物理思維遷移能力的培養(yǎng)策略探討
——基于一道中考創(chuàng)新題的思考

(江蘇省南京市六合區(qū)金牛湖初級(jí)中學(xué)，江蘇 南京 211500)

物理思維遷移能力的培養(yǎng)策略探討
——基于一道中考創(chuàng)新題的思考

盧義剛

(江蘇省南京市六合區(qū)金牛湖初級(jí)中學(xué)，江蘇 南京 211500)

筆者通過(guò)對(duì)一道中考物理創(chuàng)新題的分析，以核心素養(yǎng)教育為導(dǎo)向，簡(jiǎn)述培養(yǎng)物理思維遷移能力的重要性，并在此基礎(chǔ)上提出：教學(xué)中應(yīng)從完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)應(yīng)用意識(shí)、挖掘內(nèi)在聯(lián)系、建立思維模型、克服消極定勢(shì)五個(gè)方面著手，提高學(xué)生思維遷移能力。

中考物理；核心素養(yǎng)；思維遷移能力

每年中考落下帷幕時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)有不少中考物理創(chuàng)新題令人耳目一新。面對(duì)創(chuàng)新題，有的學(xué)生無(wú)從下手，有的學(xué)生選擇直接放棄，又有的學(xué)生認(rèn)為只有“天馬行空”般的思維才能解決這些創(chuàng)新題。解決創(chuàng)新題的關(guān)鍵在于能否順利地實(shí)現(xiàn)思維的遷移。遷移是指一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)的影響[1]，思維的遷移現(xiàn)象早已被人們所熟知，孔子提出的“舉一反三”“觸類旁通”就是典型的思維遷移現(xiàn)象，如今我們所常說(shuō)的“解一道題會(huì)一類題”也是指思維遷移。

1 對(duì)一道中考物理創(chuàng)新題的分析

筆者搜集并查閱了近年的中考物理創(chuàng)新題，從形式上看，這些題目大都題意新穎，姿態(tài)萬(wàn)千，令不少考生感到望塵莫及。然而，仔細(xì)推敲不難發(fā)現(xiàn)：幾乎所有的創(chuàng)新題都具有一個(gè)“共性”，就是對(duì)學(xué)生的思維遷移能力要求較高。其原因在于：創(chuàng)新題一般不會(huì)“無(wú)根無(wú)據(jù)”地空降而來(lái)，而是依據(jù)課標(biāo)、教材，結(jié)合學(xué)生們平時(shí)所學(xué)的知識(shí)或根據(jù)以往所做過(guò)的題目改編而成，也就是說(shuō)創(chuàng)新題與課標(biāo)的要求、教材的內(nèi)容、學(xué)生已掌握的知識(shí)與技能之間往往存在著關(guān)聯(lián)，是有章可循的。如果學(xué)生能發(fā)掘新情景中自己所熟悉的知識(shí)和解決問(wèn)題的思路，在已有知識(shí)和新情景之間建立一種聯(lián)系，并順利地將已有知識(shí)、技能、思維方法遷移到新的問(wèn)題情景中去，解決創(chuàng)新題將會(huì)水到渠成，下面以一道中考創(chuàng)新題為例予以說(shuō)明。

例題(2017年蘇州中考)：為研究紙錐下落的運(yùn)動(dòng)情況，小華通過(guò)查閱資料了解到，物體下落過(guò)程中會(huì)受到空氣阻力的作用，阻力f的大小與物體的迎風(fēng)面積S和速度v的二次方成正比，公式為f=kSv2(k為比例常數(shù))?，F(xiàn)用一張半徑為R、面密度為ρ(厚度和質(zhì)量分布均勻的物體，其質(zhì)量與面積之比稱為面密度)的圓紙片，按圖1甲所示將圓紙片裁剪成圓心角為n°的扇形，然后做成如圖1乙所示的紙錐，紙錐的底面積為S0(即為紙錐的迎風(fēng)面積)，讓紙錐從足夠高處?kù)o止下落。

