摭談5個(gè)版本教材關(guān)于速度文本編排

何晉中

（廣東省中山市教育局教研室，廣東 中山 528400）

1 標(biāo)題的比較

“題好文一半”，好的標(biāo)題可以讓人明白下面要敘述的主要內(nèi)容.5個(gè)版本的物理教材在速度一節(jié)的標(biāo)題各不相同.各版本的一、二級(jí)標(biāo)題如表1.

表1

從一級(jí)標(biāo)題來看，人教版體現(xiàn)了本節(jié)課的主題—速度以及引入速度的物理意義；粵教版、教科版，開門見山，本節(jié)學(xué)習(xí)物體運(yùn)動(dòng)的速度（教科版還有加速度）；滬科版，以疑問表述標(biāo)題，容易引起學(xué)生的思考、激發(fā)學(xué)生的探究欲望；教科版，除了像人教版一樣直奔主題速度，更全面地詮釋了速度的物理意義—描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢和方向.

從二級(jí)標(biāo)題來看，5個(gè)版本的教材在本節(jié)內(nèi)容的編排上容量有很大的差異.人教版先從汽車在平直公路上運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)、坐標(biāo)的變化——位移，到空間位置變化的快慢的描述——速度，然后學(xué)習(xí)平均速度和瞬時(shí)速度.粵教版，先引入平均速度，然后為了精確描述物體的運(yùn)動(dòng)再引入瞬時(shí)速度.滬科版，先介紹速度，接著是平均速度，接下來是瞬時(shí)速度，最后是勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移 時(shí)間圖像和速度 時(shí)間圖像.魯科版，先是平均速度，接著是瞬時(shí)速度.教科版，先是速度，接著定義平均速度，然后是實(shí)驗(yàn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量平均速度然后是瞬時(shí)速度及速度 時(shí)間圖像（勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻變速直線運(yùn)動(dòng)）.5個(gè)版本中粵教版的容量最小，教科版的容量最大，1個(gè)課時(shí)是不能完成教學(xué)的.

2 平均速度的物理意義分析

5個(gè)版本中，滬科版沒有在文本中明確提到平均速度的物理意義，其余4個(gè)版本都有明確提到平均速度的物理意義.人教版，“由公式求得的速度，表示的只是物體在時(shí)間間隔Δt內(nèi)的平均快慢程度，稱為平均速度”，“平均速度只能粗略地描述運(yùn)動(dòng)的快慢.”粵教版，“平均速度只是粗略地反映了物體在經(jīng)歷某段位移時(shí)的運(yùn)動(dòng)快慢和方向”.魯科版，“為了大致描述一段時(shí)間內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的快慢和方向”.教科版，“做變速運(yùn)動(dòng)的物體其位移與時(shí)間的比值不是恒定不變的，這時(shí)用公式求得的速度只能粗略地描述物體在Δt時(shí)間內(nèi)的快慢，這個(gè)速度叫平均速度”.可以看出，人教版和教科版都認(rèn)為平均速度是粗略地描述物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，粵教版和魯科版認(rèn)為平均速度粗略地描述了物體運(yùn)動(dòng)的快慢和方向，相比較而言更全面.

