掌握物理學科本質避免類比遷移錯誤

何晉中

摘 要： 學生在解決問題過程中需要遷移已有的知識和經驗，但是由于憑直覺以及對物理的本質把握不準確經常出現遷移錯誤.本文以彈簧問題為例，分析了學生遷移錯誤、錯因，并提出只有在教學中讓學生掌握物理學科本質才能避免類比遷移的錯誤.

關鍵詞： 類比遷移；錯誤；教學；元認知

學生在解決問題的過程中，往往會基于已有的解題經驗，并把其遷移到問題的解決中，這是應該提倡的.正確的遷移有利于學生解決問題，學習效果的提升.但是如果遷移過程中只是看“形”而忽略“神”，有時候會導致錯誤.畢竟很多物理過程、物理現象往往是“形似神異”.“通過類比把學生已有的知識、熟悉的生活現象、生活物品、事件與抽象的物理概念、物理方法、難于理解的物理情境、需要學習的新知識等建立聯系，增加學生直觀體驗，對教學難點的突破有很大幫助.”[1]以彈簧為例，彈簧原本是學生生活中非常熟悉的一個物件，但是學生遇到彈簧問題卻經常呈現出困惑，要不不知從何下手，要不錯誤百出.在與學生的接觸中發現，學生對彈簧類問題在類比遷移方面存在一些典型的共性問題.這些錯誤其根本原因是因為學生在學習過程中對物理知識的掌握囫圇吞棗、似是而非，沒有掌握其本質，只有讓學生掌握物理學科的本質，并學會對自己的學習過程進行監控，學會對學習結果進行反思，才能避免遷移時出錯.

1 類比遷移常見錯誤

1.1 不能構建新舊知識的聯系

于學習者而言，構建新舊知識之間的聯系對提高學習效率非常重要，無論是否能夠直接遷移舊知識、舊經驗，優秀的學習者都應首先聯想與新知識“形”似、“神”似的舊知識、舊經驗.在學習過程中新、舊之間的完全割裂的學習，不可能構建完整的知識體系，更不可能找到解決問題的通法.這樣的學習不僅辛苦，且效率低下.學生在學習彈簧時，已經在初中電路部分學習了串并聯的知識，已經知道了電阻串聯的總電阻比每一個電阻的阻值都要大，阻礙電流的本領變強.當遇到彈簧的串并聯問題時，如例題1，學生不能夠聯想到電阻的串并聯.以彈簧的并聯為例，其“形”與電路的并聯一樣，其“神”與電路的串聯一樣，彈簧并聯后“阻礙”形變的本領變強了，基于已有的知識，學生應該能在遇到彈簧串并聯時聯想到電阻的串并聯，即便學生的類比最后可能根據“形”而非“神”得出錯誤結論.

1.2 不能構建物理問題與生活之間的聯系

學生在生活中已經有了多個相同的彈簧并聯的健身拉力器比一個彈簧需要更大的力才能拉開的經驗.但是當遇到彈簧的并聯問題時，學生不能將這一重要的生活經驗與需要解決的問題構建聯系，也不能利用這一經驗來檢驗自己得出的結果是否正確.例如，有同學在解決例1中并聯問題時將其與電阻的并聯類比得到了錯誤的結論，得到： 1 k = 1 k1 + 1 k2 ，k= k1k2 k1+k2 .由數學知識易知：k

1.3 不能找到新舊問題的區別，錯誤遷移解題經驗

1.3.1 遷移時憑直覺給問題的解決造成障礙

直覺是一種不借助邏輯推理而綜合運用知識、表象和經驗知覺，迅速作出猜測、設想、判斷的思維.直覺是一種重要的思維形式，由于它的敏捷性和富有創造性，在物理解題當中起著重要作用，它可以為解題提供導向作用.但是直覺的非邏輯性所帶來的或然性也會導致解題錯誤.在運用胡克定律時，需要知道彈簧的彈力是多少，在問題解決中學生憑直覺，往往會出現錯誤.在例題2中，學生根據已有的經驗，憑直覺想當然認為，用5N的力拉彈簧，示數是5N，兩邊各有5N拉，示數是10N，或者憑直覺認為兩邊是5N，合力為零，所以示數為零，這樣做實質上混淆了彈簧彈力與彈簧所受的合力.

例2 在光滑水平桌面上放置一刻度模糊的彈簧測力計，兩同學各用5N的水平拉力沿相反方向拉彈簧測力計的兩端測得彈簧伸長了2cm，則該彈簧測力計的讀數應該是多少？彈簧的勁度系數是多少？[2]

1.3.2 遷移時只看“形”忽視“神”

類比遷移是物理教學中教師給學生傳授的重要方法.類比遷移運用得當可以促進學生對知識、方法的融會貫通，達到升華認知和快速解決問題的目的.然而，有些學生在解題過程中有一個不好的習慣，就是想當然地把當前面臨的問題與已經做過的問題等同起來，不假思索地照搬記憶中已有的方法甚至答案.[3]在彈簧問題中，學生遇到例3和例4，就會根據其形狀將其與例題1中的彈簧串并聯等同起來，從而得到錯誤的結論.

