指向?qū)W習遷移能力的高中物理教學范式與價值探討

荊 鵬 李 博 侯 恕

（1.東北師范大學物理教育研究所，吉林 長春 130024；2.東北師范大學教育學部，吉林 長春 130024）

2020年5月，教育部發(fā)布的普通高中課程方案中明確了普通高中教育的任務是促進學生全面而有個性的發(fā)展，為學生適應社會生活、高等教育和職業(yè)發(fā)展作準備，為學生的終身發(fā)展奠定基礎.［1］學習遷移能力有助于學生從學習理解到應用實踐再到遷移創(chuàng)新以構(gòu)建學科知識體系，［2］為高等教育和職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎；引導學生自主探究學習以發(fā)展其核心素養(yǎng)，為適應社會生活提供重要保障.因此，物理教學中明晰學習遷移能力的價值意蘊，厘清其培養(yǎng)困境與構(gòu)建教學范式是發(fā)揮育人實效的必然要求.

1 學習遷移能力在高中物理教學中的價值探討

高中物理教學相較于初中階段增加了知識的深度、廣度與維度，關注學生知識體系的整體建構(gòu)，注重提升學生的物理學科核心素養(yǎng)，旨在為學生的終生發(fā)展夯實基礎.學習遷移能力在高中物理教學中的價值可從學科核心素養(yǎng)、學科知識體系和終身學習理念3個維度去分析探討.

1.1 學科核心素養(yǎng)提升呼喚對學習遷移能力的探查

核心素養(yǎng)是針對個體適應終身發(fā)展和社會發(fā)展而提出的一種理念構(gòu)想，本質(zhì)上是一種跨學科（情境）的綜合能力，其本質(zhì)屬性是通用性或可遷移性.［3］知識的遷移性孕育著素養(yǎng)的遷移性，可以說核心素養(yǎng)的發(fā)展就是學習遷移能力提升的外顯.《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：在物理教學中，應讓學生獲得在實際情境中解決物理問題的經(jīng)驗，形成將情境與知識關聯(lián)的意識和能力，［1］即學習者將知識從學校教育情境中遷移至將來的學習、生活和工作情境中去解決實際問題的能力.這種“關聯(lián)意識和能力”指向發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，離不開過程實現(xiàn)中學習遷移能力的聯(lián)結(jié).

1.2 學科知識體系構(gòu)建呼喚對學習遷移能力的培養(yǎng)

學習遷移能力是銜接各學段間知識的“連心橋”.從初中到高中，物理認知特點從簡單到復雜、從具體到抽象、從狀態(tài)到過程、從定性到定量……，知識的深度、廣度和維度呈現(xiàn)較大跨越.學習遷移能力將已有的知識經(jīng)驗儲備融通轉(zhuǎn)化為解決問題的有效資源，修筑初高中“橋梁”，聯(lián)結(jié)知識斷層，助力有效銜接.

學習遷移能力是構(gòu)建學科知識體系的“黏合劑”.人類在不斷探索自然現(xiàn)象、了解自然規(guī)律的科學實踐中，不斷積累著知識結(jié)晶，形成了物理學知識體系.高中物理知識體系所涉及力學、熱學、電磁學、光學和原子物理學的內(nèi)容較為完備且繁多，但其有諸多“共同要素”，在教學中巧妙利用這些“共同要素”把繁多的物理概念與物理規(guī)律有機“串聯(lián)”，引導學生整合反思，自主遷移應用舊知、舊識去解決新情境中的新問題，對幫助學生厘清相似概念和規(guī)律脈絡，構(gòu)建學科知識體系具有重要作用.

