遷移理論在電磁學(xué)教與學(xué)中的應(yīng)用

吝歡歡 任新成

一、引言

現(xiàn)代教育教學(xué)理念及新一輪課程改革破除了傳統(tǒng)的“填鴨式”的灌輸教學(xué)模式，取而代之的是在教師主導(dǎo)下注重發(fā)揮學(xué)生主體作用的新型教學(xué)模式，重視教師的啟發(fā)性、引導(dǎo)性與組織管理作用，但更加強調(diào)學(xué)生的自主性、積極性與學(xué)習主體地位。在知識學(xué)習方面，改變教學(xué)過程中被動接受、機械記憶的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)和引領(lǐng)學(xué)生主動學(xué)習、探究發(fā)現(xiàn)的新常態(tài)。培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、構(gòu)建知識的能力以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

現(xiàn)代教育心理學(xué)研究認為：學(xué)習是一個個體主動建構(gòu)的過程，是通過學(xué)習者新獲取的外部信息與原有經(jīng)驗相互作用來完成的，而并非簡單地將知識“塞”到學(xué)生的頭腦里，而是要求教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)生以往知識經(jīng)驗建構(gòu)起新的經(jīng)驗，進而形成完備的認知結(jié)構(gòu)和知識體系。在此基礎(chǔ)上，知識遷移理論應(yīng)運而生，教育界更是提出了“為知識遷移而教”的口號。

電磁學(xué)是物理學(xué)科的重要組成部分，也是物理教學(xué)中的重點和難點，對于學(xué)習者而言，它具有知識內(nèi)容龐雜、概念定理抽象等特點，在剛開始學(xué)習時，不易理解和掌握，而在學(xué)習和應(yīng)用的過程中很容易造成混淆。但其中也不乏對稱和相似的地方，比如電磁學(xué)中的重點部分靜電場和穩(wěn)恒磁場無論在性質(zhì)、概念還是規(guī)律、方法上都具有一定的相似性和對稱美，這就為這部分教學(xué)開辟了道路，提供了思路。它啟發(fā)我們可以將知識遷移的相關(guān)原理和方法應(yīng)用在這部分教學(xué)中，從而使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習方法，去主動構(gòu)建知識體系，從以往的“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”“我會學(xué)”，從而提高教學(xué)效益和學(xué)習效率。本文正是基于以上認識，重點從知識遷移理論的一般原理介紹、影響知識遷移的因素與促進正遷移的方法、電磁學(xué)中相關(guān)知識的聯(lián)系與區(qū)別、在具體應(yīng)用中提高知識遷移的能力等四個方面進行論述，以期為電磁學(xué)課程的教學(xué)與學(xué)習提供一些參考和幫助。

二、知識遷移理論的一般原理介紹

1.知識遷移的必要性與可行性分析

當今社會科技文化日新月異，各種知識浩如煙海，尤其隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，人類已經(jīng)進入知識信息大爆炸的時代，各領(lǐng)域知識層出不窮，相互交融。面對如此龐雜的知識和信息，如何有效學(xué)習，獲取信息成了人類所面臨的問題之一。要解決這一問題，知識遷移就成為一條有效途徑。

人類在獲取知識，解決問題的過程中，總是或多或少地要運用自身的已有知識和相關(guān)經(jīng)驗，這樣就不必事事摸索，反復(fù)試錯，從而提高了學(xué)習和解決問題的效率，基于人類思維的這一特點，知識遷移成為一種可能。

2.知識遷移理論簡要介紹

現(xiàn)代教育理論認為，學(xué)習是一個連續(xù)進行的過程，任何學(xué)習都是在學(xué)習原有的直接經(jīng)驗或間接經(jīng)驗、知識技能以及情感態(tài)度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，不受原有認知結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗系統(tǒng)影響的學(xué)習是不存在的，先前學(xué)習是后續(xù)學(xué)習的基礎(chǔ)和準備，后續(xù)學(xué)習是在與先前學(xué)習的相互影響與彼此聯(lián)系中進行的，而反過來，新的學(xué)習過程和結(jié)果會對學(xué)習者舊有的相關(guān)經(jīng)驗、知識技能和態(tài)度等造成影響，或者鞏固加強原有知識經(jīng)驗，或者修改甚至替代原有知識經(jīng)驗。這種新舊知識之間相互作用、相互影響的過程叫作學(xué)習的遷移。遷移現(xiàn)象在日常生活和學(xué)習中是極其普遍的，比如古代的《論語·述而》中就有“不憤不啟，不悱不發(fā)，舉一隅不以三隅反，則不復(fù)也”的思想，再比如，學(xué)會騎自行車以后再去學(xué)騎摩托車就會容易得多。

