遷移理論在物理教學中的應用

賴義平 宋善炎

摘? ?要：普通高中物理新課標要求用形成的物理觀念解決實際問題，新問題的解決要用到先前的知識經(jīng)驗——學習遷移，物理教學中如何做好遷移？文章闡述了遷移理論在物理教學中的建構過程，結合教學實際提出物理學習遷移的策略：以學科思想方法整合知識結構，找準聯(lián)系;抓問題的本質(zhì)，加強概括遷移;關注情境間的聯(lián)系，實現(xiàn)解題方法遷移;加強學科間的橫向遷移。

關鍵詞：物理教學;遷移理論;方法策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）10-0011-4

很多學生反映，能聽懂老師所講的內(nèi)容，遇到問題卻無從下手;解決了一個問題，遇到變式還是無能為力。不能在新的問題情境中做到舉一反三，迷失在知識和方法的“此山中”，而不識其本質(zhì)的“廬山真面目”，即缺乏遷移能力。

何為學習遷移？葉圣陶先生說過“凡為教，目的在于達到不需要教”，只是簡單地傳授知識和方法，學生不能真正學會學習，不能獲得解決問題的能力。所謂“不需要教”即學生已經(jīng)獲得了運用現(xiàn)有知識和經(jīng)驗去解決新問題的能力——遷移能力。簡言之，學習遷移即新舊學習間的影響。

查閱知網(wǎng)，最早開始遷移與學科結合的研究在1982年“雙基”教學時期，到現(xiàn)在共有4255篇文獻，從1982年到2001年提出“三維”目標，共382篇文獻，年均20篇;從2001年到2015年提出核心素養(yǎng)，共2529篇文獻，年均169篇;從2015年到現(xiàn)在，有1345篇文獻，年均336篇。從數(shù)據(jù)來看，學習遷移的關注度呈逐年遞增的趨勢，當前深度學習已成為世界各國教育改革的方向，遷移理論是其重要理論基礎[1]?？梢姡瑹o論是在“雙基”“三維”還是現(xiàn)在“核心素養(yǎng)”“深度學習”的背景下，學習遷移一直是人們追求的教學目標。

1? ? 正確認識遷移理論

形式訓練說由17世紀古希臘羅馬提出，認為訓練可以促進官能的發(fā)展，但詹姆士證明記憶取決于方法而非訓練，官能由訓練都能得到發(fā)展的假說是主觀臆想的，沒有科學證據(jù)。1901年，美國心理學家桑代克提出相同要素說，強調(diào)兩情境間的相同要素，新課進行舊知回顧，即找新舊知識的聯(lián)系，但遷移僅由聯(lián)結決定的觀點，把遷移簡單機械化了。1908年，賈德提出概括化理論，強調(diào)兩活動間的共同原理，如課后拓展，概括出原理、方法，促進實際運用;現(xiàn)代遷移關注元認知與遷移，元認知扮演著監(jiān)控和調(diào)節(jié)者的角色，從而對自己的學習狀況有清醒的認識。

以上幾個主要遷移理論有其可取之處，同時也存在各自的局限性。形式訓練說指出合理的訓練能夠增強某方面的技能，但要避免只訓練不講方法。相同元素說為教學提供了指導性思想，學習間的關聯(lián)是遷移的前提，但不能只講關聯(lián)，而忽視了學習者的內(nèi)在訓練過程。概括化理論不能只關注相同原理而不重視情境間的差異，原理要與新情境有機調(diào)整結合。因此，要辯證地看待遷移理論，合理、融合地使用遷移理論。

