基于信息技術(shù)的高三物理教學(xué)克服知識(shí)負(fù)遷移現(xiàn)象探討*

麥建華

（嶺南師范學(xué)院附屬中學(xué)，廣東湛江 524048）

一、高三物理復(fù)習(xí)中的“知識(shí)負(fù)遷移”現(xiàn)象

中國高考評(píng)價(jià)體系中的“四層”考查內(nèi)容和“四翼”考查要求，是通過情境與情境活動(dòng)兩類載體來實(shí)現(xiàn)的，即通過選取適宜的素材，再現(xiàn)學(xué)科理論產(chǎn)生的場景或是呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的問題情境，讓學(xué)生在真實(shí)的背景下發(fā)揮核心價(jià)值的引領(lǐng)作用，運(yùn)用必備知識(shí)和關(guān)鍵能力去解決實(shí)際問題，全面綜合展現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)水平。這就要求在高三復(fù)習(xí)中做到物理情境的“想”與“象”的統(tǒng)一。然而在以往的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生往往重視了物理規(guī)律的記憶，輕視了物理規(guī)律的理解、遷移和應(yīng)用；重視了物理情景的“想”，輕視了物理過程的“象”(畫出運(yùn)動(dòng)草圖、空間立體圖，展示運(yùn)動(dòng)狀態(tài))[1]。再加上高三知識(shí)點(diǎn)的增加與題型的綜合性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)產(chǎn)生了許多認(rèn)知混淆造成錯(cuò)誤增加，這就是學(xué)習(xí)中的“負(fù)遷移”現(xiàn)象—一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)的干擾或抑制。

知識(shí)負(fù)遷移的存在，使得學(xué)生難以用科學(xué)的眼光去看問題、遵循科學(xué)的思維去想問題，成了學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的重大障礙，造成物理教學(xué)的低效率。筆者以高中物理必修的知識(shí)為例，介紹高三學(xué)生在復(fù)習(xí)時(shí)對(duì)概念和物理規(guī)律的知識(shí)負(fù)遷移的主要表現(xiàn)。

（一）生搬硬套公式

不注意物理規(guī)律的成立條件和適用范圍，弄不清物理公式中各量的物理意義以及它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)概念與公式的錯(cuò)誤理解是產(chǎn)生知識(shí)負(fù)遷移的一個(gè)重要根源。如對(duì)于牛頓第二定律，不少參考資料表達(dá)成F=ma，對(duì)于汽車功率的公式P=FV，不少學(xué)生只記住這一表達(dá)式，盲目套用。這兩個(gè)表達(dá)式中前者的F代表合外力，而后者的F代表機(jī)動(dòng)車中的牽引力。

（二）用定勢思維去分析問題

瑞士心理學(xué)家讓·皮亞杰在其著作《發(fā)生認(rèn)識(shí)論原理》中指出：“學(xué)生智力發(fā)展的過程就是一個(gè)不斷適應(yīng)的過程?！痹谖锢韺W(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過不斷鞏固，形成思維定勢；通過發(fā)散，突破原有思維定勢，進(jìn)而形成新的思維定勢。當(dāng)學(xué)生在面臨新的問題和情景時(shí)，總是試圖用原有的思維模式，也就是利用自己的思維定勢去解決問題[2]。若新舊問題不同質(zhì)，舊問題解決時(shí)而形成的定勢思維會(huì)有礙于新問題的解決，或?qū)⑿聠栴}解決引入歧途。舉例說明如下：

例題一：某衛(wèi)星沿橢圓軌道繞行星運(yùn)行，近地點(diǎn)離行星中心的距離是a，遠(yuǎn)地點(diǎn)離行星中心的距離為b，若衛(wèi)星在近地點(diǎn)的速率為Va，則衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)的速率Vb多少？

易錯(cuò)分析：平時(shí)學(xué)生碰到的天體問題經(jīng)常是：行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星繞行星做圓周運(yùn)動(dòng)，兩者間的距離就是圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。正是受這一思維定勢的影響，錯(cuò)誤地認(rèn)為衛(wèi)星在近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)與行星的距離為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道在近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)的半徑，把r=a、r=b公別代入公式得故。但實(shí)際上衛(wèi)星在做橢圓運(yùn)動(dòng)，由橢圓的對(duì)稱性可知，在近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)的軌道曲率半徑相同，設(shè)都等于R。所以，在近地點(diǎn)時(shí)有在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)有上述兩式相比得故

