核心素養(yǎng)指引下高中物理教學(xué)中學(xué)習(xí)遷移理論的應(yīng)用策略
——以“帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)”為例

李志云

（江蘇省蘇州實(shí)驗(yàn)中學(xué)，江蘇 蘇州 215011）

學(xué)習(xí)遷移是一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響，學(xué)習(xí)過程中原有的知識、技能、方法、經(jīng)驗(yàn)對今后的學(xué)習(xí)活動總是會產(chǎn)生一定的影響.學(xué)習(xí)遷移分為正遷移和負(fù)遷移，正遷移有助于學(xué)生掌握新知識、新技能，負(fù)遷移會妨礙學(xué)生學(xué)習(xí)新知識，降低學(xué)習(xí)成效.因此，在高中物理教學(xué)中將學(xué)習(xí)遷移理論與實(shí)踐相結(jié)合，構(gòu)建完整的物理知識體系、形成物理觀念，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展，將物理知識、技能遷移到生產(chǎn)、生活實(shí)踐中去，從而有效培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng).

1 運(yùn)用同化遷移，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，滲透物理觀念

同化性遷移指不改變原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，直接將原有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到本質(zhì)特征相同的一類事物中去.2019年人民教育出版社出版的物理新教材知識順序大體如下：必修1動力學(xué)知識，必修2曲線運(yùn)動、能量等知識，必修3電場、電路、電磁感應(yīng)初步等知識.不難發(fā)現(xiàn)，這樣的設(shè)置順序，不僅僅是單純由簡向繁的慢慢過渡，更多的是在符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)上，按經(jīng)典物理本身的特點(diǎn)進(jìn)行的設(shè)置.如在曲線運(yùn)動中設(shè)置先學(xué)習(xí)拋體運(yùn)動規(guī)律，再設(shè)置圓周運(yùn)動規(guī)律的學(xué)習(xí)，相對應(yīng)的到必修3中先學(xué)習(xí)帶電粒子在電場中的運(yùn)動，后續(xù)再研究帶電粒子在磁場中的運(yùn)動.而帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)，在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動與平拋運(yùn)動和勻速圓周運(yùn)動有著非常多類似的處理方法和技巧.如果能在教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中，重視運(yùn)用同化性遷移，將平拋運(yùn)動運(yùn)用到帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)中去，不僅能達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果，還能在學(xué)生腦海中構(gòu)建出力學(xué)、電學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)體系，加強(qiáng)學(xué)生的理解，提升學(xué)生的物理觀念.

教學(xué)片斷：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律探究.

問題展示：如圖1所示，在真空中放置一對金屬板Y和Y′，兩板的長度為l，板間距離為d，把兩板接到電源上，兩板間電壓為U，于是兩板間出現(xiàn)了電場.現(xiàn)有一個(gè)電子沿平行于板面的方向射入電場中，射入時(shí)的速度v0，它受到的靜電力的方向與速度方向不一致，因而發(fā)生偏轉(zhuǎn).不計(jì)重力，且初速度v0⊥E，則帶電粒子將在電場中做什么樣的運(yùn)動？

圖1 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)

師引導(dǎo)（學(xué)生回答略）.

問題1：電子進(jìn)入電場后受到什么力？

問題2：這個(gè)力有什么特點(diǎn)？

問題3：這個(gè)力與電子初速度有什么關(guān)系？

問題4：電子的這個(gè)曲線運(yùn)動與我們之前學(xué)的哪個(gè)運(yùn)動類似？

問題5：這個(gè)曲線運(yùn)動通常用什么方法處理？

問題6：能否利用這種處理方法得到電子的偏移量、偏轉(zhuǎn)角和速度？

問題7：速度偏向角和位移偏向角之間有什么關(guān)系，可以得到什么結(jié)論？

問題8：電子在穿越電場過程中，動能的增量是多少？

教學(xué)感悟：本教學(xué)片斷通過問題串的形式，讓學(xué)生進(jìn)行受力分析，并積極引導(dǎo)學(xué)生利用同化遷移，在腦海中尋找平拋運(yùn)動規(guī)律和處理方法.利用已有的舊知識進(jìn)行合理的遷移，同時(shí)加強(qiáng)了新舊知識的之間的聯(lián)系，既保證了課堂效率，又起到“習(xí)舊知新”建立知識聯(lián)系的效果.學(xué)生在分析總結(jié)過程中，規(guī)律方法不斷內(nèi)化，知識結(jié)構(gòu)逐漸完善，物理觀念持續(xù)提升.

2 利用順應(yīng)遷移，促進(jìn)能力培養(yǎng)，發(fā)展科學(xué)思維

學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中，新舊知識之間的遷移是基礎(chǔ)，也是最簡單的，由知識向能力的遷移更為重要.這是學(xué)生學(xué)習(xí)物理達(dá)到“觸類旁通”的關(guān)鍵過程.因此在教學(xué)過程中，要注意利用順應(yīng)遷移理論，將已掌握的原有經(jīng)驗(yàn)做適應(yīng)性變化，將新舊情境進(jìn)行歸納概括，形成一種能包容新舊經(jīng)驗(yàn)的更高一級經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)更多新變化，逐步形成物理思維能力，從而實(shí)現(xiàn)由基礎(chǔ)知識向科學(xué)能力的轉(zhuǎn)化.

教學(xué)片斷：帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動探究.

