基于“無邊界學(xué)習(xí)”理論的“牛頓第一定律”教學(xué)改進(jìn)探討

鄭思琦 桑芝芳

摘 ? 要：“無邊界學(xué)習(xí)”指的是突破傳統(tǒng)教學(xué)中的時(shí)空、人員關(guān)系、學(xué)段、學(xué)科以及評價(jià)方式等界限，運(yùn)用多種方法靈活開展教學(xué)的一種方式。筆者針對當(dāng)前“牛頓第一定律”教學(xué)中存在的問題，基于“無邊界學(xué)習(xí)”理論對應(yīng)該如何改進(jìn)“牛頓第一定律”的教學(xué)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：無邊界學(xué)習(xí);牛頓第一定律;改進(jìn);探討

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2019）11-0025-3

無邊界學(xué)習(xí)作為一個(gè)概念，首先來源于管理學(xué)，后作為一種新的教學(xué)和學(xué)習(xí)方法被教育教學(xué)領(lǐng)域引入。要界定無邊界學(xué)習(xí)，首先就要確定學(xué)習(xí)的邊界。教學(xué)的實(shí)施者主要是老師，學(xué)習(xí)的地點(diǎn)是教室，學(xué)習(xí)的時(shí)間是課堂教學(xué)時(shí)間，學(xué)習(xí)的內(nèi)容是分門別類的學(xué)科知識，學(xué)習(xí)的目標(biāo)是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，這些都可以理解為學(xué)習(xí)的邊界，按這些規(guī)定所進(jìn)行的學(xué)習(xí)是有邊界學(xué)習(xí)。無邊界學(xué)習(xí)便是跳脫這些邊界，靈活開展教學(xué)的一種學(xué)習(xí)方式。無邊界學(xué)習(xí)打破教學(xué)常規(guī)，打破種種邊界限制，從而提高教育教學(xué)效率，具有以下特點(diǎn)：第一，時(shí)間、空間的限制予以打破。第二，學(xué)習(xí)過程中人員關(guān)系的模糊。第三，模糊學(xué)科界限。第四，目標(biāo)評價(jià)的多元化[1]。因此，針對“牛頓第一定律”教學(xué)中存在的問題，可以用“無邊界學(xué)習(xí)”理論為指導(dǎo)加以改進(jìn)，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。

1 ? ?當(dāng)前“牛頓第一定律”教學(xué)中存在的問題

第一，教學(xué)時(shí)間不充足。初中階段對“牛頓第一定律”的教學(xué)多安排為一課時(shí)。教學(xué)過程一般是：教師做演示實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)“牛頓第一定律”，后通過例子說明生活中的慣性現(xiàn)象。可見，一節(jié)課的時(shí)間，若既要安排教師的演示實(shí)驗(yàn)并附帶必要的講解，又要讓學(xué)生有親自動手的機(jī)會，往往會讓課堂教學(xué)顧此失彼，達(dá)不到最佳的教學(xué)狀態(tài)。

第二，課堂教學(xué)多以教師的講解為主?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中，對于“牛頓第一定律”的教學(xué)要求是通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識“牛頓第一定律”[2]。在一堂課中，如果教師演示實(shí)驗(yàn)所占的比重較大，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋和物理規(guī)律的得出以教師的講解為主，那么學(xué)生親自動手實(shí)驗(yàn)的時(shí)間勢必被壓縮，這將弱化學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性，縮小學(xué)生獨(dú)立思考和探索的空間。

第三，回避高學(xué)段的知識滲透。講授“牛頓第一定律”時(shí)，通常要做小車從斜面下滑的實(shí)驗(yàn)。為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象易于解釋，往往要讓小車每次都從同一高度下滑，以確保進(jìn)入水平軌道的初速度相同，從而通過比較小車停下的時(shí)間，確定接觸面的粗糙程度，也就是摩擦力大小對小車運(yùn)動狀態(tài)的影響。究其本質(zhì)，是因?yàn)樾≤囋谒矫嫔鲜鞘芎懔ψ饔茫约铀俣群愣?，而小車在水平軌道上的初末速度相同，因此可以根?jù)公式，通過比較小車的運(yùn)動距離來判斷小車運(yùn)動的加速度大小，而加速度大小又反映了小車所受摩擦力的大小。但這一內(nèi)容相當(dāng)隱蔽，教材編寫者明白，教師明白，但是對于沒有“牛頓第二定律”作為前概念的初中生而言，則是理解上容易出現(xiàn)偏頗的地方[3]。