（三）知識(shí)體系中相關(guān)物理模型建立不完善

物理模型由“思維方法”“理論內(nèi)涵”和“表征方式”三個(gè)基本要素構(gòu)成。其中，思維方法有“理想化方法”“類比方法”“極限方法”和“等效方法”等，理論內(nèi)涵則包括“物理現(xiàn)象”以及“概念和規(guī)律”，而表征方式指的是物理模型呈現(xiàn)的方式，通常以文字、數(shù)學(xué)表達(dá)式和圖形的方式呈現(xiàn)。教師在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型的教學(xué)中，一定要遵循物理模型的特點(diǎn)，借助于物理方法，依據(jù)物理理論，顯現(xiàn)于物理表征，逐步完善深入學(xué)習(xí)[3]。

在高三教學(xué)中，不少教師重視用文字、數(shù)學(xué)表達(dá)式的方式來呈現(xiàn)物理規(guī)律，建立物理模型，但對(duì)于圖形方式呈現(xiàn)物理規(guī)律并不太重視，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于規(guī)律的認(rèn)識(shí)僅僅是背公式，在應(yīng)用的過程中，對(duì)于公式的使用物理模型不能快速地構(gòu)建出來。舉例說明如下：

例題二：已知同步衛(wèi)星離地心距離為r，加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，地球的半徑為R，則為多少？

易錯(cuò)分析：設(shè)同步衛(wèi)星質(zhì)量為m1，地球質(zhì)量為M，地球赤道上的物體質(zhì)量為m2，根據(jù)萬有引力定律有：

以上誤解中出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因是對(duì)天體運(yùn)動(dòng)模型上的認(rèn)知混亂，憑主觀想象誤認(rèn)為地面上的物體受到的萬有引力與環(huán)繞的天體運(yùn)動(dòng)一樣提供了它自轉(zhuǎn)的向心力，但事實(shí)是此時(shí)地面上的物體受到的萬有引力遠(yuǎn)大于地球自轉(zhuǎn)的向心力，在解決時(shí)，可利用它們的共同點(diǎn)是角速度相同，根據(jù)向心加速度和角速度的關(guān)系有：故

二、信息技術(shù)在解決“知識(shí)負(fù)遷移”現(xiàn)象中的作用

由于信息技術(shù)的應(yīng)用能使物理教學(xué)更生動(dòng)、更形象、更立體，它對(duì)解決以下負(fù)遷移現(xiàn)象中會(huì)充分體現(xiàn)出效率最大化的特點(diǎn)。

（一）解決生活經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣性認(rèn)識(shí)引起的負(fù)遷移

物理知識(shí)體系的構(gòu)建本身就是源于人類對(duì)所處環(huán)境的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。但若學(xué)生過分地依賴感性認(rèn)識(shí)構(gòu)建片面的物理規(guī)律，就會(huì)導(dǎo)致負(fù)遷移現(xiàn)象的產(chǎn)生，如學(xué)生知道力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，但不少學(xué)生通過人推車子，車子會(huì)運(yùn)動(dòng)，人不推車子，車子會(huì)停下，認(rèn)為力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，此時(shí)通過播放伽利略的理想斜面模擬實(shí)驗(yàn)可以很好地讓學(xué)生明白車子會(huì)停下是因?yàn)槟Σ亮Φ脑颉?/p>

（二）解決相似的概念或模型引起的負(fù)遷移

高中物理有著一個(gè)完整而綜合的體系，教師在教學(xué)過程中，進(jìn)行滲透類比的方法讓學(xué)生對(duì)概念、規(guī)律、模型進(jìn)行學(xué)習(xí)，但由于學(xué)生認(rèn)識(shí)能力上的差距，加上類比的知識(shí)有一定的相似性，結(jié)果使學(xué)生將某些知識(shí)混為一談，引發(fā)負(fù)遷移現(xiàn)象。比如有些學(xué)生認(rèn)為靜摩擦力只作用在靜止的物體上；當(dāng)遇上輕繩模型、輕桿模型的受力分析時(shí)，不少學(xué)生仍會(huì)認(rèn)為輕桿模型中桿對(duì)物體的力一定也沿著桿的方向等等。

