【正文】 ........ 47 1 第一章 緒論 問題的引入 物理學是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動基本規(guī)律的學科，是自然科學的重要組成部分，物理學的研究成果和研 究方法，在自然科學的各個領(lǐng)域起著重要的作用。本文將知識遷移理論滲透到高中物理教學設(shè)計中去研究，深入挖掘影響高中物理知識遷移的重要因素和歸納總結(jié)知識遷移理論在 高中物理教學設(shè)計中應用策略并且有針對性的進行教學案例的設(shè)計，最后對這些教學案例進行實踐。然而我們 了解到 高中 老師在教學設(shè)計中不能很好地將知識遷移應用。因此，我 認為研究知識遷移在高中物理教學設(shè)計中的應用是很有沒必要的。 關(guān)于遷移的思想可追溯古希臘的柏拉圖、亞里士多德時代，柏拉圖的學園重視幾何的學習并非因為幾何學的實用價值，而是因為 幾何 學可以訓練學生的思考力，這是形式訓練說的鄒行。關(guān)于最早的學說是 18 世紀德國的官能心理學時期的形式訓練 ]3[說 。 問題研究的意義 知識遷移是解決問題、創(chuàng)新思維以及一些高級心理加工過程、發(fā)明和藝術(shù)創(chuàng)物理電氣信息學院 本科生論文 2 造等必須 的核心能力，是學生完整的學習過程中必不可少的重要組成部分和期望出現(xiàn)的現(xiàn)象。 因此，知識遷移的研究十分重要，歷來受到教學的工作者、學 者和心理學家們的重視。知識遷移自我 意義不僅在于它能給學習者帶來事半功倍的學習效率，而且能夠充分地發(fā)揮教學的有效作用。 研究表明，有很多初中物理學習成績很優(yōu)秀的同學上高中以后物理成績直線下滑，很多同學感覺物理是高中最難學的一門課，很多同學上物理課聽的懂但不會解題，很多同學學習了物理知識但是不會解釋生活中常見的物理現(xiàn)象等等。 普通高中物理課程標準明確指出課程目標是，學習 者 終身發(fā)展必備的物理基礎(chǔ)知識和技能，了解這些知識與技能在生活、生產(chǎn)中的應用， 關(guān)注科學技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；學習科學探究方法，發(fā)展自主學習 ，養(yǎng)成良 好的思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題；發(fā)展好奇心與求知欲，發(fā)展科學探索興趣，有堅持真理、勇于創(chuàng)新、實事求是的科學態(tài)度與科學精神，有振興中華，將科學服務(wù)于人類的社會責任感；了解科學與技術(shù)、經(jīng)濟與社會的互助作用，認識人與自然、社會的關(guān)系，有可能持續(xù)發(fā)展意識和全球觀念。當代學者吉克和何利歐克研究表明，知識遷移的產(chǎn)生依賴于兩個情景之間聯(lián)系的建立 ]7[ 。也有學者認為知識遷移是過去的學習經(jīng)驗對現(xiàn)在學習過程的影響或者現(xiàn)在的 學習對學生將來學習的影響；或者認為知識遷 移是先前學習的和技能對新 知識進而技能學習與獲得的影響。 ⑴ 知識遷移的領(lǐng)域 從知識 遷移發(fā)生的領(lǐng)域分為知識、動作技能、習慣態(tài)度等類型。 ⑶ 知識遷移的方向 從知識遷移中先后發(fā)生影響的方向，可以分為順向和逆向遷移。 有代表性的三種知識遷移理論 在力圖學習探討知識遷移的本質(zhì)，學習遷移發(fā)生的基礎(chǔ)上形 成 了不同的知識遷移理論。這是我 研究當代比較有代表性的三種知識遷移理論：認知結(jié)構(gòu)的遷移理論、產(chǎn)生式遷移理論和認知策略遷移理論?！跋刃薪M織者 ” 是教育學家蘇伯爾于 1960 年首先提出的一個概 念，指在認知結(jié)構(gòu)中已有的，具有普遍意義的背景觀念材料。