促进学生物理迁移能力的教学策略

1促进学生物理迁移能力的教学策略摘要：迁移是学习的实质，是有效学习的标志。为了促进学生的物理迁移能力，根据影响学习迁移的理论，可采用下列的四条教学策略：揭示相同要素，概括共同原理；夯实源头知识；优化认知结构；提高学生抽象概括能力。关键词：物理教学；迁移能力；教学策略一、什么是迁移迁移是指一种学习对另一种学习的影响。现代心理学认为迁移的本质，实质上是两种学习之间在知识结构、认知规律上相同要素间的影响与同化。通常所说的“举一反三”、“一通百通”其实都是对学习迁移的概括。在心理学上根据迁移的效能通常把迁移分为正迁移和负迁移，正迁移指的是一种学习对另一种学习产生的积极的促进作用，相反，负迁移指的是一种学习对另一种学习产生的消极的干扰作用。迁移涉及的范围相当广泛，包括知识、技能、情感、态度等。限于篇幅，笔者把本文所研究的“迁移”界定在“知识与技能领域的正迁移”。二、迁移的作用任何学习必然依赖于以前的学习，并影响着以后的学习,所以，迁移是物理知识学习中的重要环节.学生学习能力的形成必须通过概括已掌握的知识技能，然后广泛迁移，并进一步概括化、系统化才能实现。也就是说，学习的最终目的，并不是将知识经验储存于头脑中，而是迁移到各种不同的问题情景中，解决各种实际问题。正因为如此，奥苏贝尔等认知心理学家认为，知识如果不能从一种情景迁移至另一情景，则学习根本就没有发生,所以，迁移是学习的实质，是有效学习的标志.就当今课堂教学的境界而言，“为迁移而教”应该成为教师追求的目标。三、影响迁移原因的理论分析心理学家和教育家一直重视学与教的迁移作用，并进行了大量研究，其中不少已成为经典理论。他们对我们今天的教学仍然有着积极的借鉴和指导作用。19世纪末20世纪初，美国著名心理学家桑代克提出了影响学习迁移的“相同要素说”，意指只有当一种学习情景与另一种学习情景存在共同成分时，一种学习才能影响到另一种学习。按相同要素说的观点，能否产生迁移取决于学习者2能否从不同的学习材料中辨认出“相同要素”。贾德在1908年提出了迁移的概括化理论。他认为，在先期学习A中所获得的东西，之所以能迁移到后期学习B，是因为在学习A获得了一般原理，这种一般原理可以部分或全部运用于A、B之中。根据这一原理，两个学习活动之间存在的共同成分，只是产生迁移的必要前提，而产生正迁移的关键是学习者在两种活动中概括出它们的共同原理。迁移的概括化理论已被许多心理学家接受，特别是格式塔心理学家，并取得了进一步的发展。格式塔心理学家的代表苛勒强调（在1940年前），“顿悟”是迁移的一个决定因素，迁移是学习者突然发现两个学习经验之间存在某种关系的结果。他们认为，迁移的产生依赖于两个条件：两种学习之间存在一定的关系及对这一关系的顿悟。其中，后者比前者重要。我们从以上这些传统的学习迁移理论中可以发现，学习迁移与学习者的概括思维密切相关。随着认知科学与信息加工学习理论的产生与发展，学习迁移中的认知问题越来越受到重视。现代认知结构迁移理论认为：一切有意义的学习都包括迁移，学生的认知结构是有意义学习最关键的因素。学习A对学习B的迁移严格地说是学习A和学习者过去的知识经验到学习B的迁移。学习A并不是直接和学习B发生作用，而是通过学生原有的认知结构间接地影响学习B，迁移量的大小决定于学生认知结构的特点即决定于学生在一定的知识领域内的认知结构的组织特征。如果学生的认知结构中具有较高的抽象、概括水平的观念，那就有助于在新学习中顺利实现迁移。由此可见，当前流行的学习迁移理论一方面强调了概括的重要性，但另一方面，也突出了学生头脑中的认知结构的重要性。所谓认知结构，是指由知识经验组成的心理结构，包括知识经验的准确性、知识经验间联系的丰富性和组织性等。四、促进迁移的教学策略1、揭示两种学习情景中的相同要素，概括共同原理从上面的理论阐述中我们可以看到：两种学习情景中相同的地方越多，旧经验发挥的作用也就越大，所以，当新学习需要旧反应时，教师要充分揭示两种学习情景中的相同要素，使后面的学习总是在前面学习的基础上进行。