針對(duì)上述情形，教師要在教學(xué)設(shè)計(jì)中，充分考慮學(xué)生實(shí)際，預(yù)設(shè)學(xué)生的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，多方位搜集素材，以視頻、圖片等形式呈現(xiàn)給學(xué)生，豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，特別是結(jié)合傳感器裝置的應(yīng)用，深刻地分析自己所獲取的感性信息，進(jìn)而總結(jié)歸納上升到正確的理性認(rèn)識(shí)。

三、信息技術(shù)解決物理教學(xué)“知識(shí)負(fù)遷移”的策略

在高三復(fù)習(xí)課中，利用信息技術(shù)，呈現(xiàn)合理物理情境，模擬物理過程，再加以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，使學(xué)生對(duì)研究的物理過程和情景有一個(gè)切實(shí)的理解，就能有效地幫助學(xué)生正確地真正理解物理概念、規(guī)律，挖掘確切的物理意義和適用條件，從而提高解決物理問題的能力[4]。也有利于幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)物理情景的“想”與“象”的結(jié)合，適應(yīng)高考對(duì)學(xué)生物理素質(zhì)的要求。那么，利用信息技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生順利地克服知識(shí)的負(fù)遷移高三復(fù)習(xí)策略有那些呢？筆者認(rèn)為應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：

（一）多種情境創(chuàng)設(shè)，抓好概念內(nèi)涵與外延的復(fù)習(xí)

物理概念是由一些抽象的、具有高度概括性的科學(xué)術(shù)語所構(gòu)成，就其本身而言，難以成為學(xué)生直接感興趣的學(xué)習(xí)內(nèi)容，大量的教育調(diào)查研究說明了這一事實(shí)。如在摩擦力的概念學(xué)習(xí)中，判斷摩擦力的方向是一個(gè)難點(diǎn)，很多學(xué)生認(rèn)為摩擦力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向不是相同就是相反，肯定在同一直線上。例題三中的摩擦力分析若直接從圖片著手，學(xué)生缺乏相關(guān)的情景認(rèn)識(shí)，難以想象。這時(shí)若運(yùn)用多媒體手段，把演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象錄制下來，重放、慢放或者放大，或者截取相關(guān)部分，進(jìn)行有效處理，把復(fù)雜問題簡單化，抽象問題具體化，就能彌補(bǔ)演示實(shí)驗(yàn)的不足，增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)并加強(qiáng)對(duì)摩擦力的全方位認(rèn)識(shí)，有效地誘發(fā)和激起學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生透過表面現(xiàn)象對(duì)事物進(jìn)行深入的分析與思考。

例題三：在下列各種情況下（如圖1），標(biāo)出物體A所受的摩擦力的方向，并求該摩擦力方向和物體A運(yùn)動(dòng)方向的夾角。

圖1 研究各種情景下物體A受到的摩擦力

(1)水平放置的傳送帶正以恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，將物體A無初速度地放在傳送帶左端，A和傳送帶達(dá)到相對(duì)靜止以前。

(2)水平放置的轉(zhuǎn)盤正在逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，一塊橡皮A和轉(zhuǎn)盤保持相對(duì)靜止，隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)小車正向右勻加速行駛，木塊A沿其后壁相對(duì)于車向下勻速滑動(dòng)，當(dāng)小車的速度是V，A相對(duì)于車的速度也是V時(shí)。

通過構(gòu)建新舊知識(shí)通過問題緊密地銜接起來，以舊有的知識(shí)為鋪墊，讓新知識(shí)漸進(jìn)地逐步構(gòu)建，使學(xué)生的學(xué)習(xí)沿著教師精心設(shè)置的階梯穩(wěn)步而上，思維也逐步地得到發(fā)展，讓學(xué)生明白滑動(dòng)摩擦力的方向可能與物體運(yùn)動(dòng)方向相同，可能與物體運(yùn)動(dòng)方向相反，還可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向成一夾角，但一定與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。

（二）對(duì)比教學(xué)，改善思維定勢“負(fù)遷移”