1.3 終身學習理念導向呼喚對學習遷移能力的內(nèi)化

終身學習理念是適應多元時代文化背景之基.《中國高考評價體系》指出素質(zhì)教育培養(yǎng)出的合格人才應該能夠?qū)W以致用，能夠探索并解決日常生活、學術科研、國家發(fā)展乃至人類社會所面臨的各種問題.［4］盡管教材是人類智慧的結(jié)晶，是現(xiàn)實生活情境的縮影，但面對信息時代知識爆炸，科技更新迭代，理論推陳出新，新情況、新問題層出不窮.知識嬗變速度大大加快的真實世界，需要學生從教材走向現(xiàn)實，在研究中學習、在實踐中學習、在生活中學習，將自己的所知、所學融入未來祖國建設的不懈奮斗中，學以致用、融會貫通，練就終身學習能力，樹立終身學習理念.

學習遷移能力是培養(yǎng)落成終身學習理念之根.早在1972年聯(lián)合國教科文組織發(fā)布的《學會生存——教育世界的今天和明天》中指出：教育過程必須把重點放在教育與學習過程的“自學”原則上.［5］知識教學是學校教育的主要教學形態(tài)，實現(xiàn)有意義的“自學”是學習遷移能力的目標指向——讓學生學會學習，在從學校教育走向社會時，能在新情境中通過有意義的“自學”去解決遇到的現(xiàn)實問題，秉持終身學習理念，滿足終身發(fā)展的需求.

2 學習遷移理論的內(nèi)涵概述與學習遷移能力的培養(yǎng)困境

學習遷移理論歷經(jīng)200余年發(fā)展，一直深受全球教育學家與心理學家關注，形成了多家理論流派，按照其產(chǎn)生的影響可劃分為多個種類.作為一種復雜的心理現(xiàn)象，學習遷移一方面受學習材料、學習環(huán)境等學習環(huán)節(jié)本身的客觀條件影響，另一方面也會被學習者認知結(jié)構(gòu)、技能策略的構(gòu)建程度、學習態(tài)度等主觀條件制約.在高中物理教學中學習遷移能力的培養(yǎng)面對的困境可歸結(jié)為學生對現(xiàn)有理論技能進行重塑加工意識的缺乏和教師對認知策略引導傳授的忽視.

2.1 學習遷移理論的內(nèi)涵概述

學習的目的在于運用.學生如何把在校學習的內(nèi)容遷移到新的情境中去，是教育學家和心理學家最為關心的課題之一.［6］200年來，從最早期的形式訓練說、共同要素說、經(jīng)驗類化理論與關系轉(zhuǎn)化理論，到當代的認知結(jié)構(gòu)遷移理論、產(chǎn)生式遷移理論和元認知遷移理論，國內(nèi)外教育學家和心理學家從不同的理論視域?qū)W習遷移開展了深入研究.

現(xiàn)代心理學家認為，學習遷移是指一種學習對另一種學習的影響.這種影響可以發(fā)生在先前學習與后繼學習之間；或習得經(jīng)驗對完成活動的影響，如通常所說的舉一反三、觸類旁通.對學習遷移的種類劃分根據(jù)遷移的性質(zhì)與結(jié)果可分為正遷移和負遷移；根據(jù)遷移發(fā)生的方向可分為順向遷移和逆向遷移；根據(jù)遷移內(nèi)容的抽象概括水平可分為水平遷移（橫向遷移）和垂直遷移（縱向遷移）；根據(jù)遷移內(nèi)容可分為一般遷移和具體遷移；根據(jù)遷移過程中所需要的心理機制可分為同性化遷移、順應性遷移和重組性遷移.

2.2 學習遷移能力的培養(yǎng)困境

2.2.1 學生缺乏對已有知識體系和技能的重塑意識

學生現(xiàn)有認知結(jié)構(gòu)一定程度上決定了對已有學習經(jīng)驗和知識的概括水平，原有的認知結(jié)構(gòu)中可利用的知識經(jīng)驗與技能越多，運用舊識與經(jīng)驗進行遷移的可能性就越大，在學習時越容易透過新事物的本質(zhì)去揭示其蘊含的內(nèi)稟屬性，能實現(xiàn)更好的學習效果.在教育的應試觀念還未完全轉(zhuǎn)變?yōu)樗仞B(yǎng)指向的現(xiàn)況中，少有學生會駐足反思，對已有知識體系和技能進行整合重塑，夯實根基，發(fā)掘?qū)W習各環(huán)節(jié)之間關聯(lián)，實現(xiàn)遷移應用，而未能掌握學習遷移能力的學生會持續(xù)受“題?！笔`，努力學習表象的背后實則有意義學習甚微.

