物理思維遷移能力的培養策略探討
——基于一道中考創新題的思考

(江蘇省南京市六合區金牛湖初級中學，江蘇 南京 211500)

物理思維遷移能力的培養策略探討
——基于一道中考創新題的思考

盧義剛

(江蘇省南京市六合區金牛湖初級中學，江蘇 南京 211500)

筆者通過對一道中考物理創新題的分析，以核心素養教育為導向，簡述培養物理思維遷移能力的重要性，并在此基礎上提出：教學中應從完善認知結構、增強應用意識、挖掘內在聯系、建立思維模型、克服消極定勢五個方面著手，提高學生思維遷移能力。

中考物理；核心素養；思維遷移能力

每年中考落下帷幕時，我們會發現有不少中考物理創新題令人耳目一新。面對創新題，有的學生無從下手，有的學生選擇直接放棄，又有的學生認為只有“天馬行空”般的思維才能解決這些創新題。解決創新題的關鍵在于能否順利地實現思維的遷移。遷移是指一種學習對另一種學習的影響[1]，思維的遷移現象早已被人們所熟知，孔子提出的“舉一反三”“觸類旁通”就是典型的思維遷移現象，如今我們所常說的“解一道題會一類題”也是指思維遷移。

1 對一道中考物理創新題的分析

筆者搜集并查閱了近年的中考物理創新題，從形式上看，這些題目大都題意新穎，姿態萬千，令不少考生感到望塵莫及。然而，仔細推敲不難發現：幾乎所有的創新題都具有一個“共性”，就是對學生的思維遷移能力要求較高。其原因在于：創新題一般不會“無根無據”地空降而來，而是依據課標、教材，結合學生們平時所學的知識或根據以往所做過的題目改編而成，也就是說創新題與課標的要求、教材的內容、學生已掌握的知識與技能之間往往存在著關聯，是有章可循的。如果學生能發掘新情景中自己所熟悉的知識和解決問題的思路，在已有知識和新情景之間建立一種聯系，并順利地將已有知識、技能、思維方法遷移到新的問題情景中去，解決創新題將會水到渠成，下面以一道中考創新題為例予以說明。

例題(2017年蘇州中考)：為研究紙錐下落的運動情況，小華通過查閱資料了解到，物體下落過程中會受到空氣阻力的作用，阻力f的大小與物體的迎風面積S和速度v的二次方成正比，公式為f=kSv2(k為比例常數)。現用一張半徑為R、面密度為ρ(厚度和質量分布均勻的物體，其質量與面積之比稱為面密度)的圓紙片，按圖1甲所示將圓紙片裁剪成圓心角為n°的扇形，然后做成如圖1乙所示的紙錐，紙錐的底面積為S0(即為紙錐的迎風面積)，讓紙錐從足夠高處靜止下落。

圖1

(1) 紙錐在整個豎直下落過程中的運動狀態是( )。

A． 一直加速 B． 一直勻速

C． 先加速后勻速 D． 先加速后減速

(2) 下落過程中紙錐能達到的最大速度為 。

解析：(1) 紙錐由靜止開始下落，初速度為0，由f=kSv2可知，開始時紙錐所受阻力f為0，紙錐只受重力G作用，即受到豎直向下的非平衡力作用，由于力是改變物體運動狀態的原因，所以紙錐向下做加速直線運動；在加速運動過程中，v變得越來越大，其所受阻力f也變得越來越大，直到f與重力G變成一對平衡力，根據二力平衡知識，此時紙錐開始向下做勻速直線運動。對第(1)問學生比較熟悉，做起來也相對得心應手。

教學啟示：解決此題所需的基本知識包括力與運動、二力平衡，技能包括數學公式變形、圓的面積及重力的計算等數理技能，學生所面臨的新的情景包括阻力f的公式、面密度ρ的理解，還包括一些新的概念比如“迎風面積”等。此題對考生的思維遷移能力要求較高，能否將已有知識、技能及解決問題的思維遷移到新的情境中是能否解決此題的關鍵。

