掌握物理學(xué)科本質(zhì)避免類(lèi)比遷移錯(cuò)誤

何晉中

摘 要： 學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中需要遷移已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，但是由于憑直覺(jué)以及對(duì)物理的本質(zhì)把握不準(zhǔn)確經(jīng)常出現(xiàn)遷移錯(cuò)誤.本文以彈簧問(wèn)題為例，分析了學(xué)生遷移錯(cuò)誤、錯(cuò)因，并提出只有在教學(xué)中讓學(xué)生掌握物理學(xué)科本質(zhì)才能避免類(lèi)比遷移的錯(cuò)誤.

關(guān)鍵詞： 類(lèi)比遷移；錯(cuò)誤；教學(xué)；元認(rèn)知

學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，往往會(huì)基于已有的解題經(jīng)驗(yàn)，并把其遷移到問(wèn)題的解決中，這是應(yīng)該提倡的.正確的遷移有利于學(xué)生解決問(wèn)題，學(xué)習(xí)效果的提升.但是如果遷移過(guò)程中只是看“形”而忽略“神”，有時(shí)候會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤.畢竟很多物理過(guò)程、物理現(xiàn)象往往是“形似神異”.“通過(guò)類(lèi)比把學(xué)生已有的知識(shí)、熟悉的生活現(xiàn)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(xué)習(xí)的新知識(shí)等建立聯(lián)系，增加學(xué)生直觀(guān)體驗(yàn)，對(duì)教學(xué)難點(diǎn)的突破有很大幫助.”[1]以彈簧為例，彈簧原本是學(xué)生生活中非常熟悉的一個(gè)物件，但是學(xué)生遇到彈簧問(wèn)題卻經(jīng)常呈現(xiàn)出困惑，要不不知從何下手，要不錯(cuò)誤百出.在與學(xué)生的接觸中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)彈簧類(lèi)問(wèn)題在類(lèi)比遷移方面存在一些典型的共性問(wèn)題.這些錯(cuò)誤其根本原因是因?yàn)閷W(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)物理知識(shí)的掌握囫圇吞棗、似是而非，沒(méi)有掌握其本質(zhì)，只有讓學(xué)生掌握物理學(xué)科的本質(zhì)，并學(xué)會(huì)對(duì)自己的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，學(xué)會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行反思，才能避免遷移時(shí)出錯(cuò).

1 類(lèi)比遷移常見(jiàn)錯(cuò)誤

1.1 不能構(gòu)建新舊知識(shí)的聯(lián)系

于學(xué)習(xí)者而言，構(gòu)建新舊知識(shí)之間的聯(lián)系對(duì)提高學(xué)習(xí)效率非常重要，無(wú)論是否能夠直接遷移舊知識(shí)、舊經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)秀的學(xué)習(xí)者都應(yīng)首先聯(lián)想與新知識(shí)“形”似、“神”似的舊知識(shí)、舊經(jīng)驗(yàn).在學(xué)習(xí)過(guò)程中新、舊之間的完全割裂的學(xué)習(xí)，不可能構(gòu)建完整的知識(shí)體系，更不可能找到解決問(wèn)題的通法.這樣的學(xué)習(xí)不僅辛苦，且效率低下.學(xué)生在學(xué)習(xí)彈簧時(shí)，已經(jīng)在初中電路部分學(xué)習(xí)了串并聯(lián)的知識(shí)，已經(jīng)知道了電阻串聯(lián)的總電阻比每一個(gè)電阻的阻值都要大，阻礙電流的本領(lǐng)變強(qiáng).當(dāng)遇到彈簧的串并聯(lián)問(wèn)題時(shí)，如例題1，學(xué)生不能夠聯(lián)想到電阻的串并聯(lián).以彈簧的并聯(lián)為例，其“形”與電路的并聯(lián)一樣，其“神”與電路的串聯(lián)一樣，彈簧并聯(lián)后“阻礙”形變的本領(lǐng)變強(qiáng)了，基于已有的知識(shí)，學(xué)生應(yīng)該能在遇到彈簧串并聯(lián)時(shí)聯(lián)想到電阻的串并聯(lián)，即便學(xué)生的類(lèi)比最后可能根據(jù)“形”而非“神”得出錯(cuò)誤結(jié)論.