圖1

然而即使如此，平均速度的物理意義仍然讓人充滿疑惑.例如，甲、乙、丙3個(gè)物體（看成質(zhì)點(diǎn)）同時(shí)從圖1中A點(diǎn)出發(fā)同時(shí)到達(dá)B點(diǎn)，3個(gè)物體的平均速度大小相等方向相同，它們運(yùn)動(dòng)的快慢相同嗎？平均速度能粗略地反映運(yùn)動(dòng)的快慢，“粗略”究竟“粗”到何種程度？是指一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)大致的快慢，還是指有時(shí)可以反映運(yùn)動(dòng)的快慢有時(shí)不可以，或者以上兩者兼而有之.到此不禁要問：平均速度的物理意義究竟是什么？在粵教版引入速度時(shí)有這樣的表述：“初中物理中我們把物體通過的路程與所用時(shí)間之比叫做速度.同時(shí)我們又知道，路程不能確切地描述物體位置的變化和運(yùn)動(dòng)的方向，這樣定義的速度也就不能準(zhǔn)確反映物體運(yùn)動(dòng)中位置變化的快慢.”從這樣的表述中，我們可以看出：引入速度這一物理量的重要目的就是要描述物體運(yùn)動(dòng)中位置變化的快慢，可是在后面的文本中，并未對(duì)此做出呼應(yīng)，且把平均速度的物理意義表述為：“平均速度只是粗略地反映了物體在經(jīng)歷某段位移時(shí)的運(yùn)動(dòng)快慢和方向”.那么運(yùn)動(dòng)的快慢與位置變化的快慢相同嗎？按照人教版的說法二者可以等價(jià)，“不同的運(yùn)動(dòng)位置變化的快慢往往不同，也就是說，運(yùn)動(dòng)的快慢不同.”如果二者等價(jià)的話，這就至少要回答一個(gè)問題，運(yùn)動(dòng)快的物體是不是空間位置變化就一定快.某學(xué)生用了60s沿400m的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)跑了整整1圈，請(qǐng)問該學(xué)生的平均速度是0，其空間位置變化快慢為0，其運(yùn)動(dòng)的快慢也為0嗎？再如前例中甲、乙、丙3個(gè)物體，運(yùn)動(dòng)的快慢是不同的，但是空間位置變化的快慢是一樣的.另外，對(duì)甲、丙這樣的做曲線運(yùn)動(dòng)的物體其平均速度的方向就是位移的方向，而其運(yùn)動(dòng)的方向是運(yùn)動(dòng)軌跡上該點(diǎn)的切線方向，時(shí)刻在變化，用平均速度來粗略反映其運(yùn)動(dòng)的方向究竟有多大的意義？

綜上，筆者認(rèn)為，平均速度粗略地描述運(yùn)動(dòng)的快慢或者粗略地描述運(yùn)動(dòng)的快慢與方向都值得商榷.由于位移是描述物體空間位置的變化，那么位移與時(shí)間的比值應(yīng)該反映的是單位時(shí)間里運(yùn)動(dòng)物體空間位置的變化，即平均速度反映的應(yīng)該是物體空間位置變化的快慢和方向.

那么，用什么物理量來表示運(yùn)動(dòng)的平均快慢呢？平均速率.平均速率是物體發(fā)生的路程與發(fā)生該段路程所用時(shí)間的比值.

3 瞬時(shí)速度對(duì)比分析

3.1 瞬時(shí)速度概念對(duì)比分析

5個(gè)版本的物理教材中關(guān)于瞬時(shí)速度的這一概念的定義各不相同.

人教版：“為了描述精確些，可以把Δt取得小一些.物體從t到t＋Δt這樣一個(gè)較小的時(shí)間間隔內(nèi)，運(yùn)動(dòng)快慢的差異也就小一些.Δt越小，運(yùn)動(dòng)的描述就越精確.如果Δt非常非常小，就可以認(rèn)為表示的就是物體在時(shí)刻t時(shí)的速度，這個(gè)速度叫做瞬時(shí)速度.”

粵教版：“瞬時(shí)速度是物體在某一時(shí)刻前后無窮短時(shí)間內(nèi)的平均速度.”

滬科版：“運(yùn)動(dòng)物體在某一時(shí)刻或某一位置的速度，叫做瞬時(shí)速度.”

魯科版：“運(yùn)動(dòng)物體在某時(shí)刻或某位置的速度，叫做瞬時(shí)速度.”

教科版：“要精確描述物體在某時(shí)刻或經(jīng)某位置時(shí)的運(yùn)動(dòng)的快慢，就要知道運(yùn)動(dòng)物體在某一時(shí)刻或某一位置的速度，這種在某一時(shí)刻或某一位置的速度稱為瞬時(shí)速度.”

人教版和粵教版的表述都用到的數(shù)學(xué)上極限的思想，學(xué)生比較難懂.人教版更詳細(xì)一些，粵教版太籠統(tǒng)，學(xué)生理解的難度更大，但是這樣定義有利于學(xué)生理解瞬時(shí)速度和平均速度之間的關(guān)系，也有利于學(xué)生理解用光電門和數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度.滬科版、魯科版、教科版的表述都比較直觀，學(xué)生好理解，這樣的定義學(xué)生能夠更好地把瞬時(shí)速度和時(shí)刻、位置相對(duì)應(yīng)，有利于學(xué)生區(qū)分平均速度和瞬時(shí)速度.教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)學(xué)生情況，選擇其中的一種給學(xué)生講解.