如，洛仑兹力与重力、弹力和摩擦力相比较为抽象，理解上也有一定的难度。考虑到前面刚学了安培力，所以，教学的主线可以这样展开：3演示安培力实验提出问题：安培力产生的本质原因是什么？猜测：安培力是大量运动电荷所受磁场力的宏观体现检验：实验验证理论推导洛仑兹力大小的表达式。在这一课题中，无论是引入、实验验证还是理论推导都紧紧依托着安培力，充分揭示这两个力的共同因素，如，实验验证中洛仑兹力和安培力的方向的一致性和从安培力表达式出发的洛仑兹力表达式的推导。通过这样的处理，学生就易于接受洛仑兹力这一新知识了。但是，我们也应该看到，仅有相同要素还是不够的，关键是这个相同要素还要被学生感知。因此，在问题解决教学中，教师应鼓励学生寻找待解决的问题与已有经验的同一性和相似性，尽可能找到不同问题在解法上的共通性。如，通过“多题一解”的教学策略，不仅可以让学生练习解决如上图所示（地面均光滑）V0V0mmMM的小跨度水平迁移问题，还应进行如例1、例2的跨度较大的迁移问题的训练。例1：如图，轻杆AB的A端用光滑铰固定在墙上，BC为一绳子，AB处于水平状态，当重物G从B点向A点移动时，A端受到的作用力将如何变化？CFNEqV0GABmgmg′g′tv′G甲乙例2：在电场强度为E的水平匀强电场中，以速度V0竖直向上发射一个质量为m，电量为q的小球。求小球在运动过程中具有的最小速度。这两个问题看上去风马牛不相及，但经过抽象可以发现：在例1中，选B点处绳子上的一点作为研究对象，其所受的三个力首尾相接可以构成图甲所示的动态三角形；若将例2中电荷所受的重力和电场力合成为等效重力g′（如图乙左），则矢量V0、g′t和v′（经过时间t后小球的速度）也可构成一个动态的三角形（如图乙右）。于是可以将两个问题沟通起来，并将解决例1的经验迁移4到例2上。如前所述，现代认知结构迁移理论强调了学生的认知结构特征是影响学习迁移的关键因素。奥苏伯尔系统地研究了认知结构对学习迁移的影响，提出了三个影响迁移的因素：（1）认知结构中是否有适当的起固定作用的观念可以利用；（2）起固定作用的观念与新知识的可辩程度；（3）起固定作用的观念的稳定性与清晰性。据此，我们可以提出以下策略：2、夯实源头知识，为迁移提供坚实的固定点很显然，如果学生的认知结构中只有一些肤浅的、理解不够准确的观念用来同化新知识，那么新知识就不能有效地固定在认知结构中，从而引起不稳定的和含糊的意义，并迅速导致遗忘。所以，没有扎实的源头知识作为固定点是难以发生迁移的。当然，夯实源头知识的方法多种多样，下面仅举一个利用物理学科特点的实验方法的例子。如，让学生分析放在转盘上作匀速转动的物体所受的静摩擦力方向。由于负迁移，学生这样认为：作曲线运动的物体在撤去向心力（静摩擦力）时沿转盘切线方向飞出，根据静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反，可判断静摩擦力的方向也应沿切线方向。对这一疑惑如果仅靠理论解释，学生很难完全信服。因为，没有感性基础的抽象理论在学生头脑中是不可能得到深刻理解的。对此，可根据物理学的学科特点，利用演示实验促进学生理解。我们可在教学中设计如图所示的实验：在可绕中心轴转动的圆盘上，固定一根弹性较好、一端带有小球的细杆，然后，让圆盘绕轴匀速转动。从实验中学生可清楚地看到：细杆只在圆盘径向有形变，在切向并未发生形变。这样就很好地解决了学生的疑虑。这样的例子在教学中经常会碰到。如，有学生对“惯性”居然与物体的运动速度无关将信将疑；也有学生对公式P=FV揭示的意义：对任一机动车辆来说，当机械功率一定时，为了加大牵引力（如汽车爬坡），必须降低运动速度，若要增大速度，牵引力就得减少。由于学生缺乏感性认识，觉得很难理解。为了给迁移提供坚实的固定点，在平时教学中，必须妥善解决好这些基础性问题。53、优化学生认知结构，促进顺畅迁移奥苏贝尔认为，学习A对学习B的迁移是通过学生头脑中的知识结构实现的。其观点可以用框图表示如下：提取、组合纳入、组合有关旧知识所以，我们必须设法优化学生的认知结构，使知识能够顺畅迁移。