歐陽映

（華東師范大學(xué)物理系，上海 200241）

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識是支離破碎的，學(xué)生具有了很多的“死知識”，卻不能在社會實(shí)踐中很好的應(yīng)用，而所謂知識的應(yīng)用，實(shí)質(zhì)就是知識和方法的遷移.遷移是一種學(xué)習(xí)（包括知識、動作技能、思維方法、學(xué)習(xí)態(tài)度和情感）對另一種學(xué)習(xí)的影響；兩種學(xué)習(xí)相互干擾是負(fù)遷移，兩種學(xué)習(xí)相互促進(jìn)是正遷移.［1］教師應(yīng)遵循學(xué)習(xí)遷移規(guī)律，盡量促進(jìn)正遷移，抑制或避免負(fù)遷移.在物理教學(xué)活動中，教師不僅要傳授專業(yè)必備的理論知識與技能，更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生物理思維及遷移能力.本文以游標(biāo)卡尺為例，循序漸進(jìn)地探討如何在物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)情境，幫助學(xué)生遷移運(yùn)用所學(xué)知識來解決不同情境、不同領(lǐng)域當(dāng)中的問題.

1 游標(biāo)卡尺中蘊(yùn)含的測量思想和方法

游標(biāo)卡尺為長度測量的精密工具，它蘊(yùn)含的物理思維和方法能夠啟發(fā)學(xué)生的思維意識.游標(biāo)卡尺成功地解決了長度測量上的一個難題，需精確測量的微小長度量和人眼有限分辨能力之間的矛盾，如圖1所示（精度0.1mm的游標(biāo)卡尺原理示意圖），它利用主尺與游標(biāo)尺上的每一最小分格之差，把不易直接測量的微小量，通過“放大”顯示成容易測量的較大量，從而提高測量精度.游標(biāo)卡尺放大測量思想的關(guān)鍵是對比、作差、轉(zhuǎn)移放大，若學(xué)生習(xí)得此思想方法，并將它遷移運(yùn)用到其他類似的問題情境中，將會提高學(xué)生成功解決問題的概率.

圖1

2 “為遷移而教”——游標(biāo)卡尺的簡要教學(xué)策略

“為遷移而教”的理念要求我們，在教學(xué)實(shí)踐中重視培養(yǎng)學(xué)生的概括能力，讓學(xué)生學(xué)會從內(nèi)容中抽象概括，找出事物的本質(zhì).［2］為避免學(xué)生“一葉障目不見泰山”，只會機(jī)械模仿而不知其緣由，教師必須充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興致.教學(xué)過程中，教師首先讓學(xué)生感知物理問題，對問題形成表征后，再引導(dǎo)學(xué)生討論問題解決方略——游標(biāo)卡尺測量思想的教學(xué).此時，教師或“讓學(xué)生動手——經(jīng)歷簡易游標(biāo)卡尺的制作過程”，［3］體驗(yàn)和感悟游標(biāo)卡尺測量的細(xì)微程度，或借助課件演示，圖文并茂又對照實(shí)物去研究等不同教學(xué)策略，最終讓學(xué)生領(lǐng)悟并概括游標(biāo)卡尺的放大測量方法.教師通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，讓學(xué)生探討游標(biāo)卡尺的內(nèi)在測量機(jī)制，最后對所習(xí)得的知識方法概括化、系統(tǒng)化，便于學(xué)生形成知識的橫向和縱向遷移.

3 游標(biāo)卡尺測量方法在各個階段的遷移運(yùn)用

根據(jù)學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn)，學(xué)生對游標(biāo)卡尺測量方法的思維遷移模式，可按階段分為建模階段、確立階段和深化階段.［4］初中階段，學(xué)生正由形象思維開始向抽象思維轉(zhuǎn)變，此階段可謂是建模階段；高中階段，學(xué)生的邏輯推理、歸納和演繹等思維能力不斷提高，此階段可謂確立階段；大學(xué)階段，學(xué)生已具備較強(qiáng)的抽象思維能力，此階段可謂深化階段.

3.1 初中階段的遷移——建模階段

在建模階段，主要使學(xué)生對游標(biāo)卡尺測量方法形成感性認(rèn)識，培養(yǎng)其物理形象思維遷移能力.教師在學(xué)生已對游標(biāo)卡尺測量方法有了概括性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造形象化的物理情境，讓學(xué)生初步建立遷移模型.

情境1.介紹了精度為0.1mm、0.05mm和0.02mm的游標(biāo)卡尺之后，即可引發(fā)學(xué)生思考：如何進(jìn)一步提高游標(biāo)卡尺的精度到0.01mm.學(xué)生在類比遷移的基礎(chǔ)上可快速作答：把游標(biāo)尺標(biāo)準(zhǔn)的99mm分成100等份，則游標(biāo)尺和主尺每一最小分格差為0.01mm，即游標(biāo)卡尺的精度為0.01mm.［3］該情境知識和已學(xué)知識為同一層次，它們之間的遷移稱為知識學(xué)習(xí)之間的橫向遷移，而且該情境知識和已學(xué)的知識也較為相似，故也稱為知識學(xué)習(xí)之間的近遷移，該種遷移現(xiàn)象較容易出現(xiàn).