1.2 不能構(gòu)建物理問(wèn)題與生活之間的聯(lián)系

學(xué)生在生活中已經(jīng)有了多個(gè)相同的彈簧并聯(lián)的健身拉力器比一個(gè)彈簧需要更大的力才能拉開(kāi)的經(jīng)驗(yàn).但是當(dāng)遇到彈簧的并聯(lián)問(wèn)題時(shí)，學(xué)生不能將這一重要的生活經(jīng)驗(yàn)與需要解決的問(wèn)題構(gòu)建聯(lián)系，也不能利用這一經(jīng)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)自己得出的結(jié)果是否正確.例如，有同學(xué)在解決例1中并聯(lián)問(wèn)題時(shí)將其與電阻的并聯(lián)類(lèi)比得到了錯(cuò)誤的結(jié)論，得到： 1 k = 1 k1 + 1 k2 ，k= k1k2 k1+k2 .由數(shù)學(xué)知識(shí)易知：k

1.3 不能找到新舊問(wèn)題的區(qū)別，錯(cuò)誤遷移解題經(jīng)驗(yàn)

1.3.1 遷移時(shí)憑直覺(jué)給問(wèn)題的解決造成障礙

直覺(jué)是一種不借助邏輯推理而綜合運(yùn)用知識(shí)、表象和經(jīng)驗(yàn)知覺(jué)，迅速作出猜測(cè)、設(shè)想、判斷的思維.直覺(jué)是一種重要的思維形式，由于它的敏捷性和富有創(chuàng)造性，在物理解題當(dāng)中起著重要作用，它可以為解題提供導(dǎo)向作用.但是直覺(jué)的非邏輯性所帶來(lái)的或然性也會(huì)導(dǎo)致解題錯(cuò)誤.在運(yùn)用胡克定律時(shí)，需要知道彈簧的彈力是多少，在問(wèn)題解決中學(xué)生憑直覺(jué)，往往會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤.在例題2中，學(xué)生根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)，憑直覺(jué)想當(dāng)然認(rèn)為，用5N的力拉彈簧，示數(shù)是5N，兩邊各有5N拉，示數(shù)是10N，或者憑直覺(jué)認(rèn)為兩邊是5N，合力為零，所以示數(shù)為零，這樣做實(shí)質(zhì)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(cè)力計(jì)，兩同學(xué)各用5N的水平拉力沿相反方向拉彈簧測(cè)力計(jì)的兩端測(cè)得彈簧伸長(zhǎng)了2cm，則該彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)應(yīng)該是多少？彈簧的勁度系數(shù)是多少？[2]

1.3.2 遷移時(shí)只看“形”忽視“神”

類(lèi)比遷移是物理教學(xué)中教師給學(xué)生傳授的重要方法.類(lèi)比遷移運(yùn)用得當(dāng)可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)、方法的融會(huì)貫通，達(dá)到升華認(rèn)知和快速解決問(wèn)題的目的.然而，有些學(xué)生在解題過(guò)程中有一個(gè)不好的習(xí)慣，就是想當(dāng)然地把當(dāng)前面臨的問(wèn)題與已經(jīng)做過(guò)的問(wèn)題等同起來(lái)，不假思索地照搬記憶中已有的方法甚至答案.[3]在彈簧問(wèn)題中，學(xué)生遇到例3和例4，就會(huì)根據(jù)其形狀將其與例題1中的彈簧串并聯(lián)等同起來(lái)，從而得到錯(cuò)誤的結(jié)論.

例4 如圖4所示 ， 兩根原長(zhǎng)相同的輕彈簧豎直懸掛，其下端用一根跨過(guò)動(dòng)滑輪的細(xì)繩連在一起，不計(jì)繩與滑輪質(zhì)量，兩彈簧原來(lái)均無(wú)形變， 在動(dòng)滑輪下掛一質(zhì)量為 m 的砝碼后，動(dòng)滑輪下降的高度多大？ 已知兩根彈簧的勁度系數(shù)分別為 k1 和 k2 ，彈簧始終保持彈性形變，細(xì)線(xiàn)均呈豎直方向.

