高中物理模型化审题的实践研究

摘 要：审题是解决物理问题的关键一步.正确、高效的审题能够帮助学生快速准确地把握题目的核心要求，从而有效地解决问题.文章旨在探讨高中物理模型化审题的实践研究，反思审题过程存在的问题，并提出相应的审题模型.通过研究物理学科问题解决的具体案例，详细阐释了如何应用模型化进行审题，以培养学生运用物理知识解决真实、复杂问题的能力，进而提升学生的物理学科素养

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关键词：高中物理；模型化；审题研究

中图分类号：G632"" 文献标识码：A"" 文章编号：1008-0333（2024）31-0121-03

收稿日期：2024-08-05

作者简介：肖寅杰（1986.2—），男，江苏省常熟人，本科，中学高级教师，从事高中物理教学研究.

基金项目：江苏省教育科学“十四五”规划2021年度一般课题“从情境到模型——高中物理模型化审题的实践研究”（课题立项号：C-c/2021/02/211）.

在新高考内容改革的背景下，教育的核心已逐渐从传统的知识灌输转变为对学生价值观念、学科素养、关键能力与必备知识的全面培养.这一转变的目的在于引导教学实践从单一、模型化的习题训练走向解决真实、复杂情境中的问题，即从“解题”向“解决问题”的深度转变.近年来，物理试题多以新颖的、具有挑战性的问题情境出现，需要学生从众多复杂零碎的信息中提取出关键信息^[1].构建有效的审题模型来快速、准确地理解题目、整合信息，是解题的重中之重.

1 审题过程中存在的问题

审题是解决问题的重要环节，只有正确审题，才能确保我们对问题的理解准确无误，从而制定出有效的解决方案.学生在解决高中物理问题时，审题环节通常会出现以下错误.

1.1 未充分挖掘题目中的隐藏信息

高中物理试题中给出的条件，很多是间接或隐含的，需要通过分析才能挖掘出来，如“光滑平面”就表示摩擦可忽略不计；“恰好不滑出木板”就表示小物体恰好滑到木板边缘处且具有了与木板相同的速度；电流表在已知内阻的情况下可当电压表使用，电压表在已知内阻的情况下可当电流表使用等.未充分挖掘题目中的隐藏信息，归因于学生的理解和判断能力不够充分.

1.2 不能正确辨别并选择信息

高中物理试题为了考查学生分析问题和解决问题的能力，试题中往往包含了丰富的信息.这些信息可以分为两类：关键信息和非关键（或无用）信息.关键信息是解决问题所必需的信息，包括但不限于物理量的数值、物体的状态、物理规律的适用条件等；非关键（或无用）信息是为了增加问题的真实性、复杂性，用来考查学生筛选信息的能力而设置的，它们对于解答当前问题并不是必需的.这类信息可能包括一些多余的数值、无关的物理现象描述或者干扰项.因为逻辑思维能力和物理知识的欠缺，在阅读题目时，学生不能及时准确地从众多信息中有效识别和提取对解题起重要作用的关键信息.

1.3 无法找到问题和条件之间的关联性

高中物理试题中，很多问题都涉及较为复杂的场景，蕴含着多个物理原理和概念的综合应用.这些问题往往不只依赖单一的物理定律或公式，而是需要学生综合运用多个条件和概念来解决.例如，一道题目可能会同时涉及力学、电磁学和热学等不同的物理分支，包括了多个力的作用、电路的分析，以及热量的传递等.学生不仅要分析每一个独立的物理现象，还要理解它们之间的相互作用和影响.而且，有些试题中不只涉及单个研究对象，多个研究对象的出现，使得学生对题目的理解更为困难.此时，条件之间的相互作用和影响，以及它们如何共同决定着最终的物理现象或结果，构成了审题时的主要难点.学生在阅读题目时，无法从众多的条件中，剖析出对解题“有效”的条件，解题过程变得混乱无序.

2 物理审题模型构建

高中物理问题中的审题错误常常导致解题思路混乱，使学生的求解过程浪费时间，还可能影响其学习的信心.为了避免这些问题，建立一个系统的物理审题模型显得尤为重要.审题模型化指的是将审题过程标准化或形成一套固定的步骤，学生在面对不同的题目时，可以遵循同一套逻辑和方法来分析理解题目，最大程度地减少审题中出现的错误.

一道物理试题中，通常包含有4个主要信息：①背景的描述，包含两方面内容，一是承载物理知识的大背景，如“航空航天”“传统文化”“科学实验”等；二是具体的物理状态.前者通常会增加文字信息处理的复杂程度和难度，后者是解题的关键因素，可以由此确定所涉及的条件限制.②物体自身的特点.这个信息点涉及题目中提到的物质的特性，例如质量、体积、密度、长度等.这些情境特点对于分析问题和应用物理定律是非常重要的.③物体的运动情况、功能关系等.这一部分描述了物体的动态信息，如速度、加速度、力的作用、能量转换等，以及物体之间的相互作用和联系.该部分信息是解题的关键，直接涉及物理定律和原理的应用.④设问，即需要解决的问题.这一部分是审题的重点，指明了审题需要达成的目标.根据题目中的4个信息，可以设置如下模型化审题流程^[2].

