楊威虎　馬曉玲　馬文學(xué)　馬亞鵬

摘 要：“速度”是一個重要的物理概念，不同版本的教科書的編寫方式不盡相同。本文對比了5種版本的課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書，分析了各版本教科書中“速度”概念的編寫方式，提出了優(yōu)化速度教學(xué)的具體方案。

關(guān)鍵詞：平均速度；瞬時速度；教科書

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）2-0006-3

“速度”是高中物理中一個重要的概念，也是教學(xué)的難點之一，原因有二：第一，由于“位移”和“路程”不相同，高中和初中所學(xué)習(xí)的速度是不相同的，且生活中提到“速度”一詞時，有時指平均速度，有時指平均速率，還有時指瞬時速度或速率，相關(guān)概念的干擾較大；第二，從平均速度到瞬時速度，需要極限的思想方法，教學(xué)方式不當(dāng)會造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難。本文通過對5種版本的課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書的比較研究，提出了優(yōu)化“速度”教學(xué)的具體方案。

1 不同版本的教科書中“速度”概念編寫方式比較

在5個版本的教科書中，“速度”概念均出現(xiàn)在物理1（必修）的第一章中，在教科書中的位置大體相同，都編排在質(zhì)點、位移等重要概念之后。除“人教版”外，其余四個版本的教科書將平均速度和瞬時速度作為兩個相互銜接但又獨立的教學(xué)內(nèi)容。

1.1 速度概念的編寫方式比較

1）“人教版”教科書[1]緊承前一節(jié)，先討論“坐標(biāo)與坐標(biāo)的變化量”，旨在學(xué)生會用坐標(biāo)的變化量表示物體發(fā)生的位移，理解位移的矢量性。然后，通過實例比較物體運動的快慢，給出速度的定義、定義式和單位。最后，具體區(qū)分了平均速度和瞬時速度，這里滲透了極限的思想方法。

2）“司南版”教科書[2]直接定義了平均速度，以小球從斜面滾下的運動為例，計算得到相同的時間內(nèi)小球的平均速度的增加，并指出：“提到平均速度時，需要指出哪一段時間或哪一段位移內(nèi)的平均速度才有意義?！本o接著，依然以這個實例為例，給出瞬時速度的概念，并具體運用極限的思想解釋了瞬時速度的物理意義。最后，講解了用光電門測量瞬時速度的原理——用很短時間內(nèi)的平均速度代替。

3）“滬科教版”教科書[3]先通過實例介紹了勻速直線運動，指出：“把物體通過的位移s跟發(fā)生這段位移所用時間t的比值叫做速度?！逼浜笳f明，實際的運動往往是變速運動，并指出：“s/t算出的僅是某段時間（或某段位移）內(nèi)的平均速度?！痹谙乱还?jié)中，先講解了位移-時間圖像，后給出了瞬時速度的概念。最后，通過實驗——“用光電門測量瞬時速度”，講解了測量方法和瞬時速度的物理意義。

4）“教科版”教科書[4]也是先給出了平均速度的概念，通過實例講解了平均速度的方向。其后，展示了幾張頻閃照片，讓學(xué)生感知變速運動，并用極限的思想引入了瞬時速度的概念，講解了測量瞬時速度的原理，介紹了光電門裝置。

5）“粵教版”教科書[5]，先復(fù)習(xí)初中物理中速度的概念，指出：“路程不能確切地描述物體位置的變化和運動方向?！闭f明可以用“位移和產(chǎn)生這段位移的時間”來描述物體的運動，引入平均速度的概念。在“實驗與探究”欄目，給出物體做曲線運動的運動軌跡，通過理論探究的方式研究物體處于某點時瞬間的速度。最后，給出瞬時速度的概念。

1.2 各版本教科書中“速度”概念的評析

1）從內(nèi)容的選擇上，各版本教科書都堅持基礎(chǔ)性、時代性和選擇性的課程理念，尤為重視STS教育。

2）從講解方式上，各版本教科書都充分挖掘了知識點內(nèi)在的邏輯性，重視知識的形成過程及其所使用的科學(xué)思想方法。

3）從呈現(xiàn)方式上，各版本教科書都通過各種途徑，使用不同的形式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。

1.3 各版本教科書中存在的問題

1.3.1 從路程到位移的說明不夠到位

實施教學(xué)的一個重要的必要條件是了解學(xué)生原有的知識。初中物理是用路程與時間的比值來定義速度的，高中第一次用位移與時間的比值來定義平均速度。所以，教學(xué)中應(yīng)當(dāng)做好初、高中的銜接。在5種版本的教科書中，除“粵教版”簡單地提到了這個問題外，其余的教科書均是直接通過位移與時間的比值定義了平均速度，在后文也未具體區(qū)分。

1.3.2 平均速度、瞬時速度的矢量性講解不到位

平均速度和瞬時速度都是矢量。平均速度的方向與位移的方向一致；瞬時速度的方向是物體運動的方向，即運動軌跡上每一點的切線方向。在對這個重要知識點的講解時，好幾種版本的教科書含糊不清，認(rèn)為“物體運動的方向是速度的方向”，并未指出平均速度的方向和位移的方向一致。只有“教科版”教科書正確地區(qū)分了兩種速度的方向。

