Xiaozhi Teach Physics Problem Guide

物理解题教学指导 SKILL

一句话定位： 物理解题不是"套公式"，而是"建模型"——五步解题法是核心。

技术边界：本 SKILL 依赖能力 [M, F, O]，无该能力时按 shared/platform-conventions.md 降级。 特有降级话术：题目图片看不清时，请把题干文字和已知条件打出来；本 SKILL 输出解题思路框架与变式设计，不替老师讲完整题、不给"标准答案"、不替老师给学生打分排名。 题目一律标注 copyrightStatus（自有 / 改编 / 公开可引用 / 仅存索引，见 shared/vocab.md §11）；教辅原题与历年真题一律 仅存索引。 AI 生成的题必须标注 【AI 生成，入库前请人工验算】，生成前按 shared/ai-item-check.md 自检。

隐私与数据控制入口

• 查看：「查看我的班级解题档案」
• 更正：「更正我的班级解题档案」
• 删除：「删除我的班级解题档案」（删除后不可恢复，会先确认一次）
• 暂停：「这次不要记忆」/「暂停提醒」
• 共享控制：「不要共享给其他SKILL」/「不要给家长看」
• 导出：「导出我的班级解题档案」（以文本形式给出，便于转存）

一、核心使命

物理解题教学常见的三个误区：

误区① 解题=套公式：学员记公式，
        不会建模型，不会分析过程。

误区② 解题=算对：学员只关心"答案对不对"，
        不关心"思路对不对"、"模型对不对"。

误区③ 解题=刷题：让学员做大量题，
        学员没建立"五步法"，没掌握"建模"。

本 SKILL 要解决的是：

• 让解题"有方法"：五步物理解题法
• 让建模"有思路"：模型选择+简化+建构
• 让过程"有分析"：受力+运动+能量
• 让解后"有反思"：结果+过程+拓展
• 让训练"有变式"：一题多解+多题一解+改条件

二、触发时机

三、核心流程

                ┌──────────────────────────┐
                │ ① 审题                    │
                │  三读：场景/已知/求       │
                └────────────┬─────────────┘
                             ↓
                ┌──────────────────────────┐
                │ ② 建模                    │
                │  模型选择/简化/建构       │
                └────────────┬─────────────┘
                             ↓
                ┌──────────────────────────┐
                │ ③ 过程分析                │
                │  受力/运动/能量           │
                └────────────┬─────────────┘
                             ↓
                ┌──────────────────────────┐
                │ ④ 列方程                  │
                │  规律/关系/约束           │
                └────────────┬─────────────┘
                             ↓
                ┌──────────────────────────┐
                │ ⑤ 求解                    │
                │  数学/讨论/检验           │
                └────────────┬─────────────┘
                             ↓
                ┌──────────────────────────┐
                │ ⑥ 反思                    │
                │  结果/过程/拓展           │
                └────────────┬─────────────┘
                             ↓
                ┌──────────────────────────┐
                │ ⑦ 变式训练                │
                │  → 学员档案              │
                └────────────┬─────────────┘
                             ↓
                ┌──────────────────────────┐
                │ ⑧ 写回 student-analyzer   │
                │  物理解题能力             │
                └──────────────────────────┘

四、五步解题法

4.1 五步总览

① 审题：明确场景/已知/求
② 建模：选择/简化/建构
③ 过程分析：受力/运动/能量
④ 列方程：规律/关系/约束
⑤ 求解：数学/讨论/检验
+ 反思（贯穿始终）

4.2 第一步 · 审题

■ 三读
  · 一读：场景（讲什么）
  · 二读：已知（给什么）
  · 三读：求（求什么）

■ 关键动作
  · 划关键词
  · 标已知量
  · 标未知量
  · 标隐藏条件

■ 学员常见问题
  · 不读题
  · 漏看条件
  · 看错问题

4.3 第二步 · 建模

■ 模型选择（初中五类）
  · 匀速与平均速度 / 二力平衡与简单机械 /
    压强与浮力 / 电路（含动态电路）/ 功、功率与能量转化

■ 简化
  · 哪些因素在初中可以忽略（绳重、摩擦、容器壁厚）？
  · 哪个物理量是题目真正要的？

■ 建构
  · 画图（受力图 / 运动过程图 / 等效电路图 / 光路图）
  · 标已知量、未知量、单位

■ 学员常见问题
  · 不会选模型（例：对下沉物体也用 F浮=G物）
  · 不会简化（例：把容器形状当成液体压强的影响因素）
  · 不会画图（例：不画等效电路就直接列式）

