高中物理力学问题表征研究

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馨４糸峥达士ｆ专业硕士学位论文高中物理汐学问趙表征耐先胡蕾指导教师：郑修林副教授专业学位类别：教育硕士专业学位领域：学科教学（物理）二〇一八年四月 重庆师范大学硕士学位论文高中物理力学问题表征研究硕士研究生：胡蕾指导教师：郑修林副教授学科专业：学科教学（物理）所在学院：物理与电子工程学院重庆师范大学2018年04月 AThesisSubmittedtoChongqingNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterStudyonthecharacterizationofphysicalmechanicalproblemsinhighschoolCandidate：HuLeiSupervisor：ZhengXiuLinAssociateprofessorMajor：Subjectteaching(physics)College：CollegeofphysicsandelectronicengineeringChongqingNormalUniversityApril，2018 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明。学位论文作者签名：签字日期：年〃／月４日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庆师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印。、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文学位论文作者签名０／：签字日期：产设年“月日 高中物理力学问题表征研究摘要问题表征在学生的学习过程中是非常重要的学习能力，能否对所遇到的问题进行正确的表征，是学生能否迅速、有效地解决问题的关键。这主要体现在以下两个方面：第一，如果问题表征方式恰当，问题解决的难度就会降低。第二，问题表征能力越强，选择的解题策略越有利于问题解决。因此，在实际教学中，通过提高学生的物理问题表征能力来提高学生的物理问题解决能力，具有普遍的意义。测验是教学中最常用的教学评价方法，它是对被试现有学业水平的客观的、标准化的测量，也是最常用的评价学生认知目标是否达成的教学评价工具。传统的学业水平测验存在一些弊端，如教师工作量大、学生作业多等。本研究探究物理问题分类测试对学生的物理学习情况进行诊断和评价的有效性，测查学生进行物理问题表征的特点，探寻便捷而高效的高中物理教学评价方式。为达到上述研究目的，本研究选择四川省广安中学200名高三学生为被试，以“力学问题分类测试”为研究材料，采用问卷调查法，研究了高三学生对高中物理力学问题的表征情况，然后对研究材料进行了定性和定量两种分析处理。结果发现：（1）物理成绩存在显著差异的学生，其物理问题表征能力也存在显著性差异；物理问题表征能力存在显著差异的学生，其物理成绩也存在显著性差异。（2）学生的物理成绩与其对物理问题的表征成绩在α=0.01水平上，具有显著的正相关。具体表现为：物理成绩越好的学生，其物理问题表征能力越强，他们的表征倾向于深层表征；物理问题表征能力越强的学生，其物理成绩也越好。学优生的物理成绩与其物理问题表征能力相关的显著性水平（α=0.05）低于学困生（α=0.01）。（3）对学生进行物理问题分类测试，能够对学生的物理学习情况进行诊断和评价。这种测试方法相比以往的物理学业水平测试，更加便捷和高效，能够让中学物理教师更清晰地了解不同班级、不同学生的物理学习情况，进行有针对性的教学。因此，它可以作为一种新的高中物理教学评价方式。通过分析研究结论，提出了以下高中物理习题教学建议：第一，加强学生物理问题表征的主动性，养成良好的思维方式。学生的学习I 风格对物理问题表征有一定的影响，这种影响主要表现在抽象概括性思维特质方面。因此，物理教师要了解学生的学习风格，并教给学生解决物理问题的一般方法：第一步，读审题目，形成对物理问题的初始表征；第二步，根据物理原理列出方程；第三步，进行数学运算；第四步，检验结果。让学生逐步养成良好的解决问题的思维习惯。第二，在实际教学中，中学物理教师应引导学生自主建构物理学科领域知识结构，培养学生知识分类意识。教师在教学过程中要强调物理问题的内在内容和深层结构，这样，学生才会养成良好的做题习惯，在物理问题解决时才能使恰当的样例被激活，快速对物理问题建立正确的表征。第三，注重学生专业知识的积累和良好问题结构的构建。在我们的研究中，对学生物理问题表征影响最大的就是物理专门知识。学生的物理概念和物理规律掌握的越扎实，就越容易发现问题的深层结构，实现对问题解决所依赖的认知场的建构，对物理问题进行深层表征。第四，注重对学生元认知能力的培养和训练。教育心理学的研究表明，元认知能力是影响学生解决问题的重要心理因素。同样地，在学生进行物理问题表征的过程中，元认知能力也将发挥重要作用。第五，中学物理教师可适时、适当地对学生进行物理问题表征测试，以便更清晰地了解不同班级、不同学生的物理学习情况，进行有针对性的教学。关键词：学业水平测试，问题表征，物理问题表征，表面特征，深层结构II StudyonthecharacterizationofphysicalmechanicalproblemsinhighschoolABSTRACTTheproblemrepresentationisaveryimportantlearningabilityinthelearningprocessofthestudents,whetherthecorrectrepresentationoftheproblemsisthekeytosolvetheproblemquicklyandeffectively.Thisismainlyreflectedinthefollowingtwoaspects:first,iftheproblemisrepresentedproperly,thedifficultyofsolvingtheproblemwillbereduced.Secondly,thebettertheproblemcharacterizationability,themorefavorablethesolutionstrategyistosolvetheproblem.Therefore,inpracticalteaching,itisofuniversalsignificancetoimprovestudents'problem-solvingabilityfromproblemrepresentation.Testisthemostcommonlyusedmethodsofteachingevaluationintheteaching,itistheobjectiveandstandardizedmeasurementoftheexistingacademicsubjects,whichisthemostcommonlyteachingevaluationtool,usedtoevaluationwhetherstudentsreachthecognitivegoals.Therearesomedisadvantagesoftraditionalacademicleveltest,suchastheworkloadofteachersandstudents'homework.Ofthisstudyistoexplorethephysicaltestquestionclassificationofstudents'physicallearningdiagnosisandevaluatingtheeffectiveness,measurethecharacteristicsofthestudents'physicsproblemrepresentation,andsearchforconvenientandefficientwayofhighschoolphysicsteachingevaluation.Toachievetheresearchpurpose,thisstudychoose200seniormiddleschoolstudentsinGuang’anmiddleschoolofSichuanprovinceasthesubjects,bythe"mechanicsquestionclassificationtest"astheresearchmaterial.Usethequestionnairesurvey,tostudythehighthreestudentsofhighschoolphysicsmechanicsproblemrepresentation,andthenprocessedthedatainbothqualitativeandquantitativeanalysis.Results:(1)studentswithsignificantdifferencesinphysicalperformancehavesignificantdifferencesintheirphysicalproblemcharacterizationability;Therearesignificantdifferencesinphysicalperformanceofstudentswithsignificantdifferencesinphysicalperformance.(2)thestudents'physicalachievementsweresignificantlypositivelycorrelatedIII withtheirperformanceonphysicalproblemsatthelevelofalpha=0.01.Thespecificperformanceis:studentswithbetterphysicalperformancehavestrongerphysicalproblemsrepresentation,andtheirrepresentationtendstobedeeper.Thestrongerthephysicalproblemrepresentation,thebetterthephysicsacademiclevel.Thesignificancelevelofthephysicalperformanceoftheeugenics(alpha=0.05)waslowerthanthepoorstudentsofthephysicalproblem(alpha=0.01).(3)toconductphysicalproblemclassificationtestforstudents,andtomakediagnosisandevaluationofstudents'physicallearningsituation.Andthetestmethodiscomparedwiththepreviousphysicaleducationallevel,moreconvenientandefficient,canletthehighschoolphysicsteachersmoreclearunderstandingofthedifferentclassesandstudents'physicslearning,targetedteaching.Therefore,itcanbeusedasanewteachingevaluationmethodofmiddleschoolphysics.Throughtheanalysisoftheconclusions,thefollowinghighschoolphysicsproblemteachingSuggestionsareputforward:First,tostrengthentheinitiativeofstudents'physicalproblemrepresentation,toformagoodwayofthinking.Thestudents'learningstylehascertaininfluenceonthephysicalproblemrepresentation,whichismainlyreflectedintheabstractgeneralthinkingcharacteristics.Therefore,thephysicsteachershouldunderstandthestudent'slearningstyle,andteachthestudentsthegeneralmethodtosolvethephysicalproblem:thefirststep,readthequestion,formtheinitialrepresentationofthephysicalproblem;Thesecondstepistolisttheequationsaccordingtothephysicalprinciple;Thethirdstepistoperformmathematicaloperations;Theforthstepistotesttheresults.Letstudentsdevelopagoodhabitofthinkingstepbystep.Second,inpracticalteaching,middleschoolphysicsteachersshouldguidestudentstoconstructtheknowledgestructureinthefieldofphysicsandcultivatetheconsciousnessofstudents'knowledgeclassification.Teachersintheteachingprocessshouldbeemphasizedinnercontentandthedeepstructureofphysicalproblems.Inthisway,studentswilldevelopgoodhabits,tomakeappropriatesampleactivatedinphysicsproblemsolving,andestablishthecorrectcharacterizationquickly.Thirdly,itpaysattentiontotheaccumulationofstudents'professionalknowledgeandtheconstructionofgoodproblemstructure.Inourstudy,physicalexpertiseisthemostimportantfactorintherepresentationofstudents'physicalproblems.Themorefirmthestudentsmasterthephysicalconceptsandlawsofphysics,theeasieritisfoundthattheproblemofdeepstructureandrealizetheproblemsolvingdependsonIV cognitivefieldconstruction,todeepcharacterizationofphysicalproblems.Fourth,focusonthecultivationandtrainingofstudents'metacognitiveability.Theresearchofeducationpsychologyshowsthatmetacognitiveabilityisanimportantpsychologicalfactoraffectingstudents'problem-solving.Inthesameway,metacognitiveabilitywillplayanimportantroleintheprocessofphysicalrepresentationofstudents.Fifth,highschoolphysicsteachercantestthestudentwithphysicalproblemcharacterizationtestingtimelyandappropriately,tohaveaclearerunderstandingofthedifferentclasses,differentstudents'physicslearningandconducttargetedteaching.Keywords:academicleveltest,problemrepresentation,physicalproblemrepresentation,surfacecharacteristics,deepstructure.V 