以等效法為例談高中物理教學(xué)中遷移思維的培養(yǎng)

徐海菊

（江蘇省南通中學(xué)，江蘇 南通 226001）

遷移思維是學(xué)生將已有的經(jīng)驗(yàn)和能力遷移運(yùn)用于后續(xù)問(wèn)題研究中，由此促使他們完成對(duì)已有知識(shí)體系的重組，達(dá)成新認(rèn)知體系的建構(gòu).就物理教學(xué)而言，學(xué)生在課堂上所接觸的物理情境是有限的，當(dāng)他們將視野轉(zhuǎn)移到大千世界，復(fù)雜多變的情境讓人眼花繚亂，學(xué)生要運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)來(lái)解決這些問(wèn)題就需要充分運(yùn)用遷移思維.在諸多物理問(wèn)題的處理過(guò)程中，等效法有著廣泛的用途.這也正是遷移思維的重要體現(xiàn).教師在指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用等效法分析問(wèn)題時(shí)要關(guān)注學(xué)生遷移思維的培養(yǎng).

1 對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握是發(fā)展遷移思維的基礎(chǔ)

遷移思維依賴學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的熟練掌握.學(xué)生只有對(duì)物理知識(shí)形成較為深刻的認(rèn)識(shí)，他們才會(huì)嫻熟地調(diào)用相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成問(wèn)題的分析和處理.在運(yùn)用等效法處理問(wèn)題時(shí)也同樣如此，學(xué)生會(huì)將陌生的問(wèn)題等效為他們所熟悉的情境來(lái)分析和處理，因此在日常教學(xué)過(guò)程中教師要關(guān)注學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握.

認(rèn)知心理學(xué)指引下的高中物理強(qiáng)調(diào)，教師不能局限于對(duì)學(xué)生傳輸過(guò)多的間接經(jīng)驗(yàn)，我們要讓學(xué)生真正經(jīng)歷知識(shí)的形成過(guò)程，有效促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化建構(gòu).皮亞杰指出，當(dāng)學(xué)習(xí)者的思維將現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和本質(zhì)內(nèi)容發(fā)生同化，且已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)能夠有效順應(yīng)對(duì)應(yīng)的新情境，他們的思維將對(duì)特定現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生適應(yīng).因此，為了促進(jìn)學(xué)生遷移思維的發(fā)展，教師要研究學(xué)生的已有認(rèn)知體系，讓學(xué)生找到等效法運(yùn)用的切入點(diǎn)，要讓學(xué)生能夠在等效處理中感受到概念的相似性.

例1.現(xiàn)有半球形導(dǎo)體材料，接成如圖1所示甲、乙兩種形式，則兩種接法的電阻之比R甲∶R乙為

圖1

（A）1∶1.

（B）1∶2.

（C）2∶1.

（D）1∶4.

等效法的使用將復(fù)雜的現(xiàn)象和過(guò)程轉(zhuǎn)化為學(xué)生所熟知的結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生問(wèn)題解決效率的提升.在具體使用時(shí)，它需要學(xué)生對(duì)基本知識(shí)有著較為深刻的認(rèn)知.只有這樣，學(xué)生才能及時(shí)將相關(guān)內(nèi)容有效遷移過(guò)來(lái).

2 模型意識(shí)的培養(yǎng)有助于學(xué)生遷移思維的發(fā)展

在高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生將遇到很多典型的物理問(wèn)題和情境.對(duì)這些情境進(jìn)行提煉，學(xué)生可以從中找到很多典型的模型，進(jìn)一步研究，可找到一類(lèi)問(wèn)題的處理.這有助于學(xué)生理性思維習(xí)慣的養(yǎng)成.當(dāng)學(xué)生遇到一些新的問(wèn)題時(shí)，他們必然會(huì)將其與已經(jīng)熟知模型進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)比，他們會(huì)找到問(wèn)題解決的突破口.

例2.如圖2（a）所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心且垂直于線圈平面.當(dāng)線圈中通入圖示方向的電流時(shí)，判斷導(dǎo)電線圈如何運(yùn)動(dòng).

圖2

解析：這個(gè)問(wèn)題考查的是導(dǎo)電線圈所受安培力的情形，具體情境比較復(fù)雜，因?yàn)榫€圈本身是一個(gè)圓形，不同位置所處的磁場(chǎng)環(huán)境還存在差異，分析時(shí)需要學(xué)生靈活運(yùn)用微元和疊加的思想，抽象性很高.如果學(xué)生有著較強(qiáng)的模型意識(shí)，他們的處理將更加簡(jiǎn)單，問(wèn)題中的環(huán)形電流可以視為如圖2（b）所示小磁針，用安培定則，可以判斷小磁針的S極針對(duì)條形磁鐵，根據(jù)異名磁極相互吸引的結(jié)論，學(xué)生可以得到結(jié)果：線圈要向左擺.