學(xué)生典型錯(cuò)解：彈簧并聯(lián)后勁度系數(shù)為k=k1+k2，設(shè)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(cuò)因分析

學(xué)生類(lèi)比遷移出現(xiàn)的上述錯(cuò)誤，其根本原因在于物理教學(xué)中沒(méi)有把握住物理學(xué)科的本質(zhì)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)與生活脫離，新知識(shí)與舊知識(shí)脫節(jié)，把似是而非的物理過(guò)程、物理現(xiàn)象混淆，并且不能對(duì)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)行有效監(jiān)控.

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程不夠細(xì)膩，對(duì)結(jié)論理解不清晰

胡克定律的得出需要學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)中不僅掌握知識(shí)，更要習(xí)得實(shí)驗(yàn)的方法和思想.教學(xué)實(shí)際中，存在實(shí)驗(yàn)趕進(jìn)度，這造成了過(guò)程不夠細(xì)膩，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和步驟理解不清楚，停留在“是什么”，而沒(méi)有想清楚“為什么”，實(shí)驗(yàn)原理、操作背后的邏輯關(guān)系沒(méi)有理順，結(jié)果阻礙了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的靈活運(yùn)用，難以融會(huì)貫通.以彈簧問(wèn)題為例，學(xué)生在解決例2時(shí)，對(duì)胡克定律F=kx中的F理解為10N或者合力為零，就是實(shí)驗(yàn)過(guò)程不夠細(xì)膩，造成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果理解囫圇吞棗.

2.2 不會(huì)正確受力分析

學(xué)生在解決問(wèn)題時(shí)，在受力分析方面存在兩個(gè)問(wèn)題：一是沒(méi)有受力分析的意識(shí).學(xué)生在遇到問(wèn)題時(shí)，不會(huì)選擇研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，然后運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)進(jìn)行邏輯推理，而是想當(dāng)然地根據(jù)直覺(jué)套用已有的解題經(jīng)驗(yàn).在上述例2、例3、例4的解決過(guò)程中，錯(cuò)誤基本來(lái)源于學(xué)生沒(méi)有認(rèn)真進(jìn)行受力分析，找出彈簧的彈力；二是學(xué)生在進(jìn)行受力分析的時(shí)候，由于基礎(chǔ)不牢固，經(jīng)常出現(xiàn)多力、漏力的情況，尤其是涉及彈力、摩擦力有無(wú)時(shí)出錯(cuò)的概率更大.

2.3 物理教學(xué)與生活脫節(jié)

新課程提出“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念，提倡物理與生活緊密聯(lián)系.物理課堂聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，可以激發(fā)學(xué)生的興趣，提升學(xué)習(xí)物理的源動(dòng)力.然而，現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，物理與生活脫節(jié)的現(xiàn)象依然存在，這就導(dǎo)致學(xué)生不能夠?qū)⑸钪械慕?jīng)驗(yàn)正向遷移到物理學(xué)習(xí)中來(lái).例如，學(xué)生不能將健身拉力器的體驗(yàn)遷移到彈簧的并聯(lián)中.

2.4 新舊知識(shí)脫節(jié)

構(gòu)建新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，將舊知識(shí)及學(xué)習(xí)舊知識(shí)的經(jīng)驗(yàn)、方法遷移到新知識(shí)的學(xué)習(xí)中，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要方法.然而，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過(guò)程中，由于缺乏必要的反思、整理，知識(shí)沒(méi)有得到升華，自然不能掌握其物理本質(zhì)，不能靈活運(yùn)用知識(shí)，必然導(dǎo)致遷移能力不足.在彈簧的串并聯(lián)中，學(xué)生不能夠?qū)㈦娮璐⒙?lián)的情境遷移過(guò)來(lái)，并分析這兩類(lèi)情境的異同.

