迁移规律在物理教学中的运用探讨，本文主要内容关键词为：规律论文,物理论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
当代建构主义认为，学习不是被动地接收信息刺激，而是主动地建构意义，是根据自己的经验背景，对外部信息进行主动地选择、加工和处理，从而获得自己的意义。已有的知识和经验对于新问题的解决总会产生各种影响，而新的学习过程及其结果又会对学习者的原有知识经验、技能和态度甚至学习策略等产生影响，这种新旧学习之间的相互影响就是学习的迁移。
按照迁移的性质，可将迁移分为正迁移和负迁移。正迁移是指一种学习对另一种学习起促进作用。知识与知识、技能与技能之间往往有许多共同或相似因素，在共同因素占优势，不同因素显而易见时，常常产生正迁移。如，学生学习了力的合成和分解之后，学习速度、位移、场强等的合成和分解就轻松了，因为它们的共同因素都是矢量，矢量都可以合成分解，合成、分解法则部遵守平行四边形法则，而速度、位移、场强的区别是显而易见的；负迁移是指一种学习对另一种学习起干扰或抑制作用，它往往发生在彼此相似的知识和技能之间。当新旧知识相关联的部分在内容和组织上虽相似却本质不同时，原有知识往往倾向于先入为主，新知识常常被理解为原有知识，或者学习者意识到新旧知识间有些不同，但不能具体指明本质区别之所在。这两种情况都会导致新知识向类似的旧知识还原，出现负迁移。例如振动图象对波形图象就会产生干扰，许多学生把振动图象和波动图象混为一谈，就是因为两种图象形式上相似——都是正弦或余弦曲线，都是离开平衡位置的位移。
认清迁移的实质和规律对教学实践有重要的指导意义。充分运用迁移规律，促进正迁移的发展，抑制负迁移的产生，是教学成功的一个重要环节。本文就物理教学中如何运用迁移规律做一些探讨：
一、利用迁移规律，促进正迁移
1.积极的心理状态是实现正迁移的前提
著名心理学家皮亚杰指出：“只有学生的心理积极作用于环境，其认知发展才能顺利进行。只有当学生对环境的刺激进行同化和顺应时，其认知结构的发展才能得到保障。”学生在学习过程中的心理状态，影响着学习的迁移。积极的心理准备状态更有利于已有知识对新的学习的正迁移。因此，教师在教学过程中应随时调整学生的心理准备状态，如学习信心、紧张程度等，以促进正迁移的产生。
教学中，可通过创设物理情境，引发认知共鸣，把学生的注意力引导到新课题的有关知识上来，进入有利于学习新知识的状态，形成迁移的阶梯。如在“万有引力定律在天文学上的应用”的教学中，学生已有万有引力定律，物体质量的测定，密度的测定等知识，也知道由于人口急剧增加，环境的破坏，地球已不堪重负。所以上课时，我首先提出如果要把人类移居到火星上，需要你首先了解火星的质量、密度、重力加速度等问题，你该怎样办？学生联系以前学过的知识，经过思考得出只能间接测量。教师再提出如何进行间接测量等问题，并要求学生找出求天体质量、密度的规律。这样把学习新知识与环境保护，航天技术紧密联系在一起，激发了学生的学习兴趣，可使学习心理进入优化、高效的状态，促进学生认知正迁移的发生。
2.重视培养学生的概括能力，是迁移能力发展的基础
迁移的“概括化理论”认为：学习迁移的基础在于概括，而概括则是揭示本质联系的结果。概括性越高，知识系统性越强，解决新问题时提取已有知识经验的速度和准确性越高，知识的迁移能力也就越强。
一般来说，一个物理方法处理的是一类（或几类）具有相同或相似特征的物理问题。若教学中抓住研究问题的特征，可将该方法应用在不同领域内或不同内容上。如研究牛顿第二定律的实验中，通过分别隔离和控制变量F和m来研究a与m及a与F之间的关系。显然，这种认知技能可以广泛迁移到只要研究对象具有“某个物理量可能与多个物理量有关”的特征，对其物理量之间的内在联系进行研究的实验中。如对单摆周期、平行板电容器的电容等实验研究。
又如，用比值法定义物理量是对事物本质属性的定义，它们的共同特征是：定义式左端代表一个物理属性，而右边仅代表一种定义的方法或测定方法，仅是给我们提供了用外界因素来表示事物本质特征的一种间接方式。事物的本质属性由其自身所决定，它们在与外界作用时显示出同一性质，与所描述的物理现象、物理实事之间并无因果关系。学生理解了这一点，就可以广泛迁移到如加速度、电流、电场强度、磁感应强度、电容、电阻等许多内容的学习中，使学生对这类概念的理解都能融会贯通。
教学中心重视培养学生的概括能力，对所学知识及时进行整理、归纳，使所学的知识系统化、条理化，以取得举一反三、触类旁通的教学效果，促进学习正迁移。
