高考全国卷物理试题中模型建构思维的考查分析

杜爱慧　李茹月

摘      要 在明确高考物理试题中模型建构思维分析标准的基础上，结合solo分类理论，重点对2022年全国甲乙卷中的物理模型及模型建构思维进行分析，结果发现：2022年全国甲乙卷中物理模型考查较为全面，乙卷数量高于甲卷，两卷均以力学、电磁学部分占比最多。甲卷模型建构思维水平略高于乙卷，两卷均最重视R1层级考查。甲乙卷不同题型模型建构思维考查各有侧重，甲卷题型注重各层级考查的均衡性，乙卷各题型整体重视R层级考查。甲乙卷除原子物理外，其他知识板块模型建构思维水平均有差异，两卷中高阶思维层级考查均集中在力学、电磁学部分。

关 键 词 高考全国卷  物理试题  物理模型  模型建构思维

引用格式 杜爱慧，李茹月.高考全国卷物理试题中模型建构思维的考查分析[J].教学与管理，2023（10）：68-71+76.

2017版《普通高中物理课程标准》明确提出模型建构是学生科学思维素养的重要组成部分[1]，而且近年来高考试题对模型建构的考查也愈发突出。在我国，高考不仅是社会对人才素质和能力要求的体现，也是人才筛选和流动的依据。对于物理教学而言，高考试题更是教师开展教学重要的指导文件。因此，分析高考试题中的物理模型以及模型建构思维对于促进物理教师教学，提升学生核心素养都有着非常重要的作用。本文结合solo分类理论，重点分析2022年全国甲卷和乙卷试题中对学生模型建构思维的考查情况，并在分析两卷物理模型考查以及模型建构思维考查的基础上，提出一些建议，以期为一线教师教学提供一定的参考。

一、物理模型及模型建构思维

物理模型是人们在研究物理问题时，为了方便且能突出本质而对研究对象的一种简化和抽象，通常能够再现一类物理现象的本质和内在特性。高中物理学习过程中，学生对物理概念、规律的建立过程往往都与相关物理模型紧密联系[2]。不难看出，模型建构在学生物理学习中充当着重要角色。目前，由于不同学者持有的研究视角有所不同，所以对物理模型类别的建立也存在着不同见解。本文通过对各种分类依据的比较、综合，并结合教材中模型类别及物理习题的求解过程，将物理模型分为对象模型、条件模型、状态模型、过程模型四大类[3][4]。其中对象模型如质点、点电荷、点光源等，条件模型如光滑斜面、均匀介质、匀强电场等，而像共点力平衡状态、压强、电流饱和等则属于状态模型，匀速直线运动、焦耳定律、光的折射等则属于过程模型。

由于物理问题解决的复杂性及综合性，学生通常需要在相应的物理情境中首先找出或建构物理模型，然后通过对物理模型进行相关的综合整理或创新之后，才能建立起已知条件与习题答案间的联系。该过程需要学生通过全面深入的思考，充分依靠思维活动进行解答。因此，本研究所指的模型建构思维是指人在面对物理现象或物理问题时，通过提取结构要素，选择所学的基本科学模型，建构对应的物理模型，从而解释物理现象或解决物理问题的思维过程[5]。

二、高考物理试题中模型建构思维层级的分析标准

在借鉴已有文献对高考物理计算题中物理模型建构思维水平划分标准[6]的基础上，结合solo分类理论的五个思维层次划分[7]，以及新课标对模型建构的层次划分[1][8]，明确了物理试题中模型建构思维层级的考查标准，具体内容见表1所示。

三、 2022年高考全国甲乙卷中模型建构思维的考查分析

1.试题中的物理模型及模型建构思维分析

依据考查标准，对2022年全国甲乙卷，分别从题型、分值、涉及物理模型、模型数量、物理模型所属知识板块、模型建构思维层级六个方面进行统计，具体结果见表2和表3。

由表2、表3可以看出，2022年全国甲乙卷物理模型考查数量分别为43和52个。其中动能定理、电场力考查最多，均为4次（甲卷2次，乙卷2次）。其次是安培力、轻弹簧、弹力、速度、功和等压变化等，均考查3次。另外，两卷中其他模型考查率均不高，且较多模型属于独立考查。如甲卷中的洛伦兹力、平抛运动，乙卷中的机械能守恒、牛顿第二定律、动量守恒等。其中，洛伦兹力、安培力、某位置或时刻的临界状态等模型，最易充当隐藏模型。