2.5 缺乏元認(rèn)知策略

元認(rèn)知就是學(xué)習(xí)者關(guān)于自己的認(rèn)知過(guò)程的知識(shí)和調(diào)節(jié)這些過(guò)程的能力.使用元認(rèn)知策略來(lái)監(jiān)控其他學(xué)習(xí)和記憶過(guò)程的內(nèi)部過(guò)程一般被稱(chēng)為“元認(rèn)知”.掌握了元認(rèn)知策略學(xué)生就可以對(duì)自己的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行反思.學(xué)生在學(xué)習(xí)彈簧問(wèn)題時(shí)暴露出學(xué)生沒(méi)有掌握元認(rèn)知策略.比如，學(xué)生得到彈簧兩端各5N的拉力和彈簧示數(shù)是0N的時(shí)候不能想到這與生活相矛盾，進(jìn)而否定自己的結(jié)論；根據(jù)電阻的并聯(lián)得到彈簧并聯(lián)后勁度系數(shù)為k= k1k2 k1+k2 ，比k1和k2都小，勁度系數(shù)變小，彈簧變軟，這與學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)不符合，但是學(xué)生依然不能據(jù)此反思、否定自己的結(jié)論，然后另辟蹊徑.

3 掌握物理學(xué)科的本質(zhì)才能避免遷移錯(cuò)誤

3.1 重視知識(shí)形成的過(guò)程夯實(shí)學(xué)科知識(shí)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)的過(guò)程是學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程，學(xué)習(xí)是建構(gòu)內(nèi)在心理表征的過(guò)程，學(xué)習(xí)者并不是把知識(shí)從外界搬到記憶中，而是以原有的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)與外界的相互作用來(lái)建構(gòu)新的理解.[4]教學(xué)中關(guān)注物理過(guò)程分析，優(yōu)化物理過(guò)程分析，正是物理教學(xué)的關(guān)鍵所在.如果將物理比喻為一座冰山，那么知識(shí)和公式只是露出水面的一角，而對(duì)物理規(guī)律的過(guò)程認(rèn)知才是水下的渾厚山體.對(duì)學(xué)生而言，知識(shí)的價(jià)值主要體現(xiàn)在：認(rèn)知價(jià)值和發(fā)展價(jià)值.如果我們的教學(xué)活動(dòng)只在認(rèn)知價(jià)值的表面徘徊，教學(xué)只能發(fā)揮有限的作用，只有深入到發(fā)展價(jià)值，才能發(fā)揮教學(xué)的最大效益，而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就是要重視過(guò)程的教學(xué).因此，物理教學(xué)必須重視過(guò)程、突出過(guò)程，堅(jiān)持以過(guò)程為教學(xué)的主線(xiàn).教師要盡量為學(xué)生營(yíng)造一片廣闊的時(shí)空，引導(dǎo)他們探究知識(shí)、規(guī)律及公式的來(lái)源，揭示知識(shí)的本質(zhì)，進(jìn)而在知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中體會(huì)物理的價(jià)值.教學(xué)不僅是獲得知識(shí)，更重的是讓學(xué)生獲得分析過(guò)程、研究方法與遷移的能力.只重視結(jié)論知識(shí)，忽視了過(guò)程意識(shí)的培養(yǎng)，過(guò)分強(qiáng)調(diào)知識(shí)和技能，而忽視了過(guò)程與方法，將造成教學(xué)中過(guò)多偏重知識(shí)的傳授，忽視學(xué)生能力的培養(yǎng).

3.2 適度變式拓展中掌握物理的本質(zhì)

教學(xué)中有必要對(duì)物理情境進(jìn)行適度的拓展變式，讓學(xué)生從不同的角度思考問(wèn)題，讓學(xué)生看清 “形似神異”的物理問(wèn)題的實(shí)質(zhì).從而在變式訓(xùn)練中既讓學(xué)生的思維得到提升，更讓學(xué)生把握物理的本質(zhì)，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程舉一反三.以例題2為例，可給學(xué)生呈現(xiàn)如圖5所示的4個(gè)情景，讓學(xué)生比較四種情況下彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)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(dòng)；

④中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動(dòng).