遷移現(xiàn)象的發(fā)生取決于新舊課題之間有無共同的因素，若只重視表象相似成分的分析和挖掘，就會(huì)導(dǎo)致順向負(fù)遷移的發(fā)生。在高三教學(xué)中，同一物理規(guī)律在不同條件下表現(xiàn)的形式不同，教師要有意識(shí)地收集相似且學(xué)生易犯錯(cuò)的題型，通過習(xí)題對(duì)比，可以幫助學(xué)生全面、精確、深刻地物理規(guī)律，它是認(rèn)識(shí)事物、建立科學(xué)概念形成物理觀念的科學(xué)方法。

如在交流電的學(xué)習(xí)中，2017年普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中提出“用示波器或其他設(shè)備觀察交變電流的波形，并測算其峰值和有效值”，對(duì)于交流電的有效值，不少教師是直接省略實(shí)驗(yàn)過程，直接要求學(xué)生死記硬背“正弦（或余弦）交變電流的最大值Im、Um等于有效值I、U的

倍”。不重視對(duì)有效值定義的理解，學(xué)生在解題過程中，不是記住了峰值與有效值的倍關(guān)系，就是記住了只要是正弦（或余弦）交變電流就有這樣的倍數(shù)關(guān)系。在高三的習(xí)題課中，就出現(xiàn)了如下的問題：

例題四：如圖2所示，一半徑為L的導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心。環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90°且關(guān)于O中心對(duì)稱的扇形區(qū)域內(nèi)分布有勻強(qiáng)磁場，兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反且均與紙面垂面。導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，M端通過滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸，在圓心和圓環(huán)間連有電阻R，不計(jì)圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻，當(dāng)桿OM以恒定角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，理想電流表A的示數(shù)為( )。

圖2 導(dǎo)體圓環(huán)做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)

易錯(cuò)誤區(qū)：在交流電的學(xué)習(xí)中，不少學(xué)生對(duì)于電流表的示數(shù)表示的是有效值，而電流有效值與最大值存在的關(guān)系記憶頗深，又根據(jù)題意分析，知道這是旋轉(zhuǎn)切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，回憶起旋轉(zhuǎn)切割的感應(yīng)電動(dòng)勢公式再結(jié)合閉合電路歐姆定律

學(xué)生得出了A答案。而正確的答案就是A，可這樣的分析是正確的嗎？這樣思考的學(xué)生只知道機(jī)械的記憶公式，沒有理解有效值的定義，沒有養(yǎng)成畫圖分析有效值的良好解題習(xí)慣。

適用于正弦（或余弦)式交流電，當(dāng)題中導(dǎo)體棒在旋轉(zhuǎn)切割時(shí)，產(chǎn)生的交流電圖形如圖3所示（以圖中

所在處為計(jì)時(shí)時(shí)刻），通過有效值的定義列式求解如下：設(shè)電流的有效值為則解得故選項(xiàng)A正確。

圖3 交流電圖形

在教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)不同的情況采用一種或幾種方法交叉進(jìn)行對(duì)比教學(xué)。比如在分析完例題四后，教師明確學(xué)生存在的問題是對(duì)正弦式交流電產(chǎn)生的原理不理解，同時(shí)對(duì)于用運(yùn)動(dòng)的角度即圖像法來分析有效值是陌生與不習(xí)慣的，故教師在尋找對(duì)應(yīng)例題時(shí)可在這兩點(diǎn)上進(jìn)行突破對(duì)比教學(xué)才能產(chǎn)生實(shí)效。又如下面使用例題五進(jìn)行對(duì)比教學(xué)時(shí)，可運(yùn)用多媒體手段，制作如圖7的自轉(zhuǎn)模擬動(dòng)畫，以此來強(qiáng)化學(xué)生交流發(fā)電機(jī)發(fā)電及產(chǎn)生圖象的分析過程的理解，彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中交流發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過快，學(xué)生不易觀察線框轉(zhuǎn)動(dòng)的缺陷。

例題五：如圖4所示，N匝矩形導(dǎo)線框以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計(jì)，外電路接有電阻R、理想交流電流表和二極管D。二極管D具有單向?qū)щ娦裕凑螂娮铻榱?，反向電阻無窮大。請(qǐng)分析R兩端電壓的有效值。

圖4 矩形導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)

對(duì)于課本的結(jié)論，學(xué)生記憶較為深刻，特別是對(duì)于產(chǎn)生正弦（或余弦）式交流電的實(shí)物圖到抽象的物理模型圖（如圖5）接觸較多，不少學(xué)生一看到圖4就立刻與圖5進(jìn)行對(duì)比，感覺差不多，電路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢的最大值Um=NBSω，故認(rèn)為R兩端電壓為