例4 如圖4所示 ， 兩根原長相同的輕彈簧豎直懸掛，其下端用一根跨過動滑輪的細繩連在一起，不計繩與滑輪質量，兩彈簧原來均無形變， 在動滑輪下掛一質量為 m 的砝碼后，動滑輪下降的高度多大？ 已知兩根彈簧的勁度系數分別為 k1 和 k2 ，彈簧始終保持彈性形變，細線均呈豎直方向.

學生典型錯解：彈簧并聯后勁度系數為k=k1+k2，設滑輪下降的距離為x，由平衡條件及胡克定律有kx=mg，解得x= mg k1+k2 .

2 錯因分析

學生類比遷移出現的上述錯誤，其根本原因在于物理教學中沒有把握住物理學科的本質，導致學習與生活脫離，新知識與舊知識脫節，把似是而非的物理過程、物理現象混淆，并且不能對自己的學習進行有效監控.

2.1 實驗過程不夠細膩，對結論理解不清晰

胡克定律的得出需要學生經歷實驗的過程，在實驗中不僅掌握知識，更要習得實驗的方法和思想.教學實際中，存在實驗趕進度，這造成了過程不夠細膩，學生對實驗原理和步驟理解不清楚，停留在“是什么”，而沒有想清楚“為什么”，實驗原理、操作背后的邏輯關系沒有理順，結果阻礙了學生對所學知識的靈活運用，難以融會貫通.以彈簧問題為例，學生在解決例2時，對胡克定律F=kx中的F理解為10N或者合力為零，就是實驗過程不夠細膩，造成對實驗結果理解囫圇吞棗.

2.2 不會正確受力分析

學生在解決問題時，在受力分析方面存在兩個問題：一是沒有受力分析的意識.學生在遇到問題時，不會選擇研究對象進行受力分析，然后運用所學物理知識進行邏輯推理，而是想當然地根據直覺套用已有的解題經驗.在上述例2、例3、例4的解決過程中，錯誤基本來源于學生沒有認真進行受力分析，找出彈簧的彈力；二是學生在進行受力分析的時候，由于基礎不牢固，經常出現多力、漏力的情況，尤其是涉及彈力、摩擦力有無時出錯的概率更大.

2.3 物理教學與生活脫節

新課程提出“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念，提倡物理與生活緊密聯系.物理課堂聯系學生的生活實際，可以激發學生的興趣，提升學習物理的源動力.然而，現實教學中，物理與生活脫節的現象依然存在，這就導致學生不能夠將生活中的經驗正向遷移到物理學習中來.例如，學生不能將健身拉力器的體驗遷移到彈簧的并聯中.

2.4 新舊知識脫節

構建新舊知識之間的聯系，將舊知識及學習舊知識的經驗、方法遷移到新知識的學習中，是學生學習的重要方法.然而，學生在學習物理過程中，由于缺乏必要的反思、整理，知識沒有得到升華，自然不能掌握其物理本質，不能靈活運用知識，必然導致遷移能力不足.在彈簧的串并聯中，學生不能夠將電阻串并聯的情境遷移過來，并分析這兩類情境的異同.

2.5 缺乏元認知策略

元認知就是學習者關于自己的認知過程的知識和調節這些過程的能力.使用元認知策略來監控其他學習和記憶過程的內部過程一般被稱為“元認知”.掌握了元認知策略學生就可以對自己的學習過程進行監控，對學習結果進行反思.學生在學習彈簧問題時暴露出學生沒有掌握元認知策略.比如，學生得到彈簧兩端各5N的拉力和彈簧示數是0N的時候不能想到這與生活相矛盾，進而否定自己的結論；根據電阻的并聯得到彈簧并聯后勁度系數為k= k1k2 k1+k2 ，比k1和k2都小，勁度系數變小，彈簧變軟，這與學生已有的生活經驗不符合，但是學生依然不能據此反思、否定自己的結論，然后另辟蹊徑.