2.2.2 教師忽視對認知技能與學習策略的引導傳授

并非所有的知識學習和問題解決都是相似度大得“顯而易見”的，常見的往往是需要深度發(fā)掘內(nèi)在關聯(lián)的“晦澀隱蔽”.這種問題很少存在新舊知識經(jīng)驗的直接關聯(lián)，僅依托學生自身已有知識經(jīng)驗和技能很難實現(xiàn)有效遷移.在教育教學實踐中教師不注重對認知方式方法和學習策略進行有效傳授引導，使學習者難以建立起有效的學習策略.這對學習遷移能力的培養(yǎng)產(chǎn)生了很大阻礙.

3 指向?qū)W習遷移能力培養(yǎng)的高中物理教學范式探析

在高中物理教學中培養(yǎng)學生的學習遷移能力，在實踐中需要明確教學目標、精選教學素材、創(chuàng)設教學情境、引導遷移應用以形成指向遷移能力培養(yǎng)的教學策略.根據(jù)物理概念教學、物理規(guī)律教學、物理實驗教學和物理習題教學的目標任務與培養(yǎng)側(cè)重來重構(gòu)當下的物理課堂教學范式.

3.1 指向?qū)W習遷移能力的高中物理教學策略

布魯姆認為，教育的兩個最重要的目的是促進學習的保持和學習的遷移，而遷移的出現(xiàn)是有意義學習的標志.［7］指向?qū)W習遷移能力的教學策略，如圖1所示.教師在進行教學實踐時，應注意對教學內(nèi)容進行有機整合，科學系統(tǒng)地明確教學目標，教學工作也將圍繞教學目標進行開展；精選教學素材，通過密切聯(lián)系生活的真實性素材以及立足前沿的科技創(chuàng)新成果，創(chuàng)設有趣味、有啟發(fā)的物理課堂情境，讓學生對知識的探求保持濃厚的求知欲；情境的創(chuàng)設應把握住真實性原則，脫離現(xiàn)實、虛構(gòu)脫節(jié)會產(chǎn)生負面效果，以服務遷移為導向，引導學生在真實的體悟中融會貫通、舉一反三；教師在進行遷移能力的培養(yǎng)時需要給出示范，引導學生觸類旁通，傳授怎樣學習的“知識”，怎樣遷移運用的“策略”.這種“知識”和“策略”不應以物理學科為限，是將必備知識融通轉(zhuǎn)化為指向問題解決的關鍵能力的舉措，是從“知識本位”到“素養(yǎng)本位”嬗變的素養(yǎng)養(yǎng)成的路徑，是圍繞“立德樹人”根本任務實現(xiàn)學科育人核心價值的彰顯.

圖1 指向?qū)W習遷移能力的教學策略

3.2 指向?qū)W習遷移能力的高中物理教學范式

當下的高中物理教學亟須指向?qū)W習遷移能力的課堂教學范式重構(gòu)：從“滿堂灌”的“單向輸入”到培育物理學科的核心素養(yǎng)，促使物理教學的目標進行一次重要升華，即由重在關注灌輸、刷題、應試提升到注重培養(yǎng)物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任，直至以促進學生全面發(fā)展為目標指向的學習遷移能力，以期實現(xiàn)物理學科的育人價值.指向?qū)W習遷移能力培養(yǎng)的高中物理教學范式，如圖2所示.