3.加强认知结构的联系对比，是培养迁移能力的基本途径
迁移现象是否发生，首先取决于新旧课题之间有无共同因素，共同的成分越多，一种学习就越能对另一种学习产生迁移。教学中，教师要善于对比相似的学习情境，挖掘它们的相同成分，以创设积极的迁移氛围，继而引导学生产生学习的正迁移。
如，学生在学习电磁振荡的有关知识时，由于思维定势，往往用有关稳恒电流的知识去理解和解释振荡电路的问题，从而得出错误的结论和认识。例如：在LC振荡电路中，电容器放电完毕时，电路中的电流最大，自感电动势为零。学生难以理解，往往会出现如下错误认识：
错误一：电容器放电完毕时，由I=（q/t），可知，q=0，I也应等于零。
错误二：电容器放电完毕时，q=0，电容器两极间的电压U=0，由I=（U/R）可知电流I应等于零。
错误三：既然电容器放电完毕时，电流I最大，由I=（E/R）可知，自感电动势E=IR也应最大。
分析引起这些错误的主要原因是：学生不恰当的将I=（q/t）和I=（U/R）迁移到新的情境中去。公式I=（q/t）中的I为时间内通过导体的电流平均值，而电容器放电完毕时的电流是瞬时值，它的大小应等于该时刻电容器所带电量的变化率，即i=（△q/△t）。欧姆定律I=（U/R）只适用于纯电阻电路，LC振荡电路中的电流i应从法拉第电磁感应定律来分析，即E=-L（△i/△t）。
那么，正确的理解如何？考虑到LC振荡电路与简谐振动各物理量的变化都是按正弦（或余弦）规律变化这一共同的因素，可引导学生挖掘它们之间更多的相同成分。如a=（△v/△t）与i=（△q/△t）和E=-L（△i/△t）相似，而振动过程中a与v之间的关系为：a=0时v最大，a最大时v=0。由此可类推知：q=0时，i最大；E=0时，i最大。
也可由a=（△v/△t）与i=（△q/△t）和E=-L（△i/△t）相似性得，a是v-t图象上的斜率，则i的大小应与q-t图象的斜率相对应，-（E/L）为振荡电路i-t图象的斜率。则由图1可得，当q=0，q-t图像的斜率均为最大值，即i最大；而i最大时，i-t图象的斜率均为零，即自感电动势E=0。
图1
一般来说，一个研究对象从不同角度看有不同的特征。要将正迁移应用于物理教学，其关键是引导学生根据所研究问题的性质来恰当地选取作为类比根据的两个对象的对应特征。如在本例中，如以交变电流的产生过程作为类比对象，则i=（△q/△t）与对应的特征为交变电动势e=（△φ/△t），则q的变化规律与φ相近，而i的变化规律与e相近。而交变电流产生过程中有φ=0时e最大，则有q=0时i最大。
二、抓住本质区别，克服负迁移
现代心理学表明：新旧知识相关联部分之间的可辨别性是影响迁移的重要因素。教会学生如何辨认各种问题的本质特征，是我们寻求克服负迁移教学策略的出发点。
1.加强概念和规律的变式教学
对概念和规律的一知半解是产生负迁移的温床。为此，教师除了讲解概念、规律时应尽量做到准确、透彻外，还应加强概念和规律的变式教学，应有意识地从各个不同的角度变更事物的非本质特征，通过分析、对比与评价，突出事物隐蔽的本质属性，帮助学生克服负迁移效应。
例如学生对静摩擦力的方向判定问题，由于学生受思维定势的影响，容易认为摩擦力的方向必与物体运动方向相反。为此，教师应设计不同的物理情境，供学生分析对比，帮助学生理解静摩擦力方向的本质特征。
情境一：木块在桌面上滑动，木块不久会停下。分析可知，物体停止的原因是摩擦力方向与物体运动方向相反。
情境二：在桌面上放一张白纸，在纸上放一木块，并拖动白纸，使木块跟着纸一起向前运动。分析：假如按照上例判断摩擦力F方向与物体运动方向相反，那么木块的运动将落后于纸面，但事实上，木块与纸一起向前运动，可知F的方向与木块的运动方向相同。由此分析得静摩擦力的实质：静摩擦力是阻碍物体间相对滑动趋势的作用力。
情境二：木块置于匀速转动的转台上随转台一起做匀速圆周运动。由于受到思维定势影响，学生对物体维持匀速圆周运动所需的向心力是物体与台面间的静摩擦力感到迷惑：假如物体不受摩擦力，物体将沿切线方向向前运动，那么静摩擦力的方向应沿切线方向向后，为什么静摩擦力方向会沿半径指向圆心？学生产生这种模糊概念的主要原因，在于他们不理解摩擦力产生于相对台面运动的趋势，如果物体的运动是相对于地面，那么地面上的观察者见到物体沿切线方向运动。但物体相对于台面的运动趋势不是沿切线方向，而是沿着半径向外，因此物体与台面之间的摩擦力是沿半径方向指向圆心，与物体的运动方向垂直。