情境：兩塊平行金屬板間的距離為d，兩板間電壓u隨時(shí)間t變化的規(guī)律，如圖2所示，電壓的絕對值為U0（圖2中左極板電壓為正）質(zhì)量為m，帶正電荷q的粒子，置于兩板中間，在靜電力的作用下由靜止釋放（不計(jì)粒子重力）.

圖2 帶電粒子在交變電場中的直線運(yùn)動

師引導(dǎo)（學(xué)生回答略）.

問題1：從t=0時(shí)刻釋放粒子，粒子可能做怎樣的運(yùn)動？請作出v-t圖像.

問題2：從t=T/4時(shí)刻釋放粒子，粒子可能做怎樣的運(yùn)動？請作出v-t圖像.

問題3：從t=3T/8時(shí)刻釋放粒子，粒子可能做怎樣的運(yùn)動？請作出v-t圖像.

情境變換：真空中水平正對放置長為L的平行金屬板，兩板間的距離為d，以兩板中間線為x軸，以過極板右端豎直向上的方向?yàn)閥軸建立坐標(biāo)系.在t=0時(shí)，將如圖3所示的電壓加在兩板上，與此同時(shí)電子持續(xù)不斷地沿x軸以速度v0飛入電場，所有電子均能從兩板間飛出.不考慮電子間的相互作用，電子的重力忽略不計(jì).

圖3 帶電粒子在交變電場中的曲線運(yùn)動

師引導(dǎo)（學(xué)生回答略）.

問題1：若L=v0T，電子從什么位置經(jīng)過y軸？電子經(jīng)過y軸射出電場時(shí)的速度.

問題2：若L=3v0T/2，電子從什么位置經(jīng)過y軸？電子經(jīng)過y軸射出電場時(shí)的速度.

教學(xué)感悟：本教學(xué)片斷先引導(dǎo)學(xué)生利用v-t圖像分析帶電粒子在交變電場中的直線運(yùn)動.再用類似的方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行順應(yīng)遷移，利用相同的方法來分析在交變電場中的偏轉(zhuǎn)，在降低學(xué)習(xí)臺階的同時(shí)，不僅讓學(xué)生學(xué)會了處理交變電場的一般處理方法即v-t圖像法，還在潛移默化中提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)遷移能力，實(shí)現(xiàn)了由知識向能力的轉(zhuǎn)化，發(fā)展了學(xué)生的思維品質(zhì).

3 使用重組遷移，強(qiáng)調(diào)情境應(yīng)用，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

很多物理知識來源于生活，又應(yīng)用于生活.新課程改革強(qiáng)調(diào)情境教學(xué)，要求將物理知識應(yīng)用到生產(chǎn)、生活、科技發(fā)展中去，要不斷培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力.因此在教學(xué)過程中，使用重組性遷移，引導(dǎo)學(xué)生將習(xí)得的知識、經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際情境相結(jié)合，建立新的聯(lián)系，從而解決實(shí)際問題.不難發(fā)現(xiàn)，通過重組性遷移，能讓學(xué)生“聞一知十”，擴(kuò)大原有經(jīng)驗(yàn)的使用范圍，還帶有創(chuàng)造性地解決問題的成分，從而達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo).

教學(xué)片斷：帶電粒子在電場中運(yùn)動的情境探究.

CT掃描是計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)的簡稱，CT掃描機(jī)可用于對多種病情的探測.圖4是某種CT機(jī)主要部分的剖面圖，電子從電子槍A點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過儀器內(nèi)（圖中虛線部分）的電場后，最終打到目標(biāo)靶環(huán)上，產(chǎn)生豎直向上的X射線穿過人體達(dá)到探測器，從而實(shí)現(xiàn)掃描人體器官的目的.

圖4 CT機(jī)主體部分剖面圖

師提問（學(xué)生回答略）.

儀器內(nèi)部的電場可能是怎樣的？電子運(yùn)動的軌跡可能是怎樣的？

教學(xué)感悟：課堂教學(xué)過程中，將與學(xué)生息息相關(guān)的生產(chǎn)、生活情境引入課堂，一方面可以激發(fā)學(xué)生解決問題的興趣，另一方面加強(qiáng)了物理知識生活化的傾向，引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生由知識向應(yīng)用的遷移，讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)物理知識的實(shí)用性，增強(qiáng)了“學(xué)以致用”的學(xué)習(xí)效果，更好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和知識應(yīng)用能力，提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng).

4 反思與總結(jié)

在高中物理中應(yīng)用學(xué)習(xí)遷移理論應(yīng)注意以下幾個(gè)問題.

（1）定勢的作用.遷移有正遷移，也有負(fù)遷移.在引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)習(xí)遷移策略時(shí)，要注明某些新情境下的特例，防止出現(xiàn)定勢干擾新的學(xué)習(xí)，起到阻礙的作用.

（2）提高學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可利用性、增強(qiáng)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可辨別性、鞏固認(rèn)知結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)會直接影響學(xué)習(xí)遷移，正確認(rèn)識認(rèn)知結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)遷移之間的關(guān)系，可以讓學(xué)習(xí)遷移更好地發(fā)揮優(yōu)勢，良好運(yùn)作.

（3）學(xué)習(xí)遷移的主動性和自主性.在高中階段，大部分的學(xué)生思維水平已完成由形象思維向辯證思維的過渡.教師平時(shí)教學(xué)過程中要注意提高學(xué)生在遇到學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)度高、重要特征相似性強(qiáng)時(shí)，有意識地利用學(xué)習(xí)遷移策略完成相關(guān)學(xué)習(xí).這樣才能不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)遷移能力.