目录中文摘要.........................................................................................................................I英文摘要......................................................................................................................III1绪论..........................................................................................................................32理论基础与文献综述.........................................................................................42.1理论基础.............................................................................................................42.1.1学科问题分类与表征研究.........................................................................42.1.2物理问题分类及表征研究.........................................................................52.2中学物理教学评价...............................................................................................82.2.1教学评价的方法.......................................................................................82.2.2中学物理教学评价....................................................................................92.3问题解决研究中专家—新手比较研究范式..........................................................102.3.1专家—新手比较中的研究方法................................................................102.3.2专家与新手解决问题能力的差异.............................................................103问题提出与总体研究设计..............................................................................143.1问题提出...........................................................................................................143.2研究目的...........................................................................................................143.3研究设计...........................................................................................................153.3.1被试选取................................................................................................153.3.2研究材料................................................................................................163.3.3研究过程................................................................................................183.3.4数据处理................................................................................................184研究结果与数据分析.......................................................................................194.1学生物理问题表征成绩分析...............................................................................194.1.1第一项表征成绩差异性分析....................................................................194.1.2第二项表征成绩差异性分析....................................................................204.1.3两项表征总成绩差异性分析....................................................................214.2第一次诊断性考试物理成绩差异性分析..............................................................214.2.1标准一下学生物理成绩差异性分析.........................................................224.2.2标准二下学生物理成绩差异性分析.........................................................234.2.3标准三下学生物理成绩差异性分析.........................................................234.3第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析................................................24 4.3.1全体被试第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析......................244.3.2学优生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析..........................274.3.3学困生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析..........................294.4第一次诊断考试物理成绩与不同力学问题表征成绩相关分析..............................314.4.1第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题表征成绩相关分析......................314.4.2第一次诊断性考试物理成绩与动量问题表征成绩相关分析......................334.4.3第一次诊断性考试物理成绩与能量问题表征成绩相关分析......................365高中物理力学问题表征案例分析................................................................395.1教学建议...........................................................................................................395.2高中物理力学问题教学案例分析设计.................................................................395.2.1高中物理力学问题教学案例分析设计目的...............................................395.2.2高中物理力学问题教学案例分析设计思路...............................................405.2.3高中物理力学问题教学案例分析内容说明...............................................405.3高中物理力学问题教学案例分析........................................................................415.3.1高中物理力学问题教学案例分析一.........................................................415.3.2高中物理力学问题教学案例分析二.........................................................435.3.3高中物理力学问题教学案例分析三.........................................................455.3.4高中物理力学问题教学案例分析四.........................................................485.3.5高中物理力学问题教学案例分析五.........................................................52研究结论与展望........................................................................................................56参考文献......................................................................................................................58附录A...........................................................................................................................60附录B...........................................................................................................................65附录C...........................................................................................................................67致谢...............................................................................................................................68 1绪论在中学课堂教学中，特别值得关注的现象之一就是：学生在上课时能够听懂，[1]但就是不会做题。听得懂，说明学生能够理解相关概念和规律，那为什么做题的时候还是不会呢？傅小兰认为：“能懂不能做”表明仅凭借对相关的概念和原理[2]的理解，还不足以帮助学生顺利地解决物理问题。许多高中物理教师为了帮助学生在高考中取得好的物理成绩，把反复练习作为主要的途径和方式，以培养学生分析和解决物理问题的能力。这种做法不仅不利于教师的专业成长，而且这还是一种忽视中学生认知发展规律和学习心理的方法，是非常不可取的。那么，能不能找到一种合适的方法，在能够有效地测量学生当前学业水平的前提下，不给教师和学生增加过多额外的负担呢？这就是本研究的初衷。目前，与学科问题表征有关的研究引起了众多教育家及认知心理学家的关注。在信息加工理论中，物理问题的解决需要经历四个阶段。第一个阶段的主要任务是对问题的理解表征，第二个阶段的主要任务是解题计划的构建，第三个阶段的主要任务是解题计划的实施，第四个阶段的主要任务是对问题解决的结果进行监控与评价。Lakin把物理问题表征分为四个层次，第一个层次是字面表征，第二[3]个层次是初始表征，第三个层次是物理表征，第四个层次是数学表征。廖伯琴通过对力学问题解决中的表征体系的研究，认为这一表征体系主要由文字表征、[4]朴素表征、物理表征和数学表征构成。邓铸在对问题表征的研究中，建立了问[5]题表征态理论，他认为表征是一个对信息进行处理的复杂的动态过程。由此看来，许多的教育家和认知心理学家都意识到，在问题解决过程中，问题表征的作用至关重要。但是，中学生的物理考试成绩与其对物理问题表征成绩的相关性如何？物理问题表征测试能否作为诊断和评价学生当前学业水平的有效方式？这就是本研究中想要解决的问题。本研究以“力学问题分类测试”为研究材料，对高三学生进行问卷调查，探究物理问题分类测试对学生的物理学习情况进行诊断和评价的有效性，测查学生进行物理问题表征的特点，探寻便捷而高效的高中物理教学评价方式。1 2 2理论基础与文献综述2.1理论基础2.1.1学科问题分类与表征研究从二十世纪九十年代，学科问题表征的研究逐渐受到教育家和认知心理学家的普遍关注。“学科问题”是指学生在学习时遇到的与某一具体学科有关的练习性或实验性问题。而“学科问题分类”是指学生根据学科问题的表面特征、文字表征或者是深层结构将问题进行归类。信息加工理论认为，当个体加工外界信息时，[6]这些信息会以表征的形式出现在他们的头脑中。在解决学科问题时，问题解决者的首要任务就是对待解决问题涉及的对象、条件、目标和认知操作等进行编码，[7]建立适当的问题表征。顾名思义，“学科问题表征”则是指学习者在具体的某一学科的学习中，对相关领域的学科问题进行表征。近年来，与学科问题表征有关的研究主要集中在学科问题表征的形成机制、学科问题表征的结构、样例对学科问题表征的影响、影响学科问题表征的因素等方面。第一，学科问题表征的形成机制。邓铸等人认为，问题表征有以下三种形成机制。第一种，问题空间表象化。问题解决者在分析和理解题目信息比较复杂的问题时，经常会利用表象化的问题表征方式。问题解决者经常会画图来帮助解决问题是问题空间表象化的具体表现。第二种，样例类比。在每一领域的专家的头脑中，都储存有成功解决该领域问题的样例。在这些样例中，问题和知识相结合，它们在长时记忆中以新的更有用的知识结构储存。当给问题解决者呈现某一问题情境时，与该类问题有关的样例就会被激活。随后，问题解决者按照被激活样例的表征模式建立待解决问题的表征。成功表征了问题的成分及结构的问题表征才是有效的。如果问题解决者根据问题的表面特征进行问题表征，问题就不能有效[8]解决。第三种，问题范畴化。问题的范畴与问题解决者的经验及知识结构有关。范畴是问题成功解决的基础和前提，每一门学科都有其基本范畴。根据问题信息，问题解决者记忆中的相应理论和表征模式被激活，然后据此确定问题的具体范畴，从而建立问题表征。上述几种表征机制说明，问题解决者对问题信息的觉察以及已有的知识经验都是形成问题内部表征的保障。特别是，如果在问题解决者的头脑中包含了大量的、与待解决问题有关的样例和理论范畴，那么他就可以快速地对待解决问题建立表征。但是，如果问题的内在结构跟它的表面特征差异比较大，问题解决者就会受到问题表面特征相似性的干扰，形成错误的类比和范畴化。此3 [9]时，阻碍问题的顺利解决的主要因素就是学习者已有的知识经验。第二，学科问题表征的结构。国内研究者在该领域进行实证研究时，主要研究的就是的学科问题表征的结构。在这类研究中，通常是呈现给被试一系列学科问题，然后让他们进行分类。有时还会通过分析被试问题解决的过程，了解被试的分类依据属于哪种具体的类型。Larkin等人（1980）认为，在物理问题表征的建立过程具有层次性，分别是字面表征、初始表征、科学理论表征、数学表征四[10]个层次。理解问题的关键是机理表征，同时，它也是问题表征的最高系统、最[11]高层次和重要环节。廖伯琴和黄希庭以大学中的物理专业学生为被试，研究了物理问题的表征层次。结果发现，优生侧重于对物理问题进行深层表征，而差生在建立物理问题表征时更侧重于表层表征。第三，样例对学科问题表征的影响。国外学者在分析样例的作用机制及其影响因素时，主要研究的是样例在问题解决中的作用以及样例的概括化等。国内部分学者做了这方面的研究，主要研究的是样例的表面特征对问题的表征及解决的作用。他们的研究发现，如果新问题与某个样例的表面特征和内在结构相同或同属于一个范畴，该样例将有利于新问题的表征；当两个问题只具有类似的表面内[12]容时，样例将会成为建立正确问题表征的阻碍。所以，教师要在课堂中强调问题的深层结构，引起学生对问题深层结构的重视，这样才能帮助学生在解决相关物理问题时，激活有利于问题解决的样例，保证问题的正确的表征。第四，影响学科问题表征的因素。Wertheimer的研究表明，获得问题的恰当表征必须满足以下三个条件：第一，表征与问题的深层结构具有相互对应的关系；第二，表征的结果使问题的各个成分恰当地关联；第三，表征的结果与问题解决[13]者的其他知识不矛盾。傅小兰等人认为，建立问题表征的第一个阶段是对问题信息的搜索、提取，第二个阶段是对信息的理解和内化，第三个阶段是隐喻约束[14]条件的发现。事实上，问题解决者的已有知识和经验、思维方式等，将使得问题表征的结果带有一定的主观色彩。邓铸也对学科问题表征的影响因素进行了研究，他认为学科问题表征的主要影响因素有三个。第一，问题情境，即问题包含的题目信息、呈现方式等。第二，个体已有的知识经验。特别是成功解决同类问[15]题的经验，对学科问题表征的影响非常大。第三，个体的思维方式及个性品质。当问题表征出现困难时，思维的变通性具有重要意义。当新问题不能及时有效地解决时，如果问题解决者能自发地改变对问题的知觉，摆脱思维的约束，建立对新问题的内部表征，就能够使新问题顺利解决。2.1.2物理问题分类及表征研究①物理学科问题分类研究4 中学物理问题的主要类型有三种。第一种，根据物理问题题目信息的清晰程[16]度，可分为结构良好问题和结构不良问题。结构良好问题是指既定目标和目标状态都十分清晰的问题。而结构不良问题，是指初始状态、目标状态及解决方法不完全清晰的问题。第二种，根据中学生已有经验和认知发展水平，可分为常规性物理问题与非常规性物理问题。如果新问题与学生已经解决过的物理问题是同类问题，那么，这类问题就是常规性物理问题。而非常规性物理问题则是学生没有解决过的物理问题，它要求学生根据已有经验，想出新的问题解决方案。第三种，根据问题的正确答案的数量，可分为幅合性思维问题与发散性思维问题。幅合性思维问题的正确答案只有一个，而发散性思维问题的正确答案有多个。物理学科问题分类能力，是指参照一定的方法和标准，将物理课程中的练习[17]性或实验性问题进行分类和概括的能力。在物理学科问题解决中，学生顺利解决物理问题的关键就是对物理问题做出正确的分类。廖伯琴和石燕飞等人以物理专业优困生为被试，以问题分类法为研究方法，研究了被试的物理问题表征情况。