三种版本初中物理教材“速度”概念的比较及教学策略

朱柏树

摘 要 比较人教版、苏科版和上教版三个版本教材对“速度”概念的不同描述，分析各版本教材编写的特点。从高中“速度”的教学要求出发，分析学生在初高中阶段对速度概念认知的发展，明确初中“速度”的内涵，提出初中“速度”的教学策略。

关键词 不同版本 速度 认知发展 初高中衔接 教学策略

一、三种版本教材“速度”描述的比较

1.三种版本教材“速度”的描述

（1）人教版教材[1]中速度描述

人教版教材使用比值定义法定义速度，给出速度计算公式和速度的物理意义，没有将速度的定义限定于直线运动。

（2）苏科版教材[2]中速度描述

苏科版教材给出了速度的物理意义和计算公式，没有使用比值定义法定义速度，也没有将速度的定义限定于直线运动。

（3）上教版教材[3]中速度的概念出现在“匀速直线运动”中

上教版教材给出速度计算公式和速度的物理意义，将速度的定义限定于直线运动。比值定义法的思想体现不明显。

2.三种版本教材“速度”的描述差异

比较上述三种教材，它们的主要差异有两点：

（1）是否使用比值定义法定义速度；

（2）是否将速度的定义限定于直线运动。

同一个概念，不同版本教材描述为什么会出现上述两点差别呢？这是由速度这个概念的特殊性所决定的。速度是学生惟一历经初中、高中和大学三个学段学习的一个“特殊”概念，随着学习的深入，学生对它的认识逐渐加深和提高。初中“速度”作为一个过渡性概念，不同版本教材编者对它的理解与认识的不同，导致描述方式出现差异。

二、从高中“速度”看初中“速度”

1.高中对速度的认识

在高中，与速度直接相关的物理量有四个：平均速度、瞬时速度、平均速率和瞬时速率。它们的定义如表1所示。

学生进入高中学习时，在直线运动中，用位移定义速度，认识其矢量性，形成平均速度的认识。再用极限或微分的数学方法将平均速度发展成瞬时速度。

2.对初中“速度”的认识

（1）初中“速度”的内涵

初中“速度”是一个过渡性概念，它将发展成高中的平均速度。从初中到高中，学生对速度概念认知的发展过程如图4所示。

学生在初中“速度”的认识基础上，融入矢量性的知识后，用位移定义速度，将初中速度发展成高中的平均速度。所以，表1中高中的四个“速度”中与初中速度直接对接的是平均速度，即初中速度是高中平均速度的“前身”。

因此，初中速度应该是高中平均速度中除矢量性外的其他内容，即初中速度就是高中平均速度的大小。

（2）将初中“速度”的定义限定于直线运动

需要注意的是，在表1中，质点的路程s与经过这一段路程所用时间△ t 的比值，即vs=，定义的是平均速率。当质点沿曲线运动时，位移大小小于路程，其平均速率大于平均速度的大小，这时平均速率不等于平均速度的大小，它们的意义和结果都是不同的。

在初中，如果不限定于直线运动，直接用“路程与时间的比值”来定义速度，这种定义方式定义的是平均速率，而不是平均速度的大小。如果再将这一定义应用在曲线运动中，虽然教学时不向学生提及平均速率的概念，但这时在学生的潜意识中，他们对速度的定义所形成的是高中平均速率的认识，他们会在无意识中将初中速度定位成高中的平均速率，后续学习中将自然地将其发展成平均速率。这样的发展轨迹偏离初中速度的发展方向。而将初中速度的定义及应用都限定在直线运动中，就可避免学生对初中速度的认识产生上述偏差。

虽然初中教学中我们不要求学生区分平均速度的大小与平均速率的不同，但有一点是肯定的，初中速度作为一个过渡性概念，我们给学生的定义即使是阶段性的，也必须是严谨的，不能让学生在潜意识中形成偏离发展方向的、错误的认识。

因此，在初中定义速度时，应将其定义限定于直线运动。上教版教材（图3）中在定义速度时加上“直线运动”的限制条件，正是基于这样的考虑。

三、三种版本教材速度描写的分析

人教版教材（图1）中，突出比值定义法的思想，但表述过于简单，未将速度的定义限定于直线运动。如果教师在教学中处理不当，学生容易将概念定位成高中的平均速率，不利于高中阶段的教学。这样的描写可能使初中学生在潜意识中对速度概念的构建“偏离正道”。

虽然人教版教材在定义速度时，没有加上直线运动的条件，但在本章教材的小结“学到了什么”[1]中又将速度的定义限定于直线运动，如图5所示。

很显然，该处对速度定义时，编者考虑了初中速度将来的发展方向，这样的定义更严谨、更科学、更规范，既体现比值定义法的思想，又避免学生认识上的差错。

在教学实践中，经常有学生将图1与图5比较后，对图5中为什么加上“直线运动”的条件提出疑问。因此，教材编写时，与其千呼万唤始出来，不如在图1中对速度定义时直接加上“在直线运动中”的限定条件，使教材描述前后一致。

苏科版教材（图2）中，描述比较谨慎，为避免将学生带入平均速率的误区，没有用比值定义法对速度进行定义，也就未能体现速度的比值定义法的思想。教材中只将v=说成速度的计算公式，会使学生对其认识仍只停留于小学数学的认知水平，没有从物理量的角度来研究速度，未能体现物理概念的教学要求。这样的描写会导致初中学生对速度概念的构建“短了一截”。

在2012年改版时，除速度外，教材中其他用比值定义法定义的物理量都使用比值定义法，唯独速度是个例外，可能编者的意图是为避免学生将“初中速度”定位成高中的平均速率。