通过对表2、表3数据的进一步分析，可以发现甲乙卷不同知识板块中物理模型的考查特点，结果如图1所示。

由图1可以看出，甲乙两卷不同知识板块中物理模型考查的分布基本一致，均表现出对力学、电磁学部分物理模型的重视。两卷相较而言，甲卷力学部分考查更多，乙卷电磁学部分考查更多，其他知识板块中物理模型考查的分布一致。

2.甲乙卷中模型建构思维的整体水平分析

为了更深入的了解甲乙卷中模型建构思维的考查特点及差异，我们结合上述模型建构思维层级的分类依据及樊卓琳在其论文中的数据分析方法[9]，将U、M、R1、R2以及E层级依次定义为五种模型建构思维水平，分别赋值為1、2、3、4、5，并统计每份试卷中处于相应思维层级的试题分值占全部统计试题分值的百分比，分别用A、B、C、D、E表示。最终代入模型建构思维水平的定量计算公式：S=A？鄢1+B？鄢2+C？鄢3+D？鄢4+E？鄢5（公式1）。依据公式1，计算出全国甲乙卷整体考查的模型建构思维水平，如表4所示。

由表4可见，全国甲乙卷的模型建构思维水平呈甲卷高于乙卷。

进一步对甲乙卷中试题的模型建构思维层级进行分析，得到如图2所示的柱状图。

整体来看，甲卷考查的模型建构思维层级分布较均匀，各个层级均有一定涉及，其中除R1层级占比较多外，其它层级占比基本一致。而乙卷各层级占比不均，且E层级未涉及。进一步分析发现，甲乙卷均对R层级模型建构思维更加重视，尤其是R1层级。其中乙卷对R1层级的重视程度更高，占比超过50%。由此可见，两卷都较重视结合既定问题情景对多个基本物理模型进行整合的综合性应用，而且甲卷更注重模型建构思维层级考查的均衡分配，从U到E层级均有涉及，而乙卷重点考查了U、M、R思维层级，并未涉及E层级。这与表4甲卷思维水平略高于乙卷相吻合。

3.不同题型中模型建构思维的考查分析

为了分析不同题型中模型建构思维的考查特点，分别对选择题、计算题以及选做题中的物理模型思维水平及所属层级进行分析，具体结果如表5和图3所示。

由表5可见，两卷中各题型的模型建构思维水平均有一定的差异，其中选择题部分甲卷高于乙卷，而计算题和选做题均为乙卷略高于甲卷。结合对图3中数据的分析可以发现，选择题部分，甲卷和乙卷都更重视R1层级考查。计算题和选做题部分，甲卷计算题只考查了最低和最高层级，考查跨度大，选做题则侧重考查M层级，而乙卷计算题仍以R层级整体考查为主，选做题尤其重视R1层级考查。总体来看，甲卷注重不同题型中不同思维层级考查的均衡性（选择题R层级，计算题E层级，选做题M层级），而乙卷所有题型均侧重考查R层级。

4.试题中不同知识板块的模型建构思维考查

关于甲乙卷不同知识板块中试题物理模型建构思维水平及思维层级的分析结果，具体见表6及图4。

由表6和图4可以看出，两卷中原子物理板块的模型建构思维水平及思维层级考查完全一致，其他知识板块的思维水平及层级考查均有所差异，其中力学部分差异最大。另外，原子物理板块，两卷均更偏向对最简单思维层级（U）的考查。而力学、电磁学板块，甲卷更注重对中高阶思维层级（R、E）的考查，乙卷集中于R层级考查。其他热学和光学部分，甲乙卷均偏向于M、R1层级考查。由此可见，甲卷更注重不同知识板块中模型建构思维层级考查的均衡分布，而乙卷在不同知识板块中主要突出R1层级考查，并未涉及E层级。两卷在不同知识板块中均最为重视力学、电磁学部分的模型建构思维考查，而且主要集中在中高阶思维层级考查。