结果表明，优困生都会以问题的表面特征和物理原理对物理问题进行分类，但优生中采用深层结构对物理问题进行分类所占的比例更大。②物理学科问题表征研究国外很早就有了物理学科问题表征的研究，相关研究成果也有许多。其中，Larkin和Chi是两位学者在这方面的研究成果最突出。Larkin等人（1978）在研究物理问题表征时提出，可以把问题表征由低到高分为四个层次：与问题陈述有关的文字表征；朴素表征或“真实世界”表征；科[18]学理论表征或“物理”表征；数学表征或称为代数表征。Larkin认为无论是专家还是新手，他们为了定量地解决物理问题，都必须使用代数表征。Chi等人（1981）采用专家—新手比较研究范式，以8位物理学博士研究生为专家组，以刚读完大学一年级的物理学专业的本科生为新手组，研究了他们在进行物理问题分类时的理解差异。他们要求被试将拟定的24个物理问题分类，并做口语报告。结果发现，两组被试的在实验中的各方面表现均不存在量上的差异。两组被试都将问题分为8个类别，平均用时都在40s左右。但专家和新手的分类依据却有着明显的质的差异。新手的分类依据主要是问题图形的相似性，专家的分类依据主要是解题的基本原理。新手在建立物理问题表征时，受问题表述中的关键词和对象的影响较大。而在专家的知识图式中，储存了更多的与物理原理有关的程序性的内容。专家主要依据“动量守恒”、“机械能守恒”等物理原理来对物理问题进行分类，这些节点从属于问题深层性节点。从本质上看来，在新手解决物理问题时，经常会认为某些问题的相似度非常高，而专家在解决物理问题时，5 [19]几乎不会受这种相似性的干扰。从专家和新手分类的结果来看，新手更倾向于用问题的表面结构建立物理问题表征，而专家更倾向于使用问题的深层结构建立物理问题表征。他们已有知识结构的内容及组织形式、知识的表征类型等方面都存在差异。从新手对问题的分类情况可以看出，新手受示意图的影响很大。如新手认为两个问题属于同类问题的原因就是两者的示意图中都包含了一个圆形轨道。[20]但问题中的示意图几乎不会对专家的分类造成影响。由专家归类的问题并不存在表面的相似性，但都以同一物理学原理作为分类依据。这一研究结果表明，新手对问题的表层结构的变化比较敏感。邓铸的实验研究表明，在解决解决复杂的物理问题时，没有明显的阶段性。为此，他提出了问题解决的表征态理论。张金宝也对中学生物理学科问题分类能力的进行了研究。结果表明，不同年级的学生，其物理问题分类意识不同，年级[21]越高的学生分类意识越强。并且学优生的物理问题分类意识更强，物理问题表征水平更高。③物理问题表征的影响因素研究1）外部表征对物理问题解决的影响外部表征是构成物理问题必不可少的要素。没有外部表征，这些问题就没有实际意义。邓铸等的研究表明，外部表征通常以图表、照片或书写文字等多种形[22]式出现，它是物理情境的构成成分和结构。Zhang（1994，1997）的研究发现，问题的表面内容、约束条件等外部结构是独立于内部表征的对学习者内部意识的输入和刺激。外部表征感知待解决问题的问题结构类型，内部表征则激活深层认知操作。Paivio和Allan把表征分为物质表征和心理表征，它们又可以理解为图[23]画表征和言语表征。图画表征包括绘画、地图、照片和表格等，而言语表征则包括数学语言、人类语言及计算机语言等。由此可见，外部表征对应于与物质表征，内部表征对应于心理表征。2）示意图在物理问题表征和解决中的作用最直观的描述物理模型和物理过程图景的形式就是示意图。示意图不仅可以形象地反映物理模型的基本特征，更重要的是，它可以深刻地揭示物理过程。专家的头脑中贮备着丰富的形象。遇到新问题时，他们能够根据给定的题目信息，[24]画出示意图来反映物理状态、物理过程及有关物理量三者间的关系。而普通人的头脑中的形象相对贫乏。因此，他们遇到新问题时，一般不能从形象上分析物理问题，看完问题的题目信息就想要马上建立有关方程求解，结果往往不能使问题得到有效解决。苏霍姆林斯基说，“教会学生在解题时画出示意图，主要目的就是完成从具体[25]思维到抽象思维的过渡”。事实上，要根据文字信息画出示意图，对学生的思6 维要求是很高的。有时学生感到困难的主要原因就是画不出示意图。因此，在实际教学过程中，应加强图象和图景教学。一方面，教师要强调示意图的画法，让学生学会画示意图。呈现物理问题时，教师应引导学生根据题目提供的物理信息，在纸上画出对应的物理图象或图景，并结合物理规律进行合理推理和计算。另一方面，教师要重视培养学生的画图习惯。要求学生拿到试题时仔细读题，并标注有用信息，排除无关信息。然后，选择研究对象，画出示意图，并寻找研究对象在问题情境中满足的物理原理，直至问题顺利解决。2.2中学物理教学评价2.2.1教学评价的方法①测验测验是教学中最常用的教学评价方法，它是对被试现有学业水平的客观的、标准化的测量，也是最常用的以学生认知目标是否达标为评价目的教学评价工具。根据不同的测验时间和目的，可将测验分为学前摸底测试(预测)、期中考试和[26]期末考试(后测)。在对教学中的其他对象进行评价时，常常也需要对学生学业水平进行测验，从中间接地获得评价材料。例如，当评价某种教学方法对某班级的适用性时，通过测验可以获得在运用该教学方法后量化学生学习情况的资料。从中我们可以分析出该教学方法对学生学习的作用如何。②调查调查以预先设计的问题为基础，要求有关人员进行口头表述或笔答,从中了解[27]学习者的具体情况。调查是教学评价的一种重要手段。它通过搜集学生对教学过程以及教学效果的意见和建议，帮助教育者了解被教育者学习的兴趣、态度和习惯。同时，教师还可以通过调查了解某一学习材料对学生学习产生的效果等，从而帮助教师判断该学习材料的有效程度，为改进教学或学习材料提供可靠依据。调查的主要形式是问卷调查和访谈。调查过程和结果会受到许多相关因素的影响。例如，在当面访谈时，双方谈话的气氛、态度、身份、时长、问题的表述及敏感性等都会对调查的结果产生影响。因此，为确保评价的信度和效度，调查者事先必须做大量的准备工作。③观察观察是指在自然的教育环境中教育者有意识地了解被观察对象。观察与测验、调查的区别在于被观察对象的学习和活动不会受到评价资料搜集的干扰。所搜集到的资料从头到尾都是被观察者的正常表现。它们都是自然的和真实的。观察通7 常是事先确定观察的目的及观察的范围，以及观察现象需要设定的环境或情况，使被观察者在某种特定条件下活动，以实现观察的目的。④发展性学生评价《基础教育课程改革纲要(试行)》倡导发展性教育评价。发展性教育评价主要体现在对教学过程的评价上，集中体现为与发展性学生评价有关的的理念和方法。发展性学生评价中，评价者和学生为达到教学目标，建立良好的师生关系，共同制定发展目标。最后，评价者对学生的发展做出价值判断，以使学生不断认识、发展和提高自我，逐步实现发展目标。发展性学生评价的特点包括：它是根据一定的培养目标来确定学生发展的具体阶段和目标；它的最终目的是实现学生的发展目标，而不是对学生进行比较排名；它是有利于学生全面发展的过程性评价。实施发展性学生评价的基本程序是：明确评价目标和标准；评估工具和评估方法的选择和设计；收集与学生发展过程和结果有关的材料，并根据一定的方法整理、分析这些材料；明确促进学生发展的改进方式。⑤表现性评价在学校教育中，表现性评价(performanceassessment)是指根据学生在完成任务过程中的表现，对学生的发展成就做出评价。它基于对传统学业测试的批判。表现性评价强调教学评价不仅要评价学生的知识和技能掌握的情况，更重要的是通过观察和分析学生的表现来评价学生的创新能力、实践能力、团结协作的能力以[28]及是否具有健康的情感、积极的态度和科学价值观。通常用学生成长记录袋来对学生进行表现性评价。学生成长记录袋或档案袋(portfolio)是指汇集了学生学习成绩或各方面持续进步信息的资料或文件。虽然学生成长记录袋评价更多的是对教学结果的评价，但由于其资料搜集和记录的过程是在教学过程中进行的，我们认为表现性评价也是对教学过程的评价。2.2.2中学物理教学评价中学物理教学评价的功能有评判、反馈、管理和激励。常用的中学物理教学评价方法有观察法、调查法和测验法。在物理学习中，每一次测验都是可以使学生的物理知识在实际应用中得到巩固。它对整个教学过程都至关重要。同时，测验结果反馈出的学生对知识的掌握情况，有助于教师教学计划的完善，从而优化教学效果。目前，测验是最常用的了解学生认知目标是否达标的工具。在教学中，物理测验的实时评价对学生物理[29]成绩的提高有着重要作用。在与物理测验有关的习题课上，要对课堂做出质性评价。评价的主要内容有：学生精力是否集中，课堂笔记的记录是否认真，观察老师的演示实验时是否认真等。评价方式可以是组间互评、同学互评、师生互评8 及学生自主评价。在中学物理教学评价中，师生双方都要进行发展性评价，评价方式、评价主体都应当多元化。应让尽可能多的学生及家长参与到物理教学评价中来，使学习评价主体多元化。另外，在物理测验中，少不了学生多方面的参与，如果能加上对学生平时活动的表现性评价，相信能够在教学中取得更好的效果。这种方式还将考查学生的合作精神、创新精神、探究能力及参与意识等，多角度地提高学生的综合能力。总之，在高中物理教学过程中，强调物理测验及相关评价建议，可以对学生的物理学习过程产生积极影响。物理测验可以使学生的物理知识在实际运用得到巩固和提高。同时，物理测验也有助于物理教师对教学计划和教学效果进行改进和完善，将在潜移默化中提高学生的物理成绩。2.3问题解决研究中专家—新手比较研究范式2.3.1专家—新手比较中的研究方法“专家”是指在具有某个问题领域知识丰富的人，与之对应，“新手”则是指[30]在该问题领域中知识贫乏的人。在专家—新手研究范式中，通常以某个特定领域内的专家（如学优生）及与新手（如学困生）作为被试。专家—新手比较研究的实施步骤：第一，在所有被试中选择专家以及相应的新手；第二，将同一任务同时呈现给专家和新手。第三，比较专家组和新手组的任务完成情况。在不同研究中，划分专家和新手的依据不同。有的根据测验分数的高低来对专家与新手进行划分，有的以研究者的主观判断来对专家与新手进行划分，还有的研究以被试在某个领域工作的时长来对专家和新手进行划分。2.3.2专家与新手解决问题能力的差异格拉泽和齐(R.Glaser&.M.T.H.Chi,1988)对专家与新手解决问题能力的差异作了系统的研究。他们认为，专家与新手的差异主要表现在以下六个方面。①有意义知觉模式的差异测量知觉模式的典型方法是：呈现某个方面的信息给被试，随后，让他重现这些信息。例如,有学者对国际象棋中的专家和新手作了研究。同时呈现出一个典型的对弈棋盘，呈现时长为5秒，然后让他们在空白棋盘上复现棋盘中的棋子及其位置。研究结果是国际象棋大师能够准确地复现20多个棋子及其位置，新手却只能准确地复现出4-5个。这说明，相对新手而言，专家能感知更多的有意义的刺激。在齐的研究中，曾以优秀的儿童棋手、成人新手及儿童新手为被试进行对9 比实验。结果表明，优秀儿童棋手对棋子的知觉模式大于成人新手和儿童新手。该研究说明，决定棋子知觉模式的关键因素与棋手的年龄无关，与棋手专门的知[33]识水平密切相关。②短时记忆和长时记忆的差异短时记忆指彼此无关的事物在同一时间段短暂呈现后能被记住的最大数量。[31]短时记忆的容量很小，只有7土2个单位。研究表明，短时记忆中的信息在无复述的情况下，在头脑中的停留时间通常只有5-20秒。切斯和埃里克森(C.Chase&.Ericsson)的研究发现，一名跑步运动员有着很强的数字记忆能力。在后续的研究中发现，这名运动员记住了许多与跑步比赛成绩相关的数字。在记忆其他数字时，他就会利用这些有意义的数字模式来帮助记忆。该运动员能拥有超常的短时记忆能力的原因，如果按现代认知心理学的理论来解释，就是这名运动员利用已有的数学知识，扩大了需要记住的单个信息的单位。通常，以一个数字作为一个信息单位，但如果记忆者利用有意义的数字模式，可能就是10个数字作为一个信息单位。虽然表面看来，该运动员在短时记忆中复现的数字数量增加了，但是其信息单位数量未变。由此看来,决定短时记忆容量的，错误!未找到引用是原有知识以及将新知识在原有知识的基础上组成较大组块的记忆策略源。。同样地，专家在其熟悉的领域，也表现出很强的长时记忆能力。现代认知心理学的研究表明，认知加工的程度与长时记忆的效果呈正相关。具体的加工程度取决于学习者使用的信息加工策略。信息加工策略选择的恰当性，与个体在专门领域的知识紧密相关。③技能执行速度的差异每一领域的专家对该领域基本技能的掌握，都已经达到了高度熟练甚至是自动化的程度。因此，在专家进行复杂问题解决时，由于相应基本技能的自动化，大大减少了短时记忆的负担，让他们可以集中精力，运用恰当的策略，完成对思维能力要求较高的任务。例如，阅读的初学者的阅读速度非常慢，而且会出声阅读，而阅读方面的专家能做到“一目十行”。“一目十行”虽然有些夸张，但阅读专家阅读时，不会花时间认真辨认每个句子中的字词，更不会出声阅读。所以，专家的阅读速度比新手快很多。格拉泽通过研究，提出了机遇推理(opportunisticreasoning)。这种推理是他在收集了一定程度信息后偶然发现的。例如，在机器故障检测中，电子工程专家不必预先把检测的每一步都计划好。在他们进行检测时，可能会偶然地产生某种与检测过程中已收集到的信息一致的想法。于是问题就得到迅速解决。④用于表征问题的时间差异10 如果问题属于常规问题，专家比新手对该问题建立表征的时间会短很多。但是，在解决难度系数较大的问题时，专家用于问题表征的时间会更长一些。这是因为专家的知识结构更加充实和完整，他们需要花时间明确哪些知识是与当前问题最有关的。例如，在苏联的一项专家—新手对比研究中，有这样一个问题：“请各位为苏联企业提出一项政策以增加企业产量。”通过分析专家的解题过程的原始记录发现，专家用于表征问题的时间约占解题时间的1/4。而新手用于表征问题的时间仅占解题时间的1%。有许多数学教师都在教学过程中发现这样的规律：数学学业成绩好的学生，经常会在解题前创造有意义的数学问题表征，而数学学业成绩差的学生几乎不花时间思考问题的意义，就马上列出方程进行计算。⑤表征的深度差异面对新问题，专家能迅速觉察到问题的本质，根据问题的深层结构建立问题[34]表征。如齐等研究了物理学专家和新手之间在物理问题表征上的差异。研究者总共给出了20个名称，这些名称都是都是用来描述物理学问题的。在实验中，专家选择的典型的名称是“动能定理”，而新手选择的与之对应的典型名称是“圆周运动”。在对计算机程序中的专家和新手的问题表征情况进行研究时，也得出了类似的结论。程序专家倾向于根据问题解决的算法对问题进行分类，而新手则倾向于根据该程序的运行结果来对问题进行分类。⑥自我监控技能的差异研究表明,专家在问题解决的过程中，常常会不断地检查自己的解答过程，并且这种检查会比新手更有效。如上述数学问题解决的例子中，数学学业成绩好的学生，会在问题解决过程中反复地思考这种解题方式是否有效，而数学学业成绩差的学生往往不能做到有效地检查自己的解答过程。图2.111 E.D.加涅用采用图像，直观、形象地描绘出专家问题解决能力的知识成分及其在记忆系统中的定位(见图2.1)。这幅图像可以这样来理解：外部环境的刺激，将问题解决者的长时记忆中与问题陈述密切关联概念性知识激活。该问题领域的专家的这些概念性知识与相应的程序性知识及解题策略总是贮存在一起的。因此，当这些概念性知识被激活时，后两者也被立即激活，从而帮助问题解决者建立正确的问题表征。问题解决的整个过程都是在学习者的工作记忆中完成的。反应的结果可以是从工作记忆中产生，也可以是从长时记忆中产生。综上所述，专家和新手问题解决的能力差异，主要表现在他们在知识结构化、样例的掌握、技能的熟练和解题策略的灵活性等方面。总的来说，这些能力差异可以归结为问题解决者掌握的陈述性知识、智慧技能和认知策略上的差异。12 13 3问题提出与总体研究设计3.1问题提出近年来，各国教育事业和认知心理学不断发展，教育家和认知心理学家普遍关注的问题之一就是：如何有效地提高学生解决问题的能力？现代认知心理学的研究表明：问题表征是学习者在解决问题的过程中必须经历的过程，被认为是问题解决的中心环节，也是学习者对问题进行理解和内化的结果。正确的问题表征是解决问题的首要因素，对问题的表征不完整或错误，都不能使问题顺利解决。邓铸和余嘉元（2001）二人的研究都说明了学科问题表征已然成为国内外教育家和认知心理学家关于问题解决研究的热点之一。在这些研究中，关于数学学科问题表征研究的理论和实践成果较多，系统地研究物理学科问题表征的理论和实践相对较少。目前，在高中物理教学评价中用的最多，也是目前被大多数物理教育者公认的最有效的教学评价方式，就是测验法。对大多数高中生而言，高中物理是一门困难学科，许多学生在上课时似乎听懂了，但到了运用相关物理概念和原理解决具体问题的时候，又觉得犯难了。这些学生是不是因为问题表征出现了问题，才不能正确地解决物理问题？本研究利用“力学问题分类测试”考察高三学生对力学问题的分类及表征情况，分析高三学生物理问题表征的特点、优困生物理问题表征的差异以及学生物理成绩与分类成绩的相关性，探寻对高中物理学科进行教学评价的更加简单、便捷、高效的方法。3.2研究目的本研究采用文献法及问卷调查法，以“力学问题分类测试”题目为研究材料，以200名高三学生为被试，用问卷调查法来研究高三学生对力学问题的表征情况，并进行了以下具体分析：首先，专家—新手物理成绩与物理问题表征成绩对比分析。这一项数据分析分为两个方面。一方面，物理成绩具有显著性差异的学生，其物理问题表征能力是否也具有显著性差异。这方面的分析具体包括以下三项：第一，物理成绩具有显著性差异的学生，其在力学问题分类测试中的第一项表征成绩是否具有显著性差异；第二，物理成绩具有显著性差异的学生，其在力学问题分类测试中的第二项表征成绩是否具有显著性差异；第三，物理成绩具有显著性差异的学生，其在力学问题分类测试中的两项表征总成绩是否具有显著性差异。另一方面是，物理问题表征能力具有显著性差异的学生，其物理成绩是否也具有显著性差异。这方14 面的分析又包括以下三项：第一，在力学问题分类测试中的第一项表征成绩具有显著性差异的学生，其物理成绩是否具有显著性差异；第二，在力学问题分类测试中的第二项表征成绩具有显著性差异的学生，其物理成绩是否具有显著性差异；第三，在力学问题分类测试中的两项表征总成绩具有显著性差异的学生，其物理成绩是否具有显著性差异。其次，高三学生第一次诊断性考试物理成绩与其在力学问题分类测试中的表征成绩相关分析。本研究主要从以下三个方面进行了这项分析：第一，全体学生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析。第二，学优生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析。