4.4 第三步 · 过程分析

■ 受力分析
  · 画受力图：重力 → 接触力（支持力/拉力/浮力）→ 摩擦力
  · 每个力标出大小、方向和施力物体

■ 运动/状态分析
  · 静止、匀速直线，还是速度在变？
  · 电路题：开关或滑片改变后，电路结构变成什么样？

■ 能量分析
  · 找能量转化（电能→内能、机械能→内能、重力势能↔动能）
  · 标出有用功、额外功、总功

■ 学员常见问题
  · 受力分析错、漏力（最常漏：摩擦力、浮力）
  · 多画说不出施力物体的力（"下滑力""惯性力"）
  · 电路状态改变后没重画等效电路
  （力的正交分解属 ⚠高中 内容，初中不作要求，见文末"初高衔接"）

4.5 第四步 · 列方程

■ 规律式（初中常用）
  · 速度 v=s/t；平均速度 v̄=s总/t总
  · 二力平衡 F₁=F₂；重力 G=mg（g 取 10 N/kg）
  · 压强 p=F/S；液体压强 p=ρgh
  · 阿基米德原理 F浮=ρ液gV排；称重法 F浮=G物−F示
  · 杠杆平衡条件 F₁L₁=F₂L₂；滑轮组 F=(G物+G动)/n
  · 欧姆定律 I=U/R；串联 U=U₁+U₂、R=R₁+R₂；并联 I=I₁+I₂
  · 电功 W=UIt；电功率 P=UI=I²R=U²/R；焦耳定律 Q=I²Rt
  · 热量 Q=cmΔt；燃料放热 Q=mq
  · 功 W=Fs；功率 P=W/t；机械效率 η=W有/W总

■ 几何/数量关系
  · 路程的加减（过桥、相遇、追及）
  · 面积换算（cm²→m² 除以 10000）
  · 体积与质量（ρ=m/V）

■ 约束条件
  · 绳只能拉不能推
  · 电表量程与滑动变阻器的规格（"最大不超过…"）
  · 物理量非负、人数/件数为整数

■ 学员常见问题
  · 不知道用哪个规律
  · 漏列一个关系式（常见：漏掉电源电压不变这一条）
  · 单位没统一就代入

4.6 第五步 · 求解

■ 数学求解
  · 解方程
  · 代入数据
  · 算结果

■ 讨论
  · 结果是否合理
  · 是否多解
  · 特殊情况

■ 检验
  · 单位
  · 数量级
  · 极限情况

■ 学员常见问题
  · 算错
  · 没讨论
  · 没检验

4.7 反思

■ 结果反思
  · 答案对吗
  · 单位对吗
  · 数量级对吗

■ 过程反思
  · 思路对吗
  · 模型对吗
  · 方程对吗

■ 拓展反思
  · 一题多解
  · 改条件
  · 联系实际

五、五步解题样板

📎 完整样板见 references/five-step-worked-examples.md（力学·滑块 / 力学·抛体 / 电学·电路 三道五步解题完整样板）

六、过程分析专项

6.1 受力分析三步

① 画重力（竖直向下，作用在重心）
② 找接触力：支持力（垂直接触面）/ 拉力（沿绳）/ 弹力 / 浮力（竖直向上）
③ 找摩擦力（沿接触面，方向与相对运动或相对运动趋势相反）

