迁移理论在电磁学教与学中的应用
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一、引言
现代教育教学理念及新一轮课程改革破除了传统的“填鸭式”的灌输教学模式，取而代之的是在教师主导下注重发挥学生主体作用的新型教学模式，重视教师的启发性、引导性与组织管理作用，但更加强调学生的自主性、积极性与学习主体地位。在知识学习方面，改变教学过程中被动接受、机械记忆的现状，倡导和引领学生主动学习、探究发现的新常态。培养学生获取信息、构建知识的能力以及发现问题、解决问题的能力。
现代教育心理学研究认为：学习是一个个体主动建构的过程，是通过学习者新获取的外部信息与原有经验相互作用来完成的，而并非简单地将知识“塞”到学生的头脑里，而是要求教师引导学生根据学生以往知识经验建构起新的经验，进而形成完备的认知结构和知识体系。在此基础上，知识迁移理论应运而生，教育界更是提出了“为知识迁移而教”的口号。
电磁学是物理学科的重要组成部分，也是物理教学中的重点和难点，对于学习者而言，它具有知识内容庞杂、概念定理抽象等特点，在刚开始学习时，不易理解和掌握，而在学习和应用的过程中很容易造成混淆。但其中也不乏对称和相似的地方，比如电磁学中的重点部分静电场和稳恒磁场无论在性质、概念还是规律、方法上都具有一定的相似性和对称美，这就为这部分教学开辟了道路，提供了思路。它启发我们可以将知识迁移的相关原理和方法应用在这部分教学中，从而使学生掌握科学的学习方法，去主动构建知识体系，从以往的“要我学”变为“我要学”“我会学”，从而提高教学效益和学习效率。本文正是基于以上认识，重点从知识迁移理论的一般原理介绍、影响知识迁移的因素与促进正迁移的方法、电磁学中相关知识的联系与区别、在具体应用中提高知识迁移的能力等四个方面进行论述，以期为电磁学课程的教学与学习提供一些参考和帮助。
二、知识迁移理论的一般原理介绍
1.知识迁移的必要性与可行性分析
当今社会科技文化日新月异，各种知识浩如烟海，尤其随着网络信息技术的应用和发展，人类已经进入知识信息大爆炸的时代，各领域知识层出不穷，相互交融。面对如此庞杂的知识和信息，如何有效学习，获取信息成了人类所面临的问题之一。要解决这一问题，知识迁移就成为一条有效途径。
人类在获取知识，解决问题的过程中，总是或多或少地要运用自身的已有知识和相关经验，这样就不必事事摸索，反复试错，从而提高了学习和解决问题的效率，基于人类思维的这一特点，知识迁移成为一种可能。
2.知识迁移理论简要介绍
现代教育理论认为，学习是一个连续进行的过程，任何学习都是在学习原有的直接经验或间接经验、知识技能以及情感态度的基础上实现的，不受原有认知结构和经验系统影响的学习是不存在的，先前学习是后续学习的基础和准备，后续学习是在与先前学习的相互影响与彼此联系中进行的，而反过来，新的学习过程和结果会对学习者旧有的相关经验、知识技能和态度等造成影响，或者巩固加强原有知识经验，或者修改甚至替代原有知识经验。这种新旧知识之间相互作用、相互影响的过程叫作学习的迁移。迁移现象在日常生活和学习中是极其普遍的，比如古代的《论语·述而》中就有“不愤不启，不悱不发，举一隅不以三隅反，则不复也”的思想，再比如，学会骑自行车以后再去学骑摩托车就会容易得多。
根据不同的标准，可以将迁移划分为不同的类型。而按照作用效果不同可分为正迁移与负迁移，所谓正迁移（积极迁移），顾名思义，就是一种学习对另外一种学习、一种知识技能的获得对另外一种知识技能的获取产生的积极影响和促进作用，比如，学会了弹钢琴再去学手风琴会觉得简单得多，因为二者在手法与演奏技巧上有其相通之处，可以相互借鉴，形成合理的技能迁移。而所谓负迁移（消极迁移），就是指一种知识技能的习得对另一种学习产生的干扰或者不利影响，比如在学习过程中形成的思维定势会对以后的学习造成极大的危害，像物理学习中学过电阻的串并联计算公式之后再对电容串并联进行计算时就会因为思维定势而造成干扰。继而形成错误的认识。我们的任务就是要促进正迁移在学习中发挥积极的建设性作用，而避免或者消除负迁移带来的消极影响。