第三，学困生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析。每一方面的分析又包括了三项具体的分析：第一，该项分析中的研究对象的第一次诊断性考试物理成绩与第一项表征成绩相关分析。第二，该项分析中的研究对象的第一次诊断性考试物理成绩与第二项表征成绩相关分析。第三，该项分析中的研究对象的第一次诊断性考试物理成绩与两项表征总成绩相关分析。最后。高三学生第一次诊断性考试物理成绩与其在不同类型的力学问题中的问题表征成绩相关分析。由于本研究所用调查问卷的测试题目中，主要包含了三类力学问题，分别是与牛顿问题、动量问题以及能量问题有关的力学问题。因此，在本研究中，以全体被试为研究对象，分别从以下三个方面进行了这项分析：第一，第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题表征成绩相关分析。第二，第一次诊断性考试物理成绩与动量问题表征成绩相关分析。第三，第一次诊断性考试物理成绩与能量问题表征成绩相关分析。每一方面的分析又包括了三项具体的分析：第一，第一次诊断性考试物理成绩与不同力学问题（牛顿问题/动量问题/能量问题）的第一项表征成绩相关分析。第二，第一次诊断性考试物理成绩与不同力学问题（牛顿问题/动量问题/能量问题）的第二项表征成绩相关分析。第三，第一次诊断性考试物理成绩与不同力学问题（牛顿问题/动量问题/能量问题）的两项表征总成绩相关分析。本研究试图通过以上分析，探究物理问题分类测试对学生的物理学习情况进行诊断和评价的有效性，测查学生进行物理问题表征的特点，探寻便捷而高效的高中物理教学评价方式，缓解目前教师工作量大、学生作业多的现象。3.3研究设计3.3.1被试选取从四川省广安市国家级重点中学·广安中学高三年级选取三个班级，共20015 名学生作为被试。选取的班级分别为2班（宏志班，共82名被试），4班（火箭班，共40名被试），6班（实验班，共78名被试）。男女比例适当。3.3.2研究材料本研究所用问卷是一套“力学问题分类测试”题目（详见附录B），总共20道题目。每道题目为一个项目，每个项目中均含有3个问题，第一个问题用黑体字印刷，第二、第三个问题前面分别标有序号（A）、（B）。序号为（A）、（B）的两个问题中只有一个与第一个问题是同类问题，被试需在A、B两个选项中选择一个作为第一个问题的同类问题，并简要说明分类依据。在这20个项目中，主要包含了三类力学问题。第一类，牛顿问题，主要考查的是高三学生对与牛顿第二定律有关的力学问题的表征水平。第二类，动量问题，主要考查的是高三学生对与动量定理和动量守恒定律有关的力学问题的表征水平。第三类，能量问题，主要考查的是高三学生对与动能定理和能量守恒定律有关的力学问题的表征水平。与牛顿问题相关的项目有：项目1、项目6、项目11、项目19。在项目1中，第一个力学问题要求解的物理量是加速度（a），解决这一问题需要用到的力学基本原理是牛顿第二定律。在这一项目中，A选项给的是一个运动学问题，要求解的物理量是加速度（a），解决这一问题需要用到的物理原理是匀变速直线运动的运动规律；B选项给的是一个力学问题，要求解的物理量也是加速度（a），解决这一问题需要用到的力学基本原理也是牛顿第二定律。因此，如果学习者能够根据这三个问题的深层结构（即原理表征）对这三个问题进行问题表征，就会选择B选项。在项目6中，第一个力学问题与项目1中的第一个问题完全相同。在这一项目中，A选项给的是一个力学问题，要求解的物理量是加速度（a），解决这一问题需要用到的力学基本原理是牛顿第二定律；B选项给的是一个力学问题，要求解的物理量是物体受到的水平恒力，并且B选项给出的示意图与该项目中的第一个问题给出的示意图十分相似，解决这一问题需要用到的力学知识是受力分析。因此，如果学习者根据这三个问题的深层结构对这三个问题进行准确的问题表征，就会选择A选项。如果学习者受到示意图的干扰，则很可能会选择B选项。在项目11和项目19中，也是做类似的分析，就可以对所给力学问题做出正确的分类。与动量问题相关的项目，又可以具体地划分为与动量定理相关的相关的项目和与动量守恒定律相关的项目。其中，与动量定理相关的项目有：包括项目2、项目7、项目12、项目18。在项目2中，第一个力学问题要求解的是作用力的大小，解决这一问题需要用到的力学基本原理是动量定理。在这一项目中，A选项中需要求解的是作用力的方向，解决这一问题需要用到的力学知识是受力分析；16 B选项中需要求解的物理量是动量的变化量，解决这一问题需要用到动量定理这一力学基本原理。因此，如果学习者根据这三个问题的深层结构（即原理表征）对这三个问题进行问题表征，就会选择B选项。同样地，在项目7中，第一个力学问题与项目二中的第一个问题完全相同。在这一项目中，A选项给出的已知物理情境与该项目中的第一个问题类似，但需要求解的物理量是物体离地面的高度，解决这一问题需要用到物理知识是自由落体运动的规律；B选项中需要求解的物理量是动量的变化量，解决这一问题需要用到动量定理这一力学基本原理。因此，如果学习者根据这三个问题的深层结构（即原理表征）对这三个问题进行问题表征，就会选择B选项。对项目12和项目18做类似的分析，就可以对所给力学问题做出正确的分类。与动量守恒定理相关的项目有：项目3、项目8、项目13、项目17。在项目3中，第一个问题给出的物理情境是含弹簧的完全弹性碰撞，需要求解的物理量是速度，解决这一问题需要用到的力学基本规律是动量守恒定律。在这一项目中，A选项给的是一个运动学问题（匀变速直线运动），需要求解的物理量是位移和速度，解决这一问题需要用到的运动学知识是匀变速直线运动的运动规律；B选项中给出的物理情境也包含完全弹性碰撞，需要求解的物理量是速度，解决这一问题需要用到的力学基本规律是动量守恒定律。因此，如果学习者根据该项目的三个问题的深层结构（即原理表征）对它们进行问题表征，就会选择B选项。对项目8、项目13、项目17做类似的分析，就可以对所给力学问题做出正确的分类。与能量问题相关的项目，又可以具体地划分为机械能不守恒的能量问题和机械能守恒的能量问题。其中，关于机械能不守恒的能量问题的项目有：项目4、项目9、项目14、项目20。在项目4中，第一个问题需要求解的是摩擦力对物体所做的功，解决这一问题需要用到的力学基本原理是动能定理，同时，该问题还可以用能量守恒求解。在这一项目中，A选项需要求解的物理量是冲量，需要用到的力学基本原理是动量定理；B选项中需要求解的物理量是功，需要用到的力学基本原理是动能定理，同时，该问题也可以用能量守恒求解。因此，如果学习者根据该项目的三个问题的深层结构（即原理表征）对它们进行问题表征，就会选择B选项。对项目9、项目14、项目20做类似的分析，就可以对所给力学问题做出正确的分类。关于机械能守恒的能量问题的项目有：包括项目5、项目10、项目15、项目16。在项目5中，第一个问题需要求解的物理量是速度，解决这一问题需要用到的力学基本原理是机械能守恒定律，同时，该问题还可以用动能定理和能量守恒求解。在这一项目中，A选项需要求解的物理量是速率，需要用到的力学基本原理是机械能守恒定律，同时，该问题也可以用动能定理和能量守恒求解；B选项中需要求解的物理量是速度，需要用到的力学基本原理是动量守恒17 定律。因此，如果学习者根据该项目的三个问题的深层结构（即原理表征）对它们进行问题表征，就会选择A选项。同样地，对项目10、项目15、项目16做类似的分析，就可以对所给力学问题做出正确的分类。3.3.3研究过程第一步，联系被调研方负责人。明确问卷调查时间、操作流程及注意事项。第二步，实施问卷调查。于2018年1月28日上午发放问卷。由于完成一张问卷填写需要的时间大约在15-20分钟左右，不便于在课间进行填写，发放问卷后，向被试说明问卷填写要求及注意事项，由被试于当日中午休息时间完成，下午上课前统一交至班级负责人处，再由问卷发放者统一收回。第三步，评分。计分办法：第一，问题分类选项选择正确计1分，否则计0分；第二，分类依据属于对相关物理问题进行深层表征的计1分，属于对该类物理问题的表面特征进行文字表征的计0分。说明：第一，只有分类选项和分类依据同时得1分的，才能说明该生真正理解和掌握了某道测试题目所考查的高中力学基本原理。第二，分类依据计0分的，并不是说某同学不能按照他的这种理解方式来分类，只是说明他的仅仅是根据那一类物理问题的表面特征在进行分类，这种分类方式是不利于问题解决的。3.3.4数据处理采用IBMSPSSStatistics21对问卷调查数据进行系统分析。SPSS（StatisticalProductandServiceSolutions），即“统计产品与服务解决方案软件”，最初被称为“社会科学软件统计包”。它主要用于统计分析运算、数据挖掘、预测分析和决策支持。在本研究中，主要是运用SPSS软件对问卷调查的结果进行单因素方差分析和相关性分析。18 4研究结果与数据分析4.1学生物理问题表征成绩分析本研究从四川省广安市国家级重点中学·广安中学高三年级选取三个班级，共200名学生作为被试，用问卷调查法来研究高三学生对力学问题的分类及表征情况。选取的班级分别为2班（宏志班，共82名被试），4班（火箭班，共40名被试），6班（实验班，共78名被试）。最后统计的问卷中，共177份有效问卷，其中2班64份，4班34份，6班79份。在“力学问题分类测试”这套测试题目总共包含20道题目，每道题目为一个项目。每个项目中均含有3个问题，第一个问题用黑体字印刷，第二、第三个问题前面分别标有序号（A）、（B）。序号为（A）、（B）的两个问题中只有一个与第一个问题是同类问题，被试需在A、B两个选项中选择一个作为第一个问题的同类问题，并简要说明分类依据。在本研究中，我们以学生的在本测试中的选项成绩为第一项表征成绩，以分类得分成绩作为第二项表征成绩。下面，我将分别对学生在本次测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩以及两项成绩之和进行差异性分析。4.1.1第一项表征成绩差异性分析本研究在对第一项表征成绩进行差异性分析时，以学生第一次诊断性考试成绩作为划分优困生的依据。分别取在第一次诊断性考试中物理成绩排名在前30的学生作为学优生，在第一次诊断性考试中物理成绩排名在后30的学生作为学困生，分析在这种分类情况下，优困生在力学问题分类测试中第一项表征成绩的差异。由于这项研究中，将“第一次诊断性考试中物理成绩”视为一个单因素（A）。它包含学优生（A1）和学困生（A2）两个水平。在每个水平下，要考察的指标（第一项表征成绩）可以看成一个总体。因此，我们可以分别将这30名学优生视为组1，将这30名学困生视为组2，利用SPSS软件，对第一项表征成绩进行单因素分析，从而探究物理学业水平存在显著差异的学生，其第一项表征成绩是否也具有显著性差异。分析结果见表4.1。由表4.1可知，组1、组2的第一项表征成绩的组间均方（MS=365.067）远远大于组内均方（MS=4.925），二者之商F=74.121，同时，P<0.01，说明组1、组2的第一项表征成绩差异在α=0.01水平下具有统计学意义。具体来说，就是该分析结果表明在第一次诊断性考试中物理成绩存在显著差异的高三学生，其在力学19 问题分类测试中的第一项表征成绩也存在显著性差异。表4.1第一项表征单因素方差分析平方和df均方F显著性组间365.0671365.06774.121.000组内285.667584.925总数650.733594.1.2第二项表征成绩差异性分析本研究在对第二项表征成绩进行差异性分析时，同样是以学生第一次诊断性考试成绩作为划分优困生的依据。分别取在第一次诊断性考试中物理成绩排名在前30和后30的学生作为学优生和学困生，分析在这种分类情况下，优困生在力学问题分类测试中第二项表征成绩的差异。由于这项研究中，将“第一次诊断性考试中物理成绩”视为一个单因素（A）。它包含学优生（A1）和学困生（A2）两个水平。在每个水平下，要考察的指标（第二项表征成绩）可以看成一个总体。因此，我们可以分别将上述30名学优生视为组1，将上述30名学困生视为组2，利用SPSS软件，对第二项表征成绩进行单因素分析，从而探究物理学业水平存在显著差异的学生，其第二项表征成绩是否也具有显著性差异。分析结果见表4.2。4.2第二项表征成绩单因素方差分析平方和df均方F显著性960.0001960.000105.869.000组间组内525.933589.0681485.93359总数由表4.2可知，组1、组2的第二项表征成绩的组间均方（MS=960.000）远远大于组内均方（MS=9.068），二者之商F=105.869，同时，P<0.01。说明组1、组2的第二项表征成绩差异在α=0.01水平下也是具有统计学意义的。具体来说，就是该分析结果表明在第一次诊断性考试中物理成绩存在显著差异的高三学生，其在力学问题分类测试中的第二项表征成绩也存在显著性差异。20 4.1.3两项表征总成绩差异性分析本研究在对第二项表征成绩进行差异性分析时，同样是以学生第一次诊断性考试成绩作为划分优困生的依据。分别取在第一次诊断性考试中物理成绩排名在前30和后30的的学生作为学优生和学困生。分析在这种分类情况下，优困生在力学问题分类测试中两项表征总成绩的差异性。由于这项研究中，将“第一次诊断性考试中物理成绩”视为一个单因素（A）。它包含学优生（A1）和学困生（A2）两个水平。在每个水平下，要考察的指标（两项表征总成绩）可以看成一个总体。因此，我们可以分别将上述30名学优生视为组1，将上述30名学困生视为组2，利用SPSS软件，对两项表征总成绩进行单因素分析，从而探究物理学业水平存在显著差异的学生，其两项表征总成绩是否也具有显著性差异。分析结果见表4.3。表4.3两项表征总成绩单因素方差分析平方和df均方F显著性组间2509.06712509.067110.025.000组内1322.6675822.805总数3831.73359由表4.3可知，组1、组2的两项表征总成绩的组间均方（MS=2509.067）远远大于组内均方（MS=22.805），二者之商F=110.025，同时，P<0.01。说明组1、组2的两项表征总成绩差异在α=0.01水平下也是具有统计学意义的。具体来说，就是该分析结果表明在第一次诊断性考试中物理成绩存在显著差异的高三学生，其在力学问题分类测试中的两项表征总成绩也存在显著性差异。通过以上研究，我们发现，当我们以高三学生第一次诊断性考试的物理成绩作为区分优困生的依据时，可以得出这样的结论：物理考试成绩存在显著差异的学生，其第一项表征成绩、第二项表征成绩、两项表征总成绩也存在显著性差异。这种差异具体表现为：第一次诊断性考试的物理成绩好的学生（学优生），其在力学问题分类测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩、两项表征总成绩也好；第一次诊断性考试的物理成绩不好的学生（学困生），其在力学问题分类测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩、两项表征总成绩也不好。4.2第一次诊断性考试物理成绩差异性分析本研究在对高三学生第一次诊断性考试中的物理成绩进行差异性分析时，分别以学生物理问题表征测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩、两项表征总21 成绩作为划分优困生的依据。分别取在力学问题分类测试中第一项表征成绩、第二项表征成绩、两项表征总成绩排名在前30的学生作为学优生，在该测试中对应成绩排名在后30的学生作为学困生，分析在每一种分类情况下的优困生的物理考试成绩差异。为了研究方便，我们分别将按照力学问题分类测试中的第一项表征成绩划分优困生的方法设为标准一，将按照力学问题分类测试中的第二项表征成绩划分优困生的方法设为标准二，将按照力学问题分类测试中的两项表征总成绩划分优困生的方法设为标准三。即分别研究在这三个标准下，高三学生在第一次诊断性考试中的物理成绩差异。4.2.1标准一下学生物理成绩差异性分析在按照标准一确定了对应的优困生之后，本研究对标准一下高三学生的物理成绩作了差异性分析。由于这项研究中，将高三学生在力学问题分类测试中的“第一项表征成绩”视为一个单因素（A）。它包含学优生（A1）和学困生（A2）两个水平。在每个水平下，要考察的指标（高三学生第一次诊断性考试物理成绩）可以看成一个总体。因此，我们可以将上述30名学优生视为组3，将上述30名学困生视为组4，利用SPSS软件，对高三学生在第一次诊断性考试中的物理成绩进行单因素分析，从而探究第一项表征成绩存在显著差异的学生，其物理成绩是否也具有显著性差异。分析结果见表4.4。表4.4标准一下学生物理成绩单因素方差分析平方和df均方F显著性15010.017115010.017106.870.000组间组内8146.16758140.45123156.18359总数由表4.4可知，组3、组4中被试物理成绩的组间均方（MS=15010.017）远远大于组内均方（MS=140.451），二者之商F=106.870，同时，P<0.01。说明组3、组4中被试的物理成绩差异在α=0.01水平下具有统计学意义。具体来说，就是该分析结果表明在力学问题分类测试中的第一项表征成绩存在显著差异的高三学生，其在第一次诊断性考试中的物理成绩也存在显著性差异。22 4.2.2标准二下学生物理成绩差异性分析在按照标准一确定了对应的优困生之后，本研究对标准一下高三学生的物理成绩作了差异性分析。由于这项研究中，将高三学生在力学问题分类测试中的“第一项表征成绩”视为一个单因素（A）。它包含学优生（A1）和学困生（A2）两个水平。在每个水平下，要考察的指标（高三学生第一次诊断性考试物理成绩）可以看成一个总体。因此，我们可以将上述30名学优生视为组5，将上述30名学困生视为组6，利用SPSS软件，对高三学生在第一次诊断性考试中的物理成绩进行单因素分析，从而探究第二项表征成绩存在显著差异的学生，其物理成绩是否也具有显著性差异。分析结果见表4.5。表4.5标准二下学生物理成绩单因素方差分析平方和df均方F显著性组间12731.267112731.26787.138.000组内8474.06758146.105总数21205.33359由表4.5可知，组5、组6中被试物理成绩的组间均方（MS=12731.267）远远大于组内均方（MS=146.105），二者之商F=87.138，同时，P<0.01。说明组5、组6中被试的物理成绩差异在α=0.01水平下具有统计学意义。具体来说，就是该分析结果表明在力学问题分类测试中的第二项表征成绩存在显著差异的高三学生，其在第一次诊断性考试中的物理成绩也存在显著性差异。