对学习的迁移现象按问题解决思维路径方式进行分类,可以分水平迁移(lateral transfer)和垂直迁移(vertical transfer)。水平迁移是指同一模型与同一思维层面的问题之间的迁移;而垂直迁移是从一个已学的问题向思维层面或问题结构更纵深的方向的问题发生迁移。研究表明,如果把策略训练提高到元认知水平,则策略训练的迁移效果良好。① 现代心理学各种理论所揭示的迁移的本质,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。学习的迁移是检验学习过程中是否培养创造力的重要标志。我们认为,凡是学习都会有迁移。因为孤立的,彼此互不影响的学习是不存在的。从教学目标来看,我们着眼于学习中的正迁移,尽可能避免负迁移。正迁移量越大,说明教学效果越好。中学物理中运用迁移规律可以从概念学习的迁移、规律学习的迁移和问题解决学习的迁移三个方面来考虑。
一、概念学习的迁移
学生物理概念形成的根本方法是教师引导他们分析大量的物理现象与物理事实,从现象和事实中概括、抽象出共同的本质属性。因此概念教学的关键是进行合理抽象与概括。当然很多概念可以在原有概念基础上进行迁移而得。作者认为,概念的获得可由图 3‐17表示。
新概念的获得一般是对大量的同类物理现象概括、抽象出共同属性或本质属性。但也可以从另外三种渠道获得:①从相似概念中通过水平迁移获得。例如,学习了圆周运动的周期概念后,可迁移到振动、波动、交流电、磁场、原子模型、物理光学等各种物理问题的周期概念的学习中。学习了万有引力的概念后可迁移到库仑力的概念,学习电场概念后可迁移到磁场概念。②从异位概念中通过垂直迁移而获得。存在包容关系的两个概念称为异位概念。如力和重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力、核力之间存在包容关系。其中,“力”是另外几个具体的力的上位概念,另外几个具体的力是“力”的下位概念。在学习了力的概念后,学生明确了力是物体对物体的作用,而不同的力无非是引起作用的原因不一样,传递力的形式不一样。各种形式的力的概念学习后,有助于学生加深对“力”的认识,而“力”的概念认识的加深有助于学生对新的形式的某些具体“力”的学习。这种迁移形式显然是垂直迁移。
二、规律学习的迁移
物理规律反映了物理状态或过程中的物理概念之间的相互制约关系,是物理学的核心骨架。物理规律之间由于存在一些相同要素,学习过程中可以产生迁移。从元认知的角度来分析,物理规律之间能否顺利迁移,取决于学生对导致规律产生的深层原因(原理)是否具有一致性或相似性。例如,万有引力定律与库仑定律的基本原理十分相似,因此在很多规律上可以迁移。例如,原子的动能、势能、总能、速度、加速度、周期等物理量与轨道半径的关系,与人造卫星问题完全具有相似迁移关系。但是如果研究原子结构中电子的轨道问题时,我们知道它与人造地球卫星的轨道不完全相等。原因是电子的运动又要遵从量子化规则,因此其轨道、能量等物理量均表现出量子化规律。作者认为:一个新的规律的获得可:
动量定律可从牛顿第二定律推导而得,而动量守恒定律必须根据牛顿第二定律和牛顿第三定律推得。这是物理规律获得的主要渠道。另外三条渠道为:①以相似规律水平迁移获得,例如把机械振动中的周期、动能、势能的变化规律迁移到 LC振荡,分析其周期、磁场能、电场能的变化。②从异位规律(包括上位规律、下位规律)通过垂直迁移获得。如从玻意耳定律和查理定律(下位规律)通过归纳方法(垂直迁移)推得理想气体的状态方程(上位规律),反过来也可从理想气体的状态方程通过演绎方法(垂直迁移)推得气体的三大实验定律。
三、问题解决的迁移
问题解决(problem‐solving)需要有一定的策略作为指导。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。因此,教师在教学过程中要尽可能利用迁移方法对学生进行指导。从信息加工理论的原理来看,新手在解决问题时使用认知结构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”。迁移过程本质上是学习者利用已有的“知识组块”来处理新的问题。因此,这种方法的熟练使用有利于使新手向专家过渡,培养思维能力。
