基于“无边界学习”理论的“牛顿第一定律”教学改进探讨

郑思琦 桑芝芳

摘   要：“无边界学习”指的是突破传统教学中的时空、人员关系、学段、学科以及评价方式等界限，运用多种方法灵活开展教学的一种方式。笔者针对当前“牛顿第一定律”教学中存在的问题，基于“无边界学习”理论对应该如何改进“牛顿第一定律”的教学进行了探讨。

关键词：无边界学习;牛顿第一定律;改进;探讨

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2019）11-0025-3

无边界学习作为一个概念，首先来源于管理学，后作为一种新的教学和学习方法被教育教学领域引入。要界定无边界学习，首先就要确定学习的边界。教学的实施者主要是老师，学习的地点是教室，学习的时间是课堂教学时间，学习的内容是分门别类的学科知识，学习的目标是达到教学目标，这些都可以理解为学习的边界，按这些规定所进行的学习是有边界学习。无边界学习便是跳脱这些边界，灵活开展教学的一种学习方式。无边界学习打破教学常规，打破种种边界限制，从而提高教育教学效率，具有以下特点：第一，时间、空间的限制予以打破。第二，学习过程中人员关系的模糊。第三，模糊学科界限。第四，目标评价的多元化[1]。因此，针对“牛顿第一定律”教学中存在的问题，可以用“无边界学习”理论为指导加以改进，从而达到更好的教学效果。

1    当前“牛顿第一定律”教学中存在的问题

第一，教学时间不充足。初中阶段对“牛顿第一定律”的教学多安排为一课时。教学过程一般是：教师做演示实验，由实验现象总结“牛顿第一定律”，后通过例子说明生活中的惯性现象。可见，一节课的时间，若既要安排教师的演示实验并附带必要的讲解，又要让学生有亲自动手的机会，往往会让课堂教学顾此失彼，达不到最佳的教学状态。

第二，课堂教学多以教师的讲解为主。《义务教育物理课程标准（2011年版）》中，对于“牛顿第一定律”的教学要求是通过实验认识“牛顿第一定律”[2]。在一堂课中，如果教师演示实验所占的比重较大，实验现象的解释和物理规律的得出以教师的讲解为主，那么学生亲自动手实验的时间势必被压缩，这将弱化学生在学习过程中的主动性，缩小学生独立思考和探索的空间。

第三，回避高学段的知识渗透。讲授“牛顿第一定律”时，通常要做小车从斜面下滑的实验。为了使实验现象易于解释，往往要让小车每次都从同一高度下滑，以确保进入水平轨道的初速度相同，从而通过比较小车停下的时间，确定接触面的粗糙程度，也就是摩擦力大小对小车运动状态的影响。究其本质，是因为小车在水平面上是受恒力作用，所以加速度恒定，而小车在水平轨道上的初末速度相同，因此可以根据公式，通过比较小车的运动距离来判断小车运动的加速度大小，而加速度大小又反映了小车所受摩擦力的大小。但这一内容相当隐蔽，教材编写者明白，教师明白，但是对于没有“牛顿第二定律”作为前概念的初中生而言，则是理解上容易出现偏颇的地方[3]。

第四，忽视物理学科与其他学科的联系。“牛顿第一定律”具有普遍性，物理学中的惯性现象在其他学科中也有体现。然而许多教师在讲授“牛顿第一定律”时极少列举其他学科中的惯性现象，导致学生对“牛顿第一定律”的普遍性认识不够深刻。

第五，目标评价单一。传统“牛顿第一定律”教学中多通过作业或测验成绩反映学生是否达到教学目标。然而，这种评价方式较为单一，不能深层次地挖掘学生思维中出现的问题，从而根据学生的实际情况有的放矢地开展后续教学。

2    基于“无边界学习”理论对“牛顿第一定律”教学的改进

基于以上分析，笔者将从时间分配、师生关系、学段突破、学科联系以及评价方式五个方面改进当前“牛顿第一定律”的教学。

第一，将课堂延续到课外，合理分配时间。教师在课前先布置学生观看“牛顿第一定律”的微课。微课内容包括传统课堂中进行的演示实验，“牛顿第一定律”的发展历程以及一些趣味实验。演示实验是教师事先录制好的。针对演示实验，微课中可以设置一些有助于学生思维深化的问题。例如，为什么要使小车每次都从相同高度开始下滑？为什么是通過比较小车的运动时间来判断接触面粗糙程度对小车运动状态的影响？让学生在头脑中先组织好对这一系列问题的解释，之后在课堂上参与讨论。微课当中的趣味实验应尽量贴近学生的日常生活，比如，转动一生一熟两个鸡蛋，可以发现熟鸡蛋转动速度更快;把一枚硬币从火柴盒底部塞进去一点点，当我们敲打火柴盒顶端时，火柴盒会瞬间往下，这枚硬币会有停在原处的特性，因此它就会慢慢通过火柴盒的缝隙往上跑。这些贴近生活的趣味实验不仅便于学生自行操作，还加深了学生对“牛顿第一定律”的理解。