4.2.3标准三下学生物理成绩差异性分析在按照标准三确定了对应的优困生之后，本研究对标准一下高三学生的物理成绩作了差异性分析。由于这项研究中，将高三学生在力学问题分类测试中的“第一项表征成绩”视为一个单因素（A）。它包含学优生（A1）和学困生（A2）两个水平。在每个水平下，要考察的指标（高三学生第一次诊断性考试物理成绩）可以看成一个总体。因此，我们可以将上述30名学优生视为组7，将上述30名学困生视为组8，利用SPSS软件，对高三学生在第一次诊断性考试中的物理成绩进行单因素分析，从而探究两项表征总成绩存在显著差异的学生，其物理成绩是否也具有显著性差异。分析结果见表4.6。23 表4.6标准三下学生物理成绩单因素方差分析平方和df均方F显著性12155.267112155.26785.634.000组间组内8232.73358141.944总数20388.00059由表4.6可知，组7、组8中被试物理成绩的组间均方（MS=12155.267）远远大于组内均方（MS=141.944），二者之商F=85.634，同时，P<0.01。说明组7、组8中被试的物理成绩差异在α=0.01水平下具有统计学意义。具体来说，就是该分析结果表明在力学问题分类测试中的两项表征总成绩存在显著差异的高三学生，其在第一次诊断性考试中的物理成绩也存在显著性差异。通过以上研究，我们发现，当我们分别以第一项表征成绩、第二项表征成绩和两项表征总成绩作为区分优困生的依据时，得出的结论是：第一项表征成绩、第二项表征成绩和两项表征总成绩存在显著差异的学生，其物理考试成绩也存在显著差异。这种差异具体表现为：在物理问题分类测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩和两项表征总成绩好的学生，其物理成绩也好；在物理问题分类测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩和两项表征总成绩不好的学生，其物理成绩也不好。4.3第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析在4.1、及4.2两节研究中，我们发现高三学生在第一次诊断性考试中的物理成绩与学生在力学问题分类测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩和两项表征总成绩之间似乎存在着某种对应关系。那么，高三学生在第一次诊断性考试中的物理成绩与此次问卷调查中的表征成绩的相关性如何？带着这个问题，本人分别对全体被试第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩、学优生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩、学困生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩做了相关性分析。4.3.1全体被试第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析本研究在从三个方面对全体被试第一次诊断性考试物理成绩与物理问题表征24 成绩进行了相关性分析时。这三个方面分别是：全体被试第一次诊断性考试物理成绩与第一项表征成绩相关分析、全体被试第一次诊断性考试物理成绩与第二项表征成绩相关分析、全体被试第一次诊断性考试物理成绩与两项表征总成绩相关分析。具体的研究如下：①全体被试第一次诊断性考试成绩与第一项表征成绩相关分析首先，本研究以全体被试为研究对象，对全体被试第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩做了相关性分析。分析结果见表4.7。表4.7全体被试第一次诊断性考试物理成绩与第一项表征成绩相关分析物理成绩第一项表征成绩**1.581Pearson相关性物理成绩.000显著性（双侧）N177177**.5811Pearson相关性第一项表征成绩显著性（双侧）.000N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.7可以看出，全体被试第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.581，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。②全体被试第一次诊断性考试物理成绩与第二项表征成绩相关分析其次，本研究以全体被试为研究对象，对全体被试第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩做了相关性分析。分析结果见表4.8。由表4.8可以看出，全体被试第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩的Pearson相关系数r=0.620，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。25 表4.8全体被试第一次诊断性考试物理成绩与第二项表征成绩相关分析物理成绩第二项表征成绩**Pearson相关性1.620物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.6201第二项表征成绩显著性（双侧）.000N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。③全体被试第一次诊断性考试物理成绩与两项表征总成绩相关分析最后，本研究以全体被试为研究对象，对全体被试第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的两项表征总成绩做了相关性分析。分析结果见表4.9。表4.9全体被试第一次诊断性考试物理成绩与两项表征总成绩相关分析物理成绩两项表征总成绩**Pearson相关性1.627物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.6271两项表征总成绩显著性（双侧）.000N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.9可以看出，全体被试第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.627，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的两项表征总成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。通过以上研究我们发现，全体被试在第一次诊断性考试中的物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩以及两项表征的总成绩之间，均在α=0.01水平（双侧）上具有显著的正相关。这说明，全体学生的26 物理成绩的物理问题物理问题表征能力在α=0.01水平上具有显著的正相关。因此，在某种程度上我们可以认为，在中学物理教学中，教师可以通过提高学生的物理问题表征能力，来提高学生解决物理问题的能力。4.3.2学优生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析①学优生第一次诊断性考试物理成绩与第一项表征成绩相关分析首先，本研究以学优生为研究对象，对学优生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩做了相关性分析。分析结果见表4.10。表4.10学优生第一次诊断性考试物理成绩与第一项表征成绩相关分析物理成绩第一项表征成绩*1.407Pearson相关性物理成绩.026显著性（双侧）N3030*.4071Pearson相关性第一项表征成绩显著性（双侧）.026N3030*.在.05水平（双侧）上显著相关。由表4.10可以看出，学优生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.407，同时，显著性水平p<0.05，说明学优生的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩在α=0.05水平（双侧）上，具有显著的正相关。②学优生第一次诊断性考试物理成绩与第二项表征成绩相关分析其次，本研究以学优生为研究对象，对学优生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩做了相关性分析。分析结果见表4.11。由表4.11可以看出，学优生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩的Pearson相关系数r=0.459，同时，显著性水平p<0.05，说明学优生的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩在α=0.05水平（双侧）上，具有显著的正相关。27 表4.11学优生第一次诊断性考试物理成绩与第二项表征成绩相关分析物理成绩第二项表征成绩*Pearson相关性1.459物理成绩显著性（双侧）.011N3030*Pearson相关性.4591第二项表征成绩显著性（双侧）.011N3030*.在.05水平（双侧）上显著相关。③学优生第一次诊断性考试物理成绩与两项表征总成绩相关分析最后，本研究以学优生为研究对象，对学优生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩做了相关性分析。分析结果见表4.12。表4.12学优生第一次诊断性考试物理成绩与两项表征总成绩相关分析物理成绩两项表征总成绩*1.450Pearson相关性物理成绩.013显著性（双侧）N3030*.4501Pearson相关性两项表征总成绩显著性（双侧）.013N3030*.在.05水平（双侧）上显著相关。由表4.12可以看出，学优生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.450，同时，显著性水平p<0.05，说明学优生的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩在α=0.05水平（双侧）上，具有显著的正相关。通过以上研究我们发现，学优生在第一次诊断性考试中的物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩以及两项表征总成绩之28 间，均在α=0.05水平（双侧）上，具有显著的正相关。这说明，学优生的物理成绩与其物理问题表征能力在α=0.05水平上具有显著的正相关。之所以学优生的物理成绩与其物理问题表征能力的相关性没有像全体被试与其物理问题表征能力的相关性一样，在更高的显著性水平（α=0.01）上具有显著的正相关，可能的原因有以下几个：第一，调查的学生全都是四川省广安中学的高三学生，四川省广安中学是一所国家级重点中学，其高三学生主体物理学业水平较高；第二，选取的被试分别为2018届高三毕业班中的宏志班（2班）、火箭班（4班）以及实验班（6班），相对平行班而言，这些学生的物理学业水平较高；第三，本项研究中选取的研究对象为这三个班级中，第一次诊断性考试物理成绩排名前30的学生，这些学生的物理学业水平较高，同时，他们的物理问题表征能力较强。因此，他们的物理学业水平以及物理问题表征能力存在的差异较小。4.3.3学困生第一次诊断性考试物理成绩与表征成绩相关分析①学困生第一次诊断性考试物理成绩与第一项表征成绩相关分析首先，本研究以学困生为研究对象，对学困生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩做了相关性分析。分析结果见表4.13。表4.13学困生第一次诊断性考试物理成绩与第一项表征成绩相关分析物理成绩第一项表征成绩**Pearson相关性1.561物理成绩显著性（双侧）.001N3030**Pearson相关性.5611第一项表征成绩显著性（双侧）.001N3030**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.13可以看出，学困生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.561，同时，显著性水平p=0.001，说明学优生的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。②学困生第一次诊断性考试物理成绩与第二项表征成绩相关分析29 其次，本研究以学困生为研究对象，对学困生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩做了相关性分析。分析结果见表4.14。表4.14学困生第一次诊断性考试物理成绩与第二项表征成绩相关分析物理成绩第二项表征成绩**Pearson相关性1.534物理成绩显著性（双侧）.002N3030**Pearson相关性.5341第二项表征成绩显著性（双侧）.002N3030**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.14可以看出，学困生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩的Pearson相关系数r=0.534，同时，显著性水平p=0.002，说明学优生的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第二项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。③学困生第一次诊断性考试成绩与两项表征总成绩相关分析最后，本研究以学困生为研究对象，对学困生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的两项表征总成绩做了相关性分析。分析结果见表4.15。表4.15学困生第一次诊断性考试物理成绩与两项表征总成绩相关分析物理成绩两项表征总成绩**Pearson相关性1.608物理成绩显著性（双侧）.000N3030**Pearson相关性.6081两项表征总成绩显著性（双侧）.000N3030**.在.01水平（双侧）上显著相关。30 由表4.15可以看出，学困生第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的两项表征总成绩的Pearson相关系数r=0.608，同时，显著性水平p<0.001，说明学优生的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的两项表征总成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。通过以上分析我们发现，学困生在第一次诊断性考试中的物理成绩与他们在力学问题分类测试中的第一项表征成绩、第二项表征成绩以及两项表征的总成绩之间，均在α=0.01水平（双侧）上具有显著的正相关。这说明，学困生的物理成绩与学困生的物理问题表征能力在α=0.01水平上具有显著的正相关。因此，我们可以认为，提高学困生解决物理问题的能力的有效方法之一，就是对学困生进行物理问题表征训练。这不仅可以加强学困生家里物理问题表征的主动性，还可以帮助他们养成良好的做题习惯，从而提高学困生的物理问题解决能力。4.4第一次诊断考试物理成绩与不同力学问题表征成绩相关分析在本研究进行问卷调查的“力学问题分类测试”这套测试题目中，主要包含了三类力学问题。第一类，牛顿问题，主要考查的是高三学生对与牛顿第二定律有关的力学问题的表征水平。第二类，动量问题，主要考查的是高三学生对与动量定理和动量守恒定律有关的力学问题的表征水平。第三类，能量问题，主要考查的是高三学生对与动能定理和能量守恒定律有关的力学问题的表征水平。在以上研究中，我们了解到学生的物理成绩与其力学问题表征能力具有显著的正相关。那么，学生的物理成绩与不同类型的力学问题表征成绩是否都具有显著的正相关呢？接下来我们将对此进行深入探究。4.4.1第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题表征成绩相关分析①第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题第一项表征成绩相关分析在对第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题表征进行相关分析时，首先，我们以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成绩与其在力学问题分类测试中的牛顿问题的第一项表征成绩进行了相关分析。分析结果见表4.16。由表4.16可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的牛顿问题的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.574，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的牛顿问题的第一项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。31 表4.16第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题第一项表征成绩相关分析物理成绩牛顿问题第一项表征成绩**Pearson相关性1.574物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.5741牛顿问题第一项显著性（双侧）.000表征成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。②第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题第二项表征成绩相关分析其次，我们以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成绩与其在力学问题分类测试中的牛顿问题的第二项表征成绩进行了相关分析。分析结果见表4.17。