2 思維遷移能力的重要性

《義務教育物理課程標準(2011年版)》對思維遷移能力提出了明確的要求：“要增強學生應用物理知識解決問題的意識……要讓學生學習基本的科學方法，并能將這些方法遷移到自己的生活之中。”此外，“核心素養”的培養要求：重視運用知識技能、解決現實課題所必須的思考力、判斷力與表達力及其人格品性。這意味著，要求學生能夠運用各門學科的內容進行思考、判斷[2]。這里“運用知識技能、解決現實課題所必須的思考力”即思維遷移能力，思維遷移能力不僅是解決中考創新題的決定性因素，而且是學生利用已有知識經驗建構新的認知結構的橋梁，是教學的重要目標，是解決現實問題的重要方法，是“核心素養”的核心所在，因此教師在教學中要特別關注思維遷移能力的培養。

3 思維遷移能力的培養策略

3.1 建立知識網絡，完善認知結構

認知結構是由人們過去對外界事物進行感知、概括的一般方式或經驗所組成的觀念結構，它的清晰性和穩定性直接關系到新知識學習的效果，現代認知心理學家們大都持同化論觀點，十分重視原有知識經驗或認知結構在新學習中的作用[3]。條理化、系統化的知識在學生的認知結構中更具備可利用性，學生在利用所學知識解決問題時才能及時、準確地提取。也就是說，要保證思維遷移活動的順利進行，前提是要有清晰的知識脈絡，在學習了一個章節或一個主題之后，教師應布置相應的整理知識網絡的任務，不妨要求學生寫出該章節的關鍵詞、核心概念、規律等，說出各個概念間的聯系，并且以“網絡”或“樹圖”等形式將各個概念聯結起來，找出彼此關聯的“線”，從而實現由點到線、由線到面，構建出完整的知識網絡。繪“思維導圖”就是一種學生自我建立知識網絡的方法，圖2為學生在學習完“光的直線傳播”知識后所繪的思維導圖。學生通過繪思維導圖，能夠自主建構知識網絡，完善認知結構，從而有利于知識的準確提取，為思維的遷移提供必要的認知基礎。

圖2

3.2 創設熟悉情境，增強應用意識

在進行新的物理概念和規律教學時，為降低學習“門檻”，教學內容應盡量取材于學生的生活實際，從生活走向物理，為學生的思維遷移創設親切、熟悉的情境。例如，學生通過自己的觀察、實踐，積累了一些生活常識，如：石子扔進水里會沉下去，而木塊扔進水里會浮在水面上，這些生活現象學生非常熟悉，為浮力知識的學習奠定了感性認識基礎。再如，汽車突然啟動時人會后仰，汽車突然剎車時人會前傾，這為慣性的學習提供了認識基礎。在新課引入的環節可以利用這些素材創設情境，引導學生將生活中的已有經驗、認知遷移到新的學習情境中去，實現有意義學習。

在學生建立概念和認識規律之后，應及時引導學生用掌握的知識來分析解決生活和社會中的實際問題，強化理論的應用意識[4]。通過知識的應用，可以發揮知識學習的真正作用，并促使其得到廣泛的遷移。例如，在學習“壓強”后，要求學生利用相關知識描述、說明、解釋生活中的常見現象。不妨以生活中常見的小圖釘為研究對象，設置如下問題串：你能描述圖釘的大致形狀嗎？釘尖和釘帽的面積誰大誰小？為什么這樣設計？要求學生解釋其背后的物理原理。通過知識的實際應用，賦予知識以生命力，讓學生與社會生活直接接觸，將理論知識更好地拓展、遷移到實際生活中去，既開闊了視野，增長了見識，也有利于學生思維遷移習慣的養成。

