以等效法為例談高中物理教學中遷移思維的培養

徐海菊

（江蘇省南通中學，江蘇 南通 226001）

遷移思維是學生將已有的經驗和能力遷移運用于后續問題研究中，由此促使他們完成對已有知識體系的重組，達成新認知體系的建構.就物理教學而言，學生在課堂上所接觸的物理情境是有限的，當他們將視野轉移到大千世界，復雜多變的情境讓人眼花繚亂，學生要運用所學的物理知識來解決這些問題就需要充分運用遷移思維.在諸多物理問題的處理過程中，等效法有著廣泛的用途.這也正是遷移思維的重要體現.教師在指導學生運用等效法分析問題時要關注學生遷移思維的培養.

1 對基礎知識的掌握是發展遷移思維的基礎

遷移思維依賴學生對基礎知識的熟練掌握.學生只有對物理知識形成較為深刻的認識，他們才會嫻熟地調用相關知識儲備和經驗來完成問題的分析和處理.在運用等效法處理問題時也同樣如此，學生會將陌生的問題等效為他們所熟悉的情境來分析和處理，因此在日常教學過程中教師要關注學生對基礎知識的掌握.

認知心理學指引下的高中物理強調，教師不能局限于對學生傳輸過多的間接經驗，我們要讓學生真正經歷知識的形成過程，有效促進學生知識的內化建構.皮亞杰指出，當學習者的思維將現實場景和本質內容發生同化，且已有認知結構能夠有效順應對應的新情境，他們的思維將對特定現實產生適應.因此，為了促進學生遷移思維的發展，教師要研究學生的已有認知體系，讓學生找到等效法運用的切入點，要讓學生能夠在等效處理中感受到概念的相似性.

例1.現有半球形導體材料，接成如圖1所示甲、乙兩種形式，則兩種接法的電阻之比R甲∶R乙為

圖1

（A）1∶1.

（B）1∶2.

（C）2∶1.

（D）1∶4.

等效法的使用將復雜的現象和過程轉化為學生所熟知的結構，有助于學生問題解決效率的提升.在具體使用時，它需要學生對基本知識有著較為深刻的認知.只有這樣，學生才能及時將相關內容有效遷移過來.

2 模型意識的培養有助于學生遷移思維的發展

在高中物理學習過程中，學生將遇到很多典型的物理問題和情境.對這些情境進行提煉，學生可以從中找到很多典型的模型，進一步研究，可找到一類問題的處理.這有助于學生理性思維習慣的養成.當學生遇到一些新的問題時，他們必然會將其與已經熟知模型進行比較，通過對比，他們會找到問題解決的突破口.

例2.如圖2（a）所示，把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面.當線圈中通入圖示方向的電流時，判斷導電線圈如何運動.

圖2

解析：這個問題考查的是導電線圈所受安培力的情形，具體情境比較復雜，因為線圈本身是一個圓形，不同位置所處的磁場環境還存在差異，分析時需要學生靈活運用微元和疊加的思想，抽象性很高.如果學生有著較強的模型意識，他們的處理將更加簡單，問題中的環形電流可以視為如圖2（b）所示小磁針，用安培定則，可以判斷小磁針的S極針對條形磁鐵，根據異名磁極相互吸引的結論，學生可以得到結果：線圈要向左擺.

3 通過比較強化遷移思維的培養

在物理問題的分析過程中，經常有這樣的情況，多種方法能夠殊途同歸.在實際教學中，我們要讓學生在比較中發現方法之間的關聯，從中探索知識體系或思維方法之間的關聯之處.這對學生遷移思維的培養有著重要的強化效果.

圖3

這個問題的常規處理方法是對過程進行分析，即小球由靜止釋放后，它將以何種方式運動，受力分析是關鍵.分析可得小球受電場力、拉力和重力這3個力的作用，其中電場力和重力做功，小球先加速后減速，在達到其所能達到的最高點時，它的速度恰好等于0.可以假設擺到最高點時繩子與豎直方向的夾角為α，根據動能定理建立方程－mgr（1－cosα）＋q Er sinα＝0，代入電場強度與重力的關系，可以解得α＝60°.

對這個問題適當變換，采用等效法也可以讓問題得到解決：重力和電場力都是恒力，其合力F是一個與豎直方向夾角為30°的恒力.將這個力視為等效重力，如果將繩子在原狀態的基礎上逆時針轉動30°，并將小球在該位置無初速釋放，小球能處于靜止狀態，該位置為等效最低點.回到原問題，如果小球從A點釋放，則它能夠擺到關于等效最低點對稱的位置，即擺過角度為60°.

上述兩種方法都能有效解決問題，教學中，我們鼓勵學生多角度思考問題，并能夠圍繞這些不同的解題思路展開比較，以此來強化遷移思維的培養.處理例3時，采用動能定理，是將能量的觀點遷移過來解決問題，采用等效法則具有一定的靈活性，需要學生能夠將重力場中的運動情境遷移過來.這樣的處理還有一定的延展性，比如可以繼續提出問題：將小球由A點無初速釋放，它在哪個位置具有最大速度？并求得最大速度為多少.用等效重力的視角來思考這個問題將更加簡單，即小球在等效最低點有最大速度.在最大速度取值的具體求解中，學生可以采用動能定理進行表述，如此書寫的答案更加清晰，因此在實際問題分析中，我們提倡學生多視角分析問題，將多種方法整合起來處理，這樣可讓問題的解決更為完善.

4 通過遷移訓練促進知識結構的完善

物理問題的分析和處理需要學生熟練使用各種知識和方法.這些能力都可以在日常的遷移訓練中得到發展.教師在教學過程中善于加以引導，并給予方法上的點撥和啟發，助力他們相關能力的發展.

例4.如圖4所示，直角三角形導線框abc固定在勻強磁場中，ab是一段長為L、電阻為R的均勻導線，ac和bc的電阻可不計，ac長度為.磁場的磁感應強度為B，方向垂直紙面向里.現有一段長度為，電阻為的均勻導體棒MN架在導線框上，開始時緊靠ac，然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑動，滑動中始終與ac平行并與導線框保持良好接觸，當MN滑過的距離為時，導線ac中的電流為多大？方向如何？

圖4

解析：這是一個典型的電磁感應問題，不僅需要學生將電磁感應的知識遷移過來，也需要用到恒定電流的基本知識，為此我們可以提出問題引導學生進行等效處理：圖示結構中哪一部分等效于電源，能確定“電源”的正負極嗎？能否畫出等效電路圖？請結合閉合電路歐姆定律解決問題.

圖5

圖6

總之，遷移思維是等效法的重要支撐，以等效法的教學引導為切入點，恰當引導可以促進學生遷移思維的發展，且能有效地提升學生的思維品質.