基于IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)的物理課堂精準(zhǔn)診斷初探

方紅德

摘 要：物理教學(xué)的過程就是一個(gè)不斷反饋、診斷和解惑的過程。教師要善于在常規(guī)物理課堂教學(xué)中通過多種方式分析和了解學(xué)生學(xué)習(xí)的困難及問題所在，更要善于在信息技術(shù)與學(xué)科融合環(huán)境下，通過IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)圖表信息，精準(zhǔn)診斷學(xué)生的問題所在，并根據(jù)不同學(xué)生和不同問題給予有效的針對(duì)性的幫助，引導(dǎo)學(xué)生消除一個(gè)個(gè)學(xué)習(xí)難點(diǎn)和錯(cuò)誤，達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)和學(xué)習(xí)能力的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：IRS；即時(shí)；反饋；錯(cuò)誤；診斷

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）9-0028-4

物理教學(xué)的過程就是一個(gè)不斷反饋、診斷和解惑的過程，教師要通過多種方式，準(zhǔn)確了解學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)、疑點(diǎn)和錯(cuò)點(diǎn)，然后給予針對(duì)性的指導(dǎo)和幫助，才能真正幫助學(xué)生學(xué)好物理。有一個(gè)學(xué)生曾經(jīng)說過，在高一學(xué)習(xí)“向心力”時(shí)，他當(dāng)時(shí)對(duì)“向心力”的概念，特別是“向心力”的來源就是理解不了，以至于在后來的多次練習(xí)和考試中，凡是與“向心力”有關(guān)的題目基本上都是不得分的。他當(dāng)時(shí)比較苦惱，想來想去就是理解不了。直到后來的某一天，他在回家必經(jīng)之路的水庫堤壩上，茅塞頓開，突然想明白了“向心力”是怎么回事。從那以后，解答與“向心力”有關(guān)的問題就再也沒有遇到任何障礙了。所以，在教學(xué)過程中，教師一方面要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)障礙的“點(diǎn)”所在，并通過相應(yīng)的方法和措施幫助學(xué)生消除這個(gè)“點(diǎn)”的障礙；另一方面，教師還要培養(yǎng)和指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中診斷自己的問題癥結(jié)所在，發(fā)現(xiàn)解決問題的方法和手段。

在研究學(xué)生學(xué)習(xí)的問題癥結(jié)時(shí)，教師一般是通過課堂提問、課堂觀察、作業(yè)批改、試卷分析和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)等方式進(jìn)行了解和診斷，但受精力和時(shí)間所限，這種了解學(xué)生和診斷問題癥結(jié)的方式往往具有主觀性和片面性，效果不盡人意。自從使用IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)開展教學(xué)以后，筆者發(fā)現(xiàn)這套系統(tǒng)在精準(zhǔn)診斷學(xué)生知識(shí)缺陷時(shí)具有獨(dú)特的作用。

IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)主要包括學(xué)生手持信號(hào)發(fā)射器和一個(gè)用于采集信號(hào)的連接到計(jì)算機(jī)的接收終端。當(dāng)學(xué)生通過手持發(fā)射器答題時(shí)，接收終端收到信號(hào)后，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)、準(zhǔn)確地生成教師需要的各種報(bào)表或圖表，并將結(jié)果呈現(xiàn)在投影屏幕上。教師可以根據(jù)圖表信息和數(shù)據(jù)，即時(shí)分析學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果，并根據(jù)反饋情況進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)策略調(diào)整。IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)具有即時(shí)反饋、當(dāng)堂測(cè)評(píng)、信息統(tǒng)計(jì)和信息儲(chǔ)存等功能，同時(shí)它還具有學(xué)生參與的全員性、教學(xué)反饋的即時(shí)性、學(xué)生答題的獨(dú)立性、反饋信息的準(zhǔn)確性、反饋結(jié)果的可視性和反饋數(shù)據(jù)的持續(xù)性等六大特性，正是因?yàn)榫哂羞@六大特性，才為教師快速和準(zhǔn)確診斷全體學(xué)生學(xué)習(xí)效果發(fā)揮了難以替代的作用。