圖2 指向?qū)W習遷移能力培養(yǎng)的高中物理教學范式

3.2.1 指向?qū)W習遷移能力的物理概念教學

物理概念是從大量物理現(xiàn)象和過程中抽象出來的，深刻地反映了事物的共同特征和本質(zhì)屬性，是物理知識體系構(gòu)建的基本要素.物理概念教學中通過情境引入引導學生有意識從已有“舊概念群”的應用開發(fā)，借助已有的物理概念建立新的物理概念.［8］對物理概念的理解程度決定了物理學習的深度和維度，學習遷移能力的培養(yǎng)有助于學生對物理概念的“活化”，讓原有的“惰化”概念助力“新概念群”的構(gòu)建，“活化”本身也讓學生對原有的“舊概念群”進行了鞏固完善.譬如在幫助學生建立電勢能這一概念時，將重力勢能的概念建構(gòu)過程與方法進行類比遷移；在講解電動勢這一抽象物理概念時，可以先給學生展示抽水機提供水壓形成水流的工作原理，把這一生活化情境遷移至電動勢這一概念的建構(gòu)過程.將感性認識進行抽象概括，通過引導進行具象建構(gòu)，最終實現(xiàn)拓展遷移的概念學習體系.

3.2.2 指向?qū)W習遷移能力的物理規(guī)律教學

物理規(guī)律反映了物理狀態(tài)或物理過程中物理概念之間的相互制約關系，是物理學的核心框架.在物理規(guī)律教學中，規(guī)律所蘊含的原理都具有一致性或者相似性.引導學生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律之間的共同或者類似要素可以幫助學生在學習過程中進行學習遷移.學生在已有概念和教師創(chuàng)設的情境中自主探究、團結(jié)合作探索物理規(guī)律的內(nèi)涵和物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)史.有利于學生遷移能力的養(yǎng)成和提升.譬如在學習庫侖定律一節(jié)時，教師可以根據(jù)萬有引力定律和庫侖定律之間的共同因素對學生加以引導，讓學生通過實踐合作來探索求知，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維.

3.2.3 指向?qū)W習遷移能力的物理實驗教學

物理實驗是物理學理論的基礎，也是物理發(fā)展的動力.物理實驗教學在培養(yǎng)學生的探究能力和科學態(tài)度等方面具有重要地位.2019年11月，教育部發(fā)布的《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》中指出實驗教學是國家課程方案和課程標準規(guī)定的重要教學內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑.［9］指向?qū)W習遷移能力的物理實驗教學的根本目的就是為了培養(yǎng)學生以創(chuàng)新實踐能力為核心的科學素養(yǎng)，幫助學生加深對物理概念、物理規(guī)律的認識，通過親歷物理實驗測量、驗證、探究物理現(xiàn)象的過程，有效地將實驗教學的問題目標、任務目標和探究目標轉(zhuǎn)化成培養(yǎng)學生探索求知、實踐操作和創(chuàng)新創(chuàng)造的能力.教師在進行物理實驗的教學中應當創(chuàng)設情境讓學生結(jié)合之前已有的實驗技能和理論知識進行學習遷移，讓學生由自主探究的個人思考結(jié)合小組協(xié)作的團隊分工來遷移創(chuàng)新地解決實驗中遇到的問題、難題，在親身實操中感受物理實驗的獨特魅力，形成物理的新圖景.譬如在驗證動量守恒定律教學時，讓學生根據(jù)之前驗證機械能守恒定律的實踐經(jīng)驗和理論方法進行實驗能力的遷移.

3.2.4 指向?qū)W習遷移能力的物理習題教學

物理習題是把物理現(xiàn)象進行抽取、簡化、分解后經(jīng)過人為加工出來的練習作業(yè)，能對學生掌握的知識水平進行考查，旨在培養(yǎng)學生遷移應用物理知識解決問題的能力.有過大量物理習題訓練的學生，遇到具有新情境的“舊題目”和隱含變式的“新題目”，一看就會、一做就錯.這就要求在進行習題教學時教師要注重習題的精篩，選擇具有目的指向、真實情境、科學考究、啟發(fā)遷移的題目，由學生自主求解后分享交流、集思廣益，教師進行示范解答、傳授解題策略——將題目所蘊含的概念、規(guī)律、思想進行歸納，引導學生通過“一個題”的“一題多解”遷移指向“一類題”的“建模整合”，再將“一類題”由“多題歸一”透視“一個題”的內(nèi)稟屬性.學習遷移能力讓原本的靜態(tài)題目“活化”為一類題的代言，讓學生跳出“題?！钡氖`，讓習題教學回歸培養(yǎng)學生融會貫通能力的素養(yǎng)初心.