2.通过归纳、对比的教学方法防止负迁移
有比较才有鉴别，有鉴别才能认识新旧知识的联系和区别，从而阻碍负迁移的产生。教师在教学中要善于挖掘容易发生负迁移的知识，要通过各种手段的对比和分析，以把握这些相似的知识相互间的本质区别。如对于容易混淆的振动图象和波动图象，列表对比如下：
再如通过设置如图2、3、4所示的演示实验，以清晰的物理情境辨别自由振动、阻尼振动、受迫振动的本区分。
图2
图3
图4
3.克服思维定势的消极影响，切断负迁移的根源
学生对某个物理问题用一定的思维模式解决之后，会在头脑里留下较深的印象，形成一种固定的思维方式或思想模式即思维定势。当问题解决存在选择时，就会受到思维定势的影响。定势效应就是倾向于挑选熟悉的选择，即使它并不是最好的。在知识情境不变的情况下，思维定势运用得当，能促进知识的正迁移。但如果学生的思维定势太强烈，且不注意新问题与旧问题之间的差异，则对问题解决具有较大的负面影响，造成知识和经验的负迁移。教学实践发现，学生解题中的许多失误，都是由不良的思维定势造成的。
例如，如图5所示为放置在水平面上内装有水的瓶子，瓶内有一气泡，当瓶子从静止状态突然向右运动时，小气泡在瓶内将向何方运动？许多学生认为：当瓶子从静止状态突然向右运动时，小气泡在瓶中由于惯性将向左运动。而正确答案恰恰与之相反，因为当瓶子从静止状态突然向右运动时，瓶中的水由于惯性要保持原有的静止状态，相对瓶子来说是向左运动，而瓶中的气泡就向右移动（气泡的质量同水相比可忽略不计）。
图5
上述错误出现的原因，正是由于通常用物体的惯性来分析其运动，从而造成了一种思维定势。而在这道题中，不要求你回答由于惯性引起的水运动，而是要求回答由于惯性而引起的其他现象——气泡运动。
定势思维所强调的是事物间的相似性和不变性。而根据唯物辩证法观点，不同的事物之间既有相似性，又有差异性。教学中，要引导学生善于识别对新旧问题起主导作用的是其相似性还是其差异性，以克服思维定势的消极影响，切断负迁移的根源。
4.培养学生辨析新问题的能力，是阻遏负迁移的根本
建构主义的类比迁移理论认为，学习者面对新的复杂问题时，通常先运用已解决问题的现存知识，去指导新问题的解决。为进行类比迁移，解决问题者必须认定一个类比物作为起始点。学习者不能辨析科学问题的本质，错误地选择类比物往往是产生负迁移的原因。大多日常现象与科学本质之间的相互干扰产生的负迁移都缘于此。
如高一教材绪言中“瓦碎蛋全”的演示实验（如图6所示），很多学生也看过类似的“气功碎石”表演，都有很深刻的印象，但不太容易解释清楚。当我们问：在气功师能够承受石板重量的前提下，石板越轻表演越难，还是石板越重表演越难？大多学生认为：石板越重，表演就越难。但这与其物理实质大相径庭。
图6
那么，学生错误的结论究竟从何而来呢？在面对日常生活中熟悉的问题时，学生往往以生活经验和常识为思维起始点，首先从生活经验和常识中寻找类比物。本例中，学生的类比物是：“石板越重，气功师越难承受。”但这与问题本意是截然不同的两个科学问题，问题本意为：“石板轻重不同时，铁锤的打击对气功师的伤害哪个大？”。
这个现象可以直接用动量守恒来解释：把石板和锤作为一个系统，设锤的质量为m，砸到石板前的速度为v[，0]，碰后速度为零，石板质量为M，被砸后的速度为v，由于锤和石板相碰的时间极短，所以是一种典型的碰撞类型，因此，此系统的动量守恒，即mv[，0]=Mv，所以，铁锤传给石板的动能为E=（1/2）Mv[2]=（m/M）E锤。
从上式可以看出，在气功师能承受石板重量的范围内，石板越重，铁锤传给石板的能量就越小，气功师的表演就越容易成功。
经验表明，在解决新问题时，凡是具有科学严谨的思维方法，基础知识扎实的学生很少发生负迁移。而辨析能力不强，不能透过现象看到本质的，则往往会发生生搬硬套、张冠李戴的错误。所以，教学中应该注意培养学生的分析问题、比较问题的能力，教育学生对相异的问题重在比同，对相似问题重在比异，抓住物理现象的本质和不同问题的联系和区别，是促进正迁移、防止负迁移的根本。
需要指出的是，本文仅是从某一侧面分别探讨了促进正迁移、抑制负迁移的问题。迁移规律是相当复杂的，就其分类而言，按迁移的内容可分为认知迁移、态度迁移和技能迁移；按迁移的顺序可分为顺向迁移和逆向迁移；从迁移发生的方式上看，迁移又可分为特殊迁移和非特殊迁移。即使同一内容，也可能是某一方面起正迁移作用，而另一方面则是起负迁移作用。这些远非本文所能包容的，但愿本文能引起读者对迁移规律更深的探讨。