三、影响知识迁移的因素与促进正迁移的方式
（一）影响因素
影响学习迁移的因素包含主观和客观两个方面。
1.主观因素
（1）学生个体的智力水平。心理学研究表明，个体智力水平的高低将直接影响知识迁移能力的大小，智力水平越高，在面临较复杂的问题情境时分析问题的能力就越强，进而运用迁移解决问题的能力就越强。例如，在面对同样复杂程度的問题时，智力水平较高的学生往往擅于将复杂问题分解为许多“步”较简单的问题，从而将一个复杂的“新”问题化解为若干个容易解决的“老”问题，实现学习的顺利迁移。
（2）旧有经验的概括化水平。要实现学习迁移的顺利进行，学习者除了要具有相关的知识背景这一基本前提外，学生原有经验的概括化水平对迁移也起着至关重要的作用，学生原有知识经验的概括化水平越高，其普适性往往越高，往往就能与更为广泛的知识相适应，从而使迁移更顺利、更广泛地进行。比如，在各科的学习中所掌握的基本概念、定理、规则就是因为他们的概括化水平较高，能运用于更为一般的情境，进而提高学习和问题解决的效率和效果。
（3）学习者的思维定势。思维定式是一种预备性心理倾向，是在以往学习活动中形成的一种惯性思维模式，在以后遇到相同或者相似的情境时，就会自发地运用这一思维方式，形成一些条条框框，而对于知识迁移来说，其所造成的影响可能是积极的，比如我们在物理学习中所形成的一些有效的思路与方法。而有时这种思维定势也会给我们带来严重的干扰，比如一些问题表面上看起来相似，但究其根本又有质的不同。这时，学习者就容易被其表面所蒙蔽而觉察不到本质的差别，由于思维定式机械地采用固有的方法而产生错误，这就要求我们打破思维定式，跳出思想的框框，合理变通，使迁移效果达到最优化。
2.客观因素
（1）学习材料之间的相似性。不同学习材料之间存在相似或相同的成分，是知识迁移顺利发生的条件和基础，心理学表明，学习材料之间相似度的大小决定了迁移范围和作用的大小。教师正是要帮助学生寻找不同知识间的联系，促进学生正迁移的发生。
（2）学习情境之间的相似性。人们在不同的情境下会产生不同的知识经验、情感态度或思维范式，而在相似的情境下就会不自觉地将这种相关经验、情感或思维运用在学习中，从而影响新的学习效果。而现在所提倡的“情境教学”就是指教师在教学过程中有针对性地展示或人为创设一些生动具体的情境，调动起学生相关的生活经验或旧有知识，进而帮助学生获得提示与启发，更好地理解教材，形成良好的情感态度。
（3）教师的有效指导。教师主导作用的有效发挥就在于其对课堂活动的有序管理，教学环节的科学组织以及对学生学习的有效引导，这是教师职业素养的集中体现。这就要求教师不满足于仅限于知识传授的“教书匠”角色，而且要力求达到科学性、教育性和艺术性相结合的现代“教育者”的要求，具有“为知识迁移而教”的理念。
（二）促进物理知识正迁移的一般方法
基于上述影响知识迁移的主客观因素，现结合不同的教学环节提出促进知识迁移的一些有效方法。
1.掌握学生已有认知经验
在教学设计环节，即备课阶段，教师不仅要“备教材、备教法”，更要“备学生”，也就是通过各种方式，比如调查问卷，进行课前摸底和学情分析，力求整体、准确掌握学生的认知水平和知识经验，也就是全面掌握学生学习的实际情况，并以此为起点，确定教学目标、教学方式等。只有这样才能充分利用学生已有的认知经验，顺利实现旧知识向新知识的过渡和迁移，才能使教学更能做到有的放矢，在照顾全体的基础上做到因材施教，使教学活动高效有序进行。
2.创设利于知识迁移的教学情境
在新课导入环节，采用多种教学方式，如课件与实物展示、教学影片、课堂小实验等，利用学生已学知识或日常生活经验，既可以唤起学生的学习兴趣，提高积极性，获取直接认知经验，又可以在这一过程中通过教师的合理引导，发现问题，提出假设，并且努力寻求用已有知识解释现象，解决问题，进而导入新课，形成知识之间的内在联系，实现知识的平稳过渡和顺利迁移。比如，进行“布朗运动”部分的教学时，在导入环节便可采用显微镜下观察碳素墨水中碳粒运动的课堂实验。