■ 关键
  · 一次画一个，不要漏
  · 每个力都要说得出施力物体，说不出就是多画的
  · 画完检查：静止或匀速时，同一直线上的两个力应当能配成一对

6.2 运动分析三步

① 判断运动性质
  · 匀速/匀加速/匀减速/曲线

② 分解运动
  · 水平 + 竖直
  · 或：径向 + 切向

③ 标运动参量
  · 初速度
  · 加速度
  · 方向

6.3 能量分析三步

① 找能量初态
  · 初动能
  · 初势能
  · 初其他能量

② 找能量末态
  · 末动能
  · 末势能
  · 末其他能量

③ 找能量转化
  · 哪个能量增加
  · 哪个能量减少
  · 减少的 = 增加的 + 损失

七、变式训练

7.1 变式三类型

┌──────────┬────────────────────────┬──────────────┐
│ 类型      │ 描述                    │ 训练目标      │
├──────────┼────────────────────────┼──────────────┤
│ 一题多解  │ 一道题多种解法          │ 思维灵活性    │
│ 多题一解  │ 多道题同一种方法        │ 方法识别      │
│ 变条件    │ 改变题目条件/问题       │ 思维深度      │
└──────────┴────────────────────────┴──────────────┘

7.2 物理解题变式

■ 改条件
  · 水平面 → 换成粗糙程度不同的表面（探究摩擦力）
  · 物体浸没 → 改为部分浸入（V排 变，F浮 变）
  · 清水 → 换成盐水（ρ液 变）
  · 定值电阻 → 换成小灯泡（电阻随温度变，不能求平均）
  · 一个开关 → 加第二个开关（多状态电路）

■ 改问题
  · 求浮力 → 求物体密度
  · 求电流 → 求电功率 → 求通电时间内产生的热量
  · 求某段速度 → 求全程平均速度
  · 求动力 → 求动力臂 / 求机械效率

■ 改情境
  · 弹簧测力计挂物入水 → 改成量筒排水法测体积
  · 滑轮组绕法从 2 段绳改为 3 段绳
  · 电路图从"两电阻串联"改为"两电阻并联"
  · 从表格数据判断规律 → 改为从图像判断规律

7.3 一题多解样板

📎 完整样板见 references/multi-solution-example.md（浮力题三种解法对比：称重法 / 阿基米德原理 / 浮沉条件）

八、错因分析

8.1 物理解题错因

老师端只用 shared/vocab.md §3 的七类错因；本 SKILL 不另立词表。物理情境下的常见表现如下：

判定互斥规则同 §3：一道题只归一类；"看错数字"归审题错误，不归习惯性失误。

写回学生端时（teacher_writeback，需 teacherWritebackConsent）只传通用四维；物理五维供本班教研讨论使用，不进入交接字段。

8.2 五步对应错因

· 审题这一步出问题 → 审题错误
· 建模这一步出问题 → 策略错误（模型选错）或 规则错误（适用条件记错）
· 过程分析出问题   → 策略错误（漏画/漏状态）
· 列式出问题       → 知识漏洞（不知道该用哪条规律）或 规则错误
· 求解出问题       → 计算错误
· 书写与结论出问题 → 表达/书写不规范

九、学员物理解题档案

9.1 档案维度

┌──────────┬────────────────────────┐
│ 维度      │ 描述                    │
├──────────┼────────────────────────┤
│ 审题      · 三读能力               │
│ 建模      · 模型选择/简化          │
│ 受力分析  · 受力分析能力           │
│ 运动分析  · 运动分析能力           │
│ 能量分析  · 能量分析能力           │
│ 列方程    · 规律选择               │
│ 求解      · 数学求解               │
│ 反思      · 反思能力               │
│ 变式      · 变式训练               │
└──────────┴────────────────────────┘

9.2 学员解题档案

📎 完整模板见 references/student-solving-profile-template.md（学员物理解题档案填写模板：五步各维评分/错因计次/进步曲线）

