物理思维迁移能力的培养策略探讨<br/>——基于一道中考创新题的思考

物理思维迁移能力的培养策略探讨
——基于一道中考创新题的思考

2017-09-27

物理之友 2017年9期

关键词：定势认知结构中考

(江苏省南京市六合区金牛湖初级中学，江苏南京 211500)

物理思维迁移能力的培养策略探讨
——基于一道中考创新题的思考

卢义刚

(江苏省南京市六合区金牛湖初级中学，江苏南京 211500)

笔者通过对一道中考物理创新题的分析，以核心素养教育为导向，简述培养物理思维迁移能力的重要性，并在此基础上提出：教学中应从完善认知结构、增强应用意识、挖掘内在联系、建立思维模型、克服消极定势五个方面着手，提高学生思维迁移能力。

中考物理；核心素养；思维迁移能力

每年中考落下帷幕时，我们会发现有不少中考物理创新题令人耳目一新。面对创新题，有的学生无从下手，有的学生选择直接放弃，又有的学生认为只有“天马行空”般的思维才能解决这些创新题。解决创新题的关键在于能否顺利地实现思维的迁移。迁移是指一种学习对另一种学习的影响[1]，思维的迁移现象早已被人们所熟知，孔子提出的“举一反三”“触类旁通”就是典型的思维迁移现象，如今我们所常说的“解一道题会一类题”也是指思维迁移。

1 对一道中考物理创新题的分析

笔者搜集并查阅了近年的中考物理创新题，从形式上看，这些题目大都题意新颖，姿态万千，令不少考生感到望尘莫及。然而，仔细推敲不难发现：几乎所有的创新题都具有一个“共性”，就是对学生的思维迁移能力要求较高。其原因在于：创新题一般不会“无根无据”地空降而来，而是依据课标、教材，结合学生们平时所学的知识或根据以往所做过的题目改编而成，也就是说创新题与课标的要求、教材的内容、学生已掌握的知识与技能之间往往存在着关联，是有章可循的。如果学生能发掘新情景中自己所熟悉的知识和解决问题的思路，在已有知识和新情景之间建立一种联系，并顺利地将已有知识、技能、思维方法迁移到新的问题情景中去，解决创新题将会水到渠成，下面以一道中考创新题为例予以说明。

例题(2017年苏州中考)：为研究纸锥下落的运动情况，小华通过查阅资料了解到，物体下落过程中会受到空气阻力的作用，阻力f的大小与物体的迎风面积S和速度v的二次方成正比，公式为f=kSv2(k为比例常数)。现用一张半径为R、面密度为ρ(厚度和质量分布均匀的物体，其质量与面积之比称为面密度)的圆纸片，按图1甲所示将圆纸片裁剪成圆心角为n°的扇形，然后做成如图1乙所示的纸锥，纸锥的底面积为S0(即为纸锥的迎风面积)，让纸锥从足够高处静止下落。

图1

(1) 纸锥在整个竖直下落过程中的运动状态是( )。

A．一直加速 B．一直匀速

C．先加速后匀速 D．先加速后减速

(2) 下落过程中纸锥能达到的最大速度为。

解析：(1) 纸锥由静止开始下落，初速度为0，由f=kSv2可知，开始时纸锥所受阻力f为0，纸锥只受重力G作用，即受到竖直向下的非平衡力作用，由于力是改变物体运动状态的原因，所以纸锥向下做加速直线运动；在加速运动过程中，v变得越来越大，其所受阻力f也变得越来越大，直到f与重力G变成一对平衡力，根据二力平衡知识，此时纸锥开始向下做匀速直线运动。对第(1)问学生比较熟悉，做起来也相对得心应手。

教学启示：解决此题所需的基本知识包括力与运动、二力平衡，技能包括数学公式变形、圆的面积及重力的计算等数理技能，学生所面临的新的情景包括阻力f的公式、面密度ρ的理解，还包括一些新的概念比如“迎风面积”等。此题对考生的思维迁移能力要求较高，能否将已有知识、技能及解决问题的思维迁移到新的情境中是能否解决此题的关键。

2 思维迁移能力的重要性

《义务教育物理课程标准(2011年版)》对思维迁移能力提出了明确的要求：“要增强学生应用物理知识解决问题的意识……要让学生学习基本的科学方法，并能将这些方法迁移到自己的生活之中。”此外，“核心素养”的培养要求：重视运用知识技能、解决现实课题所必须的思考力、判断力与表达力及其人格品性。这意味着，要求学生能够运用各门学科的内容进行思考、判断[2]。这里“运用知识技能、解决现实课题所必须的思考力”即思维迁移能力，思维迁移能力不仅是解决中考创新题的决定性因素，而且是学生利用已有知识经验建构新的认知结构的桥梁，是教学的重要目标，是解决现实问题的重要方法，是“核心素养”的核心所在，因此教师在教学中要特别关注思维迁移能力的培养。