四、结论及建议

2022年全国甲乙卷中物理模型考查较为全面，乙卷数量高于甲卷，两卷均以力学、电磁学部分占比最多。从数据分析可以看出，物理模型仍是2022年全国甲乙卷考查的重点，而且两卷中对于动能定理、电场力、安培力和弹力等知识中涉及的物理模型考查频率最高。可见，力学和电磁学部分物理模型的建构及应用应该是教师教学的重点。鉴于力学和电磁学部分模型的抽象性，实际教学中，教师应注意将物理知识和实际情境相结合，引导学生全面、深刻地认识物理模型，并通过情境转化来引导学生实现模型的类比、迁移与应用，进而最终提升学生的建模能力及核心素养。

甲卷模型建构思维水平略高于乙卷，两卷均最重视R1层级考查。从数据分析可以看出，两卷对于模型建构思维水平的考查基本处于中等水平，而且都非常重视R1层级。因此，教师在物理教学中应积极设置不同思维层次梯度的情景或习题，注重引导学生从真实情境中辨识物理模型，并通过一题多变或推理演绎等方式，将模型交给学生，逐步训练学生根据相应情景自行建构合理模型的思维能力。

甲乙卷不同题型考查的模型建构思维各有侧重，甲卷题型注重各层级考查的均衡性，乙卷各题型整体重视R层级考查。从数据分析可以看出，甲卷选择题考查水平高于乙卷，计算题、选做题水平均低于乙卷。而且甲卷侧重思维层级考查的均衡分布，而乙卷重视R层级考查。因此，在实际教学中，教师需要依据本地所选择的具体试卷，分别结合甲乙卷不同题型以及整体的考查特点，有针对性地对学生进行引导及思维训练，使学生能够在相应模型建构思维层级上有所提升，进而提高解题质量和效率。

甲乙卷除原子物理外，其他知识板块模型建构思维水平均有差异，两卷中高阶思维层级考查均集中在力学、电磁学部分。结合数据分析可以看出，力学、电磁学部分的模型建构考查更加体现出应用性和综合性特点，因此，在实际教学中，教师应充分重视让学生从力学、电磁学问题情景中识别基础模型，训练学生根据模型间联系构建新的物理模型的综合能力以及对模型进行拓展延伸的创新思维，进而为物理学习做好基础和铺垫。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S]．北京：人民教育出版社，2020：184.

[2] 徐卫华.基于场景支持理论的高中物理模型建构[J].物理教师，2021，42（12）：17-19.

[3] 王溢然.中学生物理思维方法丛书5：模型[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2015：97-104.

[4] 黄胜.从物理模型建构分析高考物理试题：以2021年广东省普通高中物理学业水平选择性考试为例[J].中学物理，2021，39（15）：52-55.

[5] Halloun I.Schematic modeling for meaningful learning of physics[J].Journal of Research in Science Teaching，1996，33（9），1019-1041.

[6] 冯海涛.高考物理计算题对模型建构思维的考查研究[D].石家莊：河北师范大学，2021.

[7] Biggers J ＆K Collies，Evaluation the Quality of Learning：The solo（Structure of the Observed Learning out come）[M]．New York Accdemic Press，1982：56-70.

[8] 杨科，张文悦，张静.高中物理模型建构能力的测评及其培养：以2021年江苏、河北、广东、湖南高考试题为例[J].物理教师，2022，43（05）：76-79.

[9] 樊卓琳.高考物理试卷对科学思维能力的考查研究[D].西安：陕西师范大学，2018.

【责任编辑  孙晓雯】

*该文为河南省教师教育课程改革研究重点课题“基于项目式教学提升物理师范生教学能力的理论与实践研究”（2022-JSJYZD-008）、河南省高等教育教学改革研究与实践项目“OBE理念下高校物理学专业教师教育课程教学改革研究与实践”（2021SJGLX359）的研究成果