圖1

(1) 紙錐在整個(gè)豎直下落過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是( )。

A． 一直加速 B． 一直勻速

C． 先加速后勻速 D． 先加速后減速

(2) 下落過(guò)程中紙錐能達(dá)到的最大速度為 。

解析：(1) 紙錐由靜止開(kāi)始下落，初速度為0，由f=kSv2可知，開(kāi)始時(shí)紙錐所受阻力f為0，紙錐只受重力G作用，即受到豎直向下的非平衡力作用，由于力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，所以紙錐向下做加速直線運(yùn)動(dòng)；在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，v變得越來(lái)越大，其所受阻力f也變得越來(lái)越大，直到f與重力G變成一對(duì)平衡力，根據(jù)二力平衡知識(shí)，此時(shí)紙錐開(kāi)始向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)第(1)問(wèn)學(xué)生比較熟悉，做起來(lái)也相對(duì)得心應(yīng)手。

教學(xué)啟示：解決此題所需的基本知識(shí)包括力與運(yùn)動(dòng)、二力平衡，技能包括數(shù)學(xué)公式變形、圓的面積及重力的計(jì)算等數(shù)理技能，學(xué)生所面臨的新的情景包括阻力f的公式、面密度ρ的理解，還包括一些新的概念比如“迎風(fēng)面積”等。此題對(duì)考生的思維遷移能力要求較高，能否將已有知識(shí)、技能及解決問(wèn)題的思維遷移到新的情境中是能否解決此題的關(guān)鍵。

2 思維遷移能力的重要性

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》對(duì)思維遷移能力提出了明確的要求：“要增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決問(wèn)題的意識(shí)……要讓學(xué)生學(xué)習(xí)基本的科學(xué)方法，并能將這些方法遷移到自己的生活之中?！贝送猓昂诵乃仞B(yǎng)”的培養(yǎng)要求：重視運(yùn)用知識(shí)技能、解決現(xiàn)實(shí)課題所必須的思考力、判斷力與表達(dá)力及其人格品性。這意味著，要求學(xué)生能夠運(yùn)用各門(mén)學(xué)科的內(nèi)容進(jìn)行思考、判斷[2]。這里“運(yùn)用知識(shí)技能、解決現(xiàn)實(shí)課題所必須的思考力”即思維遷移能力，思維遷移能力不僅是解決中考創(chuàng)新題的決定性因素，而且是學(xué)生利用已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的橋梁，是教學(xué)的重要目標(biāo)，是解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的重要方法，是“核心素養(yǎng)”的核心所在，因此教師在教學(xué)中要特別關(guān)注思維遷移能力的培養(yǎng)。

3 思維遷移能力的培養(yǎng)策略

3.1 建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)

認(rèn)知結(jié)構(gòu)是由人們過(guò)去對(duì)外界事物進(jìn)行感知、概括的一般方式或經(jīng)驗(yàn)所組成的觀念結(jié)構(gòu)，它的清晰性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到新知識(shí)學(xué)習(xí)的效果，現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)家們大都持同化論觀點(diǎn)，十分重視原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)或認(rèn)知結(jié)構(gòu)在新學(xué)習(xí)中的作用[3]。條理化、系統(tǒng)化的知識(shí)在學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中更具備可利用性，學(xué)生在利用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題時(shí)才能及時(shí)、準(zhǔn)確地提取。也就是說(shuō)，要保證思維遷移活動(dòng)的順利進(jìn)行，前提是要有清晰的知識(shí)脈絡(luò)，在學(xué)習(xí)了一個(gè)章節(jié)或一個(gè)主題之后，教師應(yīng)布置相應(yīng)的整理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)，不妨要求學(xué)生寫(xiě)出該章節(jié)的關(guān)鍵詞、核心概念、規(guī)律等，說(shuō)出各個(gè)概念間的聯(lián)系，并且以“網(wǎng)絡(luò)”或“樹(shù)圖”等形式將各個(gè)概念聯(lián)結(jié)起來(lái)，找出彼此關(guān)聯(lián)的“線”，從而實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到線、由線到面，構(gòu)建出完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。繪“思維導(dǎo)圖”就是一種學(xué)生自我建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的方法，圖2為學(xué)生在學(xué)習(xí)完“光的直線傳播”知識(shí)后所繪的思維導(dǎo)圖。學(xué)生通過(guò)繪思維導(dǎo)圖，能夠自主建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而有利于知識(shí)的準(zhǔn)確提取，為思維的遷移提供必要的認(rèn)知基礎(chǔ)。

