重視學習遷移規律 提升物理思維品質
——從一道高中物理習題談起

(江蘇省蘇州市相城區陸慕高級中學,江蘇 蘇州 215131)

學生的學習不僅在于掌握知識、技能，而且還在于能夠在遇到新問題或處于新情境時應用知識、解決問題。為此，教師在組織教學時，必須利用好學習遷移規律，促進知識、技能廣泛而積極的遷移，以提高學生學習的質量。也只有通過學習遷移，才能使已經獲得的知識、技能得到進一步檢驗、充實和熟練，同時學習遷移也是知識、技能的掌握過渡到智能形成的重要環節。

學習遷移是一種學習對另一種學習的影響，根據遷移的性質可以分為正遷移和負遷移。凡是一種學習對另一種學習起促進作用，就叫正遷移；凡是一種學習對另一種學習起干擾或抑制作用，就叫負遷移(或干擾)。教學過程中，要創造條件促進學習的正遷移，力爭使學生的學習產生最大的正遷移是每一位教師追求的目標。

影響學習遷移的基本因素之一是學習材料的相似性，如果先學習的內容與后學習的內容有相同或相似之處，那么兩者之間就會產生學習的遷移，這是由于它們之間包含有共同因素。我們在物理習題教學中，要科學地組織教學內容，使前后學習內容具有相似性，同時努力提高學生的概括水平，并且適當地進行學習指導，以有效地促進學生的學習遷移，提高解題能力。

下面從一道電磁感應習題出發，進行變式拓展，既設計相同要素，又引入變化提升，促進解題方法的有效遷移，使學生能力逐步提高。以這種模式組織習題教學，可以培養學生思維的靈活性與發散性，也能提高學生的概括能力，減輕學生的學業負擔，改變現在教學中存在的大量刷題而不善于帶領學生總結提煉的現象。

原題：如圖1所示，一金屬圓環和一根金屬輻條構成的輪子，可繞垂直于圓環平面的水平軸自由轉動，金屬環與輻條的電阻不計，質量忽略，輻條長度為L，輪子處在與之垂直的磁感應強度為B勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，一阻值為R的定值電阻通過導線與輪子的中心和邊緣相連，輪子外緣同時有絕緣繩繞著，細繩下端掛著質量為m的重物，求重物下落的穩定速度。

圖1

圖2

解析：此題中由于重物下落，帶動圓輪轉動，輻條Oa做切割磁感線運動，產生電動勢，Oa相當于電源，與電阻R構成閉合電路，a端為正極，O端為負極(如圖2)。由于Oa邊受到的安培力阻礙圓環轉動，并且隨著轉速逐漸增大，安培力也逐漸增大，最終達到一穩定速度，解此速度可用兩種方法，一種是從動力學角度，根據力矩平衡來解答，另一種從能量的轉化與守恒角度來解答。

小結：在現行高中物理教材中，對于動力學問題，有兩種典型的解題途徑：一種是動力學角度，另一種是能量轉化與守恒角度，具體從哪個角度解題要看題目所給的條件。一般情況下，利用能量關系解題比較簡捷，故下面的拓展都用這種方法。

拓展一：如果原題中的輻條有電阻，且電阻為r，求最終系統平衡的速度。

目的：通過此拓展，增強對電路歐姆定律的考查，注意電源內電阻對電路的影響。有了前面的解題過程，題目條件大體沒變，要素類似，遷移迅速。此拓展很快就可以處理掉，簡單易行、效率高，學生接受起來也快，同時也復習了前面的知識，讓學生明白知識之間的關聯。

圖3

拓展二：如果把原題中的輻條由一根變成四根，如圖3所示，且相鄰兩根輻條的夾角是90°，輻條電阻不計，求重物最終下落的穩定速度。

有的同學會提出疑問，從能量守恒角度列方程是沒有問題，但如果從動力學角度考慮，四根輻條的力矩不是與原來一根時不一樣了嗎？怎么結果是一樣的呢？這個問題提得很好，問題提出后可以讓學生討論，然后老師總結。