第四，忽視物理學(xué)科與其他學(xué)科的聯(lián)系?！芭ｎD第一定律”具有普遍性，物理學(xué)中的慣性現(xiàn)象在其他學(xué)科中也有體現(xiàn)。然而許多教師在講授“牛頓第一定律”時(shí)極少列舉其他學(xué)科中的慣性現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生對“牛頓第一定律”的普遍性認(rèn)識不夠深刻。

第五，目標(biāo)評價(jià)單一。傳統(tǒng)“牛頓第一定律”教學(xué)中多通過作業(yè)或測驗(yàn)成績反映學(xué)生是否達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。然而，這種評價(jià)方式較為單一，不能深層次地挖掘?qū)W生思維中出現(xiàn)的問題，從而根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況有的放矢地開展后續(xù)教學(xué)。

2 ? ?基于“無邊界學(xué)習(xí)”理論對“牛頓第一定律”教學(xué)的改進(jìn)

基于以上分析，筆者將從時(shí)間分配、師生關(guān)系、學(xué)段突破、學(xué)科聯(lián)系以及評價(jià)方式五個(gè)方面改進(jìn)當(dāng)前“牛頓第一定律”的教學(xué)。

第一，將課堂延續(xù)到課外，合理分配時(shí)間。教師在課前先布置學(xué)生觀看“牛頓第一定律”的微課。微課內(nèi)容包括傳統(tǒng)課堂中進(jìn)行的演示實(shí)驗(yàn)，“牛頓第一定律”的發(fā)展歷程以及一些趣味實(shí)驗(yàn)。演示實(shí)驗(yàn)是教師事先錄制好的。針對演示實(shí)驗(yàn)，微課中可以設(shè)置一些有助于學(xué)生思維深化的問題。例如，為什么要使小車每次都從相同高度開始下滑？為什么是通過比較小車的運(yùn)動時(shí)間來判斷接觸面粗糙程度對小車運(yùn)動狀態(tài)的影響？讓學(xué)生在頭腦中先組織好對這一系列問題的解釋，之后在課堂上參與討論。微課當(dāng)中的趣味實(shí)驗(yàn)應(yīng)盡量貼近學(xué)生的日常生活，比如，轉(zhuǎn)動一生一熟兩個(gè)雞蛋，可以發(fā)現(xiàn)熟雞蛋轉(zhuǎn)動速度更快;把一枚硬幣從火柴盒底部塞進(jìn)去一點(diǎn)點(diǎn)，當(dāng)我們敲打火柴盒頂端時(shí)，火柴盒會瞬間往下，這枚硬幣會有停在原處的特性，因此它就會慢慢通過火柴盒的縫隙往上跑。這些貼近生活的趣味實(shí)驗(yàn)不僅便于學(xué)生自行操作，還加深了學(xué)生對“牛頓第一定律”的理解。

第二，模糊教師與學(xué)生的關(guān)系，提高學(xué)生在課堂上的主動性。教師在課堂一開始，針對微課中設(shè)置的問題組織學(xué)生分組討論，還可以讓學(xué)生根據(jù)“牛頓第一定律”的物理學(xué)史，評價(jià)亞里士多德的猜想、分析伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理的進(jìn)步之處，之后再進(jìn)行小組匯報(bào)。這一階段不僅有助于學(xué)生相互學(xué)習(xí)，還可以暴露學(xué)生對慣性的一些錯(cuò)誤理解。最后，教師再對學(xué)生的匯報(bào)進(jìn)行總結(jié)。

因?yàn)閷W(xué)生通過微課對課堂上必做的演示實(shí)驗(yàn)已有了初步了解，所以教師在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)要避免學(xué)生只停留在“看”的層面上，應(yīng)該讓學(xué)生參與其中，留給學(xué)生質(zhì)疑的空間，讓學(xué)生思考如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí)，還可以給學(xué)生提供玻璃杯、硬幣、卡紙等日常用品，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)，并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這將讓學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)更加積極主動。

第三，突破學(xué)段的界限，適當(dāng)滲透高中物理知識。為了使學(xué)生理解上述演示實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)原理，應(yīng)該從速度變化快慢的角度去考慮“牛頓第一定律”。當(dāng)小車受到的阻力越小，其速度減小得越慢，如果沒有阻力，小車的速度將不會減小，只有這樣我們才能最終得出“如果沒有外力，小車將保持勻速直線運(yùn)動”的推論。教師可以將小車與傳感器相連，在電腦上直接把小車的“速度-時(shí)間”圖像描繪出來，如圖1所示。