2? ? 遷移理論在物理教學中的建構過程

相對于“雙基”目標，“三維”目標下的遷移關注到了學生的情感、態(tài)度，在“核心素養(yǎng)”目標下，強調(diào)的是積極心態(tài)、興趣、習慣和學習方法?？梢姡w移與學科的結合隨不同時期教育目標而變，從關注遷移理論本身逐漸向關注學習者心理、情緒、元認知轉變。在有關遷移的不同學說中，相同元素說主張建構完整的知識結構，形成能力結構，以觀念或核心結構統(tǒng)領各知識的結構關系，找新情境與原結構的關聯(lián)，建構新概念。概括化理論將問題解決的思想方法概括下來，建構實際問題的模型。形式訓練說杜絕機械練習，強調(diào)思維和變式訓練，多角度發(fā)散練習，活學活用。元認知引導學生自我總結、反思及與他人分享學習經(jīng)驗和方法[2]。遷移理論與物理學科結合，要根據(jù)物理學科的特點創(chuàng)造性地融合，提出具有物理學科特色的策略方法。

物理問題研究遵循物理學科思想方法。物理學科思想方法是研究物理問題的本質(zhì)屬性、規(guī)律和相互關系的方法策略[3]，教師要深入研究教材，合理規(guī)劃課程，找準知識結構和學科思想方法的聯(lián)系。不僅要找知識間的聯(lián)系，還要將理論與生活實踐結合起來，創(chuàng)造有意義學習經(jīng)歷[4]，實現(xiàn)教學是為了培養(yǎng)學生未來職業(yè)和社會生活所需的必備品格和關鍵能力。

物理知識來源于實際生活，蘊含在不同的情境中，忽略研究問題的次要因素，把握主要影響，建立理想的物理模型，包括對象或運動模型。另外，高中物理所研究的問題涵蓋力、熱、電、光、原，不可能面面俱到。同類問題可能存在本質(zhì)、原理、思想方法或學科觀念的聯(lián)系，要概括其本質(zhì)和解決方法。從整體上、更高層次上把握物理知識，才能看到之間的關聯(lián)，觸類旁通，為之后的學習或問題解決提供“活水之源”。遇到新問題，知道大概的研究思路和解決方法，這才是培養(yǎng)解決問題的能力。當前研究認識到了方法的重要性，但拘泥于方法本身，要掙脫方法的桎梏，關注情境間的各種關系，以便調(diào)用合理的方法。

物理知識與特定的情境聯(lián)系在一起，例如，說到牛頓第二定律，有的同學往往會與墊高的斜面聯(lián)系在一起，而在可直接測繩子拉力的情況下，依然認為要墊高斜面，說明對原情境的本質(zhì)沒理解透。為了避免出現(xiàn)思維定式，就要對概念從多角度去考察，發(fā)散的變式訓練，在不同的情境中把握概念，達到“去情境化”，使遷移不受特定情境的限制。物理離不開數(shù)學推導，而在實際問題中，數(shù)理的聯(lián)系往往不明顯，這就需要數(shù)理思維，如構建數(shù)學模型、轉化法等。為了使已獲得的方法在新情境中調(diào)用有序，需要元認知對其進行管理、反思。

綜上，物理學習遷移過程可用圖1表示，縱向遷移，基于原有的知識結構、思想方法，找新舊情境的關聯(lián)，調(diào)用原有的模式，進行調(diào)整運用，解決問題形成新的知識結構方法。橫向遷移，這里講數(shù)理遷移，尋找數(shù)理交叉點，用數(shù)理思維看問題。所有的方法在元認知的管理、反思、總結下，不斷地變式訓練，上升為知識結構和能力結構。

3? ? 遷移理論在物理教學中的具體實施

3.1? ? 探尋學科內(nèi)的縱向遷移

3.1.1? ? 以學科思想方法整合知識結構，找準聯(lián)系

高中物理新課標強調(diào)要“引領學生理解物理學的本質(zhì)，形成科學思維習慣，增強探究能力和解決問題的能力”。在宏觀上構建一個完整的知識和方法體系——物理學科思想方法，相當于在學習過程中有了指導思想，讓學習與遷移變得有章法。高中物理知識的編排在難易程度上是遞進的。必修部分感性材料多一些，選修部分偏抽象理解，但知識和思想方法是相通的。主要有理想模型法、等效思想、數(shù)理方法、歸納與演繹法等。在物理學習過程中，可用學科思想方法作為遷移的主線。

