物理教学中学生知识迁移能力的培养

马亚鹏 杨威虎

（银川市第九中学 宁夏 银川 750011）

学习的目的在于运用，学生能否将所学的知识运用于新的情境之中，是一切学习的出发点和归宿，也是现代教学的基本目标.能否将已有的知识、技能迁移到新的情境中，是学生学习能力的重要标志.本文以教育心理学和学习心理学对知识迁移的研究为基础，阐述了物理知识迁移过程；对物理课堂教学如何培养学生的迁移能力提出一些具有可操作性的方法，以期提高课堂教学的有效性.

1 物理知识迁移过程

1.1 知识迁移的内涵

所谓迁移（transfer），简单说，是指一种学习对另一种学习的影响.任何学习都是在学习者已经具有的知识经验和认知结构，已获得的技能和问题解决方法等的基础上进行的.而新的学习过程及其结果又会对学习者原有的知识经验、技能和问题解决方法产生影响，这种“新旧学习之间的相互影响就是学习的迁移（transfer of learning）”［1］.这种影响既包括积极的促进作用（即正迁移），也包括消极的干扰作用（即负迁移）；既可以是前面的学习影响后来的学习（即顺向迁移），也可以是后来的学习影响前面的学习（即逆向迁移），还包括不同知识领域和不同范围的迁移过程.可以说，学习的过程就是不断迁移的过程，凡是有教育的地方就会有迁移，而迁移能力的高低对学生解决问题的能力和创造性思维的培养密切相关.

1.2 认知迁移理论

对迁移现象及其规律的理论解释，是教育心理学家一直研究和关注的焦点，至今已提出一些基本的迁移理论，早期的有“形式训练说”“相同元素说”“泛化理论”等.随着认知心理学的发展，越来越发现，“学习和学习迁移遵循同样的机制”［1］.

信息加工心理学家认为，人脑和电脑一样，是一个信息加工系统，即“学习是学习者通过自己把来自环境刺激的信息进行内在的认知加工而获得能力的过程”［2］.基于信息加工理论对人类学习与记忆的解释，美国学者罗耶（Royer）提出了认知迁移理论（cognitive transfer theory）［3］.这种理论的基本假设是：人类的记忆是一种高度结构的贮存系统；人类是以一种系统方式贮存和提取信息的.其次，认知迁移理论认为，知识结构的丰富性（richness）并不始终是一致的，所谓“丰富性”是指知识结构内各单元（units，如交节点、命题等）之间交互联结的数量.除此之外，认知迁移理论还有一个基本前提，即领会（comprehension）是学习迁移的必要条件，但不是充分条件.迁移的可能性取决于学习者在记忆搜索过程中遇到相关信息或技能的可能性.这样，教育的问题便成了如何增加学生在面临现实生活问题时提取在课堂里习得的相关材料的可能性.由于提取的可能性与交互联结的数量直接有关，因此，任何增加交互联结网络的“丰富性”的教育方法，都会有助于增加迁移的可能性.

1.3 物理知识迁移的过程

综上，良好的、积极的知识迁移的主要特点是，在一个新的问题情境中利用已有的信息解决问题.为此，就需要学习者具有把新问题归类的能力，即将新的、要解决的问题纳入到自己已有的问题解决的图式中；其次，在头脑中形成清晰的问题表征，将抽象的问题直观化、模型化；再次，利用自己熟知的解决问题的路线解决新问题.

因此，本文认为，物理知识迁移的过程，也是物理问题解决的基本过程.主要要经历以下几个过程：第一，学生需要掌握物理学的核心概念和基本规律，尽可能按照物理学的学科体系和逻辑体系，遵循学生认知发展的规律，广泛建立丰富的联系，形成基本的知识结构，这是知识迁移的起点；第二，熟知基本的物理模型以及解决这些模型所用的一般方法和基本技能，获得较为丰富的过程性知识（即程序性知识），比如受力分析的方法、运用牛顿第二定律的一般过程、运用动能定理的一般过程等，这是知识迁移的信息准备；第三，尽快熟知新的学习情境，抓住问题表征的特点，将其和记忆中的某一个或一些物理模型联系起来，这样的联系或者联结是迁移的核心，一个正确的联结预示着正确的迁移，而错误的联结却意味着得出错误的结论；第四，将新的问题具体化，依据自己熟知的问题解决路线，具体问题具体分析，最终使问题得以解决；最后，对迁移的过程要进行及时的反思与评估，在经过反思之后，形成新的解决问题的范式（如图1）.

图1 物理知识迁移的主要过程框图

【例1】（2010年高考新课标全国卷第20题）太阳系中的8大行星的轨道均可以近似看成圆轨道.下列4幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图像.图中坐标系的横轴是lg，纵轴是；这里T和R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径，T0和R0分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径.下列4幅图中正确的是

解析：本题考查开普勒第三定律的运用.

由开普勒第三定律，得

即

两边同取对数，可得

故选项B正确.

评述：本题是一道考查学生迁移能力的好题.学生只有将开普勒第三定律和一次函数图像的特点、对数函数的性质巧妙地结合在一起，才能正确地解答此题，对学习者的能力要求较高.