第二，模糊教师与学生的关系，提高学生在课堂上的主动性。教师在课堂一开始，针对微课中设置的问题组织学生分组讨论，还可以让学生根据“牛顿第一定律”的物理学史，评价亚里士多德的猜想、分析伽利略的理想斜面实验与科学推理的进步之处，之后再进行小组汇报。这一阶段不仅有助于学生相互学习，还可以暴露学生对惯性的一些错误理解。最后，教师再对学生的汇报进行总结。

因为学生通过微课对课堂上必做的演示实验已有了初步了解，所以教师在演示实验时要避免学生只停留在“看”的层面上，应该让学生参与其中，留给学生质疑的空间，让学生思考如何改进实验方案。同时，还可以给学生提供玻璃杯、硬币、卡纸等日常用品，让学生自行设计小实验，并解释实验现象。这将让学生的课堂学习更加积极主动。

第三，突破学段的界限，适当渗透高中物理知识。为了使学生理解上述演示实验的本质原理，应该从速度变化快慢的角度去考虑“牛顿第一定律”。当小车受到的阻力越小，其速度减小得越慢，如果没有阻力，小车的速度将不会减小，只有这样我们才能最终得出“如果没有外力，小车将保持匀速直线运动”的推论。教师可以将小车与传感器相连，在电脑上直接把小车的“速度-时间”图像描绘出来，如图1所示。

从图中可以直观地看出，小车在接触面依次是毛巾a、棉布b、木板c的水平轨道上滑动时间逐渐变长，斜线逐渐趋于平缓，从而可以很自然地联想到：当水平轨道光滑时，小车将以恒定速度一直运动下去。相较传统教学中比较小车运动距离的长短，无边界学习倡导突破学段的界限，适当涉及加速度的概念，定性比较小车在接触面粗糙程度不同的情况下，也即摩擦力不同的情况下，速度变化的快慢关系。这样的教学不仅为学生解释了这个实验的本质，还能为学生日后学习加速度这一概念奠定基础。

第四，突破学科的界限，将物理学与其他学科相联系。“牛顿第一定律”即惯性定律。一切物体都有保持原来运动状态不变的性质，我们把这种性质叫做惯性。其实，惯性现象在化学、生物等领域也有体现。例如，化学平衡理论其实就是化学反应里的惯性原理，当温度升高时，平衡向吸热方向移动，只有这样才能阻碍温度的升高;压强增大时，反应向分子数减少的方向移动，阻止压强的增大，而减压情况正好相反。

生物学中生态系统的自我调节能力也反映了大自然的惯性。系统中某一因素的增加或减少，会导致系统中其他因素的变化，使整个系统经过一定时间的调整后又恢复为新的平衡。细胞的分裂、DNA复制、遗传特性等，从一定侧面上也反映了生物世界中的惯性。在教学中，如果能像这样将物理与其他学科进行适当的联系，可以使学生的知识结构更加完整。

第五，目標评价多元化，突破目标评价单一的局限性。在学生进行小组汇报以及课堂回答时，教师可以根据多元化的标准对学生的观点、物理现象的原理阐述以及物理问题的解决方案进行评估。可以采用Jennifer Docktor和Kenneth Heller开发的一个学生物理问题解决能力评分框架[4]，如表1所示。

例如，学生回答“为什么是通过比较小车的运动时间来判断接触面粗糙程度对小车运动状态的影响？”时，可以从“有用的描述”这一维度，评判学生能否从演示实验当中提取有效数据、绘制图表，将小车运动时间与摩擦力间的关系可视化;针对学生对日常生活中惯性现象的解释，可以从“物理知识和方法”这一维度，考查学生能否从现象中迅速挖掘关键点，并与“惯性”这一物理概念相联系，对现象加以解释;还可以从“物理应用”这一维度，对学生应用“惯性”解决生活实际问题的方案进行评价。

这个表格突破了根据学生书面成绩反馈学生学习情况的局限，能更全面地展现学生的思维过程。评价更加科学，能找出学生理解偏颇的根源，对学生一些充满理性的逻辑推理给予肯定，可以激发学生学习物理的信心。

3    将“无边界学习”理论应用于初中物理教学改进的反思

“无边界学习”理论的要点是突破教学中存在的种种边界，运用多种教学方法，使学生的学习更加灵活。笔者将基于“无边界学习”理论进行改进的教学与传统教学对比，如表2所示。

但无边界学习需要教师动用多种教学方法，对教师的教学技能要求较高。同时，突破学科、学段界限，要求教师拥有丰富的知识储备，在一定程度上也会加重学生的课业负担，这些都需要教师在教学过程中进一步权衡。

参考文献：

[1]詹韩琼.论高中语文的无边界学习[D].武汉：华中师范大学硕士学位论文，2012.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012：18-19.

[3]黄培峰.关于“牛顿第一定律”的教学研究[J].中学物理教学参考，2018，47（11）：17-21.

[4]冯士季.认知诊断视角的地理问题解决能力评价研究[D].武汉：华中师范大学博士学位论文，2014.

[5]杨平儿.话题·对话·叙事·体验——“无边界学习”理论建构和操作策略[J].上海教育科研，2006（11）：83-85.

[6]尤众喜.无边界学习及其支持和引导研究[D].上海：华东师范大学硕士学位论文，2005.

（栏目编辑    刘   荣）