例如，學習電勢能這個抽象概念，聯(lián)想學過的動能、勢能，在做功可以引起能量變化的思想方法下，尋找電場力與重力做功的關聯(lián)，類比得出電勢能的一系列規(guī)律。再如推導庫侖力，已得出F∝1/r2，F(xiàn)∝q1q2，如何得出F的表達式，聯(lián)想萬有引力的推導，先后得出F與距離和質(zhì)量的關系，推出最終表達式利用的是比例系數(shù)法。另外，圖像法中，由v-t圖像的面積即位移，為變力做功的求法提供了遷移基礎，即從F-x圖像這個思路找到解決辦法。

因此在開始學習一個知識，要概括、總結出其研究方法，在新的問題中，以學科思想方法為指引，尋找新舊知識的聯(lián)系，讓學習遷移有法可依。

3.1.2? ? 抓問題的本質(zhì)，加強概括遷移

據(jù)相關學者對高考題的研究發(fā)現(xiàn)，注重基礎，模型建構，滲透物理思想方法是高考改革的主旋律[5]。高考考查的知識點不過分強調(diào)難，卻很靈活，更注重處理物理問題的方法，對知識的靈活運用，或在原有的方法上創(chuàng)新。對物理問題，關鍵搞清來龍去脈，本質(zhì)是什么，再適當?shù)赝卣?，這樣有利于學生分析新的物理情境，提升遷移水平。

概括本質(zhì)：如電表改裝，要知道改裝電流表、電壓表和歐姆表的不同之處，為什么出現(xiàn)刻度均勻與不均勻，很多學生沒有深入思考過。從改裝表的示數(shù)如何表示入手，寫出新表與電流計示數(shù)的關系式，就一目了然。只有搞清楚以電流計為核心的經(jīng)典歐姆表的原理，概括、總結出經(jīng)典歐姆表的處理方法，才能在此基礎上拓展、延伸，促進學生對于以電壓表為核心的創(chuàng)新歐姆表的原理分析與探索。

總結模型：2015年、2019年高考的碰撞問題，考查的都是常見的彈性碰撞模型，即物體1有初速度，物體2靜止。首次遇到該問題，要概括出該模型發(fā)生彈性碰撞后速度的特點及質(zhì)量改變所產(chǎn)生的現(xiàn)象（圖2）。總結經(jīng)典模型，在遇到類似的問題，抓住核心原理，剩下的工作就是根據(jù)新情境進行調(diào)整。

我們不主張“題海戰(zhàn)術”、盲目訓練，沒有對問題的分類、方法的指導，就如同無頭蒼蠅亂撞，解決問題的能力很難提高，而合理安排訓練，在每個專題下，對問題進行分類，并進行拓展訓練，達到對知識本質(zhì)的認識和把握。

3.1.3? ? 關注情境間的聯(lián)系，實現(xiàn)解題方法遷移

人們遇到新問題會努力在記憶中搜索一種有利于當前問題解決的模式[6]。“百度百科”對模式的解釋是解決一類問題的方法論。物理問題的解決方法有很多：微元法、圖像法、類比法、假設法、極限法、模型法、估算法等。“知網(wǎng)”上關于物理解題技巧的研究有很多，學者們細致地研究了這些方法的內(nèi)涵和具體步驟，但很少關心學生如何聯(lián)想到這些方法，我們更應該關注適合此方法的問題情境特征，跳出方法本身，找情境間的關鍵聯(lián)系，才能聯(lián)想到適合新情境的模式方法。在初次接觸典型問題，學生自己找到方法，概括方法的使用特點，遇到適合該方法的新情境，挖掘與之前情境的深層關系，實現(xiàn)方法遷移。

