以等效法為例談高中物理教學(xué)中遷移思維的培養(yǎng)

徐海菊

（江蘇省南通中學(xué)，江蘇 南通 226001）

遷移思維是學(xué)生將已有的經(jīng)驗(yàn)和能力遷移運(yùn)用于后續(xù)問題研究中，由此促使他們完成對已有知識體系的重組，達(dá)成新認(rèn)知體系的建構(gòu).就物理教學(xué)而言，學(xué)生在課堂上所接觸的物理情境是有限的，當(dāng)他們將視野轉(zhuǎn)移到大千世界，復(fù)雜多變的情境讓人眼花繚亂，學(xué)生要運(yùn)用所學(xué)的物理知識來解決這些問題就需要充分運(yùn)用遷移思維.在諸多物理問題的處理過程中，等效法有著廣泛的用途.這也正是遷移思維的重要體現(xiàn).教師在指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用等效法分析問題時(shí)要關(guān)注學(xué)生遷移思維的培養(yǎng).

1 對基礎(chǔ)知識的掌握是發(fā)展遷移思維的基礎(chǔ)

遷移思維依賴學(xué)生對基礎(chǔ)知識的熟練掌握.學(xué)生只有對物理知識形成較為深刻的認(rèn)識，他們才會嫻熟地調(diào)用相關(guān)知識儲備和經(jīng)驗(yàn)來完成問題的分析和處理.在運(yùn)用等效法處理問題時(shí)也同樣如此，學(xué)生會將陌生的問題等效為他們所熟悉的情境來分析和處理，因此在日常教學(xué)過程中教師要關(guān)注學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握.

認(rèn)知心理學(xué)指引下的高中物理強(qiáng)調(diào)，教師不能局限于對學(xué)生傳輸過多的間接經(jīng)驗(yàn)，我們要讓學(xué)生真正經(jīng)歷知識的形成過程，有效促進(jìn)學(xué)生知識的內(nèi)化建構(gòu).皮亞杰指出，當(dāng)學(xué)習(xí)者的思維將現(xiàn)實(shí)場景和本質(zhì)內(nèi)容發(fā)生同化，且已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)能夠有效順應(yīng)對應(yīng)的新情境，他們的思維將對特定現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生適應(yīng).因此，為了促進(jìn)學(xué)生遷移思維的發(fā)展，教師要研究學(xué)生的已有認(rèn)知體系，讓學(xué)生找到等效法運(yùn)用的切入點(diǎn)，要讓學(xué)生能夠在等效處理中感受到概念的相似性.

例1.現(xiàn)有半球形導(dǎo)體材料，接成如圖1所示甲、乙兩種形式，則兩種接法的電阻之比R甲∶R乙為

圖1

（A）1∶1.

（B）1∶2.

（C）2∶1.

（D）1∶4.

等效法的使用將復(fù)雜的現(xiàn)象和過程轉(zhuǎn)化為學(xué)生所熟知的結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生問題解決效率的提升.在具體使用時(shí)，它需要學(xué)生對基本知識有著較為深刻的認(rèn)知.只有這樣，學(xué)生才能及時(shí)將相關(guān)內(nèi)容有效遷移過來.

2 模型意識的培養(yǎng)有助于學(xué)生遷移思維的發(fā)展

在高中物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生將遇到很多典型的物理問題和情境.對這些情境進(jìn)行提煉，學(xué)生可以從中找到很多典型的模型，進(jìn)一步研究，可找到一類問題的處理.這有助于學(xué)生理性思維習(xí)慣的養(yǎng)成.當(dāng)學(xué)生遇到一些新的問題時(shí)，他們必然會將其與已經(jīng)熟知模型進(jìn)行比較，通過對比，他們會找到問題解決的突破口.

例2.如圖2（a）所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面.當(dāng)線圈中通入圖示方向的電流時(shí)，判斷導(dǎo)電線圈如何運(yùn)動.

圖2

解析：這個問題考查的是導(dǎo)電線圈所受安培力的情形，具體情境比較復(fù)雜，因?yàn)榫€圈本身是一個圓形，不同位置所處的磁場環(huán)境還存在差異，分析時(shí)需要學(xué)生靈活運(yùn)用微元和疊加的思想，抽象性很高.如果學(xué)生有著較強(qiáng)的模型意識，他們的處理將更加簡單，問題中的環(huán)形電流可以視為如圖2（b）所示小磁針，用安培定則，可以判斷小磁針的S極針對條形磁鐵，根據(jù)異名磁極相互吸引的結(jié)論，學(xué)生可以得到結(jié)果：線圈要向左擺.