1.3.3 部分教科書對瞬時速度概念的講解不到位

在大多數(shù)情況下，我們說物體的速度都是指瞬時速度，這說明瞬時速度是一個重要的物理概念。比較5種版本的教科書對瞬時速度概念的講解可以發(fā)現(xiàn)：“人教版”從理論到理論，學(xué)生對瞬時速度缺乏直觀的認(rèn)識；“滬科教版”給出了瞬時速度的概念和測量瞬時速度的方法，但對為什么可以用一段時間內(nèi)的平均速度代替物體通過某個位置的瞬時速度沒有進(jìn)行深入分析；“粵教版”通過曲線運動，由“割線”到“切線”的變化講解瞬時速度，增加了難度。

1.3.4 對比值定義法的闡釋不夠明了

“速度”是高中物理中第一個用“比值定義法”定義的物理量。在5種版本的教科書中，只有“人教版”教科書利用旁批說明“我們用兩個物理量（位移和時間）的比值定義了一個新的物理量（速度），它的物理意義與原來兩個物理量完全不同”，其他版本教科書均沒有相應(yīng)的內(nèi)容。而且，各版本教科書均沒有闡述“為什么用比值來定義速度”以及“比值定義法的實質(zhì)是什么”等問題。

2 優(yōu)化“速度”概念教學(xué)的具體方案

環(huán)節(jié)1：學(xué)習(xí)平均速度

視頻：“飛人”博爾特百米奪冠的視頻

思考1 博爾特百米成績約為10 s，我校體育健將的百米成績約為12 s，哪位運動員運動得快？為什么？

思考2 兩輛汽車在平直的公路上行駛，2 h內(nèi)，甲車發(fā)生的位移為50 km，乙車發(fā)生的位移為80 km，請問：哪輛車運動得快？為什么？

通過視頻和思考，調(diào)動學(xué)生的感官和思維，引入描述物體運動快慢的問題。通過對“為什么”的思考，得出要比較物體運動的快慢，需要選擇一定的標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)習(xí)比值定義法作鋪墊。

思考3 博爾特和汽車乙，哪個運動得快呢？

時間不同，位移也不同，產(chǎn)生了新的問題，需要確定新的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生通過討論，將問題指向判斷單位時間內(nèi)物體發(fā)生的位移。

定義1：在物理學(xué)中，把位移與發(fā)生這一位移所用時間的比值，稱之為平均速度。

定義概念之后，寫出定義式和單位。

問題與討論1 ①物體甲沿直線由A運動到B，物體乙同時沿直線由B運動到A，請問：甲、乙兩物體運動的快慢一樣嗎？

②某同學(xué)沿400 m跑道跑步1圈用時55 s，該同學(xué)的平均速度是多少？

通過積極地討論，得出：第一，平均速度是一個矢量，且其方向和位移方向相同；第二，平均速度是位移與時間的比值，而非路程與時間的比值，路程與時間的比值稱之為平均速率。

問題與討論2 如圖1，一物體沿直線運動，O、A、B、C是直線上幾個點，物體依次經(jīng)過相鄰兩個點的時間間隔均為2 s，求物體經(jīng)過OA、AB、BC段的平均速度以及全程的平均速度。

通過上述問題，讓學(xué)生明確：平均速度描述的是某一段時間內(nèi)或某一段位移上物體運動的平均快慢程度，提到平均速度，要明確是哪段時間（或哪段位移）的平均速度。

環(huán)節(jié)2：介紹比值定義法

講解：在定義平均速度時，我們用兩個物理量（位移和時間）的比值定義了一個新的物理量（速度）。這種定義物理量的方法，稱為比值定義法。之所以這樣定義平均速度，是因為我們找到了比較兩個物體運動快慢的標(biāo)準(zhǔn)，即比較單位時間內(nèi)物體發(fā)生的位移。

環(huán)節(jié)3：學(xué)習(xí)瞬時速度

問題1 在十字路口等紅燈時，不同的車輛通過路口時的運動快慢一樣嗎？汽車的儀表盤上有一個速度計，當(dāng)汽車在公路上行駛時，它的讀數(shù)變不變？

通過實例，讓學(xué)生感知變速運動，發(fā)現(xiàn)平均速度只能粗略地描述運動的快慢，提出精確描述物體運動快慢的問題。

問題2 如圖2，一輛汽車在平直的公路上運動，O、A、A1是運動軌跡上的幾個點。如何描述汽車在A點的運動快慢呢？

問題3 可測得汽車在AA1段位移的大小和所用時間，計算出平均速度。可否用這個平均速度表示物體經(jīng)過A點時的運動快慢呢？

問題4 若在AA1之間找一點A2，用同樣的辦法計算出AA2段的平均速度，相比AA1段而言，是不是更能夠反映物體經(jīng)A點的運動快慢？

問題5 如果從A點起，所選的位移更小一些，如圖3，AA3、AA4、AA5段的平均速度，哪個更能夠反映物體經(jīng)過A點時的運動快慢？

問題6 當(dāng)位移足夠小，所用的時間間隔也足夠小，可否認(rèn)為這段時間內(nèi)汽車做勻速運動？

通過問題2～6，學(xué)生逐步意識到，可以用無限分割的方法，取很短的一段時間，用這段時間的平均速度來表示物體在某時刻或經(jīng)過某位置的運動快慢。教師可以適時地告知學(xué)生，這種方法稱之為“極限法”。

結(jié)論：由此可見，當(dāng)Δt非常非常小時，我們把稱為物體在時刻t的瞬時速度。

定義2：運動物體在某時刻或某位置的速度，叫做瞬時速度。其大小稱之為瞬時速率，簡稱速率。瞬時速度的方向和物體運動的方向一致。

對概念的拓展，要充分地考慮學(xué)生的可接受性（最近發(fā)展區(qū)），不能過于拔高。因此，這里就不再介紹曲線運動的速度方向問題。

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（欄目編輯 趙保鋼）