3 通過(guò)比較強(qiáng)化遷移思維的培養(yǎng)

在物理問(wèn)題的分析過(guò)程中，經(jīng)常有這樣的情況，多種方法能夠殊途同歸.在實(shí)際教學(xué)中，我們要讓學(xué)生在比較中發(fā)現(xiàn)方法之間的關(guān)聯(lián)，從中探索知識(shí)體系或思維方法之間的關(guān)聯(lián)之處.這對(duì)學(xué)生遷移思維的培養(yǎng)有著重要的強(qiáng)化效果.

圖3

這個(gè)問(wèn)題的常規(guī)處理方法是對(duì)過(guò)程進(jìn)行分析，即小球由靜止釋放后，它將以何種方式運(yùn)動(dòng)，受力分析是關(guān)鍵.分析可得小球受電場(chǎng)力、拉力和重力這3個(gè)力的作用，其中電場(chǎng)力和重力做功，小球先加速后減速，在達(dá)到其所能達(dá)到的最高點(diǎn)時(shí)，它的速度恰好等于0.可以假設(shè)擺到最高點(diǎn)時(shí)繩子與豎直方向的夾角為α，根據(jù)動(dòng)能定理建立方程－mgr（1－cosα）＋q Er sinα＝0，代入電場(chǎng)強(qiáng)度與重力的關(guān)系，可以解得α＝60°.

對(duì)這個(gè)問(wèn)題適當(dāng)變換，采用等效法也可以讓問(wèn)題得到解決：重力和電場(chǎng)力都是恒力，其合力F是一個(gè)與豎直方向夾角為30°的恒力.將這個(gè)力視為等效重力，如果將繩子在原狀態(tài)的基礎(chǔ)上逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°，并將小球在該位置無(wú)初速釋放，小球能處于靜止?fàn)顟B(tài)，該位置為等效最低點(diǎn).回到原問(wèn)題，如果小球從A點(diǎn)釋放，則它能夠擺到關(guān)于等效最低點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的位置，即擺過(guò)角度為60°.

上述兩種方法都能有效解決問(wèn)題，教學(xué)中，我們鼓勵(lì)學(xué)生多角度思考問(wèn)題，并能夠圍繞這些不同的解題思路展開(kāi)比較，以此來(lái)強(qiáng)化遷移思維的培養(yǎng).處理例3時(shí)，采用動(dòng)能定理，是將能量的觀點(diǎn)遷移過(guò)來(lái)解決問(wèn)題，采用等效法則具有一定的靈活性，需要學(xué)生能夠?qū)⒅亓?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情境遷移過(guò)來(lái).這樣的處理還有一定的延展性，比如可以繼續(xù)提出問(wèn)題：將小球由A點(diǎn)無(wú)初速釋放，它在哪個(gè)位置具有最大速度？并求得最大速度為多少.用等效重力的視角來(lái)思考這個(gè)問(wèn)題將更加簡(jiǎn)單，即小球在等效最低點(diǎn)有最大速度.在最大速度取值的具體求解中，學(xué)生可以采用動(dòng)能定理進(jìn)行表述，如此書(shū)寫(xiě)的答案更加清晰，因此在實(shí)際問(wèn)題分析中，我們提倡學(xué)生多視角分析問(wèn)題，將多種方法整合起來(lái)處理，這樣可讓問(wèn)題的解決更為完善.

4 通過(guò)遷移訓(xùn)練促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)的完善

物理問(wèn)題的分析和處理需要學(xué)生熟練使用各種知識(shí)和方法.這些能力都可以在日常的遷移訓(xùn)練中得到發(fā)展.教師在教學(xué)過(guò)程中善于加以引導(dǎo)，并給予方法上的點(diǎn)撥和啟發(fā)，助力他們相關(guān)能力的發(fā)展.

例4.如圖4所示，直角三角形導(dǎo)線框abc固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，ab是一段長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻為R的均勻?qū)Ь€，ac和bc的電阻可不計(jì)，ac長(zhǎng)度為.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里.現(xiàn)有一段長(zhǎng)度為，電阻為的均勻?qū)w棒MN架在導(dǎo)線框上，開(kāi)始時(shí)緊靠ac，然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑動(dòng)，滑動(dòng)中始終與ac平行并與導(dǎo)線框保持良好接觸，當(dāng)MN滑過(guò)的距離為時(shí)，導(dǎo)線ac中的電流為多大？方向如何？

圖4

解析：這是一個(gè)典型的電磁感應(yīng)問(wèn)題，不僅需要學(xué)生將電磁感應(yīng)的知識(shí)遷移過(guò)來(lái)，也需要用到恒定電流的基本知識(shí)，為此我們可以提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行等效處理：圖示結(jié)構(gòu)中哪一部分等效于電源，能確定“電源”的正負(fù)極嗎？能否畫(huà)出等效電路圖？請(qǐng)結(jié)合閉合電路歐姆定律解決問(wèn)題.

圖5

圖6

總之，遷移思維是等效法的重要支撐，以等效法的教學(xué)引導(dǎo)為切入點(diǎn)，恰當(dāng)引導(dǎo)可以促進(jìn)學(xué)生遷移思維的發(fā)展，且能有效地提升學(xué)生的思維品質(zhì).