物理教學中學生知識遷移能力的培養

馬亞鵬 楊威虎

（銀川市第九中學 寧夏 銀川 750011）

學習的目的在于運用，學生能否將所學的知識運用于新的情境之中，是一切學習的出發點和歸宿，也是現代教學的基本目標.能否將已有的知識、技能遷移到新的情境中，是學生學習能力的重要標志.本文以教育心理學和學習心理學對知識遷移的研究為基礎，闡述了物理知識遷移過程；對物理課堂教學如何培養學生的遷移能力提出一些具有可操作性的方法，以期提高課堂教學的有效性.

1 物理知識遷移過程

1.1 知識遷移的內涵

所謂遷移（transfer），簡單說，是指一種學習對另一種學習的影響.任何學習都是在學習者已經具有的知識經驗和認知結構，已獲得的技能和問題解決方法等的基礎上進行的.而新的學習過程及其結果又會對學習者原有的知識經驗、技能和問題解決方法產生影響，這種“新舊學習之間的相互影響就是學習的遷移（transfer of learning）”［1］.這種影響既包括積極的促進作用（即正遷移），也包括消極的干擾作用（即負遷移）；既可以是前面的學習影響后來的學習（即順向遷移），也可以是后來的學習影響前面的學習（即逆向遷移），還包括不同知識領域和不同范圍的遷移過程.可以說，學習的過程就是不斷遷移的過程，凡是有教育的地方就會有遷移，而遷移能力的高低對學生解決問題的能力和創造性思維的培養密切相關.

1.2 認知遷移理論

對遷移現象及其規律的理論解釋，是教育心理學家一直研究和關注的焦點，至今已提出一些基本的遷移理論，早期的有“形式訓練說”“相同元素說”“泛化理論”等.隨著認知心理學的發展，越來越發現，“學習和學習遷移遵循同樣的機制”［1］.

信息加工心理學家認為，人腦和電腦一樣，是一個信息加工系統，即“學習是學習者通過自己把來自環境刺激的信息進行內在的認知加工而獲得能力的過程”［2］.基于信息加工理論對人類學習與記憶的解釋，美國學者羅耶（Royer）提出了認知遷移理論（cognitive transfer theory）［3］.這種理論的基本假設是：人類的記憶是一種高度結構的貯存系統；人類是以一種系統方式貯存和提取信息的.其次，認知遷移理論認為，知識結構的豐富性（richness）并不始終是一致的，所謂“豐富性”是指知識結構內各單元（units，如交節點、命題等）之間交互聯結的數量.除此之外，認知遷移理論還有一個基本前提，即領會（comprehension）是學習遷移的必要條件，但不是充分條件.遷移的可能性取決于學習者在記憶搜索過程中遇到相關信息或技能的可能性.這樣，教育的問題便成了如何增加學生在面臨現實生活問題時提取在課堂里習得的相關材料的可能性.由于提取的可能性與交互聯結的數量直接有關，因此，任何增加交互聯結網絡的“豐富性”的教育方法，都會有助于增加遷移的可能性.

1.3 物理知識遷移的過程

綜上，良好的、積極的知識遷移的主要特點是，在一個新的問題情境中利用已有的信息解決問題.為此，就需要學習者具有把新問題歸類的能力，即將新的、要解決的問題納入到自己已有的問題解決的圖式中；其次，在頭腦中形成清晰的問題表征，將抽象的問題直觀化、模型化；再次，利用自己熟知的解決問題的路線解決新問題.

因此，本文認為，物理知識遷移的過程，也是物理問題解決的基本過程.主要要經歷以下幾個過程：第一，學生需要掌握物理學的核心概念和基本規律，盡可能按照物理學的學科體系和邏輯體系，遵循學生認知發展的規律，廣泛建立豐富的聯系，形成基本的知識結構，這是知識遷移的起點；第二，熟知基本的物理模型以及解決這些模型所用的一般方法和基本技能，獲得較為豐富的過程性知識（即程序性知識），比如受力分析的方法、運用牛頓第二定律的一般過程、運用動能定理的一般過程等，這是知識遷移的信息準備；第三，盡快熟知新的學習情境，抓住問題表征的特點，將其和記憶中的某一個或一些物理模型聯系起來，這樣的聯系或者聯結是遷移的核心，一個正確的聯結預示著正確的遷移，而錯誤的聯結卻意味著得出錯誤的結論；第四，將新的問題具體化，依據自己熟知的問題解決路線，具體問題具體分析，最終使問題得以解決；最后，對遷移的過程要進行及時的反思與評估，在經過反思之后，形成新的解決問題的范式（如圖1）.

圖1 物理知識遷移的主要過程框圖

【例1】（2010年高考新課標全國卷第20題）太陽系中的8大行星的軌道均可以近似看成圓軌道.下列4幅圖是用來描述這些行星運動所遵從的某一規律的圖像.圖中坐標系的橫軸是lg，縱軸是；這里T和R分別是行星繞太陽運行的周期和相應的圓軌道半徑，T0和R0分別是水星繞太陽運行的周期和相應的圓軌道半徑.下列4幅圖中正確的是

解析：本題考查開普勒第三定律的運用.

由開普勒第三定律，得

即

兩邊同取對數，可得

故選項B正確.

評述：本題是一道考查學生遷移能力的好題.學生只有將開普勒第三定律和一次函數圖像的特點、對數函數的性質巧妙地結合在一起，才能正確地解答此題，對學習者的能力要求較高.