在研究和診斷學(xué)生答題對(duì)錯(cuò)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生的錯(cuò)誤通?？梢詺w納為以下三種情況：一是群體性錯(cuò)誤和個(gè)體性錯(cuò)誤，二是理解性錯(cuò)誤和偶然性錯(cuò)誤，三是物理性錯(cuò)誤和非物理性錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤在傳統(tǒng)的物理課堂難以有效地診斷，而基于IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)的課堂卻能很好地做出快速、精準(zhǔn)的區(qū)分和診斷。

1 群體性錯(cuò)誤和個(gè)體性錯(cuò)誤的診斷

個(gè)體性錯(cuò)誤一般是指一個(gè)教學(xué)班中答題出現(xiàn)錯(cuò)誤的學(xué)生不超過10人，或出現(xiàn)錯(cuò)誤的人數(shù)比例不超過15%，個(gè)體性錯(cuò)誤一般采用個(gè)別輔導(dǎo)的方式解決問題比較合適。群體性錯(cuò)誤一般是指一個(gè)班中有超過40%的學(xué)生在某一知識(shí)點(diǎn)上出現(xiàn)錯(cuò)誤。群體性錯(cuò)誤通常出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是這個(gè)知識(shí)點(diǎn)本身就比較抽象和難以理解（例如，速度和加速度的關(guān)系、力的合成與分解、法拉第電磁感應(yīng)定律等）；二是有些知識(shí)點(diǎn)是多物理過程的（例如，機(jī)車的恒功率啟動(dòng)問題）；三是有些知識(shí)點(diǎn)本身難度不算太大，但由于受到思維定勢(shì)或干擾因素的影響而出現(xiàn)的錯(cuò)誤（例如，標(biāo)量對(duì)矢量的干擾、電荷在電場(chǎng)中受力分析的思維對(duì)電荷在磁場(chǎng)中受力分析的干擾、左手定則和右手定則的相互干擾等）。群體性錯(cuò)誤一般可通過小組合作，教師評(píng)講等方式解決。

例如，在學(xué)完運(yùn)動(dòng)學(xué)以后，總是有相當(dāng)一部分學(xué)生對(duì)速度與加速度的關(guān)系搞不清，特別是對(duì)“物體的加速度在逐漸減小，而它的速度還可能增大”或“物體的加速度逐漸增大，而它的速度卻可能減小”等問題理解不了，但教師又很難準(zhǔn)確掌握是哪些學(xué)生理解不了，遇到這類錯(cuò)誤，只能是在全班再多評(píng)講一次，這就缺乏了講評(píng)的針對(duì)性，而且評(píng)講之后的效果如何，也難以進(jìn)一步掌握。在引入IRS系統(tǒng)后，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析就可以診斷屬于何種性質(zhì)的錯(cuò)誤。在一次復(fù)習(xí)課上，選取了如下兩道選擇題進(jìn)行當(dāng)堂反饋，想了解哪些學(xué)生在哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)上出現(xiàn)錯(cuò)誤（如圖1、2）。

例1 （多選）下列運(yùn)動(dòng)可能出現(xiàn)的是（ ABC ）

A.物體的加速度增大，速度反而減小

B.物體的速度為零時(shí)，加速度卻不為零

C.物體的加速度減小，速度反而增大

D.物體的加速度始終不變，速度也始終不變

例2 （多選）若汽車的加速度方向與速度方向一致，當(dāng)加速度減小時(shí)， 則（ BD ）

A.汽車的速度也減小

B.汽車的速度仍在增大

C.當(dāng)加速度減小到零時(shí)，汽車靜止

D.當(dāng)加速度減小到零時(shí)，汽車的速度達(dá)到最大

從例1的A、C選項(xiàng)和例2的A、B選項(xiàng)反饋的數(shù)據(jù)信息，精準(zhǔn)地反映了超過65%的學(xué)生對(duì)速度與加速度的關(guān)系存在理解上的錯(cuò)誤，是屬于群體性的理解錯(cuò)誤，這就要求在后續(xù)教學(xué)中，需要采用多種教學(xué)方式和手段（例如，小組合作研討、利用學(xué)生已有生活經(jīng)驗(yàn)類比，或是利用Flash動(dòng)畫模擬等方式）幫助更多學(xué)生理解和突破這個(gè)學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