根據(jù)不同的標準，可以將遷移劃分為不同的類型。而按照作用效果不同可分為正遷移與負遷移，所謂正遷移（積極遷移），顧名思義，就是一種學(xué)習對另外一種學(xué)習、一種知識技能的獲得對另外一種知識技能的獲取產(chǎn)生的積極影響和促進作用，比如，學(xué)會了彈鋼琴再去學(xué)手風琴會覺得簡單得多，因為二者在手法與演奏技巧上有其相通之處，可以相互借鑒，形成合理的技能遷移。而所謂負遷移（消極遷移），就是指一種知識技能的習得對另一種學(xué)習產(chǎn)生的干擾或者不利影響，比如在學(xué)習過程中形成的思維定勢會對以后的學(xué)習造成極大的危害，像物理學(xué)習中學(xué)過電阻的串并聯(lián)計算公式之后再對電容串并聯(lián)進行計算時就會因為思維定勢而造成干擾。繼而形成錯誤的認識。我們的任務(wù)就是要促進正遷移在學(xué)習中發(fā)揮積極的建設(shè)性作用，而避免或者消除負遷移帶來的消極影響。

三、影響知識遷移的因素與促進正遷移的方式

（一）影響因素

影響學(xué)習遷移的因素包含主觀和客觀兩個方面。

1.主觀因素

（1）學(xué)生個體的智力水平。心理學(xué)研究表明，個體智力水平的高低將直接影響知識遷移能力的大小，智力水平越高，在面臨較復(fù)雜的問題情境時分析問題的能力就越強，進而運用遷移解決問題的能力就越強。例如，在面對同樣復(fù)雜程度的問題時，智力水平較高的學(xué)生往往擅于將復(fù)雜問題分解為許多“步”較簡單的問題，從而將一個復(fù)雜的“新”問題化解為若干個容易解決的“老”問題，實現(xiàn)學(xué)習的順利遷移。

（2）舊有經(jīng)驗的概括化水平。要實現(xiàn)學(xué)習遷移的順利進行，學(xué)習者除了要具有相關(guān)的知識背景這一基本前提外，學(xué)生原有經(jīng)驗的概括化水平對遷移也起著至關(guān)重要的作用，學(xué)生原有知識經(jīng)驗的概括化水平越高，其普適性往往越高，往往就能與更為廣泛的知識相適應(yīng)，從而使遷移更順利、更廣泛地進行。比如，在各科的學(xué)習中所掌握的基本概念、定理、規(guī)則就是因為他們的概括化水平較高，能運用于更為一般的情境，進而提高學(xué)習和問題解決的效率和效果。

（3）學(xué)習者的思維定勢。思維定式是一種預(yù)備性心理傾向，是在以往學(xué)習活動中形成的一種慣性思維模式，在以后遇到相同或者相似的情境時，就會自發(fā)地運用這一思維方式，形成一些條條框框，而對于知識遷移來說，其所造成的影響可能是積極的，比如我們在物理學(xué)習中所形成的一些有效的思路與方法。而有時這種思維定勢也會給我們帶來嚴重的干擾，比如一些問題表面上看起來相似，但究其根本又有質(zhì)的不同。這時，學(xué)習者就容易被其表面所蒙蔽而覺察不到本質(zhì)的差別，由于思維定式機械地采用固有的方法而產(chǎn)生錯誤，這就要求我們打破思維定式，跳出思想的框框，合理變通，使遷移效果達到最優(yōu)化。

2.客觀因素

（1）學(xué)習材料之間的相似性。不同學(xué)習材料之間存在相似或相同的成分，是知識遷移順利發(fā)生的條件和基礎(chǔ)，心理學(xué)表明，學(xué)習材料之間相似度的大小決定了遷移范圍和作用的大小。教師正是要幫助學(xué)生尋找不同知識間的聯(lián)系，促進學(xué)生正遷移的發(fā)生。