3 思维迁移能力的培养策略

3.1 建立知识网络，完善认知结构

认知结构是由人们过去对外界事物进行感知、概括的一般方式或经验所组成的观念结构，它的清晰性和稳定性直接关系到新知识学习的效果，现代认知心理学家们大都持同化论观点，十分重视原有知识经验或认知结构在新学习中的作用[3]。条理化、系统化的知识在学生的认知结构中更具备可利用性，学生在利用所学知识解决问题时才能及时、准确地提取。也就是说，要保证思维迁移活动的顺利进行，前提是要有清晰的知识脉络，在学习了一个章节或一个主题之后，教师应布置相应的整理知识网络的任务，不妨要求学生写出该章节的关键词、核心概念、规律等，说出各个概念间的联系，并且以“网络”或“树图”等形式将各个概念联结起来，找出彼此关联的“线”，从而实现由点到线、由线到面，构建出完整的知识网络。绘“思维导图”就是一种学生自我建立知识网络的方法，图2为学生在学习完“光的直线传播”知识后所绘的思维导图。学生通过绘思维导图，能够自主建构知识网络，完善认知结构，从而有利于知识的准确提取，为思维的迁移提供必要的认知基础。

图2

3.2 创设熟悉情境，增强应用意识

在进行新的物理概念和规律教学时，为降低学习“门槛”，教学内容应尽量取材于学生的生活实际，从生活走向物理，为学生的思维迁移创设亲切、熟悉的情境。例如，学生通过自己的观察、实践，积累了一些生活常识，如：石子扔进水里会沉下去，而木块扔进水里会浮在水面上，这些生活现象学生非常熟悉，为浮力知识的学习奠定了感性认识基础。再如，汽车突然启动时人会后仰，汽车突然刹车时人会前倾，这为惯性的学习提供了认识基础。在新课引入的环节可以利用这些素材创设情境，引导学生将生活中的已有经验、认知迁移到新的学习情境中去，实现有意义学习。

在学生建立概念和认识规律之后，应及时引导学生用掌握的知识来分析解决生活和社会中的实际问题，强化理论的应用意识[4]。通过知识的应用，可以发挥知识学习的真正作用，并促使其得到广泛的迁移。例如，在学习“压强”后，要求学生利用相关知识描述、说明、解释生活中的常见现象。不妨以生活中常见的小图钉为研究对象，设置如下问题串：你能描述图钉的大致形状吗？钉尖和钉帽的面积谁大谁小？为什么这样设计？要求学生解释其背后的物理原理。通过知识的实际应用，赋予知识以生命力，让学生与社会生活直接接触，将理论知识更好地拓展、迁移到实际生活中去，既开阔了视野，增长了见识，也有利于学生思维迁移习惯的养成。

3.3 寻找知识共性，挖掘内在联系

根据心理学的相关理论，存在相似性或内在联系的两种学习之间较容易产生迁移，实际教学中可以充分利用这一点，启发学生回忆或再现已有的知识、技能、方法等，引导学生将过去的经验、技能、方法迁移到新的学习情境中。例如，学生在学习了温度计的使用方法后，脑海中已经建立起了使用测量工具的基本方法、规则，在此基础上，学习刻度尺、弹簧测力计等测量仪器的使用方法时，教师可以去启发学生将先前所学的知识与新知识结合起来，寻找共同规律，自然地将已有知识、技能迁移到新知识、新技能的学习中去。

3.4 诱导多题归一，建立思维模型

图3

在平时的习题教学中，要引导学生对做过的题目进行归纳、反思，对于一些典型的物理问题，可以引导学生建立思维模型。物理模型是人们为了研究物理问题和探讨物理事物的本质，对研究对象所作的一种简化描述，是以观察和实验为基础，采用理想化的办法所建构的，它是物理学赖以发展的基本方法，也是解决实际问题的重要途径和方法。例如，学生对浮力知识的学习，总体感觉比较困难，尤其对物体在液体中浮沉情况的判断和浮力大小的计算，更觉得思维要求高、学习难度大[5]。故而只要建立典型的浮力模型，就可以化繁为简。我们将物体浸没到液体中，松手后物体的运动状态有三种可能：悬浮、下沉、上浮直至最终静止时漂浮，因此，只要针对这几种状态分别建立模型，浮力的问题便都包含在内。如图3所示建立一个物体“漂浮”时的模型，我们可用称重法和状态分析法计算出它受到的浮力。此漂浮模型可以广泛地应用、迁移到用密度计测液体密度的原理、轮船由大海驶入长江的V排变化、轮船装载货物或卸下货物前后所受浮力变化等问题中。

3.5 克服消极的思维定势，培养发散思维能力

定势是指先于一定活动而指向活动对象的一种动力准备状态，定势对于知识迁移的影响既可能是积极的，也可能是消极的。当定势作用与人们解决问题的思路一致时，会对问题的解决产生促进作用，即产生正迁移；反之会产生干扰作用，即产生负迁移。

鉴于定势作用的双重性，在实际教学中，既要培养学生解决类似问题的心向，又要引导学生在遇到用习惯思维难以解决有关问题时，积极地从其他角度思考，即鼓励发散思维，从多种途径寻找策略。课堂上可以借助提问、讨论、质疑、变式训练等手段，使学生做到举一反三，找到多种不同的解决问题的办法或方案，增加思维迁移的广度。例如，在学习了什么是“平衡状态”后，要求学生举例说出周围正处于平衡状态的物体，并说明为什么这些物体会处于平衡状态。学生能列举的例子越多，道理说得越清楚，则思维发散、迁移的范围就越广，对知识的理解就越深刻。要鼓励学生从多角度、多方位思考问题，克服消极思维定势，避免思维僵化，提高思维迁移的效果。