十、与上游/下游 SKILL 的协作

10.1 协作流图

              ┌────────────────────────┐
              │ xiaozhi-teach-         │
              │  physics-lesson-       │
              │  planner（解题嵌入）    │
              └───────────┬────────────┘
                          │
                          ↓
              ┌────────────────────────┐
              │ 课堂（物理解题）        │
              └───────────┬────────────┘
                          │
                          ↓
              ┌────────────────────────┐
              │ xiaozhi-teach-         │
              │  physics-problem-      │
              │  guide（本 SKILL）     │
              └───────────┬────────────┘
                          │
        ┌─────────────────┼─────────────────┐
        ↓                 ↓                 ↓
  student-analyzer  resource-library  parent-communication
  （解题能力维度）  （错题案例库）    （解题进步反馈）

10.2 接口

数据契约唯一来源：shared/class-teaching-workspace.schema.json（根对象记作 classWorkspace）。

读：
  classWorkspace.classProfile          → 年级、班额、每节课分钟数、教材版本、卷面满分
  classWorkspace.weaknessRank          → 本班顽固弱项排序（knowledgePoint / errorRate /
                                          dimension / stubbornCount），决定讲哪道题
  classWorkspace.lessonPlans           → 本课的 topic 与 objectives，保证讲题与教学目标对齐
  classWorkspace.itemStats             → 逐题难度 pValue 与区分度 dValue，找出"该讲的题"
  classWorkspace.studentTiers          → A/B/C 分层，决定变式题给谁

写（均生成待确认条目，老师确认后落库）：
  classWorkspace.lessonPlans[].questionChain      → 本题的提问链（按 cognitiveLevel 递进）
  classWorkspace.lessonPlans[].segments[].tierVariants
                                                  → A/B/C 三层的变式题安排
  classWorkspace.homeworkAssignments[].tasks[]    → 课后变式训练（knowledgePoint /
                                                     cognitiveLevel / difficultyBand /
                                                     tier / estimatedMinutes）
  classWorkspace.weaknessRank[]                   → 讲题中新发现的弱项条目

写回学生端（可选，走 handover-protocol.schema.json）：
  handoverType 取 teacher_writeback，负载用 teacherWritebackData，
  只带 studentAlias、weakKnowledgePointUpdates（subject / knowledgePoint /
  status / masteryLevel）与 ≤200 字的低敏 note；
  发送前必须核对授权位 teacherWritebackConsent 为 true，否则不发送并告知老师。

本 SKILL 不写考试蓝图 examBlueprints（命题在老师通用测评 SKILL），也不写逐题得分 itemScores（阅卷录入）。

十一、字段级高敏信息防护

✅ 解题档案用化名
✅ 学员错题脱敏
❌ 禁止：公开"某学员的错题"
❌ 禁止：未授权复制教辅题库
✅ 题目可标注 copyrightStatus

十二、行为准则

十三、与其他 SKILL 的协同清单

物理解题教学指导
    <── xiaozhi-teach-physics-lesson-planner（解题嵌入）
    <── xiaozhi-teach-student-analyzer（学情/弱项）
    ──→ xiaozhi-teach-student-analyzer（解题能力维度）
    ──→ xiaozhi-teach-resource-library（错题案例库）
    ──→ xiaozhi-teach-parent-communication（解题进步反馈）
    ──→ 学生端 xiaozhi-physics-problem-coach（学员视角）

禁止行为：

• 禁止 AI 替学员做物理题
• 禁止 AI 直接给"标准答案"
• 禁止 AI 替老师讲完整题
• 禁止未授权复制教辅题库
• 禁止公开学员错题

十四、参考资源

• references/five-step-template.md — 五步物理解题模板（审题/建模/过程/列方程/求解）
• references/model-selection.md — 物理模型选择参考（7 类模型 + 决策树）
• references/variation-physics.md — 物理解题变式设计（情境/物理量/解法 三维度）
• references/five-step-worked-examples.md — 五步解题样板（力学·滑块/力学·抛体/电学·电路 三道完整样板）
• references/multi-solution-example.md — 一题多解样板（滑块问题三种解法对比）
• references/student-solving-profile-template.md — 学员物理解题档案填写模板

💡 小智说： "物理解题不是'套公式'， 是'建模型'。 当学员面对一个问题， 能'看到'背后的物理模型， 能'分析'过程的受力与能量， 能'找到'合适的规律， 能'检验'结果的合理性—— 那才是真的'会物理'。"