表4.17第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题第二项表征成绩相关分析物理成绩牛顿问题第二项表征成绩**Pearson相关性1.566物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.5661牛顿问题第二项表显著性（双侧）.000征成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.17可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的牛顿问题的第二项表征成绩的Pearson相关系数r=0.566，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的牛顿问题的第二项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。③第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题两项表征总成绩相关分析最后，我们以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成32 绩与其在力学问题分类测试中的牛顿问题的两项表征总成绩进行了相关分析。分析结果见表4.18。表4.18第一次诊断性考试物理成绩与牛顿问题两项表征总成绩相关分析物理成绩牛顿问题两项表征总成绩**Pearson相关性1.611物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.6111牛顿问题两项表显著性（双侧）.000征总表征成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.18可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的牛顿问题的两项表征总成绩的Pearson相关系数r=0.611，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的牛顿问题的两项表征总成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。通过以上分析我们发现，全体被试在第一次诊断性考试中的物理成绩与他们在力学问题分类测试中的牛顿问题的第一项表征成绩、第二项表征成绩以及两项表征的总成绩之间，均在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。这说明，全体被试的物理成绩与其对牛顿问题的表征能力在α=0.01水平上，具有显著的正相关。因此，我们可以认为，物理成绩越好的学生，其对牛顿问题的表征能力越强。同时，结合前面的研究中学生的力学问题表征情况，我们发现，力学问题的表征能力越强的学生，其建立牛顿问题表征的能力越强。4.4.2第一次诊断性考试物理成绩与动量问题表征成绩相关分析①第一次诊断性考试成绩与动量问题第一项表征成绩相关分析在对第一次诊断性考试物理成绩与动量问题表征进行相关分析时，首先，我们以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成绩与其在力学问题分类测试中的动量问题的第一项表征成绩进行了相关分析。分析结果见表4.19。33 表4.19第一次诊断性考试物理成绩与动量问题第一项表征成绩相关分析物理成绩动量问题第一项表征成绩**Pearson相关性1.414物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.4141动量问题第一项显著性（双侧）.000表征成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.19可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的动量问题的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.414，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的动量问题的第一项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。②第一次诊断性考试物理成绩与动量问题第二项表征成绩相关分析其次，我们以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成绩与其在力学问题分类测试中的动量问题的第二项表征成绩进行了相关分析。分析结果见表4.20。表4.20第一次诊断性考试物理成绩与动量问题第二项表征成绩相关分析物理成绩动量问题第二项表征成绩**Pearson相关性1.549物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.5491动量问题第二项显著性（双侧）.000表征成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.20可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问34 题分类测试中的动量问题的第二项表征成绩的Pearson相关系数r=0.549，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的动量问题的第二项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。③第一次诊断性考试物理成绩与动量问题两项表征总成绩相关分析最后，本研究以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成绩与其在力学问题分类测试中的动量问题的两项表征总成绩进行了相关分析。分析结果见表4.21。表4.21第一次诊断性考试物理成绩与动量问题两项表征总成绩相关分析物理成绩动量问题两项表征总成绩**Pearson相关性1.523物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.5231动量问题两项表显著性（双侧）.000征总成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.21可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的动量问题的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.523，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的动量问题的两项表征总成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。通过以上分析我们发现，全体被试在第一次诊断性考试中的物理成绩与他们在力学问题分类测试中的动量问题的第一项表征成绩、第二项表征成绩以及两项表征的总成绩之间，均在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。这说明，全体被试的物理成绩与其对动量问题的表征能力在α=0.01水平上，具有显著的正相关。因此，我们可以认为，物理成绩越好的学生，其对动量问题的表征能力越强。同时，结合前面的研究中学生的力学问题表征情况，我们发现，力学问题的表征能力越强的学生，其建立动量问题表征的能力越强。35 4.4.3第一次诊断性考试物理成绩与能量问题表征成绩相关分析①第一次诊断性考试物理成绩与能量问题第一项表征成绩相关分析在对第一次诊断性考试物理成绩与能量问题表征进行相关分析时，首先，我们以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成绩与其在力学问题分类测试中的能量问题的第一项表征成绩进行了相关分析。分析结果见表4.22。表4.22第一次诊断性考试物理成绩与能量问题第一项表征成绩相关分析物理成绩能量问题第一项表征成绩**1.479Pearson相关性物理成绩.000显著性（双侧）N177177**Pearson相关性.4791能量问题第一项.000显著性（双侧）表征成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.22可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的能量问题的第一项表征成绩的Pearson相关系数r=0.479，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的能量问题的第一项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。②第一次诊断性考试物理成绩与能量问题第二项表征成绩相关分析首先，我们以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成绩与其在力学问题分类测试中的能量问题的第二项表征成绩进行了相关分析。分析结果见表4.23。由表4.23可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的能量问题的第二项表征成绩的Pearson相关系数r=0.536，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的能量问题的第二项表征成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。36 表4.23学优生第一次诊断性考试物理成绩与能量问题第一项表征成绩相关分析一诊物理成绩能量问题第二项表征成绩**Pearson相关性1.536一诊物理成绩显著性（双侧）.000N177177**Pearson相关性.5361能量问题第二项显著性（双侧）.000表征成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。③第一次诊断性考试物理成绩与能量问题两项表征总成绩相关分析最后，我们以全体被试为研究对象，对高三学生第一次诊断性考试的物理成绩与其在力学问题分类测试中的能量问题的两项表征总成绩进行了相关分析。分析结果见表4.24。表4.24学优生第一次诊断性考试物理成绩与能量问题两项表征总成绩相关分析物理成绩能量问题两项表征总成绩**1.555Pearson相关性物理成绩.000显著性（双侧）N177177**Pearson相关性.5551能量问题两项表.000显著性（双侧）征总成绩N177177**.在.01水平（双侧）上显著相关。由表4.24可以看出，全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的能量问题的两项表征总成绩的Pearson相关系数r=0.555，同时，显著性水平p<0.001，说明全体被试的第一次诊断性考试物理成绩与他们在力学问题分类测试中的能量问题的两项表征总成绩在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。37 通过以上分析我们发现，全体被试在第一次诊断性考试中的物理成绩与他们在力学问题分类测试中的能量问题的第一项表征成绩、第二项表征成绩以及两项表征的总成绩之间，均在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。这说明，全体被试的物理成绩与其对能量问题的表征能力在α=0.01水平上，具有显著的正相关。因此，我们可以认为，物理成绩越好的学生，其对能量问题的表征能力越强。同时，结合前面的研究中学生的力学问题表征情况，我们发现，力学问题的表征能力越强的学生，其建立能量问题表征的能力越强。4.4节的数据分析结果说明，全体被试在第一次诊断性考试中的物理成绩与他们在力学问题分类测试中的牛顿问题的表征成绩、动量问题的表征成绩以及能量问题的表征成绩之间，均在α=0.01水平（双侧）上，具有显著的正相关。这说明，全体被试的物理成绩与其对牛顿问题、动量问题、能量问题的表征能力在α=0.01水平上，具有显著的正相关。结合前面的研究结果，我们发现，物理成绩越好的学生，其对力学问题表征能力越强，对牛顿问题、动量问题、能量问题的表征能力越强。因此，在实际的中学物理教学中，教师可以通过对学习者进行物理问题表征等方面的训练，提升学生的物理问题表征能力，提高学生解决物理问题的能力。从本研究的研究结果中还可以看出，学生对物理问题的分类层次与其物理学业水平相关。物理学业水平越高的学生，其分类层次越高。同时，分类层次越高的学生，其物理学业水平往往也越高。所以在一定程度上，我们可以认为，对学生进行问题分类及表征测试可以作为一种新的中学物理教学评价方式。这将在一定程度上缓解教师工作量大、学生作业多的现象。38 5高中物理力学问题表征案例分析5.1教学建议根据本研究的结果，我们总结出以下教学建议：第一，加强学生物理问题表征的主动性，养成良好的思维方式。学生的学习风格对物理问题表征有一定的影响，这种影响主要表现在抽象概括性思维特质方面。因此，物理教师要了解学生的学习风格，并教给学生解决物理问题的一般方法：第一步，读审题目，形成对物理问题的初始表征；第二步，根据物理原理列出方程；第三步，进行数学运算；第四步，检验结果。让学生逐步养成良好的解决问题的思维习惯。第二，在实际教学中，中学物理教师应引导学生自主建构物理学科领域知识结构，培养学生知识分类意识。教师在教学过程中要强调物理问题的内在内容和深层结构，这样，学生才会养成良好的做题习惯，在物理问题解决时才能使恰当的样例被激活，对物理问题建立快速正确的表征。第三，注重学生专业知识的积累和和良好问题结构的构建。在我们的研究中，对学生物理问题表征影响最大的就是物理专门知识。学生的物理概念和物理规律掌握的越扎实，就越容易发现问题的深层结构，实现对问题解决所依赖的认知场的建构，对物理问题进行深层表征。第四，注重对学生元认知能力的培养和训练。教育心理学的研究表明，元认知能力是影响学生解决问题的重要心理因素。同样地，在学生进行物理问题表征的过程中，元认知能力也将发挥重要作用。第五，中学物理教师可适时、适当地对学生进行物理问题表征测试，以便更清晰地了解不同班级、不同学生的物理学习情况，进行有针对性的教学。5.2高中物理力学问题教学案例分析设计5.2.1高中物理力学问题教学案例分析设计目的基于以上教学建议，高中物理教师在教学过程中应以问题的深层结构表征为中心，教会学生知识建构的一般方法。在学生作业中，也应突出问题的深层结构。为此，本研究将基于物理问题表征对高中物理力学问题进行教学案例分析。设计此案例分析主要有以下几个目的：通过基于物理问题表征的教学方式，教会学生物理知识构建的方法，提高学生的物理问题表征能力，改进和完善学生解决物理39 问题的思维方式，进而提高他们解决物理问题的能力。5.2.2高中物理力学问题教学案例分析设计思路本研究中的教学案例的授课对象是高三年级的学生。在知识上，大部分高三年级的学生，都已经形成了较为完整的高中物理力学知识结构。他们已经了解和掌握解决高中物理力学问题的基本方法，有些甚至已经达到了熟练的程度。从起点能力看，处于该阶段的学生已经形成了比较、归纳的思维方式。但是，学生进行物理问题表征的能力以及综合运用知识的能力还有待进一步加强，为此，高中物理教师在教学过程中，要做好各项引导工作，帮助学生构建良好的问题结构，建立正确的物理问题表征，使物理问题得到有效解决。为了达到上述案例分析设计目的，本研究将以高中物理力学问题中比较典型的五道习题为教学为教学案例，分别对这五道习题进行教学案例分析。该案例分析的课时为两课时，课型为习题课，授课对象为高三年级学生。对每一道题目的分析主要包括两个部分。第一部分，高中物理教师习题教学模板。在本研究中，主要从以下四个板块来设计了高中物理教师习题教学模板：板块一，过程、位置示意图，或是受力分析图，运动状态分析图等；板块二，解题依据及方程；板块三，数学处理；板块四，结果与讨论。第二部分，学生作业模板。在本研究中，学生作业模板包含以下四个步骤：第一步，画出过程及受力分析示意图；第二步，选择物理原理列方程；第三步，进行数学运算，分析选择物理原理的可行性；第四步，得出计算结果。在这种教学方式下，学生的作业模板是固定的，学生需要按照作业模板一步一步地解决物理问题。为此，本研究专门设计了基于物理问题表征的教学模式的答题卡（详见附录C）。5.2.3高中物理力学问题教学案例分析内容说明力学知识是物理学的基础，力学问题所要解决的中心课题是力和运动的关系。深刻理解、熟练掌握物理规律,是解决力学综合问题的基础和前提。一般情况下,若研究某一时刻(或某一位置)的动力学问题,用牛顿第二定律求解。研究某一物理过程的力学问题时,物理规律的选用通常遵循以下原则:第一，若物体受到的各个力均是恒力,且又直接涉及物体运动过程中的加速度问题，应采用牛顿第二定律和运动学公式求解；第二，对于不涉及物体运动过程中的加速度,而涉及运动时间的问题,如击打一类问题,因作用时间极短，且冲力随时间变化，则应用动量定理求解；第三，对于不涉及物体运动过程中的加速度和时间的问题,无论是恒力做功40 还是变力做功,一般利用动能定理求解;若该问题中物体只有重力做功和弹力做功,则采用机械能守恒定律求解；第四，对于完全弹性碰撞问题,应用动量守恒定律及能量守恒定律求解。第五，对于非完全弹性碰撞问题，应用能量守恒定律求解。在本研究中，主要是对高中物理力学问题中比较典型的五道习题（详见附录B）进行教学案例分析，求解教学案例一、教学案例二、教学案例三中的试题所需的物理专业知识相对较少，完成这三道题目的习题教学需要1个课时。教学案例四和教学案例五中的两道习题比较复杂，考查的知识点较多，完成这两道试题的习题教学也需要1个课时。本研究中教学案例分析的教学教学目标分为知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三个方面。在知识与技能方面的教学目标：第一，复习巩固高中物理力学基本原理；第二，教会学生知识构建的方法，完善学生的知识结构；第三，能够运用高中物理力学基本原理解决常见的力学问题。在过程与方法方面的教学目标：第一，通过复习引入，回顾高中物理力学基本原理及其适用范畴；第二，通过问题探究，学会运用基于物理问题表征的问题解决方法。在情感态度价值观方面的教学目标：第一，培养学生的物理问题分类意识；第二，增强学生解决物理问题的信心，提高学生对物理学习的积极性。