例如微元法，勻變速直線運動位移與時間的關系和彈簧的彈性勢能兩情境間存在著這樣的關系：變速、變力（變化），位移、形變量細分可看成勻速、恒力（微分、近似），若足夠細分，累加起來可解決問題（極限、累加）。找到了問題情境間的深層關系——微分法，在遇到導體棒在勻強磁場中做減速運動通過導體的電荷量問題，發(fā)現(xiàn)也具有上述的關系，而電流與小段時間的乘積累加就是電荷量，從而確定采用微元法。

教師要指導學生經(jīng)常梳理方法，對方法進行分類，不斷地進行反思，實現(xiàn)對自己的學習方法、策略進行自我管理和監(jiān)控，在知識結構上端形成方法結構，從而更好地實現(xiàn)方法遷移。

3.2? ? 加強學科間的橫向遷移

我們常說“數(shù)理不分家”，在這兩門自然學科發(fā)展的歷史長河中，數(shù)學的發(fā)展促進了物理學的發(fā)展，物理離不開數(shù)學計算，而物理學的發(fā)展也為數(shù)學作出了重要貢獻。例如，牛頓和萊布尼茨作為微積分學的奠基人，他們的貢獻早已載入數(shù)學史冊。在物理問題解決過程，運用數(shù)學方法能夠方便問題的解決。

構造數(shù)學模型：有些物理問題，滿足某個數(shù)學模型，要善于分析其中的條件，將物理問題構造成數(shù)學模型。如圖3動態(tài)平衡問題，判斷各力的變化。通過受力分析，將不變的合力構造成圓周角的定弦，將不變角的補角構造成圓周角，閉合的力的矢量三角形內(nèi)嵌于圓中，即構造數(shù)學圓周角的模型處理此動態(tài)平衡問題。

轉化法：先進行常規(guī)物理角度的分析、思考，發(fā)現(xiàn)與數(shù)學間的交叉點，建立起與數(shù)學間的關系，從而將物理問題轉化為數(shù)學問題。例如，兩桿間繩掛衣架問題，通過對重力、繩拉力、角度的常規(guī)受力分析，發(fā)現(xiàn)角度可轉化為兩桿間距與繩長的關系，即將力的動態(tài)問題轉化為求角度問題。

習題教學中，我們也可從數(shù)學方法的角度對物理問題進行分類，養(yǎng)成從數(shù)理結合的層面分析問題，形成數(shù)理思維。

4? ? 結? 語

完整的知識和方法結構是建立新舊知識聯(lián)系的前提。對新問題情境要提取關鍵信息，找到與舊情境的深層關系，以便找準方法，將方法與新信息建立聯(lián)系的過程，就是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、科學思維能力的過程。從數(shù)理角度分析物理問題，訓練數(shù)理思維。適當進行變式訓練，達到對知識的認識不受特定情境制約，即抓住了本質(zhì)。經(jīng)常對已有的知識、方法結構進行總結、反思，上升為自身的一種問題解決和遷移能力。只有正確認識遷移理論，扎根物理學科，才能提出有物理特色的遷移策略，而物理的遷移研究又完善和充實遷移理論。

參考文獻：

[1]孫妍妍，祝智庭.以深度學習培養(yǎng)21世紀技能——美國《為了生活和工作的學習：在21世紀發(fā)展可遷移的知識與技能》的啟示[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2018（3）：9-18.

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[3]司德平.高中物理必修1學科思想方法教育內(nèi)容分析[J].物理之友，2016，32（11）：1-5.

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[5]李雪，史策，梁林艷，等.基于核心素養(yǎng)的高考物理試題分析與思考[J].教學與管理，2019（12）：82-84.

[6]National Research Council（2012a）. Education for Life and Work： Developing Transferable Knowledge and Skills in the 21st Century[M].Washington， DC： National Academies Press.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）