3 掌握物理學科的本質才能避免遷移錯誤

3.1 重視知識形成的過程夯實學科知識

建構主義學習理論認為，學習的過程是學習者主動建構知識的過程，學習是建構內在心理表征的過程，學習者并不是把知識從外界搬到記憶中，而是以原有的經驗為基礎，通過與外界的相互作用來建構新的理解.[4]教學中關注物理過程分析，優化物理過程分析，正是物理教學的關鍵所在.如果將物理比喻為一座冰山，那么知識和公式只是露出水面的一角，而對物理規律的過程認知才是水下的渾厚山體.對學生而言，知識的價值主要體現在：認知價值和發展價值.如果我們的教學活動只在認知價值的表面徘徊，教學只能發揮有限的作用，只有深入到發展價值，才能發揮教學的最大效益，而要實現這一點，就是要重視過程的教學.因此，物理教學必須重視過程、突出過程，堅持以過程為教學的主線.教師要盡量為學生營造一片廣闊的時空，引導他們探究知識、規律及公式的來源，揭示知識的本質，進而在知識的學習過程中體會物理的價值.教學不僅是獲得知識，更重的是讓學生獲得分析過程、研究方法與遷移的能力.只重視結論知識，忽視了過程意識的培養，過分強調知識和技能，而忽視了過程與方法，將造成教學中過多偏重知識的傳授，忽視學生能力的培養.

3.2 適度變式拓展中掌握物理的本質

教學中有必要對物理情境進行適度的拓展變式，讓學生從不同的角度思考問題，讓學生看清 “形似神異”的物理問題的實質.從而在變式訓練中既讓學生的思維得到提升，更讓學生把握物理的本質，有利于學生學習過程舉一反三.以例題2為例，可給學生呈現如圖5所示的4個情景，讓學生比較四種情況下彈簧伸長量之間的關系.

①中彈簧的左端固定在墻上；

②中彈簧的左端受大小也為F的拉力作用；

③中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動；

④中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動.

通過這4個情景的變式拓展，讓學生知道，彈簧秤無論如何都需要兩端受力，當處于平衡態時其示數等于一邊受力的大小.

3.3 重視物理與生活的普遍聯系促進知識學以致用

物理與生活緊密聯系是新課程倡導的理念，如果能夠將該理念貫徹到物理教學實踐中，必然能夠讓學生覺得物理有趣、有用，也會讓學生覺得物理親切，覺得物理學習和自己的生活息息相關，從而更有興趣，更有動力，更有激情投入到物理學習中.加強物理課堂與生活的聯系，需要物理教師根據課程標準的要求，結合學生實際，對教材上的素材進行二次開發，對教學資源進行優化整合，使得物理教學設計中呈現的素材更加生活化.

3.4 重視聯系新舊知識的通識規律與方法方能融會貫通

物理教學中應重視夯實基礎知識與基本方法.夯實基礎是構建新舊知識之間聯系的基礎和前提.基本方法往往也是解決問題的普遍方法.教學中教師要重視交給學生通識的規律和方法.只有這樣學生才能在千變萬化的物理情境中以不變應萬變，才能夠透過物理表象專抓問題的本質，才能夠避免負遷移，實現正遷移.例如，在上述彈簧問題中，需要教會學生，選擇研究對象，正確對研究對象進行受力分析，根據平衡條件得出彈簧的彈力，根據胡克定律列方程求解.以例題4為例，以重物為研究對象，受到重力和兩個彈簧的彈力，由平衡條件可得，每個彈簧的彈力大小相等且為：F= 1 2 mg，第一根彈簧伸長量為 x1= F k1 = mg 2k1 ，第二根彈簧伸長量為 x2= F k2 = mg 2k2 ，則動滑輪下 降高度為 x= x1+x2 2 = mg（k1+k2） 4k1k2 .

在上述彈簧問題中，無論如何變化，解決問題最重要最通識的規律是胡克定律，最通用的方法是選擇研究對象正確進行受力分析.這是在教學中需要強化的，也是學生必須要掌握的.

3.5 培養元認知策略才能有效反思學習結果

在面臨解決的問題時，學生能夠選擇和調節相關的智慧技能的運用，并針對任務的認知策略發揮作用.[5]認知策略是一種典型的學習策略，指學生對自己的認知過程及結果的有效監視及控制的策略.對學生元認知策略的培養及元認知能力的提升需要經過一個較長的過程，需要教師在教學實踐中結合具體的教學案例適時滲透.元認知策略源于許多具體任務定向的策略的概括，通常是在學習者已有許多解決問題的經驗之后出現的.教學中，培養學生的元認知，學生才能對自己的學習過程進行有效監控，對學習結果進行反思，從而獲得積極的學習體驗.

參考文獻：

[1]馬佳.通過生活情境類比化解物理教學難點[J].物理教學探討，2016，34（12）：7.

[2]保宗悌.普通高中課程標準實驗教科書物理必修1[M].廣州：廣東教育出版社，2014：54.

[3]梁旭.認知物理教學研究[M].杭州：浙江教育出版社，2011：17.

[4]王科峰. 物理教學中應教會學生通識性的東西[J] .物理教學，2014，36（3）：20.

[5]R.M.加涅，W.W.韋杰，K.C.戈勒斯，J.M.凱勒著.教學設計原理[M] .上海：華東師范大學出版社，2011：71.endprint