高中物理_速度_概念的高端备课_邢红军_胡扬洋

关 键 词 ：速 度 ；位 移 ；优 势 维 度 ；比 值 定 义 法
１ 教 材 分 析 高中物 理 “速 度 ”一 节 是 高 中 物 理 教 材 首 章 “运动的描 述”中 的 核 心 内 容 之 一，也 是 学 生 学 习 质点、位移、坐标系之后遇 到 的 第 一 个 “复 合”物 理 量．由于该节是高中物理 “开 局 之 章”的 关 键 一 节， 关乎学生对高中物理学习内容与方法体系的适应 和接受，以及 物 理 学 习 信 心 的 建 立．因 此，本 节 教 学就很有必 要 彰 显 物 理 学 的 知 识 内 涵、方 法 特 征 与物理思想．如何有效 达 成 以 上 目 标，还 需 要 教 学 设计的系统思考． 怎样引入速度概念？现行教材从比较不同物 体运动的快 慢 入 手，提 出 一 种 观 点：不 同 的 运 动， 位置变化的快慢往往 不 同，也 就 是 说，运 动 的 快 慢 不同．要比较 物 体 运 动 的 快 慢，可 以 有 两 种 方 法： 一种是相同时间，比较 物 体 运 动 位 移 的 大 小，位 移 大，运动得快；另 一 种 是 相 同 位 移，比 较 所 用 时 间 的长短，时间短的，运 动 得 快．认 真 分 析 上 述 观 点， 我们发 现，“比 较 物 体 运 动 的 快 慢 可 以 有 两 种 方 法”的观点虽然在物理 本 质 层 面 是 正 确 的，但 这 种 观点却不符 合 物 理 的 教 学 规 律，也 不 符 合 学 生 的
值“ｓ ｔ
”后
，就 可
以有
效
地进
行比
较
了．
按照 这 一 思 路，汽 车 位 移 与 时 间 的 比 值 为
２７．８ｍ／ｓ，人的位移与时间的比值为 １０ｍ／ｓ，显然，
汽车在高速公路上行驶的速度比百米赛跑运动员
的速度更快，这样，位移 与 时 间 的 的 比 值 与 我 们 的
日 常 经 验 就 达 成 了 一 致 ，于 是 速 度 概 念 得 以 定 义 ．
有鉴于此，对 于 速 度 这 个 貌 似 没 有 任 何 问 题
的 物 理 概 念 定 义 进 行 重 新 梳 理 ，就 显 得 尤 为 必 要 ．
２ 教 学 设 计
速度概念须经由比值定义法得出已被普遍认
同，但怎样在 速 度 概 念 建 立 过 程 中 真 正 体 现 出 比
值定义法的精髓，还需 要 认 真 研 究．以 下 是 体 现 比
较的对象，但 是 位 移 与 学 生 观 察 到 的 运 动 现 象 联
系更为紧密、更 为 直 观，而 时 间 则 不 易 直 接 感 知．
因此，把位移 作 为 速 度 大 小 的 直，在 高 速 公 路 上，汽 车 在 ２ｓ内 行 驶
了５６ｍ，百米赛跑运动员在１０ｓ内跑完了 １００ｍ 全
值定义法逻 辑 并 彰 显 速 度 特 征 的 教 学 设 计，共 分
为两个教学环节．
２．１ 通 过 直 接 比 较 两 质 点 的 位 移 来 定 义
速度
为什么要以位移作为直接比较的对象来定义
速度而非把时 间 作 为 直 接 比 较 的 对 象？这是 因
为，如前所述，位移与时 间 虽 然 都 可 以 作 为 直 接 比
由速度概念的定义可以引申 出对 教 学 的思