圖2

3.2 創(chuàng)設(shè)熟悉情境，增強(qiáng)應(yīng)用意識(shí)

在進(jìn)行新的物理概念和規(guī)律教學(xué)時(shí)，為降低學(xué)習(xí)“門(mén)檻”，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)盡量取材于學(xué)生的生活實(shí)際，從生活走向物理，為學(xué)生的思維遷移創(chuàng)設(shè)親切、熟悉的情境。例如，學(xué)生通過(guò)自己的觀察、實(shí)踐，積累了一些生活常識(shí)，如：石子扔進(jìn)水里會(huì)沉下去，而木塊扔進(jìn)水里會(huì)浮在水面上，這些生活現(xiàn)象學(xué)生非常熟悉，為浮力知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定了感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)。再如，汽車突然啟動(dòng)時(shí)人會(huì)后仰，汽車突然剎車時(shí)人會(huì)前傾，這為慣性的學(xué)習(xí)提供了認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)。在新課引入的環(huán)節(jié)可以利用這些素材創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生將生活中的已有經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知遷移到新的學(xué)習(xí)情境中去，實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)。

在學(xué)生建立概念和認(rèn)識(shí)規(guī)律之后，應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生用掌握的知識(shí)來(lái)分析解決生活和社會(huì)中的實(shí)際問(wèn)題，強(qiáng)化理論的應(yīng)用意識(shí)[4]。通過(guò)知識(shí)的應(yīng)用，可以發(fā)揮知識(shí)學(xué)習(xí)的真正作用，并促使其得到廣泛的遷移。例如，在學(xué)習(xí)“壓強(qiáng)”后，要求學(xué)生利用相關(guān)知識(shí)描述、說(shuō)明、解釋生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象。不妨以生活中常見(jiàn)的小圖釘為研究對(duì)象，設(shè)置如下問(wèn)題串：你能描述圖釘?shù)拇笾滦螤顔幔酷敿夂歪斆钡拿娣e誰(shuí)大誰(shuí)?。繛槭裁催@樣設(shè)計(jì)？要求學(xué)生解釋其背后的物理原理。通過(guò)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，賦予知識(shí)以生命力，讓學(xué)生與社會(huì)生活直接接觸，將理論知識(shí)更好地拓展、遷移到實(shí)際生活中去，既開(kāi)闊了視野，增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)，也有利于學(xué)生思維遷移習(xí)慣的養(yǎng)成。

3.3 尋找知識(shí)共性，挖掘內(nèi)在聯(lián)系

根據(jù)心理學(xué)的相關(guān)理論，存在相似性或內(nèi)在聯(lián)系的兩種學(xué)習(xí)之間較容易產(chǎn)生遷移，實(shí)際教學(xué)中可以充分利用這一點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生回憶或再現(xiàn)已有的知識(shí)、技能、方法等，引導(dǎo)學(xué)生將過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)、技能、方法遷移到新的學(xué)習(xí)情境中。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)了溫度計(jì)的使用方法后，腦海中已經(jīng)建立起了使用測(cè)量工具的基本方法、規(guī)則，在此基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)刻度尺、彈簧測(cè)力計(jì)等測(cè)量?jī)x器的使用方法時(shí)，教師可以去啟發(fā)學(xué)生將先前所學(xué)的知識(shí)與新知識(shí)結(jié)合起來(lái)，尋找共同規(guī)律，自然地將已有知識(shí)、技能遷移到新知識(shí)、新技能的學(xué)習(xí)中去。