(一)水平迁移解决问题
两个或多个并列的物理问题之间存在状态或过程的相似或相同要素时,可用水平迁移方法解决问题。(A)、(B)、(C)图实质上(受力图)是同一个问题,无非是形式上有所不同而已。又如光滑的水平面上,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,无非是作用过程的快慢不一样。有些问题虽然初看一下不是同类问题,但仔细研究会发现本质。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,学生对水平迁移问题元认知能力越强,迁移的跨度可越大,迁移跨度不是很大(近迁移),例中的迁移跨度便大了(远迁移)。
教学中也要引导学生进行相似的物理过程迁移。例如弹性碰撞中两个等质量小球的速度交换问题是大家熟知的。在一个光滑的水平面上有一质量为 M的静止光滑滑块,一个质量为 m= 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?这个问题一般不能顺利迁移,但可以让学生进行计算,通过计算发现也是速度交换,这时要抓住时机让学生思考:两个结果相同的原因是什么?然后进行过程的相似性分析,即遵循的动量、能量转化的相似性分析,再让学生总结与归纳。最后可让学生进行同类问题的编题训练。实践证明,学生能编出很多类似的问题。例如,图 3‐23 所示,m= M。水平面光滑,小球以某一速度入射,与弹簧发生正碰后弹回,两物体碰撞后的速度多大?
作者的实践证明,编题训练有助于提高学生学习的积极性,培养学生思维能力或良好的思维习惯的培养,更有助于培养学生的元认知能力,从而提高迁移能力。
(二)垂直迁移解决问题
两个或多个非并列的(或包容关系)的物理问题之间存在状态或过程的相似要素时,可使用垂直迁移方法解决问题。按信息加工理论的原理,垂直迁移是学习者在已有的“原问题的知识组块”上加上某一条件变化信息来处理一个目标问题,或从已有的知识组块中分离出相对较小的知识组块的信息加工过程。
作者认为,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”和学生对目标问题的分析能力,而对目标问题的分析能力体现在学生是否能够从“目标问题”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“目标问题”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。当然,对同样一个问题,不同的处理问题或解决问题的方法,会有不同的难度,因此也需要不同的“新知识组块”。
例如,如图 3‐25 所示,一个质量为 m 的小球从固定的 1/4的光滑圆周的上端无初速地下滑,到达B点时以水平速度滑上一个质量为 M的小车,小车处于光滑的水平面上,小车平面离水平面的高度为 h。
这个问题情景可以从多个角度提出很多问题。但这个情景的“原问题信息块”是一个物体以一定的初速度滑上一个小车后,两者相互作用的简单问题。在处理这个综合问题时,只要加上两个“新信息组块”———小球从圆周上滑下来时的末速度和平抛运动的末速度,通过垂直迁移就可以解决了。
迁移是问题解决的最有效的途径。如果没有迁移,不能成功运用迁移方法,问题解决几乎是不可能的,除非问题出奇的简单。但过于简单的问题并不是一般意义上的问题,因为它不需要解决问题的过程,有的只是提取相关信息就可回答。在中学物理教学中利用迁移培养学生自我学习新知识和解决问题能力,应该是学生对概念的理解、规律的探索和运用原理解决实际问题等三条途径。
我们人类主要从事两类活动:一是改造我们的主观世界;二是改造我们的客观世界。改造主观世界就是学习活动。心理学中,学习的概念不仅指人类的学习,也指动物的学习。行为心理学主要是研究动物的学习行为的。而认知心理学则研究人的学习的心理过程,即知识结构的形成过程。建构主义的心理学则在强调人的认知结构的同时,更关注主体与环境的相互作用。