此外，该教学案例分析的教学重点有两个：一是教会学生知识构建的方法，完善学生的知识结构；二是教会学生表征运用基于物理问题表征的问题解决方法。其教学难点是教会学生运用基于物理问题表征的问题解决方法，帮助学生养成良好的思维习惯。5.3高中物理力学问题教学案例分析5.3.1高中物理力学问题教学案例分析一①试题如图3—3—3在倾角为α的固定光滑斜面上，有一用绳子拴着的长木板，木板上站着一只猫。已知木板的质量是猫的质量的2倍。当绳子突然断开时，猫立即沿着板向上跑，以保持其相对斜面的位置不变，则此时木板沿斜面下滑的加速度为()1A.gsinαB.gsinα241 3C.gsinαD.2gsinα2②教学程序1）过程、位置示意图及受力分析图2）解题依据及方程以猫和木板组成的系统为研究对象，猫相对于斜面静止，其相对斜面的加速度为0，木板沿斜面向下做匀加速直线运动，设其加速度为a。结合对该质点系的受力分析，由质点系的牛顿第二定律列出方程⑴：3mgsinα=m⋅0+2m⋅a…………………………………⑴3）数学处理3由(1)式即可计算出木板沿斜面下滑的加速度a=gsinα，故正确答案为C2选项。4）结果与讨论在该习题教学模板中，采用了质点系的牛顿第二定律，简化了解题过程，但实际上，这对学生的思维能力要求较高。教师在教学过程中，对于物理基础较好的学生，可补充讲解此种解题方法。③学生作业模板1）受力分析图及运动情况分析质点系运动情况分析：猫的加速度为0，木板沿斜面向下做匀加速直线运动。2）选择物理原理列方程42 a.物理原理：质点系的牛顿第二定律b.列方程：3mgsinα=m⋅0+2m⋅a………………………………………(1)3）分析所列方程的可行性，进行数学计算a.可行性分析：共列出一个方程，含一个未知数a，由此可见，我们可以根据这一个方程解出木板沿斜面下滑的加速度a。b.数学计算：3（1）a=gsinα……………………………………………(2)24）计算结果3a=gsinα木板沿斜面下滑的加速度2，故正确答案为C选项。5.3.2高中物理力学问题教学案例分析二①习题一个质量为m=2kg的物体，在F1=8N的水平推力作用下，从静止开始沿水平面运动了t1=5s，然后推力减小为F2=5N，方向不变，物体又运动了t2=4s后撤去外力，物体再经过t3=6s停下来。试求物体在水平面上所受的摩擦力。②教学程序1)过程、位置示意图及受力分析图0-5s,物体从静止开始做匀加速直线运动，对其进行受力分析如下：5-9s，物体继续向前运动，对其进行受力分析如下：43 9-15s，物体做匀减速直线运动，对其进行受力分析如下：2)解题依据及方程以物体为研究对象，在其整个运动过程中，由动量定理可列出(1)式：(F1t1+F2t2)−f(t1+t2+t3)=0………………………………(1)3)数学处理Ft+Ft1122将(1)式稍作整理即可得到，代入具体数值可解出f=f=4N，方t+t+t123向与F1相反。4)结果与讨论在本题中，物体的运动可分为三个过程，在每一过程中物体的受力情况、运动时间以及物体的初动量、末动量，所以我们可以直接研究物体整个运动过程，由动量定理列方程求解。③学生作业模板过程示意图及受力分析图1)t1时间内t2时间内t3时间内2）选择物理原理列方程a.物理原理：动量定理b.列方程：(F1t1+F2t2)−f(t1+t2+t3)=0……………………(1)t1=5s,t2=4s,t3=6s………………………………(2)F=8N,F=5N…………………………………………(3)1244 3）分析所列方程可行性，进行数学计算a.可行性分析：在前面列出的方程中，方程(1)中包含未知数f，方程(2)、(3)中给出了其他物理量的取值。由此可见，我们只需将方程(2)、(3)中给出的其他物理量的取值代入方程(1)，即可解出物体在水平面上所受的摩擦力f。b.数学计算：(1)(2)(3)f=4N………………………………………(4)4）计算结果物体在水平面上所受的摩擦力f=4N。5.3.3高中物理力学问题教学案例分析三①试题4（2017年全国I卷第24题）一质量为8.00×10kg的太空飞船从其飞行轨53道返回地面。飞船在离地面高度1.60×10m处以7.5×10m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为100m/s时下落到地面。取地面为重力势能零点，在飞船2下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取为9.8m/s。（结果保留2位有效数字）问题1：分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；问题2：求飞船从离地面高度600m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。②教学程序1）过程、位置示意图45 2）解题依据及方程本题的问题1需要求解的是飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能，设飞船在着地前的机械能为E3，飞船在假如大气层时的机械能为E1，直接根据机械能等于动能和势能之和，结合动能和势能的定义式即可列出(1)式和(2)式：12E=mv……………………………………………………(1)33212E=mv+mgh………………………………………………(2)1112本题的问题2要求飞船从离地面高度600m处至着地前瞬间克服阻力所做的功，飞船在这一过程的初末状态的速度均容易找到，且已知飞船质量，由此可以计算飞船的初末动能。我们容易想到，可以用动能定理来求解克服阻力所做的功Wf，由动能定理：1212mv−mv=mgh−W232f………………………………………(3)223）数学处理8问题1：将m及v的数值代入(1)式，即可解得E=4×10J将m、v、g、33；112h1的数值代入(2)式，即可解得E=4.2×10J1。8m、v、v、g、h2的数值代入(3)式，即可解得：W=7.9×10J问题2：将23f。4）结果与讨论在本题中，问题1只需要熟记机械能与动能和势能之间的关系，结合动能和重力势能的定义式列方程即可求解；问题2需要学生觉察到物理问题的已知条件和所求物理量之间的联结点（动能定理），才能顺利求解。在某力对物体做的功时，如果物体运动的位移未知，而物体运动的初末速度（或者是初末动能）已知，往往需要根据动能定理列方程计算做功。而在计算阻力做功时，我们也可以用能量守恒定律，先计算出物体在某一运动过程中的能量损失，再由损失的能量与阻力做功的关系，间接地计算出物体在这一过程中阻力所做的功。概括起来，高中阶段计算做功的方法有三种方法，第一种是用定义式，第二种是用动能定理，第三种是用能量守恒定律。③学生作业模板1）过程、位置示意图及受力分析图46 2）选择物理原理列方程a.物理原理：问题1机械能等于动能和势能之和，动能及重力势能定义式问题2动能定理b.列方程：12E=mv问题133……………………………………………(1)212E=mv+mgh…………………………………………(2)111242m=8×10kg，g=8.9m/s………………………………(3)3v=5.7×10m/s,v=100m/s……………………………(4)13问题21212mv−mv=mgh−W………………………………(5)232f22h=600m…………………………………………………(6)2v=2%v………………………………………………(7)213）分析所列方程可行性，进行数学计算a.可行性分析：问题1方程(1)和方程(2)这两个方程中共含两个未知数，其他物理量的取值已在(3)、(4)两式中给出，由此可见，利用(1)至(4)式可以将飞船在着地前瞬间的机械能E3和它进入大气层时的机械能E1。问题2方程(5)和方程(7)两个方程共含两个未知数，其他物理量的取值均已知，由此可见，利用(3)至(7)式可以计算出飞船从离地面高度600m47 处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功。b.数学计算：问题18(1)(3)(4)E=4×10J…………………………(8)312(2)(3)(4)E=4.2×10J…………………………(9)1问题2(4)(7)v=150m/s…………………………………(10)28(3)(4)(5)(6)(10)W=7.9×10J…………………(11)f4）计算结果8问题1飞船在着地前瞬间的机械能E=4×10J312进入大气层时的机械能E=4.2×10J1问题2飞船从离地面高度600m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的8功W=7.9×10Jf。5.3.4高中物理力学问题教学案例分析四①试题(2013年全国卷II第35题第（2）问)如图，光滑水平直轨道上有三个质童均为m的物块A、B、C。B的左侧固定一轻弹簧（弹簧左侧的挡板质最不计)。设A以速度v朝B运动，压缩弹簧；当A、B速度相等时，B与C恰好相碰并粘接0在一起，然后继续运动。假设B和C碰撞过程时间极短。求从A开始压缩弹簧直至与弹黄分离的过程中，问题1：整个系统损失的机械能；问题2：弹簧被压缩到最短时的弹性势能。②教学程序1）过程、位置示意图及受力分析图第一个过程：在A、B发生碰撞时，动量守恒。1vv00248 第二个过程：B、C发生碰撞时，动量守恒11v0v2=v024第三个过程：A、B、C速度相同时，动量守恒。1vv3=v0032）解题依据及方程问题1：在第一个过程中，由动量守恒可列出(1)式；在第二个过程中，由动量守恒可列出(2)式；系统损失的机械能等于B、C两物体碰撞前后的动能之差，由此可得(3)式：mv=2mv………………………………………………(1)01mv=2mv……………………………………………(2)121212mv−mv=ΔE……………………………………(3)1222问题2：A、B、C速度相同时，由动量守恒可得(4)式，在整个过程中，由能量守恒定律可得(5)式：mv=3mv…………………………………………………(4)031212mv−ΔE=⋅3mv+E…………………………………(5)03P223）数学处理11问题1：由（1）式可得v=v，代入②式可得:v=v，将v,v的计算1020122449 12结果代入(3)式可得ΔE=mv016。1v=v30问题2：由(4)式可得3，将ΔE、v3的计算结果代入(5)式即可得出弹132E=mvP0簧被压缩至最短时的弹性势能为48。4）结果与讨论在与碰撞有关的力学问题中，如果是完全弹性碰撞，则系统的动量守恒且能量守恒；如果是非弹性碰撞，则系统动量守恒，同时系统会存在能量损失，损失的能量可由能量守恒定律求解。③学生作业模板1）过程、位置示意图及受力分析图第一个过程：在A、B发生碰撞时，动量守恒。1vv002第二个过程：B、C发生碰撞时，动量守恒11v0v2=v024第三个过程：A、B、C速度相同时，动量守恒。1vv3=v00350 2）选择物理原理列方程a.物理原理：问题1动量守恒定律，能量守恒定律问题2动量守恒定律，能量守恒定律b.列方程：问题1mv=2mv…………………………………………(1)01mv=2mv…………………………………………(2)121212mv=mv+ΔE………………………………(3)2122问题2mv=3mv……………………………………………(4)031212mv−ΔE=⋅3mv+E………………………(5)2023P3）分析所列方程可行性，进行数学计算a.可行性分析：问题1共列出三个方程，含三个未知物理量(v,v,ΔE）。由此可见，整个12系统损失的机械能ΔE可由以上三个方程解出。问题2共列出两个方程，含两个未知物理量（v,E）。由此可见，弹簧被3P压缩至最短时的弹性势能E可由以上两个方程解出。Pb.数学计算：问题11(1)v=v…………………………………………………(6)1021(2)v=v………………………………………………(7)20412(3)(6)(7)ΔE=mv……………………………………(8)160问题21(4)v=v……………………………………………(9)102132(5)(8)(9)E=mv…………………………………(10)P0484）计算结果12问题1整个系统损失的机械能为。ΔE=mv01651 132问题2弹簧被压缩到最短时的弹性势能。E=mvP0485.3.5高中物理力学问题教学案例分析五①试题如图所示，光滑的水平地面上有一木板，其左端放有一重物，右方有一竖直μ的墙。重物质量为木板质量的2倍，重物与木板间的动摩擦因数为。使木板与重物以共同的速度v0向右运动，某时刻木板与墙发生弹性碰撞，碰撞时间极短。求木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间。设木板足够长，重物始终在木板上。重力加速度为g。②教学程序2）过程、位置示意图及受力分析图过程一：木板第一次与墙碰撞后，重物和木板都做匀减速直线运动，最后木板与重物达到共同速度v。过程二：再经过t时间，木板与墙生第二次碰撞。在t时间内，木板和重物22一起做匀速直线运动。2）解题依据及方程在过程一中，由动量守恒定律可得(1)式，由动量定理可得(2)式，由牛顿第二定律可得(3)式，此时木板与墙的距离s由匀变速直线运动的速度位移公式可得(4)式：52 2mv−mv=2(m+m)v………………………………………(1)00μ⋅2mgt=mv−m(−v)………………………………………(2)102μmg=ma……………………………………………………(3)12s=vt−at………………………………………………(4)0121在第二个过程中，由匀变速直线运动的规律可得(5)式：s=vt…………………………………………………………(5)23）数学处理12v0由(1)式可得v=v，代入②式可得t=；由(3)式可得a=2μg，将t和a01133μg24v2v00的计算值代入(4)式可得s=。将s的计算值代入(5)式即可解得t=。29μg3μg4v0因此，木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的总时间为t=t+t=123μg。4）结果与讨论本题目涉及与碰撞有关的力学问题，同时又包含了两个物体之间的相对运动。解决这类物理问题通常用到的基本物理学原理有：动量守恒定律、动能定理、牛顿第二定律。如果涉及时间，还可能会用到动量定理、匀变速直线运动规律、匀速直线运动规律等。具体选用哪些物理学原理，由具体的物理情境决定。③学生作业模板1）过程、位置示意图及受力分析图过程一：木板第一次与墙碰撞后，重物和木板都做匀减速直线运动，最后木板与重物达到共同速度v。53 过程二：再经过t时间，木板与墙生第二次碰撞。在t时间内，木板和重物22一起做匀速直线运动。2）选择物理原理列方程a.物理原理：动量守恒定律，动量定理，牛顿第二定律，匀变速直线运动规律，匀速直线运动规律b.列方程：2mv−mv=2(m+m)v………………………………………………(1)00μ⋅2mgt=mv−m(−v)……………………………………………(2)102μmg=ma…………………………………………………………(3)12s=vt−at………………………………………………………(4)0121s=vt……………………………………………………………(5)2t=t+t……………………………………………………………(6)123）分析所列方程可行性，进行数学计算a.可行性分析：共列出六个方程，含六个未知数（v、t、t、s、a、t）。由此12可见，木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间t可由以上六个方程解出。b.数学计算：1(1)v=v…………………………………………(7)032v0(2)(7)t=………………………………………(8)13μg(3)a=2μg…………………………………………(9)54 24v0(4)(8)(9)s=……………………………………(10)9μg2v0(5)(7)(10)t=…………………………………(11)23μg4v0(6)(8)(11)t=…………………………………(12)3μg4）计算结果4v0木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间为t=。3μg55 研究结论与展望本研究采用文献法及问卷调查法，探讨了高三学生对高中力学问题的分类及表征情况，探索更简易、便捷、高效的教学评价方式。研究以200名高三学生为被试，采用问卷调查法来研究高三学生对力学问题的分类及表征情况，分析了学业不同水平的班级，学生对力学问题的分类及表征差异，并对各个班级优困生测试成绩做了比较分析。最后，对高三学生物理成绩与力学问题分类及表征情况进行了相关分析。通过上述研究，得出了以下几个结论：（1）物理成绩存在显著差异的学生，其物理问题表征能力也存在显著性差异；物理问题表征能力存在显著差异的学生，其物理成绩也存在显著性差异。（2）学生的物理成绩与其对物理问题的表征成绩在α=0.01水平上，具有显著的正相关。具体表现为：物理成绩越好的学生，其物理问题表征能力越强，他们的表征倾向于深层表征；物理问题表征能力越强的学生，其物理成绩也越好。学优生的物理成绩与其物理问题表征能力相关的显著性水平（α=0.05）低于学困生（α=0.01）。（3）对学生进行物理问题分类测试，能够对学生的物理学习情况进行诊断和评价。这种测试方法相比以往的物理学业水平测试，更加便捷和高效，能够让中学物理教师更清晰地了解不同班级、不同学生的物理学习情况，进行有针对性的教学。因此，它可以作为一种新的高中物理教学评价方式。本研究的创新之处有以下两点：第一，利用物理问题分类测试对学习者现有的学习水平进行测验，这是一种教学评价方式的更新。该测试主要有以下几个优点：（1）能够有效测验出学生对某一物理知识的掌握情况，提高学生解决物理问题的能力；（2）测试时间短。这不仅可以减少学生作业、减小学习压力，还可以减少教师的工作量；（3）在这种测试中，教师可以更加清晰地了解到学生解决物理问题的困难之处，以便针对某一物理问题进行有针对性的教学。因此，这种测试方法相比以往的学业水平测试，更加的简易、便捷和高效。第二，该测试有利于学生思维方式的改进和完善。该测试有利于学生对问题表征方式逐渐向深层表征方向发展，这将帮助学生更加快速对物理问题进行分类，找到解决物理问题的物理原理和方法，从而提高学生分析和解决物理问题的能力。虽然在本研究中得到了一定的结论，但是，限于客观条件，本研究还存在着以下不足之处：第一，测试题目内容涉及面不够广，最好能设计多套问卷，对被试进行长期跟踪调查。第二，被试数目不够，应扩大范围，做更深入的研究。第56 三，由于时间及各方面条件的限制，未开展具体的教育实验。