（1）提炼物理情境：提炼题目中与物理状态相关的内容，如“不计摩擦力”“光滑”“关闭开关前”“斜面”等，以明确限制条件.

（2）明确研究对象：题目中的研究对象，有时是单个物体，有时则涉及到多个物体，这是解题的基础.

（3）分析物理情节：分析与研究对象相关的功能转化、受力情况、运动情况、电路结构等情节，以明确各研究对象所经历的变化过程.

（4）明确需解决的问题：该步骤最为简单，找到文字所描述的问题即可.

（5）根据设问，逆向推理，从上述层次中提取所需信息：即根据所需要解决的问题，逆向从物理情境、研究对象和物理过程寻找到相互关联的信息，运用物理知识进行求解.

3 实践应用

下面我们结合物理问题，介绍模型化在解题中的具体应用方法.

例题 由中国科学院、中国工程院两院院士评出的2012年中国十大科技进展新闻，于2013年1月19日揭晓，“神九”载人飞船与“天宫一号”成功对接和“蛟龙”号下潜突破7 000米分别排在第一、第二.若地球半径为R，把地球看作质量分布均匀的球体，地球表面的重力加速度大小为g，引力常量为G.“蛟龙”下潜深度为d，天宫一号轨道距离地面高度为h.已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零.求：

（1）“天宫一号”绕地心转一周的时间是多少？

（2）“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的重力加速度之比为多少？

模型化审题 题干共4句话，第1句话交代了背景知识，为干扰信息；第2句话介绍了地球的特征；第3句话介绍了“蛟龙”的下潜深度和“天宫一号轨道”距离地面的高度；第4句话交代了补充信息，是对第2句话的补充.题干下设（1）（2）两个需要解决的问题.对题干进行快速浏览后，按照要素对信息进行提取归类，并将所提取的信息归至相关层级中.

（1）研究对象：“天宫一号”（距离地面高度为h）和“蛟龙”号（下潜深度为d）.

（2）物理情境：涉及的物理状态为中心天体的相关信息，即地球半径为R，质量分布均匀，表面的重力加速度大小为g，引力常量为G，对壳内物体的引力为零.

（3）物理情节：题干交代了受力情节，两物体均受到地球所施加的万有引力.

（4）需解决问题：（1）（2）两个问题

（5）根据设问，逆向推理所需信息，从上述层级中提取相关的物理信息.（1）问中，提炼的研究对象为“天宫一号”（距离地面高度为h），需解决问题为其绕地心转一周的时间，需要明确其受力状态，才能进行分析.从物理情节中可以提炼出其受到万有引力，结合物理情境，可由GMm（R＋h）2＝m

4π2T2（R＋h），mg＝GMmR2进行求解.（2）问中，提炼的研究对象为“天宫一号”（距离地面高度为h））和“蛟龙”号（下潜深度为d），需解决问题为求解重力加速度之比，结合物理情境和情节，从两个物体受到的万有引力角度进行分析即可.

解析 （1）“天宫一号”做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力得

GMm（R＋h）2＝m4π2T2（R＋h）

地球表面的物体受到的万有引力等于重力，即

mg＝GMmR2

联立解得T＝2π（R＋h）3gR2.

（2）令地球的密度为ρ，地球表面重力加速度g＝

GMR2

由于地球的质量为M＝ρ·43πR3

所以地球表面的重力加速度的表达式可写成

g＝GMR2＝Gρ·（4/3）πR3R2＝43πGρR

根据万有引力提供向心力

GMm（R＋h）2＝mg1

“天宫一号”所在处的加速度为

g1＝GM（R＋h）2

g1g＝R2（R＋h）2

根据题意有，质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，故在深度为d的地球内部，“蛟龙”号受到地球的万有引力即为半径等于（R-d）的球体在其表面产生的万有引力，故“蛟龙”号所在处的重力加速度为

g2＝43πGρ（R-d）

所以有g2g＝R-dR

所以g2g1＝

（R-d）（R＋h）2R3.

4 结束语

将审题过程模型化，目的是帮助学生提炼整合有关信息，让学生以一种有序化的思维，从陌生的试题情境中最大程度获取解题信息，建立起问题和条件之间的相关性.在教学过程中，教师要有意引导，确保学生能够充分理解和掌握标准化审题流程的重要性和实用性.但要注意的是，审题模型化，最终是为了正确解题，其只是一个解题的工具，不可机械性地过度应用.

参考文献：［1］刘娜，张玉峰.浅议高中物理审题教学流程[J].物理教师，2020，41（7）：83-86.

[2] 鹿传旺，刘汉平，秦枭.“小说式”物理审题模型构建与应用[J].物理教学，2023，45（02）：53-57.

［责任编辑：李 璟］