到位，再比如对功能关系、运动和力的认识的认识也应是这样，是逐步建立和慢慢完善的。对平均力概念的建立，可以先从平均值说起，这里的平均与生活中的平均分概念不一样，避免有的同学混淆两者。然后再引入两种平均的不同，可以通过线性力举例子，发现两种平均不同。
（2）在问题解决方面存在的问题
首先从问题与条件来看，在实际问题转化为物理问题的过程中，学生对问题的表征可能不准确或受经验的影响导致在分析问题时不够充分。对常规的问题模型认识不全面。
二、类似错误可能出现的情况
从上面的诊断分析可以看出，有些错误的出现在于核心概念的理解不到位或物理观念和科学思维不够完善，具有一定的共性，因此在其他情况下也可能出现类似的问题。
1.对力和运动的关系的理解还不扎实，对物体实际运动状态变化的原因是合力认识还不足。所以物体的加速度由合力产生，以及力对空间的积累即总功等于物体动能的变化量,力对时间的积累即合力冲量等于物体动量变化等都可能出现类似的问题。比如常见的竖直弹簧模型，好多同学认为小球落到弹簧上就要减速，就是受上述原因的影响，受阻力就减速，而忽略了动力大于阻力。
2.对于一些需要代入公式计算的问题，可能都会出现混淆。比如：U=Ed ，d指的是沿场线方向的距离，不能对号入座。F=BIl，E=Blv中指的是切割棒的长度，都可能出现字母与实际的物理情境不能对应。
3.对于矢量与标量的区分，如功、电量有正负不表示方向，动量、冲量的方向容易忘记。对于求功的方法仍需不断完善。
4.对平均值的理解，都可能出现问题。物理中对平均值的理解是一个难题。如：
三、错误矫正与学习建议
通过上面的诊断分析，要想克服或避免出现上述问题，使答题者在物理观念、科学思维等科学素养方面有所提高，在学习过程中需要注意以下问题:
1.在学习过程中关注概念的形成过程，注重概念的关联整合。在学习中要注意把同一个物体的运动从运动和力、能量、动量三个角度形成整体认识。合力是产生加速度的原因，合力功等于动能变化，合力冲量等于动量变化，但不妨碍求某一个力的功，某个力的冲量。也可以根据实际问题建立模型，进行多角度分析，使概念和规律在头脑中进一步进行提炼和升华，形成物理观念，提高思维能力。
2.对于一个物理量的求解可以从多种角度。比如：求功的方法，可以直接从定义，F-x图像的面积，也可以间接用功能关系，能量守恒，尤其多过程更为方便。
3.将物理公式与物理情景结合而不是孤立套公式。物理知识一定是形象的，系统的，公式不能解决问题，只是死记公式会使问题僵硬化，更重要的是明白事情后面的道理。要通过多样化的典型问题理解在处理力学问题时，为什么选取研究对象，如何选取研究对象，如何抓住主要因素建立模型，如何对研究对象进行受力分析及运动状态和过程分析，如何寻找规律解决问题。形成a.确定研究对象b.画受力分析图及运动过程示意图c.根据具体条件，选取合适规律列方程求解d.对结果进行合理性分析的解决所有力学问题的稳定且严谨的思维方式。要认识到这种严谨的思维方式有利于正确的解决问题。
4.对于平均值的理解，尤其是力、加速度的平均值，因为可以存在对时间和空间两种积累，所以存在两种平均值。
为了使学生的学习达到更好的效果，教师则要适时给学生提供合适的支架，做好引导。例如，帮助学生创设情境，提供足够的实例，引导学生运用科学的思维进行分析，用规范的语言对规律进行表述，适时进行讨论提升认识水平、形成概念体系等等。引导学生对概念和规律进行提炼和升华，形成物质观、相互作用观、运动观，并应用这些观念及在观念形成过程中形成的科学思维、科学探究能力灵活的解决实际问题。