巴恩斯的研究表明，利用“先行組織者”的被試的概念遷移增加百分數(shù)，按學習材料的不同達到 16％～ 50％不等，并且“先行組織者”影響主要體現(xiàn)在知識獲得及保 持階段。兩項任務(wù)之間的遷移，是隨其共有的產(chǎn)生式的多少而變化的。每一個產(chǎn)生式都包括一個條件表征和一個活動表征，但活動表征必須以條件表征的激活為基礎(chǔ)。二是知識的組織對產(chǎn)生式 的獲得與遷移有直接的影響，因為對知識的編輯是將陳述性知識轉(zhuǎn)化為程序性知識的重要的學習階段，知識的組織使許多小的產(chǎn)生式被一個高級的產(chǎn)生式所替代，相應的學習者可以較好地方法解決問題。研究者指出這 100 項研究沒有一項要求學生對他們所運用的策略成功與否進行反思。研究結(jié)果表明，經(jīng)過策略的有效性自我評價訓練的兒童能長期運用訓練的策略，并能遷移到類似的情況中，而在其他訓練下，策略訓練只有短期的效果，評價性的策略教學有助于策略遷移 ]13[ 。所謂物理教學設(shè)計是教師在一定的教學理念指導下，以物理教學理論為基礎(chǔ)，運用系統(tǒng)的方法，為達成一定的教學目標，事先對教學活動進行的規(guī)劃、安排與決策的過程。從教學設(shè)計的角度來說，需要注意的是，學習課程標準不能只滿足于表面上通讀課程標準的字詞語句，重要的是著重在領(lǐng)會課程標準提出的課程理念、課程的設(shè)計思路、課程標準提出的各項要求的內(nèi)涵上下功夫。教師鉆研教材大致經(jīng)過通讀、精讀兩步。精讀是關(guān)鍵。在物理教學中，教學資源的開發(fā)和利用應重視以下幾個方面。 長期目標被稱為教育目標，如“培養(yǎng)學生學習科學的熱情等等，這些無法在具體教學中一次性實現(xiàn)，而是長期努力的方向。 例如，“力的圖示”認知教學目標可陳述如下： 目標 1：能說出力的三個要素。教師對教學內(nèi)容進行分析，就是要明確教師 教什么、學生學什么。主要分析這部分內(nèi)容在整個物理教學中的地位與作用，以及對于培養(yǎng)和提高學生的科學素養(yǎng)所具有的功能和價值。 ④ 資源分析。對學生進行分析，大體包括以下內(nèi)容： ① 了解學生是否具有學習新內(nèi)容所必需的知識和技能。哪些學生能夠適應，哪些學生不能適應。此階段的設(shè)計必須建立在教學目標、教學內(nèi)容、學生分析的基礎(chǔ)之上。所以，從座位的編排到小組成員的組合、從教材的運用到資源的開發(fā)過程、從學生的參與方式到教師的引導方式方法等都必須在教學組織設(shè)計時加以考慮和整合。 ③ 學法指導：在學生的學習方式上，既要重視學生學習興趣的培養(yǎng)和動機的激發(fā)，重視教學過程的情感化，還要考慮學生學習方式的養(yǎng)成，重視學生的學習能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。 ⑸ 教學過程設(shè)計 設(shè)計教學過程是教學設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是教師教學理念和教學思想的具體體現(xiàn)。 教學 時間 教學 環(huán)節(jié) 教學 目的 內(nèi)容 呈現(xiàn) 教師 活動 學生 活動 教學媒 體使用 設(shè)計 意圖 ⑹ 教學媒體設(shè)計 從歷史發(fā)展的角度，可以將教學媒體分為傳統(tǒng)教學媒體和現(xiàn)代教學媒體。 ② 現(xiàn)代教學媒體 現(xiàn)代教學媒體是隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，所以在我國也稱之為電化教育媒體，如幻燈、投影、廣播、錄音、錄像、電影、電視、計算機、電子白板等。 