通過(guò)這4個(gè)情景的變式拓展，讓學(xué)生知道，彈簧秤無(wú)論如何都需要兩端受力，當(dāng)處于平衡態(tài)時(shí)其示數(shù)等于一邊受力的大小.

3.3 重視物理與生活的普遍聯(lián)系促進(jìn)知識(shí)學(xué)以致用

物理與生活緊密聯(lián)系是新課程倡導(dǎo)的理念，如果能夠?qū)⒃摾砟钬瀼氐轿锢斫虒W(xué)實(shí)踐中，必然能夠讓學(xué)生覺(jué)得物理有趣、有用，也會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得物理親切，覺(jué)得物理學(xué)習(xí)和自己的生活息息相關(guān)，從而更有興趣，更有動(dòng)力，更有激情投入到物理學(xué)習(xí)中.加強(qiáng)物理課堂與生活的聯(lián)系，需要物理教師根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合學(xué)生實(shí)際，對(duì)教材上的素材進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化整合，使得物理教學(xué)設(shè)計(jì)中呈現(xiàn)的素材更加生活化.

3.4 重視聯(lián)系新舊知識(shí)的通識(shí)規(guī)律與方法方能融會(huì)貫通

物理教學(xué)中應(yīng)重視夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)與基本方法.夯實(shí)基礎(chǔ)是構(gòu)建新舊知識(shí)之間聯(lián)系的基礎(chǔ)和前提.基本方法往往也是解決問(wèn)題的普遍方法.教學(xué)中教師要重視交給學(xué)生通識(shí)的規(guī)律和方法.只有這樣學(xué)生才能在千變?nèi)f化的物理情境中以不變應(yīng)萬(wàn)變，才能夠透過(guò)物理表象專(zhuān)抓問(wèn)題的本質(zhì)，才能夠避免負(fù)遷移，實(shí)現(xiàn)正遷移.例如，在上述彈簧問(wèn)題中，需要教會(huì)學(xué)生，選擇研究對(duì)象，正確對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，根據(jù)平衡條件得出彈簧的彈力，根據(jù)胡克定律列方程求解.以例題4為例，以重物為研究對(duì)象，受到重力和兩個(gè)彈簧的彈力，由平衡條件可得，每個(gè)彈簧的彈力大小相等且為：F= 1 2 mg，第一根彈簧伸長(zhǎng)量為 x1= F k1 = mg 2k1 ，第二根彈簧伸長(zhǎng)量為 x2= F k2 = mg 2k2 ，則動(dòng)滑輪下 降高度為 x= x1+x2 2 = mg（k1+k2） 4k1k2 .

在上述彈簧問(wèn)題中，無(wú)論如何變化，解決問(wèn)題最重要最通識(shí)的規(guī)律是胡克定律，最通用的方法是選擇研究對(duì)象正確進(jìn)行受力分析.這是在教學(xué)中需要強(qiáng)化的，也是學(xué)生必須要掌握的.

3.5 培養(yǎng)元認(rèn)知策略才能有效反思學(xué)習(xí)結(jié)果

在面臨解決的問(wèn)題時(shí)，學(xué)生能夠選擇和調(diào)節(jié)相關(guān)的智慧技能的運(yùn)用，并針對(duì)任務(wù)的認(rèn)知策略發(fā)揮作用.[5]認(rèn)知策略是一種典型的學(xué)習(xí)策略，指學(xué)生對(duì)自己的認(rèn)知過(guò)程及結(jié)果的有效監(jiān)視及控制的策略.對(duì)學(xué)生元認(rèn)知策略的培養(yǎng)及元認(rèn)知能力的提升需要經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程，需要教師在教學(xué)實(shí)踐中結(jié)合具體的教學(xué)案例適時(shí)滲透.元認(rèn)知策略源于許多具體任務(wù)定向的策略的概括，通常是在學(xué)習(xí)者已有許多解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)之后出現(xiàn)的.教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知，學(xué)生才能對(duì)自己的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)控，對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行反思，從而獲得積極的學(xué)習(xí)體驗(yàn).

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