2 理解性錯(cuò)誤和偶然性錯(cuò)誤的診斷

理解性錯(cuò)誤是指學(xué)生對(duì)物理概念、規(guī)律和原理等沒有真正理解而造成的錯(cuò)誤；偶然性錯(cuò)誤是指學(xué)生已經(jīng)理解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，只是在答題時(shí)審題不慎或受其他因素干擾而偶然出現(xiàn)的錯(cuò)誤。例如，學(xué)生常常將“下列說法中‘不正確的是……”，看成“下列說法中‘正確的是……”而造成錯(cuò)誤，或是在判斷安培力的方向時(shí)將“右手”當(dāng)成“左手”使用，或是在解洛倫茲力問題時(shí)把“負(fù)電荷”看成“正電荷”等等，這些都是學(xué)生審題時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤，屬于偶然性錯(cuò)誤。在快速準(zhǔn)確診斷學(xué)生是理解性錯(cuò)誤還是偶然性錯(cuò)誤方面，IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)信息也是有力的支撐。

例如，在復(fù)習(xí)電磁感應(yīng)內(nèi)容時(shí)，為了了解學(xué)生對(duì)“感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量、磁通量變化量和磁通量變化率”三者關(guān)系理解的情況，先利用IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)評(píng)。測(cè)評(píng)題選取了如下的例3和例4兩道選擇題，并及時(shí)根據(jù)反饋測(cè)評(píng)結(jié)果進(jìn)行教學(xué)策略調(diào)整。

例3 （多選）如圖3所示，圓形閉合線圈a內(nèi)存在方向垂直紙面向外的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化如圖b，則下列說法中正確的是（ AB ）

A.0～1 s內(nèi)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持不變

B.0～1 s內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于2～4 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

C.1～2 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變

D.第4 s末的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0

例4 （多選）穿過閉合回路的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的圖像如圖4所示，下列關(guān)于產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的論述，正確的是（ D ）

A.圖①中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變

B.圖②中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直在變大

C.圖③中，回路在0～t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于在t1～t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

D.圖④中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小再變大

這兩道題考查的內(nèi)容（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量、磁通量變化量和磁通量變化率的關(guān)系）和考查的方法（圖像法）基本上是一樣的，但是選項(xiàng)表達(dá)方式和圖像呈現(xiàn)方式不一樣。對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)理解的同學(xué)來說，答題的結(jié)果應(yīng)該具有相對(duì)的穩(wěn)定性。分析柱狀圖信息（圖5、6）如下：例3的C選項(xiàng)和例4的A選項(xiàng)表明，有12位同學(xué)不理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量無關(guān)，由例3的A選項(xiàng)和例4的B選項(xiàng)可知，有大約10位同學(xué)不理解這兩個(gè)圖像中的斜率可以表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，由例3的B選項(xiàng)和例4的C選項(xiàng)可知，有大約10位同學(xué)不會(huì)利用圖像斜率比較感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。

對(duì)兩道題的答題反饋數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生同一知識(shí)點(diǎn)的對(duì)錯(cuò)情況高度契合，表明學(xué)生在這個(gè)知識(shí)點(diǎn)上出現(xiàn)的錯(cuò)誤可以診斷為是理解性錯(cuò)誤，而不是偶然巧合。而對(duì)于理解性錯(cuò)誤，教師就必須花一些時(shí)間和精力，讓學(xué)生搞清楚這兩道題中各函數(shù)圖像斜率或各段所代表的物理意義，才能避免學(xué)生今后還出現(xiàn)類似的錯(cuò)誤。教師課后還可以從后臺(tái)儲(chǔ)存的信息中查閱是哪些同學(xué)對(duì)哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解出現(xiàn)錯(cuò)誤，為今后的單元復(fù)習(xí)、總復(fù)習(xí)教學(xué)或?yàn)閷W(xué)生個(gè)別輔導(dǎo)提供準(zhǔn)確的信息依據(jù)，也為今后其他物理教師選擇何種教學(xué)策略突破學(xué)生的認(rèn)知偏差提供科學(xué)參考。