第四，被试为高三年级的学生，对于高一、高二年级学生的物理问题表征情况，还有待进一步调查研究。对于以上不足，我将在日后的教学工作中展开进一步研究。本人对这一领域的研究提出以下展望：第一，被试的选择面可以进一步扩大到初中、高中各年级，对各年级的学生物理问题表征进行实证性研究、等组实验研究与个案分析研究相结合的研究；第二，在后续的研究中，希望研究者们能够对高中物理每一章知识，设计相应的分类问题，并对这些系列问题的评价功能进行更深入的研究。57 参考文献[1]廖柏琴，黄希庭.大学生解决物理问题的表征层次的实验研究[J].心理科学，1997（6）：494-498.[2]傅小兰.探索问题解决的奥秘:表征与策略,见:中国心理学会编[J].当代中国心理科学,北京:人民教育出版社,2001,37-42.[3]魏萍.高中生物理问题表征差异及其对教学的启示[D].南京师范大学硕士论文,2009.[4]廖伯琴.中学生物理问题解决的表征差异极其成因探析[M].四川教育出版社,2001.[5]廖元锡,龙志明.高中物理问题解决过程的两种思维方式——问题表征和图式[J].湘潭师范学院学报（自然科学版）,2001,23（4）:94-98.[6]葛楠.物理问题表征水平变化的微观发生研究[D].辽宁师范大学硕士论文,2007.[7]胥兴春,刘电芝.问题表征方式与数学问题解决的研究[J].心理科学进展,2002,（10）3:264-269.[8]邓铸,姜子云.问题解决过程中信息提取的实验研究[J].心理科学,2008,31,3:620-624.[9]佟秀丽,莫雷.表面特征和结构特征在故事类化通达中的作用[J].心理科学进展,2004,12（6）:851-857.[10]辛自强.问题解决中图式的建构:一项应用题分类研究[J].心理发展与教育,2005（11）:69-73.[11]赵冬梅,刘志雅.归类的解释观和跨范畴分类[J].心理科学,2002,5.[12]韩劢,莫雷.分类研究中的原形与样例观[J].心理学探新,2000,2.[13]肖花.中学生物理问题解决的思维障碍分析及教学对策研究[D].湖南师范大学硕士论文,2009.[14]字明,傅小兰.样例理论的发展及其争论[J].心理科学,2002,25（5）:608-609.[15]廖伯琴.中学力学问题表征体系的动态特征[J].心理学报,2001（3）:521-254.[16]唐卫海,孙秀宇.学习策略的元认知训练对学习成绩的影响[J].天津师范大学报（社会科学版）,2006（1）:74-79.[17]王立君,王欣.学生认知方式与力学应用题解答关系的实验研究[J].心理科学,2001,3.[18]胡谊,昊庆麟.质性比较专家与新手的物理问题解决过程[M].应用心理学,2004,10（3）:12-17.[19]胥兴春,刘电芝.问题表征方式与数学问题解决的研究[J].心理科学进展，2001,10（3）：264-269.[20]张金宝.中学生物理学科问题分类能力研究[D].天津师范大学硕士论文,2008.58 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附录A：力学问题分类测试姓名：学号：以下每个项目中均含有三个问题：第一个问题用黑体字印刷；第二、第三个问题前面分．．．．．．．．．．．别标有序号（A）、（B）。序号为（A）、（B）的两个问题中只有一个与第一个问题是同类问题，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．请你将其序号填在每个项目所含第一题后的括号内，并简要说明分类依据。项目1如项目1题干图所示，固定在地面上的光滑斜面倾角为θ，．．θ物体自斜面顶端沿斜面自由下滑，求其加速度。（）分类依据：(A)一个滑块以初速v0在粗糙水平面上沿直轨道减速滑行，经时间t在停止运动，求其加速度。项目1题干图．．(B)质量为m的运动员以一定初速在水平冰面上滑行，其所穿冰鞋与冰面之间的摩擦因数为μ，求运动员滑行的加速度。项目2质量为65kg的物体，从高处掉下，以7m/s的速度着地，与地面接触后经0.01s停下来，地面对物体的平均作用力多大？（）分类依据：(A)长方体木块静止在倾角为θ的斜面上，求木块对斜面的作用力方向。(B)以一定速度水平抛出质量为1kg的物体，求其落地前最后3s内动量变化为少？项目3如项目3题干图所示，质量为m的滑块A，静止在光滑的水平．．面上，另一质量也为2m，速度为v的滑块B滑来正碰在固定在滑块A上的0轻质水平弹簧上，则在弹簧压缩量达到最大时两滑块的速度各为多大？（）项目3题干图分类依据：2（A）汽车在水平路面上以10m/s的速度行驶，关闭发动机后，以0.5m/s的加速度做匀减速行驶，求10s后的汽车的位移和速度。（B）质量为80kg的人，以8m/s的水平速度跳上一辆沿水平冰面迎面驶来的质量为200kg、速度是5m/s的冰车上，则此车的速度变为多大？项目4如项目4题干图所示，质量为0.5kg的物体粗糙球的内表面从．．A点滑到最低点B，速度由2m/s增加到5m/s，A、B两点之间的高度差为1.5m，求摩擦力对物体所做的功。（）项目4题干图分类依据：（A）质量为m的乒乓球以速度v水平撞击竖直墙后，以βv的速率反向弹回，求00竖直墙对乒乓球施加的冲量。（B）一颗质量为m的子弹，以水平速度v射入固定在地面上的厚木块并留在其中，0木块对子弹的阻力逐渐变小，求整个过程中木块对子弹所做的功。项目5如项目5题干图所示，长度为l的轻绳的一端固定一个小球（可．．视为质点），另一端固定在天花板上，最初小球在最低位置，轻绳竖直。将小60项目5题干图 球拉离最低位置至绳与竖直线夹角为37°位置（绳被拉直）释放，求小球回到最低位置的速度。（不计空气阻力）（）分类依据：（A）将物体以5m/s的速度斜向上抛出，其上升的最大高度为1.5m，求物体在最高位置的速率。（不计空气阻力）（B）空中飞行的手榴弹在某一时刻以10m/s的速度水平飞行，此刻它突然炸裂成两块，炸裂后，质量为0.4kg的大块速度为250m/s，其方向与原来方向相反。若取初速方向为正方向，则质量为0.2kg的小块速度为多少？项目6如项目6题干图所示，固定在地面上的光滑斜面倾角为θ，．．物体自斜面顶端沿斜面自由下滑，求其加速度。（）分类依据：θ（A）质量为m的运动员以一定初速v在水平冰面上滑行，其0项目6题干图所穿冰鞋与冰面之间的摩擦因数为μ，求运动员滑行的加速度。（B）如项目6-B图所示，固定在地面上的光滑斜面倾角为θ，质量为m的物体受到水平恒力作用自斜面底端沿斜面匀速上滑，求其受到的水平恒力项目6-B图项目7质量为65kg的物体，从高处掉下，以7m/s的速度着地，与地面接触后经0.01s停下来，地面对物体的平均作用力多大？（）分类依据：（A）质量为50kg的物体，从高处掉下，以7m/s的速度着地，与地面接触后经短时间内停下来，求物体原来离地面多高？（不计空气阻力，重力加速度为g）（B）以一定速度水平抛出质量为1kg的物体，求其落地前最后3s内动量变化为多少？项目8如项目8题干图所示，质量为m的滑块A，静止在光滑的水．．平面上，另一质量也为2m，速度为v的滑块B滑来正碰在固定在滑块A0上的轻质水平弹簧上，则在弹簧压缩量达到最大时两两滑块的速度各为多项目8题干图大？（）分类依据：（A）质量为80kg的人，以8m/s的水平速度跳上一辆沿水平冰面迎面驶来的质量为200kg、速度是5m/s的冰车上，则此车的速度变为多大？（B）如项目8-B图所示，滑块A固定在光滑的水平面上，另一质量为2m，速度为v的滑块B滑来正碰在固定在滑块A上的轻质0水平弹簧上，则在从弹簧开始被压缩到压缩量最大的过程中弹簧对滑项目8-B图块B做了多少功？项目9如项目9题干图所示，质量为0.5kg的物体沿粗糙球的．．内表面从A点滑到最低点B（切线水平），速度由2m/s增加到5m/s，A、B两点之间的高度差为1.5m，求摩擦力对物体所做的功。（）项目9题干图及选项A示意图61 分类依据：（A）如项目9题干图所示，质量为0.5kg的物体，粗糙球的内表面从A点滑到最低点B（切线水平），速度增大到5m/s，A、B两点之间的高度差为半径（1m），求物体在最低位置受到的支持力。（B）一颗质量为m的子弹，以水平速度v射入固定在地面上的厚木块并留在其中，0木块对子弹的阻力逐渐变小，求整个过程中木块对子弹所做的功。项目10如项目10题干图所示，长度为l的轻绳的一端固定一个小球（可．．视为质点），另一端固定在天花板上，最初小球在最低位置，轻绳竖直。将小球拉离最低位置至绳与竖直线夹角为37°位置（绳被拉直）释放，求小球回到最低位置的速度。（不计空气阻力）（）分类依据：（A）如项目10题干图所示，长度为l的轻绳的一端固定一个小球项目10题干图（可视为质点），另一端固定在天花板上，最初小球在最低位置，轻绳及A选项示意图竖直。将小球拉离最低位置至绳与竖直线夹角为4°位置（绳被拉直）释放，小球从释放到最低位置经历的时间为多少？（B）将物体以5m/s的速度斜向上抛出，其上升的最大高度为1.5m，求物体在最高位置的速率。（不计空气阻力）项目11如项目11题干图所示，固定在地面上的光滑斜面倾角为θ，．．物体自斜面顶端沿斜面自由下滑，求其加速度。（）分类依据：（A）一个滑块以初速v在粗糙水平面上沿直轨道减速滑行，0经项目11题干图时间t在停止运动，求其加速度。（B）如项目11-B图所示，固定在地面上的光滑斜面倾角为θ，质量为m的物体在水平恒力F作用下从斜面底端开始沿斜面加速上滑，求其加速度。项目11-B图项目12质量为65kg的物体，从高处掉下，以7m/s的速度着地，与地面接触后经0.01s停下来，地面对物体的平均作用力多大？（）分类依据：（A）一个质量为15kg的小男孩不慎从高楼房顶摔下，假如小孩落到地面上，经0.01s速度迅速变为零，在这段时间内小孩受到平均合力为45000N，求小孩刚好接触地面时的速率。（B）长方体木块静止在一定倾角的斜面上，求木块对斜面的作用力方向。项目13如项目13题干图所示，质量为m的滑块A，静止在光滑的．．水平面上，另一质量也为2m，速度为v的滑块B滑来正碰在固定在滑块0A上的轻质水平弹簧上，则在弹簧压缩量达到最大时两滑块的速度各为多项目13题干图大？（）分类依据：62 2（A）汽车在水平路面上以10m/s的速度行驶，关闭发动机后，以0.5m/s的加速度做匀减速行驶，求10s后的汽车的位移和速度。（B）如项目13题干图所示，质量为m的滑块，静止在光滑的水平面上，另一质．．量也为2m，速度为v的滑块B滑来正碰在固定在滑块A上的轻质水平弹簧上，则入0射滑块速度变为零时被碰滑块的速率为多少？项目14质量为0.5kg的物体粗糙球的内表面从A点滑到最低点B，速度由2m/s增加到5m/s，A、B两点之间的高度差为1.5m，求摩擦力对物体所做的功。（）分类依据：项目14题干图（A）质量为m的乒乓球以速度v水平撞击竖直墙后，以0βv的速率反向弹回，求竖直墙对乒乓球施加的冲量。0（B）如项目14-B图所示，质量为m的滑板运动员，沿竖直圆轨道从A点滑到B点，速度由0增加到v，A、B两点之间的高度差为h，求摩擦力对物体所做的功。项目14-B图项目15如项目15题干图所示，长度为l的轻绳的一端固定一．．个小球（可视为质点），另一端固定在天花板上，最初小球在最低位置，轻绳竖直。将小球拉离最低位置至绳与竖直线夹角为37°位置（绳被拉直）释放，求小球回到最低位置的速度。（不计空气阻力）（）分项目15题类依据：（A）如项目15-A图所示，长度为l的轻绳的一端固定一个小球（可视为质点），另一端固定在天花板上，最初小球在最低位置，轻绳竖直。小球受到水平冲击作用偏离最低位置，绳与竖直线之间最大夹角为45°，小球在最低位置受到冲击后获得的速率。（不计空气阻力）项目15-A图（B）空中飞行的手榴弹在某一时刻以10m/s的速度水平飞行，此刻它突然炸裂成两块，炸裂后，质量为0.4kg的大块速度为250m/s，其方向与原来方向相反。若取初速方向为正方向，则质量为0.2kg的小块速度为多少？项目16如项目16题干图所示，长度为l的轻绳的一端固定一个．．小球（可视为质点），另一端固定在天花板上，最初小球在最低位置，轻绳竖直。将小球拉离最低位置至绳与竖直线夹角为37°位置（绳被拉项目16题干图直）释放，求小球回到最低位置的速度。（不计空气阻力）（）分类依据：及A选项示意图（A）如项目16题干图所示，长度为l的轻绳的一端固定一个小球（可视为质点），另一端固定在天花板上，最初小球在最低位置，轻绳竖直。将小球拉离最低位置至绳与竖直线夹角为4°位置（绳被拉直）释放，小球从释放到最低位置经历的时间为多少？（不计空气阻力）（B）如项目16-B图所示，长度为l的轻绳的一端固定一个小球（可视为质点），另一端固定在天花板上，最初小球在最低位置，轻63项目16-B图 绳竖直。小球受到冲击作用偏离最低位置，绳与竖直线之间最大夹角为45°，小球在最低位置受到冲击后获得的速率。（不计空气阻力）项目17如项目17题干图所示，质量为m的滑块A，静止在光滑的．．水平面上，另一质量也为2m，速度为v的滑块B滑来与固定在滑块A上0的轻质水平弹簧发生正碰，则在弹簧压缩量达到最大时两滑块的速度各为多大？（）分类依据：项目17题干图（A）质量为m的滑块，静止在光滑的水平面上，另一质量也为2m，速度为v的0滑块B滑来正碰在固定在滑块A上的轻质水平弹簧上，则入射滑块速度变为零时被碰滑块的速率为多少？（B）如项目17-B图所示，滑块A固定在光滑的水平面上，另一质量为2m，速度为v的滑块B滑来正碰在固定在滑块A上的轻质0水平弹簧上，则在从弹簧开始被压缩到压缩量最大的过程中弹簧对滑项目17-B图块B做了多少功。项目18质量为65kg的物体，从高处掉下，以7m/s的速度着地，与地面接触后经0.01s停下来，地面对物体的平均作用力多大？（）分类依据：(A)质量为50kg的物体，从高处摔下，以7m/s的速度着地，与地面接触后经短时间内停下来，求物体原来离地面多高？（不计空气阻力，重力加速度为g）(B)一个质量为15kg的小男孩不慎从高楼房顶摔下，假如小孩落到V地面上，经0.01s速度迅速变为零，在这段时间内小孩受到平均合力为45000N，求小孩刚好接触地面时的速率。项目19如项目19题干图所示，固定在地面上的光滑斜面倾角为θ，．．物体自斜面顶端沿斜面自由下滑，求其加速度。（）分类依据：（A）如项目19-A、B图所示，固定在地面上的光滑斜面倾角为θ，质量为m的物体在水平恒力F作用下从斜面底端开始沿斜面加速上项目19题干图滑，求其加速度。（B）如项目19-A、B图所示，固定在地面上的光滑斜面倾角为θ，质量为m的物体受到水平恒力作用自斜面底端沿斜面匀速上滑，求其受到的水平恒力。项目19-A、B图项目20如项目20题干图所示，质量为0.5kg的物体粗糙球的内表．．面从A点滑到最低点B，速度由2m/s增加到5m/s，A、B两点之间的高度差为1.5m，求摩擦力对物体所做的功。（）分类依据：（A）如项目20题干图所示，质量为0.5kg的物体，粗糙球的内表面项目20题干图从A点滑到最低点B（切线水平），速度增大到5m/s，A、B两点之间的高度差为半径（1m），求物体在最低位置受到的支持力。（B）如项目20-B图所示，质量为m的滑板运动员，沿竖直圆轨道从A点滑到B点，速度由0增加到v，A、B两点之间的高度差为h，求摩擦力对物体所做的功。项目20-B图64 附录B：高中物理力学问题习题第1课时1.如图3—3—3在倾角为α的固定光滑斜面上，有一用绳子拴着的长木板，木板上站着一只猫。已知木板的质量是猫的质量的2倍。当绳子突然断开时，猫立即沿着板向上跑，以保持其相对斜面的位置不变，则此时木板沿斜面下滑的加速度为()1A.gsinαB.gsinα23C.gsinαD.2gsinα22.一个质量为m=2kg的物体，在F1=8N的水平推力作用下，从静止开始沿水平面运动了t1=5s，然后推力减小为F2=5N，方向不变，物体又运动了t2=4s后撤去外力，物体再经过t3=6s停下来。试求物体在水平面上所受的摩擦力。43.（2017年全国I卷第24题）一质量为8.00×10kg的太空飞船从其飞行53轨道返回地面。飞船在离地面高度1.60×10m处以7.5×10m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为100m/s时下落到地面。取地面为重力势能零点，在飞2船下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取为9.8m/s。（结果保留2位有效数字）（1）分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；（2）求飞船从离地面高度600m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。65 第2课时4.(2013年全国卷II第35题第（2）问)如图，光滑水平直轨道上有三个质童均为m的物块A、B、C。B的左侧固定一轻弹簧（弹簧左侧的挡板质最不计)。设A以速度v朝B运动，压缩弹簧；当A、B速度相等时，B与C恰好相碰并粘接0在一起，然后继续运动。假设B和C碰撞过程时间极短。求从A开始压缩弹簧直至与弹黄分离的过程中，（1）整个系统损失的机械能；（2）弹簧被压缩到最短时的弹性势能。5.如图所示，光滑的水平地面上有一木板，其左端放有一重物，右方有一竖μ直的墙。重物质量为木板质量的2倍，重物与木板间的动摩擦因数为。使木板与重物以共同的速度v0向右运动，某时刻木板与墙发生弹性碰撞，碰撞时间极短。求木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间。设木板足够长，重物始终在木板上。重力加速度为g。66 附录C：高中物理习题答题卡班级：姓名：学号：①过程、位置示意图，受力分析图，运动状态分析图②选择物理原理列方程1）物理原理：2）列方程：③分析所列方程可行性，进行数学计算1）可行性分析：2）数学计算：④计算结果：67 致谢本论文是在我的导师郑修林老师的严格要求和悉心指导下完成的。在论文的写作过程中，郑老师细心的给我提出修改意见，帮助我完成论文的修改，这样，我的论文才得以最终定稿。在论文完成之际，我衷心的感谢导师对我的学习上的鼓励和帮助。导师严谨的治学态度、宽厚待人的品德我会一直铭记在心、终身受益。感谢毋志民，杨英，张菊花，苑进社，岳远霞，张坡，等诸位老师在我研究生学习期间给予我的许多关心和帮助。另外，感谢陪伴我学习的李敏，李璐，王静，吴华琼，颜帆，安妍霏，胡茂丽，向前，肖洁，张举佳，余浩等同学。两年来，在与你们一起的学习与合作中，我受益很多，与你们一起度过的研究生时光，是值得我一辈子珍藏的记忆。最后，由衷地感谢我的家人，是你们的一路支持与陪伴使我得以顺利地完成学业！胡蕾2018年04月15日68