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考，这就是物理概念的 定 义 需 要 遵 循 内 在 的 逻 辑， 也就是要符合物理学科内涵与学生学习规律的双 重要求．如前所述，现行 教 材 在 教 学 伊 始 就 呈 现 两 条路线，对学生造成了 信 息 的 庞 杂 与 干 扰，这 就 有 违教学逻辑的简约性．尔 后 在 关 键 环 节 缺 失 了 “比 较要选取相同的标准”的 比 较 对 象，有 违 教 学 逻 辑 的完整性．这个似乎并 不 起 眼 的 问 题，实 则 反 映 了 教材编写者对比值定义法本质的理解有所缺憾， 从而可 能 导 致 学 生 学 习 过 程 逻 辑 思 维 环 节 的 缺 失 ，这 是 应 当 加 以 指 出 的 ．
３ 研 究 讨 论 从心理学 的 角 度 看，速 度 是 一 个 基 本 且 重 要 的科学 概 念，其 定 义 是 位 移 与 时 间 的 比 值，即ｖ＝ ｓ／ｔ．这 在 成 人 看 来 可 能 是 个 很 简 单 的 概 念 ，但 对 儿 童来说却并 非 如 此．儿 童 最 早 产 生 的 速 度 概 念 并 非以 度 量 形 式 出 现，而 是 以 序 数 形 式 出 现 的［１］．首 先提出这个 观 点 的 是 瑞 士 心 理 学 家 皮 亚 杰，他 认 为儿童对于 速 度 的 理 解 有 种 “超 越 ”的 直 觉，即 若 某运动物体 前 一 段 时 间 落 后 于 另 一 物 体，而 后 一 段时间却超 越 了 后 者，儿 童 会 认 为 超 越 物 体 的 速 度大于被超 越 物 体 的 速 度，若 运 动 物 体 始 终 落 在 另一物体之 后，儿 童 就 认 为 它 的 速 度 一 定 比 另 一 物体的速度小．也就是 说，儿 童 在 判 断 运 动 快 慢 时 表现出明显 的 位 置 决 定 论 倾 向，他 们 关 注 的 是 物 体位置的前 后 顺 序，因 而 儿 童 早 期 的 速 度 概 念 是 以序数形式出现的，直到 １０～１１ 岁 时 才 能 达 到 度 量形式的水平．皮亚 杰 之 后，国 外 的 学 者 Ｃｒｏｓｓ和 Ｐｉｔｋｅｔｈｌｙ［２］以 及 我 国 台 湾 的 学 者 黄 湘 武［３］、王 幸 雯和简淑真 对 ［４］ 儿童 速 度 概 念 的 发 展 进 行 了 拓 展 性的研究． 最新研究表明，在速度概念的获得中，位移 概 念处于优势维度，时间 概 念 处 于 非 优 势 维 度．这 在 其他一些强 度 量 概 念 的 研 究 也 有 类 似 的 发 现．对 于组成强度 量 的 两 个 广 延 量，学 生 对 待 的 程 度 是 不一样 的，确 有 优 势 维 度 和 非 优 势 维 度 之 分，比 如，组成密度概念的质 量 和 体 积，质 量 之 于 体 积 就 是优势维度．也就是说，儿 童 在 判 断 运 动 快 慢 时 表 现出 明 显 的 位 置 决 定 论 倾 向［５］．因 此，在 速 度 概 念 定义中只能 采 用 位 移 与 时 间 的 比 值，而 不 能 采 用 时间与位移的比值，其 实 有 着 深 刻 的 心 理 学 背 景， 这是我 们 在 进 行 速 度 概 念 教 学 中 需 要 认 真 考 量的．
学习规律． 这是因为，当 深 入 分 析 学 生 建 立 速 度 概 念 的
认知机制时，首 先 需 要 思 考 学 生 建 立 速 度 概 念 时 的感觉、知觉乃至表象 是 以 位 移 为 支 撑，还 是 以 时 间为支撑？显 然，学 生 所 观 察 到 的 物 体 运 动 快 慢 主要是物体位移的变 化，这 一 变 化 具 有 直 观 性．与 位移相比较，学生对时间 的 感 知 却 远 远 不 如 所 “观 察”到的位 移 变 化 更 明 显，同 时 也 难 以 精 确 衡 量． 这样，就决定 了 速 度 概 念 定 义 的 最 佳 方 式 只 能 是 在相同时间 内 比 较 物 体 位 移 的 大 小，而 不 是 采 用 位 移 相 同 ，比 较 所 用 时 间 长 短 来 定 义 的 方 式 ．