圖5 產(chǎn)生交流電的實(shí)物圖到物理模型圖的轉(zhuǎn)化

圖6 交流電圖像

但不同的是電路中有一個(gè)二極管，根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，可知產(chǎn)生的交流電圖像如圖6所示，這種情景下，有效值與最大值的關(guān)系還能表達(dá)成嗎設(shè)回路中電流的有效值為，由電流的熱效應(yīng)可知，故電阻R兩端電壓的有效值

對(duì)比分析法是一種重要的思維方法，對(duì)相似、相近或相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行比較分析，不僅能使知識(shí)本質(zhì)更加清楚，而且能確切地認(rèn)識(shí)它們之間的區(qū)別和聯(lián)系，從而有利于防止或消除知識(shí)的負(fù)遷移。對(duì)比分析的方法有：相似對(duì)比法、新舊對(duì)比法、系統(tǒng)對(duì)比法、正反對(duì)比法、正誤對(duì)比法、結(jié)果對(duì)比法等等[5]。

（三）完善相關(guān)物理模型認(rèn)知，促進(jìn)科學(xué)思維的培養(yǎng)

物理是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門學(xué)科，知識(shí)結(jié)構(gòu)以物理概念為邏輯起點(diǎn)，以物理規(guī)律為基本結(jié)構(gòu)形式。準(zhǔn)確理解物理概念和物理規(guī)律所蘊(yùn)含的意義系統(tǒng)，應(yīng)用物理規(guī)律必備的條件，建立并積累物理規(guī)律應(yīng)用于實(shí)際問題的各類模型，可以有效簡化解決問題的步驟[6]。

但在高三復(fù)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐中，不少學(xué)生對(duì)已有的知識(shí)抓不住主次，分不清現(xiàn)象本質(zhì)，缺乏科學(xué)的抽象概括能力，物理模型認(rèn)知得不完善。以天體運(yùn)動(dòng)問題的復(fù)習(xí)為例，高考中天體運(yùn)動(dòng)的題目得分率一直較低，究其原因是該章節(jié)公式頗多，學(xué)生在應(yīng)用時(shí)往往憑借似是而非的經(jīng)驗(yàn)，并非基于物理觀念的深人理解。當(dāng)學(xué)生面對(duì)新的情景問題時(shí)，教師盡可能地利用多媒體展示相關(guān)真實(shí)情景信息技術(shù)的處理，展示本專題涉及的物理量含義、物理模型、物理規(guī)律、物理方法等，能夠讓學(xué)生從中進(jìn)行系列性的聯(lián)想與認(rèn)知，使其認(rèn)識(shí)到相關(guān)知識(shí)、規(guī)律、方法之間的聯(lián)系，根據(jù)原有知識(shí)體系自我建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。如前面例題中提到，天體運(yùn)動(dòng)的問題一般可歸為兩類：自轉(zhuǎn)模型（如圖7）、環(huán)繞模型（如圖8），這兩類思維的起點(diǎn)不同，自轉(zhuǎn)模型中，較小，故而地球赤道上的物體受到的向心力（R為地球半徑）；而環(huán)繞模型中，（R為軌道半徑）。弄清思維起點(diǎn)，再輔助相關(guān)的幾何知識(shí)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、力的合成與分解等相關(guān)知識(shí)就可迎刃而解。

圖7 自轉(zhuǎn)模型圖

圖8 環(huán)繞模型圖

四、結(jié)語

在高三備考過程中，知識(shí)間的干擾是多種多樣的，解決的方法也是多種多樣的，但只要掌握知識(shí)的遷移規(guī)律，通過與學(xué)生交談、課堂上對(duì)學(xué)生答題情況的觀察，配合信息技術(shù)的應(yīng)用，挖掘出學(xué)生思維中產(chǎn)生負(fù)遷移的根源，在平時(shí)訓(xùn)練中加強(qiáng)課本中相關(guān)概念和規(guī)律的理解，并逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和依據(jù)事物間的共性因素，強(qiáng)化概念對(duì)比、鑒別的方法，完善相關(guān)物理模型認(rèn)知，就可以逐步消除知識(shí)的“負(fù)遷移”現(xiàn)象。