核心素養(yǎng)指引下高中物理教學中學習遷移理論的應用策略
——以“帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)”為例

李志云

（江蘇省蘇州實驗中學，江蘇 蘇州 215011）

學習遷移是一種學習對另一種學習的影響，學習過程中原有的知識、技能、方法、經(jīng)驗對今后的學習活動總是會產(chǎn)生一定的影響.學習遷移分為正遷移和負遷移，正遷移有助于學生掌握新知識、新技能，負遷移會妨礙學生學習新知識，降低學習成效.因此，在高中物理教學中將學習遷移理論與實踐相結(jié)合，構(gòu)建完整的物理知識體系、形成物理觀念，促進學生科學思維發(fā)展，將物理知識、技能遷移到生產(chǎn)、生活實踐中去，從而有效培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng).

1 運用同化遷移，構(gòu)建知識網(wǎng)絡，滲透物理觀念

同化性遷移指不改變原有的認知結(jié)構(gòu)，直接將原有的認知經(jīng)驗應用到本質(zhì)特征相同的一類事物中去.2019年人民教育出版社出版的物理新教材知識順序大體如下：必修1動力學知識，必修2曲線運動、能量等知識，必修3電場、電路、電磁感應初步等知識.不難發(fā)現(xiàn)，這樣的設置順序，不僅僅是單純由簡向繁的慢慢過渡，更多的是在符合學生認知規(guī)律的基礎上，按經(jīng)典物理本身的特點進行的設置.如在曲線運動中設置先學習拋體運動規(guī)律，再設置圓周運動規(guī)律的學習，相對應的到必修3中先學習帶電粒子在電場中的運動，后續(xù)再研究帶電粒子在磁場中的運動.而帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)，在勻強磁場中的運動與平拋運動和勻速圓周運動有著非常多類似的處理方法和技巧.如果能在教學和學習過程中，重視運用同化性遷移，將平拋運動運用到帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)中去，不僅能達到事半功倍的教學效果，還能在學生腦海中構(gòu)建出力學、電學知識網(wǎng)絡體系，加強學生的理解，提升學生的物理觀念.

教學片斷：帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律探究.

問題展示：如圖1所示，在真空中放置一對金屬板Y和Y′，兩板的長度為l，板間距離為d，把兩板接到電源上，兩板間電壓為U，于是兩板間出現(xiàn)了電場.現(xiàn)有一個電子沿平行于板面的方向射入電場中，射入時的速度v0，它受到的靜電力的方向與速度方向不一致，因而發(fā)生偏轉(zhuǎn).不計重力，且初速度v0⊥E，則帶電粒子將在電場中做什么樣的運動？

圖1 帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)

師引導（學生回答略）.

問題1：電子進入電場后受到什么力？

問題2：這個力有什么特點？

問題3：這個力與電子初速度有什么關系？

問題4：電子的這個曲線運動與我們之前學的哪個運動類似？

問題5：這個曲線運動通常用什么方法處理？

問題6：能否利用這種處理方法得到電子的偏移量、偏轉(zhuǎn)角和速度？

問題7：速度偏向角和位移偏向角之間有什么關系，可以得到什么結(jié)論？

問題8：電子在穿越電場過程中，動能的增量是多少？

教學感悟：本教學片斷通過問題串的形式，讓學生進行受力分析，并積極引導學生利用同化遷移，在腦海中尋找平拋運動規(guī)律和處理方法.利用已有的舊知識進行合理的遷移，同時加強了新舊知識的之間的聯(lián)系，既保證了課堂效率，又起到“習舊知新”建立知識聯(lián)系的效果.學生在分析總結(jié)過程中，規(guī)律方法不斷內(nèi)化，知識結(jié)構(gòu)逐漸完善，物理觀念持續(xù)提升.

2 利用順應遷移，促進能力培養(yǎng)，發(fā)展科學思維

學生在物理學習過程中，新舊知識之間的遷移是基礎，也是最簡單的，由知識向能力的遷移更為重要.這是學生學習物理達到“觸類旁通”的關鍵過程.因此在教學過程中，要注意利用順應遷移理論，將已掌握的原有經(jīng)驗做適應性變化，將新舊情境進行歸納概括，形成一種能包容新舊經(jīng)驗的更高一級經(jīng)驗結(jié)構(gòu)，以適應更多新變化，逐步形成物理思維能力，從而實現(xiàn)由基礎知識向科學能力的轉(zhuǎn)化.

教學片斷：帶電粒子在交變電場中的運動探究.

情境：兩塊平行金屬板間的距離為d，兩板間電壓u隨時間t變化的規(guī)律，如圖2所示，電壓的絕對值為U0（圖2中左極板電壓為正）質(zhì)量為m，帶正電荷q的粒子，置于兩板中間，在靜電力的作用下由靜止釋放（不計粒子重力）.