依据物理知识迁移过程模型：

（1）首先需要学生具备完整的知识结构.开普勒第三定律的内容、表达式；对数函数和对数运算的基础知识；一次函数及其图像知识，待定系数法.

（2）其次对问题进行表征.物理模型：本题采用一个重要的近似简化模型（即在中学物理中可以把行星的运动简化为绕太阳的匀速圆周运动）；选择图像的依据（横纵坐标的物理意义，图像的表达式，斜率和截距等重要参数）.

（3）再次是联结.将开普勒第三定律和对数函数联系起来；将物理图景和函数图像联系起来.

（4）反思与评估.问题解决之后，经过反思，可以形成解决此类问题的一个范式，即“化曲为直”的思想方法.

2 物理知识迁移能力的培养

如前所述，知识迁移能力对学习者学习有着至关重要的作用，因此，在物理教学中，要加强对学生知识迁移能力的培养，提高课堂教学的有效性.

总体而言，影响迁移的因素很多，包括学生个人的因素，比如智力、年龄、认知风格、认知结构以及对学习的态度等；还包括一些客观因素，比如学习材料的特性、难度和熟悉程度，教师的指导等.但有效的教学可以促进学生物理知识迁移能力的提升，具体包括如下几个方面.

2.1 注重新旧知识的联系 完善学生的知识结构

物理学是一门具有严密知识体系的自然科学，严密性和逻辑性是其主要特点之一.因而，学生已经习得的知识对新学习内容的影响特别大.比如，学生如果没能正确地理解和领会平抛运动的规律和研究平抛运动的方法，在学习带电粒子在匀强电场中的偏转运动时就会面临很大的困难，相反，如果前者掌握得好，学习后者就会很有效地将已习得的知识迁移过来.不仅如此，后学习的内容，对先习得的内容也能起到加深理解、促进深化的作用.因此，在物理教学中，要广泛地建立新旧知识的联系，尤其要加强对基本概念、规律和原理的理解，完善学生的知识结构.

2.2 数理结合 有效地将物理知识和数学 几何学等内容整合起来

在物理教学中，要注意把各个独立的教学内容整合起来，既要把物理学内部各个分支之间的内容联系到一起，也要把其他学科的知识尤其是数学、几何学等知识联系起来.也可以鼓励学生将物理学的知识运用到其他学科，比如地理、化学等学科中.再比如可以将物理学与数学中的矢量运算、几何关系、三角函数以及函数图像等知识联系起来.还可以将交变电流、简谐振动和机械波等物理现象的描述方法放到一起，做横向的比较，实现加涅所说的横向迁移.

2.3 加强模型的建构 提升学生的建模能力 促进不同情境下的学习迁移

物理学的发展根植于丰富多彩的物质世界，研究多样化的物理现象，从不同尺度、不同领域揭示物质运行的基本规律.由于客观世界和物理现象的复杂性，物理学的研究往往需要对实际情况进行抽象概括，建立起一个个物理模型，通过对理想化了的理想模型的研究，揭示客观世界的基本规律.因此，构建和应用模型解决实际问题，是当前“科学探究”不可或缺的能力，也是提高学生迁移能力的重要措施.教学中要加强如下几类基本的物理模型的建构：物理对象模型（例如质点、点电荷、弹簧振子、单摆等），理想过程模型（例如匀变速直线运动、简谐运动、完全弹性碰撞等），条件理想模型（例如光滑绝缘水平面、匀强电场等），理想状态模型（例如理想气体等），物理假说模型（例如安培分子电流假说、玻尔的原子模型等）.

2.4 注重学习策略的引导 培养学生解决问题能力

迁移的过程实际上也是解决问题的过程，因此，对学生解决问题和学习策略的指导，也是促进迁移能力的重要方法.因此，在物理教学中，教师应当有意识地教学生学会学习，帮他们掌握概括化的认知策略和元认知策略.比如动力学两类基本问题的教学，可首先通过实例让学生学会最简单的已知受力情况确定运动情况和已知运动情况确定受力情况的习题，进而进行概括，总结得出运用牛顿第二定律解决动力学基本问题的一般方法.然后展示一些具体的实例，提供给学生具体地解决问题的过程，并要求学生在解题过程中进行积极的反思，提升其元认知水平.

2.5 加强变式训练 防止负迁移的发生

知识迁移有正迁移和负迁移之分，而学生在知识迁移的过程中，惯常使用的一种方法是类比，但是利用类比来说明迁移，在一些复杂的问题中，往往不能奏效，即发生负迁移.因而，在实际的物理教学中，一方面要引导学生总结出概括化的原理，比如运用牛顿第二定律解题的方法，培养和提高其概括能力，充分利用原理、原则迁移；另一方面，在讲解原理、原则时，要列举最大范围例子，加强变式训练，使学生把握物理规律的内涵和外延，明确各个模型和知识的适用范围与条件.条件允许的，还可以通过学生实验、演示实验、计算机模拟等方法，采用直观教学，将所学知识和所用的情境联系起来.

1 陈琦，刘儒德.当代教育心理学.北京：北京师范大学出版社 ，2007.284，290

2 皮连生，等.学与教的心理学（第五版）.上海：华东师范大学出版社，2009.89

3 施良方.学习论.北京：人民教育出版社，2001.446～447