其實四根輻條的總力矩與原來一根輻條的力矩是一樣的。由于總電動勢沒變，總電阻沒變，總電流也沒變，每根輻條的電流是原來一根輻條時電流的四分之一，安培力也是原來的四分之一，力矩也是原來的四分之一，故總力矩與原來一根輻條的力矩相同。從等效角度看，當不計輻條電阻時，四根輻條與一根輻條是等效的，由此也可以看出從能量守恒角度解題的優越性。

目的：開拓學生視野，訓練學生的應變能力，學會當有多電源出現時該如何處理。當沒見過的物理情境出現時，關鍵是利用已有基礎知識分析其物理本質。在學習難度逐漸增大的情境中，給學習者提供的指導越多，遷移的效果越好。

圖4

拓展三：如果把拓展二中的四根輻條變成一金屬圓盤，且不計金屬圓盤內阻(如圖4)，求重物最終下落的穩定速度。

目的：此拓展把拓展二進一步升華，視野進一步擴大，研究圓盤切割的本質，訓練學生透過現象看本質，增強識別能力，以后再遇到此類問題就容易看出其本質，找到處理方法。

小結：如果沒有拓展二作為基礎的話，對于圓盤在磁場中轉動問題，學生不太容易理解電動勢產生原因，也找不到電動勢的計算方法和電路連接方式，有了拓展二再到圓盤，學生接受起來很容易，前面學習的知識對后面學習產生積極影響，可達到最大的正遷移。

拓展四：如果拓展二中的四根輻條的電阻都是r，則重物下落的最終穩定速度為多少？

目的：此拓展把拓展一與拓展二相結合，增強問題的綜合性，解題中需注意并聯電源總內阻的變化。

小結：直接從能量角度解題，使問題處理大大簡化。從動力學角度也可以求解，但處理起來費時費力，從能量角度解題也是高中物理重點培養的一種能力。到拓展四題目已經比較難了，有一定的綜合性，但是由于鋪墊得當，學生接受和處理起來還是比較順暢的。如果沒有鋪墊，學生很難在短時間內找到如此簡捷的解題方法，進一步說明合理組織教學對正遷移的重要性。

拓展五：在拓展四的情況下，去掉定值電阻R，環的電阻不可忽略，大小為R，且改變圓環右半邊所在區域磁場的方向，如圖5所示，磁感應強度的大小都是B，MN左側磁場垂直紙面向里，MN右側磁場垂直紙面向外，求重物最終下落的穩定速度。

圖5

圖6

解析：當磁場方向改變后，不接外電阻，環與輻條也能形成回路，要特別注意回路是怎樣形成的，并且要明辨輻條切割磁感線形成的電源連接關系。判斷了電源的正負極后，圖5可等效為圖6電路。經分析，輻條在轉動過程中，雖然a、b、c、d的位置是變化的，但這樣的電源關系是穩定的，即只要轉到左邊，靠外的一定是正極，只要轉到右邊，靠外的就是負極。

目的：此拓展進一步增加了題目的綜合度，難度明顯提升，涉及電源分析、電路結構分析、動態分析、能量分析，可培養學生的辨識能力、知識和技能的遷移能力、利用已有知識處理新問題的能力。

小結：通過拓展五的處理，使前面已經獲得的知識、技能得到進一步檢驗、充實和熟練，同時，加速前面所掌握的知識、技能向智能過渡，使學生的綜合概括能力有質的提升。

以上是一道習題的演變過程與相應解答，通過本系列問題的訓練，學生對知識的掌握、能力的提升由量變達到了質變，認識層次達到了一個新的臺階。通過以上系列問題的處理可以看出，要想提高學生的思維品質和應變能力，掌握基礎知識是前提，學會知識遷移是有效途徑。

徐定華.教育心理學[M].蘇州：蘇州大學出版社，1994.