3.2 瞬時(shí)速度測(cè)量的對(duì)比分析

5個(gè)版本的教材都對(duì)瞬時(shí)速度的測(cè)量做了介紹.但是出現(xiàn)位置、方法、詳細(xì)程度等有所不同.

人教版，在速度一節(jié)中沒有編排瞬時(shí)速度測(cè)量的內(nèi)容，但是在緊隨其后的“實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”一節(jié)中介紹了分析紙帶，選取點(diǎn)，用平均速度代替瞬時(shí)速度的方法，并在該節(jié)的做一做欄目介紹了借助傳感器用計(jì)算機(jī)測(cè)速度，在科學(xué)漫步欄目介紹了氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度.人教版介紹的方法比較豐富，拓展了學(xué)生的視野.

粵教版、滬科版、魯科版，在速度一節(jié)中，對(duì)瞬時(shí)速度定義之后，介紹了用光電門和數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度.

教科版，介紹了分析紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度的方法——可以將與某點(diǎn)相鄰的2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的平均速度當(dāng)作該點(diǎn)的瞬時(shí)速度.并在討論交流欄目要求學(xué)生“怎樣根據(jù)圖中的紙帶求出打A、B、C、D、E各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度？”并在本節(jié)課后發(fā)展空間實(shí)驗(yàn)室欄目介紹了應(yīng)用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)（DIS）測(cè)速度，重點(diǎn)介紹了測(cè)量瞬時(shí)速度大小的兩種傳感器——光電門傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器.

用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量的瞬時(shí)速度，所用器材便宜，一般的高中都有配置，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理要求較高，可以很好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、計(jì)算能力，可以讓學(xué)生通過該實(shí)驗(yàn)獲得很好的情感體驗(yàn).但是測(cè)量誤差較大.光電門與數(shù)字計(jì)時(shí)器的配合測(cè)速度，測(cè)量比較準(zhǔn)確，操作難度不大，能很好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手和計(jì)算能力.用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)（DIS）測(cè)速度，用傳感器和計(jì)算機(jī)可以很快測(cè)量并計(jì)算出結(jié)果，但是會(huì)讓學(xué)生失去鍛煉計(jì)算能力的機(jī)會(huì)和體驗(yàn)，而培養(yǎng)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力是物理課程重要使命之一.每種測(cè)量方法各有優(yōu)點(diǎn)，教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生實(shí)際和學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件選擇.

4 速度究竟是什么

4.1 速度是瞬時(shí)速度的簡(jiǎn)稱嗎？

速度究竟應(yīng)該指瞬時(shí)速度和平均速度，還是瞬時(shí)速度的簡(jiǎn)稱？5個(gè)版本的物理教材中，只有人教版和粵教版有明確的表述.

粵教版，“我們通常把瞬時(shí)速度簡(jiǎn)稱為速度.”

人教版，“以后的敘述中，‘速度’一詞有時(shí)指平均速度，有時(shí)指瞬時(shí)速度，要根據(jù)上下文判斷.”