4 指向?qū)W習遷移能力培養(yǎng)的高中物理教學案例探討

輕桿、輕繩、輕彈簧都是質(zhì)量可忽略的理想化模型，3個模型在不同物理情境中，往往組合出現(xiàn)，對學生的解題能力要求較高.3種模型常作為題目素材載體，涉及多個章節(jié)知識點，如力的合成與分解、圓周運動、動態(tài)平衡、臨界問題、帶電粒子在復合場中運動問題、突變問題等.

4.1 對“輕繩、輕桿、輕彈簧突變”模型的規(guī)律深省

對3種模型規(guī)律特征進行整合，如表1所示，需要注意由于彈簧形變需要一定時間且彈簧彈力在彈性限度內(nèi)與伸縮量滿足胡克定律，所以絕大多數(shù)情況認為彈簧的彈力無法發(fā)生突變，但在極少數(shù)情況下會涉及彈簧被剪斷，此時彈簧的彈力會立即消失.

表1 輕繩、輕桿和輕彈簧規(guī)律特征

4.2 對“輕繩、輕桿、輕彈簧突變”模型的教學重塑

輕繩、輕桿和輕彈簧是高中物理教學中的重點、難點，幾乎每年高考命題對這3種模型都有所涉及和考查.以2019年4月浙江省普通高校招生學考科目考試物理試題為例.

例題.如圖3所示，A、B、C為3個實心小球，A為鐵球，B、C為木球.A、B兩球分別連在兩根彈簧上，C球連接在細線一端，彈簧和細線的下端固定在裝水的杯子底部，該水杯置于用繩子懸掛的靜止吊籃內(nèi).若將掛吊籃的繩子剪斷，則剪斷的瞬間相對于杯底（不計空氣阻力，ρ木＜ρ水＜ρ鐵）

圖3

（A）A球?qū)⑾蛏线\動，B、C球?qū)⑾蛳逻\動.

（B）A、B球?qū)⑾蛏线\動，C球不動.

（C）A球?qū)⑾蛳逻\動，B球?qū)⑾蛏线\動，C球不動.

（D）A球?qū)⑾蛏线\動，B球?qū)⑾蛳逻\動，C球不動.

答案：（D）.

解析：由于ρ木＜ρ水＜ρ鐵，根據(jù)浮力F?。溅裧 V排可得，A的重力大于A受到的浮力，A下面的彈簧處于壓縮狀態(tài)，B和C的重力小于浮力，B下面的彈簧和C下面的繩子處于拉伸狀態(tài)；剪斷吊籃繩子的瞬間，系統(tǒng)處于完全失重狀態(tài)，在此系統(tǒng)中水和物體沒有了重力，則水對物體沒有浮力，由于彈簧的彈力不會突變，所以A球受到彈簧向上的彈力而相對于杯底將向上運動，B球受到彈簧向下的彈力而相對于杯底將向下運動，而繩子的拉力會發(fā)生突變消失，所以C球不受力相對于杯底不動，故（A）（B）（C）錯誤，（D）正確.

根據(jù)浮力F浮＝ρg V排分析浮力和重力的關系確定彈簧所處的狀態(tài)，剪斷吊籃繩子的瞬間，由于彈簧的彈力不會突變，繩子的拉力會發(fā)生突變，由此分析運動情況，對繩和彈簧模型的突變問題認識不夠深入，很容易錯選.本題主要是考查牛頓第二定律彈力突變問題，能夠分析原來的受力情況以及彈簧的性質(zhì)是關鍵.

在進行此習題教學時，很多教師能做到不“就題論題”，告訴學生此類問題的易錯點和輕繩、輕桿模型的規(guī)律性質(zhì)，希望學生可以觸類旁通、遷移應用，卻沒有給予學生如何遷移的示范和路徑，即未把問題講透、講廣、講活.

