从一道物理题的解答谈学生思维能力的培养

(安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽 芜湖 241000)

当前在物理教学中倡导“立足学生，促进学生全面而富有个性的发展”，阶段性测验作为评价学生的一种方式，其评价诊断功能不容忽视。好的测试题不仅能检测学生的学习水平，更能反映学生在学习中的问题。笔者基于一道具有研究价值的测试题，根据测评统计情况，分析学生思维能力的现状，并提出教学建议。试题选自芜湖市2016—2017第二学期八年级期中物理试卷，测试对象为安徽师范大学附属外国语学校八年级全体学生。

1 原题及参考答案

原题：证明在竖直方向将物体悬挂在弹簧测力计下静止时，弹簧测力计的示数就等于物体所受重力的大小。

参考答案：物体所受重力和弹簧测力计对物体的拉力是一对平衡力，大小相等；弹簧测力计对物体的拉力和物体对弹簧测力计的拉力是一对相互作用力，大小相等；所以物体对弹簧测力计的拉力大小等于物体所受重力的大小。而弹簧测力计的示数就是物体对弹簧测力计的拉力大小，所以弹簧测力计的示数就等于物体所受重力大小。

2 试题分析

本题的创新之处在于它取自于课堂演示实验：测量物体所受重力的大小，结合二力平衡、相互作用力的概念及其特征，突出对学生概念理解及其思维能力的考查。通过测验，本题区分度D为0.8，依据艾贝尔的评价意见，区分度D在0.4以上为优秀。

3 学生答题现状及存在的问题

图1

经统计，全年级平均分2.82，难度为0.47。由于试题测试包含三个方面的知识，即二力平衡、相互作用力、二力平衡和相互作用力中各个力的大小数量关系，全年级学生0-2分、3-4分、5-6分的比例如图1所示。

由图1可知，分数区间在3-4分的人数多达47%，40%的学生处在0-2分数区间。由此可知，大部分学生在解答物理问题方面的思维能力存在较大的发展空间。

笔者针对每个分数区间选取部分具有代表性的学生答卷，分析其存在的问题。

5-6分数区间学生的代表性答案可以分为三类：① 纯文字型：因为物体和弹簧测力计静止，所以它们处于平衡态，所以重力和弹簧测力计向上的拉力是一对平衡力，它们大小相等。因为弹簧测力计受到向下的拉力和弹簧测力计对物体向上的拉力是相互作用力，所以它们大小相等。重力等于物体对弹簧测力计向下的拉力，而弹簧测力计向下的拉力等于弹簧测力计的示数，所以弹簧测力计的示数等于物体所受到的重力大小。② 简化符号型：∵静止，∴二力平衡，∴G=F拉。∵为一对相互作用力，∴F拉=F弹=F示。③ 结合图像型：有学生答题时作出了图像，在此笔者呈现了学生实际作答的情况(如图2)。

图2

3-4分数区间学生的代表性答案：因为静止，所以物体受力平衡，所以物体受弹力与其自身重力相等，所以弹簧测力计示数等于物体重力。

0-2分数区间学生的代表性答案：物体悬挂在弹簧测力计下静止，无其他外力，弹簧测力计的示数就等于物体所受重力的大小。

由此可知，5-6分数区间的学生对题目都有较好的情境把握，能够全面地分析该情境中所包含的“二力平衡”和“相互作用力”知识。纯文字型答题的学生叙述能力强，表达具有逻辑性。简化符号型答题的学生对概念理解得透彻，能将物理概念的文字描述转化为自己头脑中的符号表示，从而将复杂的问题简单化。结合图像型答题的学生能通过题干描述的情境，将其形象化，呈现了直观的分析依据。不同类型的答卷方法各有千秋，但何种答题方式更具形象化思维的特点，值得探讨。

对于3-4分数区间的学生，基本上是因为只考虑到了题目情境中的“二力平衡”现象，却忽略了“相互作用力”，从而想当然地认为弹簧测力计的示数就等于物体所受的重力。所以，此分数区间学生存在的问题是对物理情境分析不全面，即思维缺乏全面性。0-2分数区间的学生对题目情境的认识则明显不足，对概念的理解不深入，而导致“只知弹簧测力计的示数等于物体重力的大小，却不知缘由”的现象。

4 思考与讨论

由上面对各个分数区间学生答卷存在问题的分析，值得我们思考的是：如何优化优秀学生思维加工能力?如何培养中等学生思维的全面性?如何培养学困生的概念理解和思维能力？

4.1 优秀答卷折射学生思维方法的培养倾向

虽然三类优秀答卷均说明这批学生对情境把握到位，有正确且全面的概念理解。但就效率而言，纯文字型需花较长时间解答此题，而简化符号型仅用一些必要的文字和物理表达式就足以说明问题。就说服力而言，结合图像型在叙述问题时可充分运用图像的直观性，让人有更形象的认识。由此可见，培养学生的物理思维能力，基于学生运用文字表述对问题加以概括，将物理问题符号化、图像化，能“重新安排、组合已有的物理知识，创造出新的形象”。

4.2 答题错因透露出学生思维能力的薄弱点

3-4分数区间学生在对情境中“相互作用力”欠考虑，说明一个物体上的两个作用力容易被学生所考虑并分析，却忽略了两个物体上具有联系的两个作用力。在本题中具体表现为：学生想当然地认为弹簧测力计的示数就是物体拉弹簧测力计的拉力大小，却忽略了其原因——相互作用力。因此，学生在学习力学当时，难以对物体进行全面的受力分析。针对这部分学生，既然其思维全面性不足，那就多让学生对物体进行受力分析，在分析物体受力的过程中，考虑到情境中各个有关联的作用力，防止对力的漏分析。

4.3 对学困生概念理解及思维能力培养的思考

0-2分数区间的学生对情境中包含的概念没有清晰的理解，只是很模糊地认识到物体处于平衡态，却不能思考到因为平衡，物体受到的拉力和物体所受的重力相等。因此，在测试之后，不能忽视这部分学生的学习状况，这部分学生答不出此题，说明其概念理解不深刻，分析、解决问题的能力较弱。概念理解不深，就得强化学生对概念的理解，与培养3-6分数区间学生的思维能力一样，加强他们的思维训练，增进其对概念的理解。

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育课程标准(2011年版)[M].北京：北京师范大学出版社,2012：33-35.

[2] 郭怀中.物理教学论[M].合肥：安徽人民出版社,2007：135.

[3] 田世昆,胡卫平.物理思维论[M].南宁:广西教育出版社,1999:248.