流程圖是在計算機算法程序基礎(chǔ)上形成的一種媒體選擇的方法，這種方法把選擇過程分解成一系列有序排列的步驟，每一個步驟就是一個問題，每一個問題都緊跟著前一個問題，如此排列，構(gòu)成流程圖的形式。因而在選擇媒體時要保證所選的媒體能有效地實施相應的教學事件，而一系列的教學事件又是實現(xiàn)教學目標的前提條件，這樣看來，所選的媒體要能有效實現(xiàn)相應的教學事件和教學目標，即要在教學目標、教學事件和教學媒體之間進行適當匹配。在教學設(shè)計的后期和實施后，都要對教學方案反思和評價，以便對設(shè)計方案進行修改，以使其不斷完善。廣義上的理解是指學生在接受正式的教育之前已經(jīng)自覺形成的認知 或理解，即 包括正確的、科學的認識也包括不正確的、片 面的認識。例如，在學習“ 牛頓第一定律”前，他們認為物體只受力才會有速度，不受力便沒有速度。他們對日常生活有關(guān)物理現(xiàn)象的大量問題都有了自己特定的見解，這一理解包羅萬象，在力學、熱學、熱學、電磁學、近代物理學的各個分支中都存在著前概念。 ⑶ 頑固性 前概念是學生長期經(jīng)驗的積累結(jié)果，在學生頭腦中印象深刻，可謂根深蒂固。由于學生大腦中的前概念是潛移默化形成的，因此它以潛在形式存在，平時不易表象出來。 物理前概念在物理的遷移 ⑴ 負遷移 在一些情況下，對物理現(xiàn)象、過程、材料的片面或錯誤理解而產(chǎn)生的前概念會成為物理學習的障礙，這些錯誤的前概念如果得不到及時糾正，將影響對物理新知識的同化和順應。這是物理教學設(shè)計中必須要注意的。物理教學設(shè)計要利用這些正遷移的 影響，使學生建立科學的物理知識體系。數(shù)學為物理的研究和發(fā)展提供了有力的工具，物理為數(shù)學的應用提供了廣闊領(lǐng)域，推動了 數(shù)學的發(fā)展和完備 。下面筆者借助動量定理的教學案例來說明數(shù)學推導在物理規(guī)律的建立過程中的重要作用。 ⑵ 數(shù)學圖像用來很好的解決物理問題 有些物理題目，用常規(guī)思維很難解出來，但利用數(shù)學圖像的方法可以很快、很方便的解決物理問題。從圖上可以看出梯形 ABCD 的面積，就是螞蟻從Ａ到Ｂ的時間： sLL LLLLvvT 752))(11(21 1221221221 ?????? 這道題目是一個速度不斷變化的題目，很多學生認為這是一個很難的題目，但如果巧用數(shù)學圖像知識來求解，這道題就變的相當簡單了。下面這個選擇題就說明了這個問題。以此類似，在勻速圓周運動、萬有引力定律中要用許多園的性質(zhì)，三角形相似、三角形全等、基本幾何圖形性質(zhì)、立體幾何的性質(zhì)等等再高中物理解題中也有很多的應用。 第二步，將不在 X、 Y軸上的各力沿 X、 Y軸方向分解。除此之外， 95％以上的物理題目都要通過數(shù)學 計算來解決，所以列方程組、求不等式的最大值和最小值、數(shù)列的計算等常用的數(shù)學計算方法在高中物理解題過程中起著舉足輕重的作用。以下幾個例題的常見錯誤解法就是這個原因造成的。 從上面 例子可以看出如果過分依賴數(shù)學知識而不注意認真分析物理過程，不考慮最后結(jié)果的物理意義將會對高中物理學習帶 來負遷移。此時，教師可以這樣引入動量：（師）同學們，請問在體育場上若以相同的速度飛向你的鉛球和籃球，你敢接哪一個？（生）籃球。 ⑵ 引導學生留心實際生活中遇到的物理現(xiàn)象 高中物理是與實際生活聯(lián)系非常緊密的一門學科。例如，讓學生回答地面上的人跳起后落在何處，這是一個常規(guī)問題，學生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗就可以正確回答。根據(jù)認知策略遷移理論，學生自主的評價有助于遷移，這樣學生所用的概念是否正確就會顯露出來。 