可以看出2個(gè)版本物理教材的觀點(diǎn)是截然不同的，粵教版認(rèn)為“速度”是瞬時(shí)速度的簡(jiǎn)稱，而人教版則認(rèn)為“速度”有時(shí)指的是平均速度，有時(shí)指的是瞬時(shí)速度.其他3個(gè)版本的教材雖然沒有明確的表述“速度”的范疇是什么，但是從其文本編排上可以看出編者的觀點(diǎn).滬科版，在“怎樣描述運(yùn)動(dòng)的快慢”一節(jié)中先回答什么是速度，然后是平均速度和瞬時(shí)速度，也應(yīng)該是認(rèn)為“速度”應(yīng)該是包括平均速度和瞬時(shí)速度.教科版，在“運(yùn)動(dòng)快慢與方向的描述”一節(jié)中先闡述運(yùn)動(dòng)快慢的描述——速度，然后是平均速度和瞬時(shí)速度，從其框架上來看，教科版也認(rèn)為“速度”應(yīng)該包括平均速度和瞬時(shí)速度.魯科版，在“速度與加速度”一節(jié)中依次介紹了平均速度和瞬時(shí)速度，該版本的編者只是提到“瞬時(shí)速度是一個(gè)矢量，在直線運(yùn)動(dòng)中，瞬時(shí)速度的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相同，它的大小叫做瞬時(shí)速率，有時(shí)簡(jiǎn)稱速率”，所以魯科版的觀點(diǎn)應(yīng)該是偏向粵教版的.那么，課程標(biāo)準(zhǔn)的編寫者又是怎樣認(rèn)為的呢？課標(biāo)中關(guān)于速度的表述：“經(jīng)歷勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究過程，理解位移、速度和加速度，了解勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，體會(huì)實(shí)驗(yàn)在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用.”這里的“速度”應(yīng)該指平均速度和瞬時(shí)速度的總稱.課程標(biāo)準(zhǔn)中“速度”指如果只是瞬時(shí)速度，那么高中物理就無需學(xué)習(xí)平均速度這一個(gè)重要物理量，這顯然不對(duì).且從生活用語的習(xí)慣來看，速度僅指瞬時(shí)速度是片面的，畢竟物理課程“從生活走進(jìn)物理 從物理走向社會(huì)”.

綜上所述，筆者更傾向于人教版的觀點(diǎn)，“速度”的范疇?wèi)?yīng)該包括平均速度和瞬時(shí)速度，要根據(jù)上下文來理解.

4.2 是速率還是速度？

5個(gè)版本的教材關(guān)于“速率”的表述如下.

粵教版，“汽車上的車速里程表能顯示汽車行駛中每一個(gè)瞬間速度的大小，即瞬時(shí)速度.”

教科版，“瞬時(shí)速度的大小稱為瞬時(shí)速率，簡(jiǎn)稱速率.”

魯科版，“瞬時(shí)速度是一個(gè)矢量，在直線運(yùn)動(dòng)中，瞬時(shí)速度的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相同，它的大小叫做瞬時(shí)速率，有時(shí)簡(jiǎn)稱速率.”

滬科版，“瞬時(shí)速度的大小，叫做瞬時(shí)速率（instantaneous speed，簡(jiǎn)稱速率）.”

人教版，“瞬時(shí)速度的大小通常叫做速率.”“日常生活和物理學(xué)中說到的‘速度’，有時(shí)是速率，要根據(jù)上下文判斷.”

教科版、魯科版、滬科版都認(rèn)為“速率”是瞬時(shí)速度大小的簡(jiǎn)稱.粵教版混淆了瞬時(shí)速度與瞬時(shí)速率.人教版，雖然也認(rèn)為“瞬時(shí)速度的大小通常叫做速率”，但是人教版也認(rèn)為““日常生活和物理學(xué)中說到的‘速度’，有時(shí)是速率，要根據(jù)上下文判斷”.人教版和粵教版的表述會(huì)導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)知上的混亂.

5 是速度計(jì)還是速率計(jì)？

在編寫瞬時(shí)速度時(shí)，5個(gè)版本的教材都在不同位置，或作為引入新內(nèi)容，或舉例，或拓展，提到了汽車的車速表，但是5個(gè)版本對(duì)該儀表的叫法各不相同.人教版，“汽車速度計(jì)”；粵教版，“汽車車速里程表”；教科版，“汽車速度表”；魯科版，“速度計(jì)”；滬科版，“速率計(jì)”.該儀表不能顯示汽車運(yùn)動(dòng)的方向，所以從物理學(xué)的角度來看，“速率計(jì)”的叫法比較科學(xué).

對(duì)儀器名稱叫法的混亂，會(huì)引起師生認(rèn)知、思維上的混亂，建議各版本教材統(tǒng)一.

1 張大昌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理1［M］.北京：人民教育出版社，2011：15－17.

2 保宗悌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理必修1［M］.廣州：廣東教育出版社，2005：12－14.

3 束炳如，何潤(rùn)東.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理1［M］.上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?011：27－35.

4 廖伯琴.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理1［M］.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2011：22－24.

5 陳熙謀，吳祖仁.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理1［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2005：10－15.