3 物理性錯(cuò)誤和非物理性錯(cuò)誤的診斷

學(xué)生答題時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，有些是屬于對(duì)物理學(xué)科知識(shí)理解上的缺陷造成的，但有些可能是屬于非物理因素（例如，數(shù)學(xué)知識(shí)、地理學(xué)科知識(shí)等）造成的。利用IRS即時(shí)反饋系統(tǒng)分清楚學(xué)生的錯(cuò)誤是屬于哪種錯(cuò)誤，可以快速地進(jìn)行針對(duì)性評(píng)講，這樣可以減少不必要的時(shí)間浪費(fèi)，提高課堂的教學(xué)效率，例如，在復(fù)習(xí)楞次定律內(nèi)容時(shí)，有如例5和例6兩道選擇題。

例5 （多選）如圖7所示，光滑固定導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路。當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)（AD）

A.P、Q將互相靠攏

B.P、Q將互相遠(yuǎn)離

C.磁鐵的加速度仍為g

D.磁鐵的加速度小于g

例6 （2014·上海） （多選）如圖8所示， 勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于軟導(dǎo)線回路平面，由于磁場(chǎng)發(fā)生變化，回路變?yōu)閳A形，則磁場(chǎng)（CD）

A.逐漸增強(qiáng)，方向向外

B.逐漸增強(qiáng)，方向向里

C.逐漸減弱，方向向外

D.逐漸減弱，方向向里

這兩道題考查的知識(shí)點(diǎn)都是楞次定律，如圖9、10所示，例5答題情況柱狀圖反饋的結(jié)果說明學(xué)生對(duì)楞次定律理解得比較好，與預(yù)判基本一致，但例6答題情況柱狀圖反饋的情況與預(yù)判有較大的差異。為了弄清楚學(xué)生究竟是對(duì)楞次定律的理解出現(xiàn)錯(cuò)誤，還是學(xué)生不知道“周長(zhǎng)一定時(shí)，圓的面積最大”這個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)論所造成的錯(cuò)誤。再讓學(xué)生做一道下面的數(shù)學(xué)判斷題。

例7 （判斷）當(dāng)周長(zhǎng)一定時(shí)，圓形所圍成的面積最大。（ √ ）

如圖11所示，答題的結(jié)果顯示有近一半的學(xué)生不知道“周長(zhǎng)一定時(shí)，圓的面積最大”這個(gè)結(jié)論。這個(gè)結(jié)果的出現(xiàn)就能解釋為什么在例5表明學(xué)生對(duì)楞次定律理解比較好的情況下，例6卻出現(xiàn)群體性的錯(cuò)誤，說明了產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因是因?yàn)閷W(xué)生的數(shù)學(xué)缺陷造成的，而不是對(duì)楞次定律的理解錯(cuò)誤造成的。這就提醒教師在物理教學(xué)過程中對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不太好的學(xué)生，要提前對(duì)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行必要的補(bǔ)充與講解，這對(duì)提高物理課堂的效率是有幫助的。例如，“分子和分母都是分?jǐn)?shù)時(shí)的化簡(jiǎn)”，“函數(shù)的圖像與函數(shù)的極值問題”，“三角函數(shù)的對(duì)應(yīng)邊問題”等數(shù)學(xué)知識(shí)，都是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不太好的學(xué)生容易出錯(cuò)的問題，教師要根據(jù)學(xué)生的數(shù)學(xué)狀況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)判和做相應(yīng)的準(zhǔn)備。

學(xué)生學(xué)習(xí)的過程就是一個(gè)不斷糾正錯(cuò)誤的過程，教師充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，精準(zhǔn)地診斷和指出學(xué)生的問題，并用有效的方法和手段幫助學(xué)生解決問題，從而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力。這就提醒在教學(xué)過程中，教師要能精準(zhǔn)地指出學(xué)生的問題（特別是一些難點(diǎn)問題或是共性偏差問題）所在，并對(duì)癥下藥予以幫助解決這些問題，學(xué)生就能突破一個(gè)個(gè)學(xué)習(xí)難點(diǎn)，或是對(duì)同類問題產(chǎn)生一通百通的效果，這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心，提高物理成績(jī)能產(chǎn)生事半功倍的效果。

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（欄目編輯 鄧 磊）