筆者通過對輕繩、輕桿和輕彈簧3種模型的概念解構(gòu)和規(guī)律深省，將其進行“組合捆綁”，構(gòu)建出了3條“遷移鏈”，如圖4所示.

圖4 “輕繩、輕桿、輕彈簧突變”模型的遷移網(wǎng)絡

教學時，教師通過“遷移鏈1”引導學生對輕繩突變問題由淺入深進行思考總結(jié)，突出了輕繩在不同剪切位置的規(guī)律，再將模型（1）遷移到模型（6）、模型（10）則是體現(xiàn)了同一物理規(guī)律在不同模型之間的表現(xiàn)形式，培養(yǎng)了學生將物理規(guī)律內(nèi)化深省、融會貫通的學習遷移能力.“遷移鏈2”和“遷移鏈3”則是在“遷移鏈1”的基礎上將“輕繩與輕彈簧”“輕桿與輕彈簧”突變模型進行了有機整合，其中模型（8）、模型（9）和模型（12）、模型（13）采用不同質(zhì)量物體將“輕繩、輕桿、輕彈簧突變”模型問題深化，也可以將其替換成現(xiàn)實中的情境素材.“遷移鏈”鏈內(nèi)由淺到深，鏈間由易到難，組成了“輕繩、輕桿、輕彈簧突變”模型的遷移網(wǎng)絡.此遷移網(wǎng)絡清晰透徹地將3種模型進行整合重塑，在進行該部分內(nèi)容講解時，結(jié)合此遷移網(wǎng)絡示范給學生，將充分調(diào)動學生對解決物理問題和構(gòu)建物理知識體系的興趣和信心，真正做到“授之以漁”，使之學以致用.

4.3 對“輕繩、輕桿、輕彈簧突變”模型的意識反思

該模型的教學重塑是對指向?qū)W習遷移能力的高中物理習題教學范式的實際應用，物理習題教學中教師對模型的深省解構(gòu)是進行遷移網(wǎng)絡搭建的重要基礎，而有無具有指向?qū)W習遷移能力的教學意識則關系到能否挖掘高中物理知識體系的內(nèi)在聯(lián)系，從而在教學實踐中落實對學生學習遷移能力的培養(yǎng).對于類似遷移網(wǎng)絡的構(gòu)建與教學，顯然不應局限于“輕繩、輕桿、輕彈簧突變”這一模型遷移網(wǎng)絡的構(gòu)建形式和涵蓋內(nèi)容，力學、熱學、電學、光學等其他高中物理知識內(nèi)容同樣可在物理概念、物理規(guī)律、物理實驗和物理習題的維度進行遷移網(wǎng)絡搭建.遷移的最終目的是解決真實世界中的挑戰(zhàn)，而不是僅滿足于解決學校場景中的學校問題.［10］值得注意的是，在遷移網(wǎng)絡的構(gòu)建和學習遷移能力培養(yǎng)過程中，不能走向為求新立異而漫無目的的發(fā)散拓展、盲目求多的誤區(qū)，而是需要教師形成教學意識，在科學合理教學目標基礎上，結(jié)合學生的認知特點，引導學生對已有知識體系和技能的重塑，進行學習遷移能力的培養(yǎng).

5 反思與總結(jié)

學習遷移能力的培養(yǎng)絕不是一蹴而就的，需要教師在教育教學實踐中對學生進行常態(tài)化、精細化的示范引導，使學生的學習由碎片化、機械化的靜態(tài)知識向圍繞核心素養(yǎng)的必備品格和關鍵技能進行遷移轉(zhuǎn)化，進而幫助學生建立物理學科的知識體系和思維邏輯.因此，對學生學習遷移能力的培養(yǎng)，本質(zhì)上是對學生核心素養(yǎng)的提升助力和對學生全面發(fā)展的有效促進.在“雙減”政策亟須落地的新時代教育理念導向下，在信息爆炸式增長的全球化背景中，學習遷移能力能為實現(xiàn)物理學科的育人價值和落實立德樹人根本任務，提供堅實的學力保障和夯實路基.