3 通過比較強(qiáng)化遷移思維的培養(yǎng)

在物理問題的分析過程中，經(jīng)常有這樣的情況，多種方法能夠殊途同歸.在實(shí)際教學(xué)中，我們要讓學(xué)生在比較中發(fā)現(xiàn)方法之間的關(guān)聯(lián)，從中探索知識體系或思維方法之間的關(guān)聯(lián)之處.這對學(xué)生遷移思維的培養(yǎng)有著重要的強(qiáng)化效果.

圖3

這個問題的常規(guī)處理方法是對過程進(jìn)行分析，即小球由靜止釋放后，它將以何種方式運(yùn)動，受力分析是關(guān)鍵.分析可得小球受電場力、拉力和重力這3個力的作用，其中電場力和重力做功，小球先加速后減速，在達(dá)到其所能達(dá)到的最高點(diǎn)時(shí)，它的速度恰好等于0.可以假設(shè)擺到最高點(diǎn)時(shí)繩子與豎直方向的夾角為α，根據(jù)動能定理建立方程－mgr（1－cosα）＋q Er sinα＝0，代入電場強(qiáng)度與重力的關(guān)系，可以解得α＝60°.

對這個問題適當(dāng)變換，采用等效法也可以讓問題得到解決：重力和電場力都是恒力，其合力F是一個與豎直方向夾角為30°的恒力.將這個力視為等效重力，如果將繩子在原狀態(tài)的基礎(chǔ)上逆時(shí)針轉(zhuǎn)動30°，并將小球在該位置無初速釋放，小球能處于靜止?fàn)顟B(tài)，該位置為等效最低點(diǎn).回到原問題，如果小球從A點(diǎn)釋放，則它能夠擺到關(guān)于等效最低點(diǎn)對稱的位置，即擺過角度為60°.

上述兩種方法都能有效解決問題，教學(xué)中，我們鼓勵學(xué)生多角度思考問題，并能夠圍繞這些不同的解題思路展開比較，以此來強(qiáng)化遷移思維的培養(yǎng).處理例3時(shí)，采用動能定理，是將能量的觀點(diǎn)遷移過來解決問題，采用等效法則具有一定的靈活性，需要學(xué)生能夠?qū)⒅亓鲋械倪\(yùn)動情境遷移過來.這樣的處理還有一定的延展性，比如可以繼續(xù)提出問題：將小球由A點(diǎn)無初速釋放，它在哪個位置具有最大速度？并求得最大速度為多少.用等效重力的視角來思考這個問題將更加簡單，即小球在等效最低點(diǎn)有最大速度.在最大速度取值的具體求解中，學(xué)生可以采用動能定理進(jìn)行表述，如此書寫的答案更加清晰，因此在實(shí)際問題分析中，我們提倡學(xué)生多視角分析問題，將多種方法整合起來處理，這樣可讓問題的解決更為完善.

4 通過遷移訓(xùn)練促進(jìn)知識結(jié)構(gòu)的完善

物理問題的分析和處理需要學(xué)生熟練使用各種知識和方法.這些能力都可以在日常的遷移訓(xùn)練中得到發(fā)展.教師在教學(xué)過程中善于加以引導(dǎo)，并給予方法上的點(diǎn)撥和啟發(fā)，助力他們相關(guān)能力的發(fā)展.

例4.如圖4所示，直角三角形導(dǎo)線框abc固定在勻強(qiáng)磁場中，ab是一段長為L、電阻為R的均勻?qū)Ь€，ac和bc的電阻可不計(jì)，ac長度為.磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里.現(xiàn)有一段長度為，電阻為的均勻?qū)w棒MN架在導(dǎo)線框上，開始時(shí)緊靠ac，然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑動，滑動中始終與ac平行并與導(dǎo)線框保持良好接觸，當(dāng)MN滑過的距離為時(shí)，導(dǎo)線ac中的電流為多大？方向如何？

圖4

解析：這是一個典型的電磁感應(yīng)問題，不僅需要學(xué)生將電磁感應(yīng)的知識遷移過來，也需要用到恒定電流的基本知識，為此我們可以提出問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行等效處理：圖示結(jié)構(gòu)中哪一部分等效于電源，能確定“電源”的正負(fù)極嗎？能否畫出等效電路圖？請結(jié)合閉合電路歐姆定律解決問題.

圖5

圖6

總之，遷移思維是等效法的重要支撐，以等效法的教學(xué)引導(dǎo)為切入點(diǎn)，恰當(dāng)引導(dǎo)可以促進(jìn)學(xué)生遷移思維的發(fā)展，且能有效地提升學(xué)生的思維品質(zhì).