從圖中可以直觀地看出，小車在接觸面依次是毛巾a、棉布b、木板c的水平軌道上滑動時(shí)間逐漸變長，斜線逐漸趨于平緩，從而可以很自然地聯(lián)想到：當(dāng)水平軌道光滑時(shí)，小車將以恒定速度一直運(yùn)動下去。相較傳統(tǒng)教學(xué)中比較小車運(yùn)動距離的長短，無邊界學(xué)習(xí)倡導(dǎo)突破學(xué)段的界限，適當(dāng)涉及加速度的概念，定性比較小車在接觸面粗糙程度不同的情況下，也即摩擦力不同的情況下，速度變化的快慢關(guān)系。這樣的教學(xué)不僅為學(xué)生解釋了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，還能為學(xué)生日后學(xué)習(xí)加速度這一概念奠定基礎(chǔ)。

第四，突破學(xué)科的界限，將物理學(xué)與其他學(xué)科相聯(lián)系。“牛頓第一定律”即慣性定律。一切物體都有保持原來運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì)，我們把這種性質(zhì)叫做慣性。其實(shí)，慣性現(xiàn)象在化學(xué)、生物等領(lǐng)域也有體現(xiàn)。例如，化學(xué)平衡理論其實(shí)就是化學(xué)反應(yīng)里的慣性原理，當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡向吸熱方向移動，只有這樣才能阻礙溫度的升高;壓強(qiáng)增大時(shí)，反應(yīng)向分子數(shù)減少的方向移動，阻止壓強(qiáng)的增大，而減壓情況正好相反。

生物學(xué)中生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力也反映了大自然的慣性。系統(tǒng)中某一因素的增加或減少，會導(dǎo)致系統(tǒng)中其他因素的變化，使整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整后又恢復(fù)為新的平衡。細(xì)胞的分裂、DNA復(fù)制、遺傳特性等，從一定側(cè)面上也反映了生物世界中的慣性。在教學(xué)中，如果能像這樣將物理與其他學(xué)科進(jìn)行適當(dāng)?shù)穆?lián)系，可以使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)更加完整。

第五，目標(biāo)評價(jià)多元化，突破目標(biāo)評價(jià)單一的局限性。在學(xué)生進(jìn)行小組匯報(bào)以及課堂回答時(shí)，教師可以根據(jù)多元化的標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生的觀點(diǎn)、物理現(xiàn)象的原理闡述以及物理問題的解決方案進(jìn)行評估?？梢圆捎肑ennifer Docktor和Kenneth Heller開發(fā)的一個(gè)學(xué)生物理問題解決能力評分框架[4]，如表1所示。

例如，學(xué)生回答“為什么是通過比較小車的運(yùn)動時(shí)間來判斷接觸面粗糙程度對小車運(yùn)動狀態(tài)的影響？”時(shí)，可以從“有用的描述”這一維度，評判學(xué)生能否從演示實(shí)驗(yàn)當(dāng)中提取有效數(shù)據(jù)、繪制圖表，將小車運(yùn)動時(shí)間與摩擦力間的關(guān)系可視化;針對學(xué)生對日常生活中慣性現(xiàn)象的解釋，可以從“物理知識和方法”這一維度，考查學(xué)生能否從現(xiàn)象中迅速挖掘關(guān)鍵點(diǎn)，并與“慣性”這一物理概念相聯(lián)系，對現(xiàn)象加以解釋;還可以從“物理應(yīng)用”這一維度，對學(xué)生應(yīng)用“慣性”解決生活實(shí)際問題的方案進(jìn)行評價(jià)。

這個(gè)表格突破了根據(jù)學(xué)生書面成績反饋學(xué)生學(xué)習(xí)情況的局限，能更全面地展現(xiàn)學(xué)生的思維過程。評價(jià)更加科學(xué)，能找出學(xué)生理解偏頗的根源，對學(xué)生一些充滿理性的邏輯推理給予肯定，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心。

3 ? ?將“無邊界學(xué)習(xí)”理論應(yīng)用于初中物理教學(xué)改進(jìn)的反思

“無邊界學(xué)習(xí)”理論的要點(diǎn)是突破教學(xué)中存在的種種邊界，運(yùn)用多種教學(xué)方法，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加靈活。筆者將基于“無邊界學(xué)習(xí)”理論進(jìn)行改進(jìn)的教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)對比，如表2所示。

但無邊界學(xué)習(xí)需要教師動用多種教學(xué)方法，對教師的教學(xué)技能要求較高。同時(shí)，突破學(xué)科、學(xué)段界限，要求教師擁有豐富的知識儲備，在一定程度上也會加重學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)，這些都需要教師在教學(xué)過程中進(jìn)一步權(quán)衡。

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（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）