情境2.學(xué)完了“長度的測量”一章的內(nèi)容后，教師可讓學(xué)生思考以下問題：現(xiàn)有一把標(biāo)準(zhǔn)米尺和一把刻度均勻但不準(zhǔn)確的米尺（該尺標(biāo)準(zhǔn)長度為0.98m），如何只用刻度不準(zhǔn)確的尺子測量出桌子的高度.學(xué)生在腦海中搜索已學(xué)相關(guān)知識，經(jīng)類比，找到應(yīng)對策略：先比較兩把尺子，確定不準(zhǔn)確尺子的實(shí)際長度，再換算到每一最小刻度代表的實(shí)際長度（0.98cm），再用該尺子去測量桌子的高度，最后運(yùn)用數(shù)學(xué)公式計算測量結(jié)果.該情境知識和已學(xué)知識有在形式上具有一定的相似性，但需要學(xué)生抽象物理模型，并在類比中移植.

情境3.初中生學(xué)習(xí)了攝氏溫標(biāo)后，知道1atm下，冰水混合物的溫度為0℃，沸水的溫度為100℃.教師可讓學(xué)生思考：如何用一支未定標(biāo)的溫度計來測量某種液體的溫度.學(xué)生同樣可遷移運(yùn)用游標(biāo)卡尺的測量方法來解決該問題.該情境知識較情境2中的知識又深一層次，和已學(xué)的知識情境較不相似，稱為知識學(xué)習(xí)之間的遠(yuǎn)遷移.

此階段，教師需遵從學(xué)習(xí)遷移的循序漸進(jìn)性，可引導(dǎo)學(xué)生直接追溯游標(biāo)卡尺測量方法的形成過程，通過板書畫圖等形象化手段，幫助學(xué)生對新的問題進(jìn)行分析整合，抓住主要因素而忽略次要因素，就可以使學(xué)生經(jīng)過物理形象思維的過程，逐漸形成思維遷移輪廓.

3.2 高中階段的遷移——確立階段

在確立階段，主要培養(yǎng)學(xué)生的物理抽象思維遷移能力.要求學(xué)生借助觀察到的物理現(xiàn)象和記錄的物理數(shù)據(jù)，利用物理抽象思維，在比較中變通，在分析中轉(zhuǎn)化，找出物理現(xiàn)象和物理數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系.此階段，教師需創(chuàng)造抽象化的物理情境，讓學(xué)生關(guān)注事物本質(zhì)，使學(xué)生從形象化思維遷移轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄蠡季S遷移.

情境4.在“用打點(diǎn)計時器測定勻變速直線運(yùn)動加速度”的實(shí)驗(yàn)中，得到一段記錄紙帶如圖2所示，求物體運(yùn)動的加速度.

圖2

教師逐步引導(dǎo)，向?qū)W生展示物理抽象思維的全過程，學(xué)生逐層分析、推理并作出判斷.在對比遷移的基礎(chǔ)上，學(xué)生經(jīng)歷以下思維過程.

（1）邏輯分析.打點(diǎn)計時器每0.02s在紙帶上打一點(diǎn)，紙帶上每相鄰兩點(diǎn)的距離表示勻變速直線運(yùn)動物體在相等時間間隔內(nèi)走過的距離.由于打點(diǎn)計時器在紙帶上打點(diǎn)的瞬間，紙帶運(yùn)動的瞬時速度未知，則需要推導(dǎo)只含位移s、時間t、加速度a而不含速度v的公式.

（2）運(yùn)用基本公式.打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)周期為t＝0.02s，由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律，則紙帶上每一點(diǎn)到起點(diǎn)的位移s為

則紙帶上每相鄰兩點(diǎn)之間的距離s為

（3）比較作差，消去v0，則有紙帶上相鄰兩點(diǎn)之間的間隔差為

（4）放大時間間隔.由于t＝0.02s，增加了計算的復(fù)雜度，則取T＝5t＝0.1s，對時間放大，減小計算量.此時取每連續(xù)5小段作為一大段，則可得每相鄰兩段之間的間隔差為

現(xiàn)只要用刻度尺測量出每一大段的長度，代入推導(dǎo)公式（4）即可求解.

以上解決問題方法稱為逐差法.逐差法和游標(biāo)卡尺測量的思想方法具有高度相似性：對比——作差——轉(zhuǎn)移放大.思想方法能夠形成遷移的標(biāo)志在于它的高度概括性，而且思想方法的高度抽象性有助于形成遠(yuǎn)遷移，因?yàn)橄嗤某橄笤乜梢栽诤懿幌嗨频那闆r下出現(xiàn).［1］此種遷移現(xiàn)象與反復(fù)練習(xí)而獲得的技能自動化遷移不同，它具有高度抽象性，我們也把該遷移現(xiàn)象稱為高通路遷移.此階段，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生進(jìn)行邏輯抽象分析，關(guān)注事物的內(nèi)在聯(lián)系，讓學(xué)生成為知識的“探索者”.