3.挖掘知识之间的内在联系
在新课教学环节，便可以把具有相同知识要素的学习材料或具有相同知识结构的内容相互类比，把新的知识纳入学生已有的认知结构中，完善、修改甚至替代原有认知结构，实现知识的横向迁移。比如，在进行“静电场”部分的教学时，可以借助类比于重力场的性质、重力做功的特点及其与重力势能转化的关系来说明，挖掘两者间的内在联系，实现知识间的横向迁移，达到事半功倍的效果。
4.理论联系实践，加强知识应用
知识掌握得是否牢靠，理解得是否到位。只有通过知识的应用才能最终体现出来，实践是检验真理的唯一标准，在练习提高环节，教师应通过物理概念及规律的典型应用，适当的变式训练和问题解决，积极地引导与反馈，促进学生知识的纵向迁移。
5.有效总结，形成知识脉络
在课堂小结阶段，采用知识结构图等方式帮助学生建立清晰、科学、完整的物理知识脉络和结构体系，形成概念与概念、概念与规律、规律与规律间的有效联系，使零碎的知识系统化，使学生能够以点带面，加深对物理知识的理解，提高物理知识的概括化水平，进而促进知识迁移的顺利实现。
四、电磁学相关知识的联系与区别
电磁学是物理教学中的重点，但其知识点较为繁多，甚至要综合运用多种知识，这就为这部分的教学和学习带来了一定困难，为了提高学习的效率和效果，我们完全可以运用知识迁移的相关理论和方法使电磁学的教与学高效进行。按照上述分析结果，要实现知识的积极迁移，首先要挖掘两类知识的共同要素和内在联系。为了便于观察，现采用表格的形式进行展示。如下表：
五、知识迁移的实践应用
知识学习的最终目的在于运用，只有将学过的知识灵活地应用于新问题、新情境以及新知识学习的过程中，才能做到触类旁通，才能在实践中得到真理并且检验真理。教与学是一个不断实践和反思的过程，而在知识的教与学过程之中，就要求我们自觉地运用迁移理论和思维指导实践，从而解决新问题，适应新情景，学习新知识。
现以电磁学中的两道习题为例加以说明。
题1：两无限长的共轴圆柱面均匀带电，沿轴线方向单位长度带电量分别为λ1、λ2，圆柱半径分别为r1、r2，如图1，求距离轴线为r的P点处电场强度E的大小。
题2：一无限长导体半径为R，通有均匀分布的电流I0，取一矩形平面S（长1m，宽2R），如图2所示，求通过该平面S的磁通量Φ的大小。
解题思路与步骤：
对称性分析：
题1中，静止点电荷激发静电场，共轴圆柱面关于中心轴对称，且均匀带电，所以其场强关于中心轴对称而成辐射状分布，即在与其共轴的圆柱面上场强大小处处相等，方向与其侧面垂直（可以看做是由无限多点电荷激发产生，而任一点处的点电荷在过中心轴半径方向的场强会与其他点电荷产生的场强相互叠加，由于对称性，沿非半径方向的分量会相互抵消，只留下沿半径方向的场强分量，其他点亦如此）。
题2中，运动电荷（电流）激发稳恒磁场，导体关于中心轴对称，且通有均匀分布的电流，所以其磁场关于中心轴对称而成环状分布（由右手螺旋定则可判定其方向），且在与中心轴垂直的圆周上磁感应强度大小处处相等，方向沿其切线方向（同样可以把导体看做无限多电流元，由毕奥萨-法尔定律及对称性可以得出结论）。
总结建议知识迁移理论是根据人类认知特点和学习规律提出的重要理论，它对于学生学习、灵活运用知识解决问题及教师教学和反思都有非常重要的借鉴意义，尤其在当代社会已经由阶段学习向终身学习转变，知识学习从单学科向多学科、跨学科发展的背景下，掌握知识学习、问题解决以及教学引导的有效方法显得尤为重要。学习和教学是一个不断摸索与总结的过程，更需要用科学的理论加以指导，以此可以提高我们的工作效率，达到事半功倍的效果。
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