通過知識的 組織來揭露物理前概念的不合理 根據(jù)產(chǎn)生式遷移理論，教師可以通過知識的組織來揭露物理前概念的不合理性。這時教師可以引導學生對這些物體進行受力分析，學生們通過受力分析會發(fā)現(xiàn)：向前運動的足球、手榴彈不受沖力，從而揭露了物理前概念的不合理性。這是從運動角度 (表面 )對平衡狀態(tài)下的定義。學過加速度概念后，“平衡狀態(tài)”應進一步理解為“物體處于加速度為零的狀態(tài)”，學過牛頓第二定律后，“平衡狀態(tài)”應理解為“ 物體處于合外力為零狀態(tài) ．根據(jù)產(chǎn)生式遷移理論，教師通過知識的組織不僅是對平衡狀態(tài)概念理解的逐步深入，也是對平衡狀態(tài)概念理解的不斷完善。而在具體的教學過程中，學生應積極參與討論，體現(xiàn)主體地位 ]15[ 。 ⑵ 鼓勵學生用自制實驗儀器展開物理實驗 在指導學生課外實驗時，教師應該引導學生充分利用日常生活中常見的物品來自制實驗儀器 ，根據(jù)認知結(jié)構(gòu)的遷移理論，這樣可以有效的促進學生頭腦中的認知結(jié)構(gòu)即物理前概念的正遷移，不僅可以開發(fā)實驗儀器，節(jié)省 實驗成本，還可以有效地開發(fā)學生的創(chuàng)新思維和探索精神。 減小物理前概念負遷移的策略 ⑴ 通過物理實驗現(xiàn)象來改變錯誤的前概念 前概念產(chǎn)生的原因與人的認識發(fā)展過程有密切的聯(lián)系，人的認識發(fā)展總是由淺入深、由表及里的。根據(jù)認知結(jié)構(gòu)的遷移理論，物 理實驗能夠構(gòu)建“比較組織者”，因此教師應該重視物理實驗的作用，通過物理實驗揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)，使學生能以物理實驗的結(jié)論作為事實依據(jù)，改變錯誤的前概念。再如：做慣性實驗時，在玻璃杯中盛少量的水，其上放一塊硬紙片，硬紙片上放一個雞蛋，很多學生習慣于手掌心向下來彈紙片，這樣導致雞蛋和紙片一起“飛”出去了。如果學生根本不熟悉或者從來沒有遇見過物理習題中出現(xiàn)過的物理情景，那么學生將很難得出習題的正確答案和鞏固所學的知識。此時，教師可以把兩個乒乓球固定在一個小木棍的兩 端，然后在小木棍的任意一點釘一個釘子，使兩個乒乓球能繞這個釘子轉(zhuǎn)動。 ⑵ 進行物理習題教學 物理電氣信息學院 本科生論文 19 運動學是高中物理的重要組成部分，并且運動學貫穿整個高中物理教學內(nèi)容，因此運動學是高中物理習題考查的重要部分。下面是本題的解題過程。因此教師應該鼓勵、引導、組織學生多參與體育運動和觀看體育比賽并且積極思考體育運動中遇到的物理問題，這樣不僅有利于學生積累關(guān)于體育運動的前概念和培養(yǎng)在習題解答中構(gòu)建物理模型的能力，而且對身體健康也很有好處。如果學生解題不認真，思維定勢就會產(chǎn)生負遷移，例如下面這個題目。此時，前概念的負遷移就非常明顯，例如下面這個題目。 因此，在物理習題課教學中，教師一定要反復強調(diào)不能想當然的解物理題目， 要引導學生認真讀題，然后再認真解題，在解題過程中思考解題的每一步是否都有理有據(jù)。根據(jù)認知策略遷移理論，自我評價和反思能夠有效地減小前概念的負遷移。 如果學生不懂或者不理解加、減、乘、除、極限的含義，根據(jù)認知結(jié)構(gòu)的遷移理論，學生將很難 理解這些物理概念。例如在本文上一章節(jié)講述的動量定律的推導過程，此處不再贅述。 ⑵ 突出物理概念的適用條件，避免物理規(guī)律純數(shù)學化 在物理規(guī)律教學中，也有很多學生不考慮物理規(guī)律使用的條件和物理規(guī)律中涉及到的物理量所表示的物理意義，亂用數(shù)學知識，把物理規(guī)律純數(shù)學化，對物理規(guī)律的學習造成了很大的思維障