依據物理知識遷移過程模型：

（1）首先需要學生具備完整的知識結構.開普勒第三定律的內容、表達式；對數函數和對數運算的基礎知識；一次函數及其圖像知識，待定系數法.

（2）其次對問題進行表征.物理模型：本題采用一個重要的近似簡化模型（即在中學物理中可以把行星的運動簡化為繞太陽的勻速圓周運動）；選擇圖像的依據（橫縱坐標的物理意義，圖像的表達式，斜率和截距等重要參數）.

（3）再次是聯結.將開普勒第三定律和對數函數聯系起來；將物理圖景和函數圖像聯系起來.

（4）反思與評估.問題解決之后，經過反思，可以形成解決此類問題的一個范式，即“化曲為直”的思想方法.

2 物理知識遷移能力的培養

如前所述，知識遷移能力對學習者學習有著至關重要的作用，因此，在物理教學中，要加強對學生知識遷移能力的培養，提高課堂教學的有效性.

總體而言，影響遷移的因素很多，包括學生個人的因素，比如智力、年齡、認知風格、認知結構以及對學習的態度等；還包括一些客觀因素，比如學習材料的特性、難度和熟悉程度，教師的指導等.但有效的教學可以促進學生物理知識遷移能力的提升，具體包括如下幾個方面.

2.1 注重新舊知識的聯系 完善學生的知識結構

物理學是一門具有嚴密知識體系的自然科學，嚴密性和邏輯性是其主要特點之一.因而，學生已經習得的知識對新學習內容的影響特別大.比如，學生如果沒能正確地理解和領會平拋運動的規律和研究平拋運動的方法，在學習帶電粒子在勻強電場中的偏轉運動時就會面臨很大的困難，相反，如果前者掌握得好，學習后者就會很有效地將已習得的知識遷移過來.不僅如此，后學習的內容，對先習得的內容也能起到加深理解、促進深化的作用.因此，在物理教學中，要廣泛地建立新舊知識的聯系，尤其要加強對基本概念、規律和原理的理解，完善學生的知識結構.

2.2 數理結合 有效地將物理知識和數學 幾何學等內容整合起來

在物理教學中，要注意把各個獨立的教學內容整合起來，既要把物理學內部各個分支之間的內容聯系到一起，也要把其他學科的知識尤其是數學、幾何學等知識聯系起來.也可以鼓勵學生將物理學的知識運用到其他學科，比如地理、化學等學科中.再比如可以將物理學與數學中的矢量運算、幾何關系、三角函數以及函數圖像等知識聯系起來.還可以將交變電流、簡諧振動和機械波等物理現象的描述方法放到一起，做橫向的比較，實現加涅所說的橫向遷移.

2.3 加強模型的建構 提升學生的建模能力 促進不同情境下的學習遷移

物理學的發展根植于豐富多彩的物質世界，研究多樣化的物理現象，從不同尺度、不同領域揭示物質運行的基本規律.由于客觀世界和物理現象的復雜性，物理學的研究往往需要對實際情況進行抽象概括，建立起一個個物理模型，通過對理想化了的理想模型的研究，揭示客觀世界的基本規律.因此，構建和應用模型解決實際問題，是當前“科學探究”不可或缺的能力，也是提高學生遷移能力的重要措施.教學中要加強如下幾類基本的物理模型的建構：物理對象模型（例如質點、點電荷、彈簧振子、單擺等），理想過程模型（例如勻變速直線運動、簡諧運動、完全彈性碰撞等），條件理想模型（例如光滑絕緣水平面、勻強電場等），理想狀態模型（例如理想氣體等），物理假說模型（例如安培分子電流假說、玻爾的原子模型等）.

2.4 注重學習策略的引導 培養學生解決問題能力

遷移的過程實際上也是解決問題的過程，因此，對學生解決問題和學習策略的指導，也是促進遷移能力的重要方法.因此，在物理教學中，教師應當有意識地教學生學會學習，幫他們掌握概括化的認知策略和元認知策略.比如動力學兩類基本問題的教學，可首先通過實例讓學生學會最簡單的已知受力情況確定運動情況和已知運動情況確定受力情況的習題，進而進行概括，總結得出運用牛頓第二定律解決動力學基本問題的一般方法.然后展示一些具體的實例，提供給學生具體地解決問題的過程，并要求學生在解題過程中進行積極的反思，提升其元認知水平.

2.5 加強變式訓練 防止負遷移的發生

知識遷移有正遷移和負遷移之分，而學生在知識遷移的過程中，慣常使用的一種方法是類比，但是利用類比來說明遷移，在一些復雜的問題中，往往不能奏效，即發生負遷移.因而，在實際的物理教學中，一方面要引導學生總結出概括化的原理，比如運用牛頓第二定律解題的方法，培養和提高其概括能力，充分利用原理、原則遷移；另一方面，在講解原理、原則時，要列舉最大范圍例子，加強變式訓練，使學生把握物理規律的內涵和外延，明確各個模型和知識的適用范圍與條件.條件允許的，還可以通過學生實驗、演示實驗、計算機模擬等方法，采用直觀教學，將所學知識和所用的情境聯系起來.

1 陳琦，劉儒德.當代教育心理學.北京：北京師范大學出版社 ，2007.284，290

2 皮連生，等.學與教的心理學（第五版）.上海：華東師范大學出版社，2009.89

3 施良方.學習論.北京：人民教育出版社，2001.446～447