圖2 帶電粒子在交變電場中的直線運動

師引導（學生回答略）.

問題1：從t=0時刻釋放粒子，粒子可能做怎樣的運動？請作出v-t圖像.

問題2：從t=T/4時刻釋放粒子，粒子可能做怎樣的運動？請作出v-t圖像.

問題3：從t=3T/8時刻釋放粒子，粒子可能做怎樣的運動？請作出v-t圖像.

情境變換：真空中水平正對放置長為L的平行金屬板，兩板間的距離為d，以兩板中間線為x軸，以過極板右端豎直向上的方向為y軸建立坐標系.在t=0時，將如圖3所示的電壓加在兩板上，與此同時電子持續(xù)不斷地沿x軸以速度v0飛入電場，所有電子均能從兩板間飛出.不考慮電子間的相互作用，電子的重力忽略不計.

圖3 帶電粒子在交變電場中的曲線運動

師引導（學生回答略）.

問題1：若L=v0T，電子從什么位置經(jīng)過y軸？電子經(jīng)過y軸射出電場時的速度.

問題2：若L=3v0T/2，電子從什么位置經(jīng)過y軸？電子經(jīng)過y軸射出電場時的速度.

教學感悟：本教學片斷先引導學生利用v-t圖像分析帶電粒子在交變電場中的直線運動.再用類似的方法引導學生進行順應遷移，利用相同的方法來分析在交變電場中的偏轉(zhuǎn)，在降低學習臺階的同時，不僅讓學生學會了處理交變電場的一般處理方法即v-t圖像法，還在潛移默化中提高了學生的學習遷移能力，實現(xiàn)了由知識向能力的轉(zhuǎn)化，發(fā)展了學生的思維品質(zhì).

3 使用重組遷移，強調(diào)情境應用，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

很多物理知識來源于生活，又應用于生活.新課程改革強調(diào)情境教學，要求將物理知識應用到生產(chǎn)、生活、科技發(fā)展中去，要不斷培養(yǎng)學生應用物理知識解決實際問題的能力.因此在教學過程中，使用重組性遷移，引導學生將習得的知識、經(jīng)驗與實際情境相結(jié)合，建立新的聯(lián)系，從而解決實際問題.不難發(fā)現(xiàn)，通過重組性遷移，能讓學生“聞一知十”，擴大原有經(jīng)驗的使用范圍，還帶有創(chuàng)造性地解決問題的成分，從而達成培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的教學目標.

教學片斷：帶電粒子在電場中運動的情境探究.

CT掃描是計算機X射線斷層掃描技術的簡稱，CT掃描機可用于對多種病情的探測.圖4是某種CT機主要部分的剖面圖，電子從電子槍A點出發(fā)，經(jīng)過儀器內(nèi)（圖中虛線部分）的電場后，最終打到目標靶環(huán)上，產(chǎn)生豎直向上的X射線穿過人體達到探測器，從而實現(xiàn)掃描人體器官的目的.

圖4 CT機主體部分剖面圖

師提問（學生回答略）.

儀器內(nèi)部的電場可能是怎樣的？電子運動的軌跡可能是怎樣的？

教學感悟：課堂教學過程中，將與學生息息相關的生產(chǎn)、生活情境引入課堂，一方面可以激發(fā)學生解決問題的興趣，另一方面加強了物理知識生活化的傾向，引導和促進學生由知識向應用的遷移，讓學生體會到學習物理知識的實用性，增強了“學以致用”的學習效果，更好地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力和知識應用能力，提升學生學科核心素養(yǎng).

4 反思與總結(jié)

在高中物理中應用學習遷移理論應注意以下幾個問題.

（1）定勢的作用.遷移有正遷移，也有負遷移.在引導學生運用學習遷移策略時，要注明某些新情境下的特例，防止出現(xiàn)定勢干擾新的學習，起到阻礙的作用.

（2）提高學生認知結(jié)構(gòu)的可利用性、增強認知結(jié)構(gòu)的可辨別性、鞏固認知結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.學生的認知結(jié)構(gòu)會直接影響學習遷移，正確認識認知結(jié)構(gòu)和學習遷移之間的關系，可以讓學習遷移更好地發(fā)揮優(yōu)勢，良好運作.

（3）學習遷移的主動性和自主性.在高中階段，大部分的學生思維水平已完成由形象思維向辯證思維的過渡.教師平時教學過程中要注意提高學生在遇到學習內(nèi)容相關度高、重要特征相似性強時，有意識地利用學習遷移策略完成相關學習.這樣才能不斷提高學生的學習遷移能力.