这样做至少有下面三层意思：（1）、每个概念、定理、定律等知识的学习，都是在见树木更见森林，见森林更见树木的状况下进行的。也就是说，让知识总是以系统中的知识的面貌出现在学生面前，让学生总是站在系统的高度去把握知识。如，在一次测验后，有一位同学在笔记本上总结她做错某题的原因时写到：“我没有很好记住公式，我把公式P=FV记成了P=F/V”。似乎，错题的原因可以归结为她的记性不好，其实不然，问题的实质在于她的知识之间没有形成连通的网络，从而影响知识顺畅地、正确地运用和迁移。学生建构知识的基本方式是同化和顺应。同化是指学习者把外在信息纳入到已有的认知结构，以丰富和加强已有的思维倾向和行为模式，使原有的知识体系得到扩大；顺应是指学习者已有的知识结构与新的外在信息产生冲突，引发原有认知结构的重组和调整，从而建立新的认知结构。像以上这位同学之所以造成知识断链，是由于她虽然学习了新知识，但是不知道这新知识从何而来（其上位公式是P=W/t）；也不知道这个公式的意义。由于缺少知识之间的实质性联系，只是孤立地、形式地死背公式，未能使原有的认知结构得到重组和改善。教学建议：①强调学生对知识本质意义的理解（具体的教学策略此处不再赘述，有兴趣的老师可参阅笔者在物理教学2003年第10期上的拙文）。②引导学生自觉地构建良好的认知结构，使一节、一章、甚至一本书都形成一个有层次有条理的网络结构。如，公式P=FV所在的《机械能》一章的知识结构可如下归纳：动能、动能定理功功和能能机械能守恒定律势能功率（2）、对任何细节，都要鼓励学生追根溯源，凡事都去问为什么，寻找它与认知结构新知识的学习新的认知结构6其它事物之间的联系。使它逐渐成为一种根深蒂固的习惯。如，三极管三个极的名称和符号，是以前物理必修教材的会考要求。但学生对三极的名称和符号容易混淆。有学生来问，为什么基极要用字母“b”表示，集电极要用字母“c”表示？我对学生解释：基极，英语单词是base，所以用“b”表示；集电极，英语单词是collector，所以用“c”表示；发射极，英语单词是emitter，所以用“e”表示。这与物理量的符号表示是同一种方法。有学生不解地问：用汉语拼音不是更好记吗？我坦率地对他们讲了中国对世界近代自然科学的发展微乎其微的贡献。并顺势再问：你认为，近代自然科学为什么会诞生在欧洲，而不是中国这样一个文明古国呢？学生很踊跃，提出了很多自己的看法。我向他们介绍了爱因斯坦对近代自然科学没有起源于中国的原因的看法，中国传统文化中主要是缺少了一是以伽利略为代表的科学实验方法的使用，二是“逻辑推理”的思维方法。再让他们回顾伽利略在推翻亚里士多德的落体理论中，伽利略先由逻辑推理发现亚里士多德落体理论的逻辑矛盾，再用“稀释重力”的斜面实验的方法建立了自由落体定律。让学生充分体会到了这两大武器的威力。我想通过这个例子说明，对任何细节，都应该鼓励学生追根溯源，寻找与其他事物之间的联系。这样做至少有两个好处，一是在物理学上不存在“没有理由”的东西，我们把理由找出来，就会发现，其近端联系（与物理量的符号表示是同一种方法），远端联系（英语、逻辑推理、学生对中国文化的反思）把它编织成知识之网中的一个结点。二是也许这些知识并不重要，但追根溯源能让学生保持一种强烈的求知欲，否则，刻板记忆，不求甚解，渐渐地，思维的心灵会变得麻木，学生就会越学越笨。伽利略说：“我赞成看亚里士多德的著作，并精心进行研究。我只是责备那些使自己完全沦为亚里士多德奴隶的人。”我们不能把我们的学生培养成当代的“亚里士多德的奴隶”。（3）系统化过程中，切忌就事论事的小结式地进行知识性归纳，而是应站到更高层次进行知识及应用方法的归纳。如，力学问题解决的核心观念可简单归纳为以下三个：①牛顿运动定律观，②动量观，③能量观。分别对应牛顿三大定律、万有引力定律；动量定律、动量守恒定律；动能定理、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律。这些定律和定理之间有着不可分割的