（2）學(xué)習情境之間的相似性。人們在不同的情境下會產(chǎn)生不同的知識經(jīng)驗、情感態(tài)度或思維范式，而在相似的情境下就會不自覺地將這種相關(guān)經(jīng)驗、情感或思維運用在學(xué)習中，從而影響新的學(xué)習效果。而現(xiàn)在所提倡的“情境教學(xué)”就是指教師在教學(xué)過程中有針對性地展示或人為創(chuàng)設(shè)一些生動具體的情境，調(diào)動起學(xué)生相關(guān)的生活經(jīng)驗或舊有知識，進而幫助學(xué)生獲得提示與啟發(fā)，更好地理解教材，形成良好的情感態(tài)度。

（3）教師的有效指導(dǎo)。教師主導(dǎo)作用的有效發(fā)揮就在于其對課堂活動的有序管理，教學(xué)環(huán)節(jié)的科學(xué)組織以及對學(xué)生學(xué)習的有效引導(dǎo)，這是教師職業(yè)素養(yǎng)的集中體現(xiàn)。這就要求教師不滿足于僅限于知識傳授的“教書匠”角色，而且要力求達到科學(xué)性、教育性和藝術(shù)性相結(jié)合的現(xiàn)代“教育者”的要求，具有“為知識遷移而教”的理念。

（二）促進物理知識正遷移的一般方法

基于上述影響知識遷移的主客觀因素，現(xiàn)結(jié)合不同的教學(xué)環(huán)節(jié)提出促進知識遷移的一些有效方法。

1.掌握學(xué)生已有認知經(jīng)驗

在教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)，即備課階段，教師不僅要“備教材、備教法”，更要“備學(xué)生”，也就是通過各種方式，比如調(diào)查問卷，進行課前摸底和學(xué)情分析，力求整體、準確掌握學(xué)生的認知水平和知識經(jīng)驗，也就是全面掌握學(xué)生學(xué)習的實際情況，并以此為起點，確定教學(xué)目標、教學(xué)方式等。只有這樣才能充分利用學(xué)生已有的認知經(jīng)驗，順利實現(xiàn)舊知識向新知識的過渡和遷移，才能使教學(xué)更能做到有的放矢，在照顧全體的基礎(chǔ)上做到因材施教，使教學(xué)活動高效有序進行。

2.創(chuàng)設(shè)利于知識遷移的教學(xué)情境

在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，采用多種教學(xué)方式，如課件與實物展示、教學(xué)影片、課堂小實驗等，利用學(xué)生已學(xué)知識或日常生活經(jīng)驗，既可以喚起學(xué)生的學(xué)習興趣，提高積極性，獲取直接認知經(jīng)驗，又可以在這一過程中通過教師的合理引導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問題，提出假設(shè)，并且努力尋求用已有知識解釋現(xiàn)象，解決問題，進而導(dǎo)入新課，形成知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，實現(xiàn)知識的平穩(wěn)過渡和順利遷移。比如，進行“布朗運動”部分的教學(xué)時，在導(dǎo)入環(huán)節(jié)便可采用顯微鏡下觀察碳素墨水中碳粒運動的課堂實驗。

3.挖掘知識之間的內(nèi)在聯(lián)系

在新課教學(xué)環(huán)節(jié)，便可以把具有相同知識要素的學(xué)習材料或具有相同知識結(jié)構(gòu)的內(nèi)容相互類比，把新的知識納入學(xué)生已有的認知結(jié)構(gòu)中，完善、修改甚至替代原有認知結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)知識的橫向遷移。比如，在進行“靜電場”部分的教學(xué)時，可以借助類比于重力場的性質(zhì)、重力做功的特點及其與重力勢能轉(zhuǎn)化的關(guān)系來說明，挖掘兩者間的內(nèi)在聯(lián)系，實現(xiàn)知識間的橫向遷移，達到事半功倍的效果。

4.理論聯(lián)系實踐，加強知識應(yīng)用

知識掌握得是否牢靠，理解得是否到位。只有通過知識的應(yīng)用才能最終體現(xiàn)出來，實踐是檢驗真理的唯一標準，在練習提高環(huán)節(jié)，教師應(yīng)通過物理概念及規(guī)律的典型應(yīng)用，適當?shù)淖兪接?xùn)練和問題解決，積極地引導(dǎo)與反饋，促進學(xué)生知識的縱向遷移。