上教版教材（图3）中，将速度的定义限定于直线运动，可避免学生将其应用到曲线运动中去，从而避免学生将概念定位成平均速率，概念的描写相对合理，这样的安排充分考虑到概念的后续发展，严谨规范。只是教材中，比值定义法思想体现不明显，使得学生对速度概念的构建因教材描写的“羞羞答答”而“缺了一角”。

四、优化初中“速度”教学的策略

1.突出比值定义，突显思想方法

比值定义法是物理学中定义导出物理量的一种方法。速度是初中学生接触的第一个用比值定义法定义的物理量。初中教学应有别于小学数学和生活中的认识，要让学生从科学规范定义的角度对其形成科学的认知。因此，初中物理教学中应采用比值定义法定义速度，让学生明确v=是速度的定义式，而不只是小学数学中的计算公式，体现比值定义法定义物理量的思想。

根据导出物理量的定义要求[4]，初中“速度”的定义为：速度是表示物体运动快慢的物理量（定性定义），在直线运动中其大小等于物体通过的路程s跟通过这一路程所用时间t的比值（定量定义）。依其定量定义可得出速度的定义式为：v=。

2.限定直线运动，避免误入歧途

由前文分析已知，初中速度是高中平均速度的大小，则定义式中v=的路程s就必须等于位移的大小。如果物体做曲线运动，其路程大于位移的大小，v=定义的就不是平均速度大小，而是平均速率，这与初中速度发展方向是不一致的。因此，在定义初中速度时，加上物体沿直线运动的限定条件，其位移大小才等于路程，初中速度才是高中平均速度的大小。

初中教学中也不要将速度的定义应用于曲线运动，这些问题在高中会用平均速率和线速度的概念进行研究和分析。初中学生对速度知识的认知不完备，他们不具备解决曲线运动问题所需的知识，如果初中教学时向前跨出一步，让学生将其运用于曲线运动，他们通过自身的思维对概念进行自我建构，将初中速度定位成平均速率，形成错误的认识，不利于高中“速度”概念的建立。

3.理解两种“速度”，利于初高中衔接

“速度”与“平均速度”是初中学生在本章学习中遇到的两个概念，三种版本的教材都在无意间将它们进行了“割裂”，使学生误以为它们是两种完全不同的“速度”。上教版和人教版教材尤为明显。上教版教材分别在两种运动中给出两种速度，互不关联，彼此独立。人教版教材的本章小结“学到了什么”[1]中在匀速直线运动中定义速度（如图5所示）后，却又另起一行：“在变速运动中，常用平均速度粗略描述运动的快慢”，这似乎在暗示学生，速度与平均速度是有区别的，它们只能分别运用在各自对应的运动中。平时教学实践中我们也发现，不少学生误认为此处的平均速度与此前的速度是两个概念，从而错误地认为速度是用来描述匀速直线运动，平均速度只是用来描述变速直线运动，它们是有区别的。

为使学生全面正确认识两种“速度”，有利于初中“速度”的发展，在给出平均速率概念后，按以下三个步骤展开教学。

第一步，统一两种“速度”

教学中在平均速度的概念出现后，我们要回过头来让学生重新认识速度的定义，使他们认识到不管“匀速”还是“变速”直线运动中，所定义的都是平均速度，知道速度与平均速度不是两个不同的概念，在初中它们是一致的，此前速度定义的就是平均速度。

第二步，比较两种运动

匀速直线运动中的平均速度与时间选择无关，变速直线运动中的平均速度与时间选择有关。教学中要让学生认识到这一点，并通过对两种运动中平均速度的比较，加深对平均速度的理解。

本片断教学可利用人教版教材中图1.3-3[1]（如图6所示）。

先让学生计算图6中两种运动每一段的平均速度和全程的平均速度，计算结果如表2。

再引导学生分析比较表2两种运动中每一段的平均速度和全程的平均速度的大小，得出以下结论：（1）匀速直线运动中每段的平均速度与全程平均速度相同；（2）变速直线运动中每段平均速度一般不相同；变速直线运动全程平均速度与每段平均速度一般不相同。

最后，通过学生讨论，形成以下认识：（1）匀速直线运动中平均速度与所选时间无关；（2）变速直线运动中平均速度与所选时间有关，只能粗略描述物体运动的快慢。

第三步，留下发展空间

在变速直线运动中，提出以下两个问题讨论：

（1）全程与各段的平均速度相比，哪种方式计算的平均速度描述变速运动的快慢更准确？

（2）要使描述汽车运动快慢更准确一点，计算平均速度的时间应如何选取？

通过学生讨论，得出计算平均速度时所选取的时间越短，平均速度描述变速物体运动快慢越准确的结论。学生在此基础上自然会产生新的疑问：计算平均速度时如何才能使时间取得更短呢？这就为高中瞬时速度的教学留下思维的悬念、留下思考的空间，激发学生产生后续学习的兴趣与欲望。

综上所述，在初中“速度”的教学中应充分考虑概念在初高中的衔接，从利于学生对概念认知的发展方面来设计教学。用比值定义法的思想定义速度，使学生认识到物理量与生活（或小学数学）中的“速度”的不同；不突破直线运动的范围，避免初中学生潜意识中将其界定成高中的“平均速率”；认识定义的是平均速度，其描述的准确程度依赖于时间t的选取，为高中平均速度发展成瞬时速度的教学留下伏笔。

参考文献

[1] 彭前程.义务教育教科书物理八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2] 刘炳升，李容.义务教育教科书物理八年级上册[M].南京：江苏科技出版社，2012.

[3] 张越，徐在新.九年义务教育课本 物理 八年级 第一学期（试用）[M].上海：上海教育出版社，2006.

[4] 杨广佚.浅谈物理量的定义方法[J].大众科技，2010（3）.

【责任编辑 郭振玲】