3.3 尋找知識共性，挖掘內在聯系

根據心理學的相關理論，存在相似性或內在聯系的兩種學習之間較容易產生遷移，實際教學中可以充分利用這一點，啟發學生回憶或再現已有的知識、技能、方法等，引導學生將過去的經驗、技能、方法遷移到新的學習情境中。例如，學生在學習了溫度計的使用方法后，腦海中已經建立起了使用測量工具的基本方法、規則，在此基礎上，學習刻度尺、彈簧測力計等測量儀器的使用方法時，教師可以去啟發學生將先前所學的知識與新知識結合起來，尋找共同規律，自然地將已有知識、技能遷移到新知識、新技能的學習中去。

3.4 誘導多題歸一，建立思維模型

圖3

在平時的習題教學中，要引導學生對做過的題目進行歸納、反思，對于一些典型的物理問題，可以引導學生建立思維模型。物理模型是人們為了研究物理問題和探討物理事物的本質，對研究對象所作的一種簡化描述，是以觀察和實驗為基礎，采用理想化的辦法所建構的，它是物理學賴以發展的基本方法，也是解決實際問題的重要途徑和方法。例如，學生對浮力知識的學習，總體感覺比較困難，尤其對物體在液體中浮沉情況的判斷和浮力大小的計算，更覺得思維要求高、學習難度大[5]。故而只要建立典型的浮力模型，就可以化繁為簡。我們將物體浸沒到液體中，松手后物體的運動狀態有三種可能：懸浮、下沉、上浮直至最終靜止時漂浮，因此，只要針對這幾種狀態分別建立模型，浮力的問題便都包含在內。如圖3所示建立一個物體“漂浮”時的模型，我們可用稱重法和狀態分析法計算出它受到的浮力。此漂浮模型可以廣泛地應用、遷移到用密度計測液體密度的原理、輪船由大海駛入長江的V排變化、輪船裝載貨物或卸下貨物前后所受浮力變化等問題中。

3.5 克服消極的思維定勢，培養發散思維能力

定勢是指先于一定活動而指向活動對象的一種動力準備狀態，定勢對于知識遷移的影響既可能是積極的，也可能是消極的。當定勢作用與人們解決問題的思路一致時，會對問題的解決產生促進作用，即產生正遷移；反之會產生干擾作用，即產生負遷移。

鑒于定勢作用的雙重性，在實際教學中，既要培養學生解決類似問題的心向，又要引導學生在遇到用習慣思維難以解決有關問題時，積極地從其他角度思考，即鼓勵發散思維，從多種途徑尋找策略。課堂上可以借助提問、討論、質疑、變式訓練等手段，使學生做到舉一反三，找到多種不同的解決問題的辦法或方案，增加思維遷移的廣度。例如，在學習了什么是“平衡狀態”后，要求學生舉例說出周圍正處于平衡狀態的物體，并說明為什么這些物體會處于平衡狀態。學生能列舉的例子越多，道理說得越清楚，則思維發散、遷移的范圍就越廣，對知識的理解就越深刻。要鼓勵學生從多角度、多方位思考問題，克服消極思維定勢，避免思維僵化，提高思維遷移的效果。

4 結語

思維的遷移能力是解決中考創新題的決定性因素，是“核心素養”的核心所在，是教學的重要目標，也是學生在已有知識經驗的基礎上建構新知的重要渠道。物理教師應從完善認知結構、增強應用意識、挖掘內在聯系、建立思維模型、克服消極定勢五個方面著手，努力實現“為遷移而教”，促使學生的思維遷移能力得到有效培養。

[1] 皮連生.教育心理學[M].上海：上海教育出版社,2011:228.

[2] 鐘啟泉.基于核心素養的課程發展：挑戰與課題[J].全球教育展望,2016，(1):4.

[3] 張大均.教育心理學[M].北京：人民教育出版社,1999：123-128.

[4] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準(2011年版)[M].北京：北京師范大學出版社,2012:30-31.

[5] 陳勝鋼.運用模型方法提高思維品質[J].物理教師，2014，(9):35-38.