5.有效總結(jié)，形成知識脈絡(luò)

在課堂小結(jié)階段，采用知識結(jié)構(gòu)圖等方式幫助學(xué)生建立清晰、科學(xué)、完整的物理知識脈絡(luò)和結(jié)構(gòu)體系，形成概念與概念、概念與規(guī)律、規(guī)律與規(guī)律間的有效聯(lián)系，使零碎的知識系統(tǒng)化，使學(xué)生能夠以點帶面，加深對物理知識的理解，提高物理知識的概括化水平，進而促進知識遷移的順利實現(xiàn)。

四、電磁學(xué)相關(guān)知識的聯(lián)系與區(qū)別

電磁學(xué)是物理教學(xué)中的重點，但其知識點較為繁多，甚至要綜合運用多種知識，這就為這部分的教學(xué)和學(xué)習帶來了一定困難，為了提高學(xué)習的效率和效果，我們完全可以運用知識遷移的相關(guān)理論和方法使電磁學(xué)的教與學(xué)高效進行。按照上述分析結(jié)果，要實現(xiàn)知識的積極遷移，首先要挖掘兩類知識的共同要素和內(nèi)在聯(lián)系。為了便于觀察，現(xiàn)采用表格的形式進行展示。如下表：

五、知識遷移的實踐應(yīng)用

知識學(xué)習的最終目的在于運用，只有將學(xué)過的知識靈活地應(yīng)用于新問題、新情境以及新知識學(xué)習的過程中，才能做到觸類旁通，才能在實踐中得到真理并且檢驗真理。教與學(xué)是一個不斷實踐和反思的過程，而在知識的教與學(xué)過程之中，就要求我們自覺地運用遷移理論和思維指導(dǎo)實踐，從而解決新問題，適應(yīng)新情景，學(xué)習新知識。

現(xiàn)以電磁學(xué)中的兩道習題為例加以說明。

題1：兩無限長的共軸圓柱面均勻帶電，沿軸線方向單位長度帶電量分別為λ1、λ2，圓柱半徑分別為r1、r2，如圖1，求距離軸線為r的P點處電場強度E的大小。

題2：一無限長導(dǎo)體半徑為R，通有均勻分布的電流I0，取一矩形平面S（長1m，寬2R），如圖2所示，求通過該平面S的磁通量Φ的大小。

解題思路與步驟：

對稱性分析：

題1中，靜止點電荷激發(fā)靜電場，共軸圓柱面關(guān)于中心軸對稱，且均勻帶電，所以其場強關(guān)于中心軸對稱而成輻射狀分布，即在與其共軸的圓柱面上場強大小處處相等，方向與其側(cè)面垂直（可以看做是由無限多點電荷激發(fā)產(chǎn)生，而任一點處的點電荷在過中心軸半徑方向的場強會與其他點電荷產(chǎn)生的場強相互疊加，由于對稱性，沿非半徑方向的分量會相互抵消，只留下沿半徑方向的場強分量，其他點亦如此）。

題2中，運動電荷（電流）激發(fā)穩(wěn)恒磁場，導(dǎo)體關(guān)于中心軸對稱，且通有均勻分布的電流，所以其磁場關(guān)于中心軸對稱而成環(huán)狀分布（由右手螺旋定則可判定其方向），且在與中心軸垂直的圓周上磁感應(yīng)強度大小處處相等，方向沿其切線方向（同樣可以把導(dǎo)體看做無限多電流元，由畢奧薩-法爾定律及對稱性可以得出結(jié)論）。

六、總結(jié)建議

知識遷移理論是根據(jù)人類認知特點和學(xué)習規(guī)律提出的重要理論，它對于學(xué)生學(xué)習、靈活運用知識解決問題及教師教學(xué)和反思都有非常重要的借鑒意義，尤其在當代社會已經(jīng)由階段學(xué)習向終身學(xué)習轉(zhuǎn)變，知識學(xué)習從單學(xué)科向多學(xué)科、跨學(xué)科發(fā)展的背景下，掌握知識學(xué)習、問題解決以及教學(xué)引導(dǎo)的有效方法顯得尤為重要。學(xué)習和教學(xué)是一個不斷摸索與總結(jié)的過程，更需要用科學(xué)的理論加以指導(dǎo)，以此可以提高我們的工作效率，達到事半功倍的效果。

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