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迁移策略及其在物理问题解决中的应用
作者：方道余
迁移，就是一种知识、技能的学习对另一种知识、技能学习的影响。迁移是人在学习中最常见、最重要的一种心理现象，任何有意义的学习，都无不存在着迁移现象。现代心理学认为迁移的本质，实质上是两种学习之间在知识结构、认知规律上相同要素间的影响与同化。加涅把在心理结构中处于同一层次，在难度和复杂程度上大致属于同一水平的学习之间的迁移，称为水平迁移或横向迁移。如学习了抛体运动知识后，可将其迁移到带电粒子在匀强电场中运动的学习。把在心理结构中不处于同一层次，在难度和复杂程度上不在同一水平的学习之间的迁移（通常指起正迁移作用的迁移），称为垂直迁移或纵向迁移。如电流的磁效应和电磁感应的学习有助于电磁波的产生和传播的学习。一般地说，只有具备广搏的基础知识，才容易发生纵向迁移。
从迁移的效果看，迁移可分为正向迁移和负向迁移，凡是一种学习对另一种学习起积极的、促进的作用，就称为正向迁移，简称正迁移。反之，凡是一种学习对另一种学习起干扰和抑制作用，就称为负向迁移，简称负迁移。如万有引力定律的学习有利于库仑定律的学习，质点的学习有利于点电荷的学习，机械波的学习有助于电磁波和光波的学习等均称为正迁移；振动图象的学习干扰波动图象的学习，左手定则的学习干扰右手定则的学习等均称为负迁移。一般情况下，负迁移是暂时性的，经过针对性练习可以消除。
迁移在不同的学习阶段都表现出来并发挥作用。在教育中，正迁移有助于提高教学质量，促进学生学习效率的提高；相反，负迁移不利于教学质量的提高。教师在教学活动中应尽量引导学生实现知识的正迁移，防止负迁移的产生。促使学生将学到的新知识迁移到新的情境中去解决问题，对培养学生的创新意识和创新能力有着十分重要的意义和作用。 任何学习都必然依赖于以前的学习，并影响着以后的学习,因此，迁移是物理知识学习中的重要环节。学生学习能力的形成必须通过概括已掌握的知识技能，然后广泛迁移，并进一步概括、系统才能实现。
也就是说，学习的最终目的，并不是将知识经验储存于头脑中，而是迁移到各种不同的问题情景中，解决各种实际问题。正因为如此，奥苏贝尔等认知心理学家认为，知识如果不能从一种情景迁移至另一情景，则学习根本就没有发生。所以，迁移是学习的实质，是有效学习的标志。
二、物理问题解决中的迁移策略
在物理概念和物理规律的学习过程中，迁移规律起着不可或缺的作用，同样它也是物理问题解决过程中的重要策略。从信息加工理论来看，迁移过程本质上就是学习者利用已有的“知识组块”来处理新的问题。
新近研究表明，专家与新手解决问题主要区别在元认知监控水平。新手在解决问题时使用大脑的零散信息来处理问题，而专家则往往用由零散知识组成的有序“知识组块”来处理信息，所以易产生“直觉”或“顿悟”。在物理教学中，要指导学生尽可能利用已有的“知识组块”来解决物理问题，即利用迁移策略来解决物理问题，从而实现知识的同化和认知结构的重建。
奥苏贝尔根据将要学习的新内容与学习者已经知道的相关内容之间的关系，把学习分为并列结合学习、下位学习和上位学习三类。我们不妨将待解决的物理问题也分为三类：并列结合物理问题、下位物理问题和上位物理问题。根据不同的物理问题，可以分别采用水平迁移策略、垂直演绎迁移策略和垂直归纳迁移策略。
1．水平迁移策略
由于并列结合物理问题与已有的某“知识组块”之间存在状态或过程的相似或相同要素，因此可用水平迁移方法解决这类问题。习题教学中要引导学生进行相似的物理状态或过程分析，寻找出相同要素，从而顺利实现水平迁移，而使知识类化。用心理学的观点看，这是一个知识同化的过程。
[例1]如图1所示，有一质量为M的滑块静止在光滑的水平面上，一个质量为m的小球以速度V0滑上M后又返回下来，当小球返回到水平面时，M和m的速度各是多少？
[分析与解]通过该问题与弹性碰撞的过程相似性分析，遵循的动量、能量转化的相似性分析，可知，小球和滑块相当于经历了一次弹性碰撞。因此可将弹性碰撞的有关知识和规律直接迁移过来，即当小球返回到水平面时，M和m的速度分别为