3.3 大學(xué)階段的遷移——深化階段

深化階段為高通路遷移的多發(fā)階段，學(xué)生通過綜合訓(xùn)練物理思維并充實(shí)知識結(jié)構(gòu)，使方法策略性知識順應(yīng)到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，形成有效思維遷移，并實(shí)現(xiàn)知識創(chuàng)新.此階段，教師應(yīng)創(chuàng)造開放性的學(xué)習(xí)環(huán)境，鼓勵學(xué)生聯(lián)想思維和發(fā)散思維，對已建立的思維遷移模式進(jìn)一步思維加工和梳理，以便深化運(yùn)用和推廣.

情境5.將游標(biāo)卡尺的測量方法遷移到用拍頻法測量超聲波頻率的研究和學(xué)習(xí)中.

拍頻法的測量原理，如圖3所示.頻差較小、速度相同的兩列同向共線傳播的簡諧波相疊加即形成拍，拍頻波的頻率（即拍頻）是相疊加的兩列簡諧波的頻差.目前已有用拍頻法制作的超聲波頻率測量儀，通過步進(jìn)鍵盤調(diào)節(jié)頻率的大小，近似測量超聲波的頻率.［5］測量時，由信號發(fā)生器產(chǎn)生一列可調(diào)的參照超聲波和一列未知頻率的超聲波，經(jīng)過加法器疊加；逐漸調(diào)節(jié)參照波的頻率，使兩列超聲波的頻率接近，便獲得到穩(wěn)定的拍頻波；只要測量拍頻波的頻率，對照參照波就可知道待測波的頻率.拍頻現(xiàn)象實(shí)際上也體現(xiàn)了對比—轉(zhuǎn)移—放大的思想，它把高頻信號中的頻率信息轉(zhuǎn)移到差頻信號之中，使得難以測量的高頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀诇y量的低頻信號.拍頻法還可以應(yīng)用于光速的測量，因?yàn)椴铑l波不僅記錄了頻率信息還記錄了相位信息，通過比較相位的方法可以間接地測定光速.

圖3

長度的測量、頻率的測量與光速的測量，看似不相關(guān)，但都可以采用類似的方法進(jìn)行測量.因此，有意識地培養(yǎng)學(xué)生思維意識，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，面對新的問題情境，讓學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想思維，突破問題束縛，促進(jìn)學(xué)生思維遷移，從而更有效地解決問題.［4］

4 結(jié)語

要使以上游標(biāo)卡尺測量方法在各階段的遷移運(yùn)用策略能夠?qū)嵭?，需學(xué)生在初中階段就習(xí)得游標(biāo)卡尺的測量方法，并加以內(nèi)化.由于學(xué)生思維發(fā)展的速度各異，教師應(yīng)針對學(xué)生具體情況采用不同的遷移教學(xué)策略.遷移的產(chǎn)生要經(jīng)過復(fù)雜的認(rèn)知活動，審題與聯(lián)想、分析與類化、抽象與綜合、概括與歸納等，是學(xué)習(xí)遷移過程中不可缺少的基本認(rèn)知活動.［6］方法策略的遷移并非一蹴而就，它是一個循序漸進(jìn)的內(nèi)化過程.為促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移，教學(xué)中應(yīng)要求學(xué)生準(zhǔn)確理解已學(xué)知識，鼓勵學(xué)生自己總結(jié)和歸納學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用已學(xué)知識去解決問題.此外，教師要不斷創(chuàng)設(shè)與應(yīng)用情境相似的學(xué)習(xí)情境，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的近、遠(yuǎn)遷移，橫、縱向遷移，以便更好地促進(jìn)學(xué)生發(fā)展.

1 D.N.Perkins，G.Salomon.Transfer of Learning.Oxford，England：Pergamon Press，1992.http：／／learnweb.harvard.edu／alps／thinking／docs／traencyn.htm.

2 葉寧.遷移理論在線性代數(shù)教學(xué)中的應(yīng)用策略.新課程研究，2011，11（240）：81－83

3 項(xiàng)其杰.游標(biāo)卡尺教學(xué)中不應(yīng)該被忽視的幾個環(huán)節(jié).中學(xué)物理，2011，29（7）：17

4 胡景勤.高中物理思維遷移教學(xué)的研究.學(xué)位論文：陜西師范大學(xué)，2007.

5 姚計軍，歐夕晨，邱選兵，王青獅.基于超聲波可調(diào)諧拍頻的產(chǎn)生及應(yīng)用研究.山西電子技術(shù)，2011（1）：7－8

6 王華麗，盧夢克.論遷移理論在物理教學(xué)中的應(yīng)用.教學(xué)管理，2010（9）：138－139