名师简介：邢红军，首都 师 范 大 学 物 理 系 教 授，博 士，物 理 课 程 与 教 学 论 博 士生导师．教育部全国 高 校 教 师 网 络 培 训 中 心 特 聘 教 授，北 京 市 教 委 高 师 培 训 中心“大学教学 技 能 ”主 讲 教 师．１９８６ 年 以 来，先 后 在 《教 育 研 究 》、《课 程 · 教 材·教法》等刊物上发表论 文 ２１０ 篇，出 版 著 作 １２ 部．１９９６ 年 被 授 予 河 南 省 优 秀教学标兵，１９９７年获河南省优质课教学“特等 奖”．２０１３ 年 获 北 京 市 基 础 教 育 教学成果二等奖．
① 本文系人民教育出版社课程教材 研 究 所 “十 二 五”课 题 “高 中 物 理 必 修 教 科 书 中 科 学 方 法 的 呈 现 研 究 ”（ＫＣ２０１４－ ０４９）阶 段 性 成 果 之 一 ．
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ＶｏＮｌｏ．ｖ３１．２Ｎ０ｏ１．５１１
物理之友 ＦＲＩＥＮＤＳ ＯＦ ＰＨＹＳＩＣＳ
“比较要选取相同的 标 准”是 比 值 定 义 法 的 根 本要求，但并非比值定 义 法 应 用 的 首 要 步 骤，这 是 在应用 比 值 定 义 法 定 义 物 理 量 时 需 要 明 确 的 一 点．现行教材在应用比 值 定 义 法 定 义 速 度 时 提 出： “那 么 ，怎 样 比 较 汽 车 与 百 米 赛 跑 运 动 员 的 快 慢 呢 ？ 这 就 要 找 出 统 一 的 比 较 标 准 ．物 理 学 中 用 位 移 与 发 生这个位移所用时间的比值表示物体运动的快慢， 这就是速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ），通 常用字母ｖ 代表 ．”
摘 要：高中物理 速 度 概 念 的 引 入 存 在 “相 同 位 移 比 时 间”和“相 同 时 间 比 位移”两种思路，研 究 表 明，以 时 间 作 为 直 接 比 较 对 象 是 不 符 合 学 生 认 知 规 律 的．在比值定义法的内涵与逻辑下，位移应作为定义 速 度 的 比 较 对 象，而 时 间 是 比 较 的 标 准 ，其 背 后 有 着 深 刻 的 心 理 学 原 因 ．
第 ３１ 卷 第 １１ 期 ２０１５ 年 １１ 月
物理之友 ＦＲＩＥＮＤＳ ＯＦ ＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．２０１５
带电摆球漏电过程中平衡问题的探究
司德平 （河 南 省 郑 州 外 国 语 学 校 ，河 南 郑 州 ４５０００１）
名师简介：司德平，中原 名 师，河 南 省 首 批 正 高 级 教 师、学 术 带 头 人、教 师 教育 专 家、教 育 科 研 专 家，郑 州 市 首 届 十 大 杰 出 教 师．任 河 南 省 教 育 学 会 中 学 物理教学专业委员会理事、高中物理教学研究中心组成员，郑州 市 首 批 名 师 工 作室主 持 人．在 ３０ 多 种 学 术 期 刊 上 发 表 教 育 教 学 论 文 １７０ 多 篇，其 中 核 心 期 刊９０多篇，有十篇论文被 《中 学 物 理 教 与 学》全 文 转 载．主 持 多 项 教 育 科 研 课 题，获国家级和省级教育科研优秀成果奖２０多项，２００８年出版专著《中学物 理 教 育 教 学 研 究 》．