[评析]要使水平迁移顺利完成，在平时物理习题教学过程中要经常采用“一题多变”的变式教学模式，指导学生对有关问题进行归纳整理，使知识类化；同时也要经常采用“题组”教学法，对学生进行应用水平迁移策略的训练。如：
①如图2所示，（A）（B）两图分别表示在光滑的水平面上，木块被子弹击中和一滑块m滑上质量为M的小车，实际上也是同一个问题，无非是作用快慢不一样。
②如图3所示，在（A）（B）（C）中，一切表面光滑，如果m从右端运动到左端，比较一下有哪些相同要素呢？
这样的训练，有助培养学生对迁移的元认知思想的理解。从教学实践可知，学生对水平迁移的元认知能力越强，迁移的跨度就会越大，迁移就越容易实现。
2．垂直演绎迁移策略
一般情况下，物理习题教学都是安排在相应的物理概念教学或物理规律教学之后，因此学生在学习中需要解决的问题一般都是下位物理问题。它可以直接通过已经掌握了基本概念和基本规律等较高层次知识，去演绎推理较低层次物理问题。因此可以利用已有的“知识组块”，采用“自上而下”的垂直演绎迁移方法解决这类问题。用心理学的观点看，这也是一个知识同化的过程。如：学生学习了法拉弟电磁感应定律与楞次定律后要求学生处理简单的滑轨问题等等。
要培养学生解决这类物理问题的迁移能力，在平时教学过程中就必须加强解题的程序化训练。只要学生初步掌握各类典型问题的解题程序，就能顺利实现垂直演绎迁移。
3．垂直归纳迁移策略
上位物理问题可以根据问题的复杂程度和难度分为两类：物理综合题和物理分析归纳题。物理综合题包括多过程问题、多体问题和跨学科（物理分支学科）问题。解决这类物理问题都必须要采用垂直归纳迁移策略。
（1）物理综合题：要顺利解决这类物理问题，学生必须要具备较强的分析分解能力，从而准确快速地将这类物理综合问题分解成一个个小问题，然后利用已有的“知识组块”，采用水平迁移策略或垂直演绎迁移策略解决每个小问题，最后才能通过垂直归纳迁移完成解答。用心理学的观点看，这也是一个知识同化的过程。
[例2]如图4所示，质量为3千克的小车A上面悬挂着一质量2千克的小球C，如图所示，在水平光滑地面以V0=6米/秒的速度运动，与静止在地面上的质量为1千克的另一小车B发生碰撞，碰撞后连在一起，问碰撞后C球能摆动到的最大的高度？
[分析与解]根据本题相互作用过程的特点，应分为两个过程：A与B的完全非弹性碰撞；C对A、B一起的作用过程，直到三者具有共同速度时，C摆到最大高度。
解得：H=0.075米
（2）物理分析归纳题：这类物理问题对学生的分析归纳能力要求最高。因为这类物理问题往往与学生已有的“知识组块”差异较大，难以纳入已有的认知结构中。这时，学生就需要重新调整原有的认知结构，以构建能够包括新对象的知识系统，并用于求解新的物理问题。用心理学的观点看，这是一个知识顺应的过程。
[例3]如图5所示，一条长为L的细线上端固定，下端拴一个带电小球。将它置于方向水平向右的匀强电场中，已知平衡时细线离开竖直位置的偏角为α（α很小），若将细线的偏角由α增大到θ，然后将小球由静止开始释放，小球运动到使细线处于竖直位置时速度为零。试求这一过程所经历的时间。
学生垂直迁移能力的关键在于头脑中所贮存的关于“原问题的知识组块”和学生对问题的分析能力，而对问题的分析能力体现在学生是否能够从“待处理问题”中分析出解决这一问题所需要的“新知识组块”。垂直迁移的难易程度决定于“原问题知识组块”和“待处理问题”的差异的大小。差异越小，即所需的“新知识组块”越小，迁移越容易。
总之，如果教师能充分理解迁移的发生规律及影响因素，在物理习题教学中，灵活创设和利用有利于积极迁移的条件，促进积极迁移的发生，巧妙利用迁移原理，不仅能加深学生对物理概念的理解，增强学生对物理规律的把握，更能提高学生运用物理原理解决实际问题的能力。
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