3.4 誘導(dǎo)多題歸一，建立思維模型

圖3

在平時(shí)的習(xí)題教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)做過(guò)的題目進(jìn)行歸納、反思，對(duì)于一些典型的物理問(wèn)題，可以引導(dǎo)學(xué)生建立思維模型。物理模型是人們?yōu)榱搜芯课锢韱?wèn)題和探討物理事物的本質(zhì)，對(duì)研究對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化描述，是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用理想化的辦法所建構(gòu)的，它是物理學(xué)賴以發(fā)展的基本方法，也是解決實(shí)際問(wèn)題的重要途徑和方法。例如，學(xué)生對(duì)浮力知識(shí)的學(xué)習(xí)，總體感覺(jué)比較困難，尤其對(duì)物體在液體中浮沉情況的判斷和浮力大小的計(jì)算，更覺(jué)得思維要求高、學(xué)習(xí)難度大[5]。故而只要建立典型的浮力模型，就可以化繁為簡(jiǎn)。我們將物體浸沒(méi)到液體中，松手后物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有三種可能：懸浮、下沉、上浮直至最終靜止時(shí)漂浮，因此，只要針對(duì)這幾種狀態(tài)分別建立模型，浮力的問(wèn)題便都包含在內(nèi)。如圖3所示建立一個(gè)物體“漂浮”時(shí)的模型，我們可用稱重法和狀態(tài)分析法計(jì)算出它受到的浮力。此漂浮模型可以廣泛地應(yīng)用、遷移到用密度計(jì)測(cè)液體密度的原理、輪船由大海駛?cè)腴L(zhǎng)江的V排變化、輪船裝載貨物或卸下貨物前后所受浮力變化等問(wèn)題中。

3.5 克服消極的思維定勢(shì)，培養(yǎng)發(fā)散思維能力

定勢(shì)是指先于一定活動(dòng)而指向活動(dòng)對(duì)象的一種動(dòng)力準(zhǔn)備狀態(tài)，定勢(shì)對(duì)于知識(shí)遷移的影響既可能是積極的，也可能是消極的。當(dāng)定勢(shì)作用與人們解決問(wèn)題的思路一致時(shí)，會(huì)對(duì)問(wèn)題的解決產(chǎn)生促進(jìn)作用，即產(chǎn)生正遷移；反之會(huì)產(chǎn)生干擾作用，即產(chǎn)生負(fù)遷移。

鑒于定勢(shì)作用的雙重性，在實(shí)際教學(xué)中，既要培養(yǎng)學(xué)生解決類似問(wèn)題的心向，又要引導(dǎo)學(xué)生在遇到用習(xí)慣思維難以解決有關(guān)問(wèn)題時(shí)，積極地從其他角度思考，即鼓勵(lì)發(fā)散思維，從多種途徑尋找策略。課堂上可以借助提問(wèn)、討論、質(zhì)疑、變式訓(xùn)練等手段，使學(xué)生做到舉一反三，找到多種不同的解決問(wèn)題的辦法或方案，增加思維遷移的廣度。例如，在學(xué)習(xí)了什么是“平衡狀態(tài)”后，要求學(xué)生舉例說(shuō)出周圍正處于平衡狀態(tài)的物體，并說(shuō)明為什么這些物體會(huì)處于平衡狀態(tài)。學(xué)生能列舉的例子越多，道理說(shuō)得越清楚，則思維發(fā)散、遷移的范圍就越廣，對(duì)知識(shí)的理解就越深刻。要鼓勵(lì)學(xué)生從多角度、多方位思考問(wèn)題，克服消極思維定勢(shì)，避免思維僵化，提高思維遷移的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

思維的遷移能力是解決中考創(chuàng)新題的決定性因素，是“核心素養(yǎng)”的核心所在，是教學(xué)的重要目標(biāo)，也是學(xué)生在已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知的重要渠道。物理教師應(yīng)從完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)應(yīng)用意識(shí)、挖掘內(nèi)在聯(lián)系、建立思維模型、克服消極定勢(shì)五個(gè)方面著手，努力實(shí)現(xiàn)“為遷移而教”，促使學(xué)生的思維遷移能力得到有效培養(yǎng)。

[1] 皮連生.教育心理學(xué)[M].上海：上海教育出版社,2011:228.

[2] 鐘啟泉.基于核心素養(yǎng)的課程發(fā)展：挑戰(zhàn)與課題[J].全球教育展望,2016，(1):4.

[3] 張大均.教育心理學(xué)[M].北京：人民教育出版社,1999：123-128.

[4] 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社,2012:30-31.

[5] 陳勝鋼.運(yùn)用模型方法提高思維品質(zhì)[J].物理教師，2014，(9):35-38.