“5E教學模式”下軟件“tracker”的教學應用實踐分析

朱陳鵬

摘 要：物理學科是中學階段學生學習的重要科目之一，在學生學習生活中扮演著十分重要的角色。隨著研究的深入，具有可視化特點，且可有效實現對物體軌跡的追蹤并進行數學分析的軟件“tracker”逐漸被應用于物理課堂的教學中，但是在一些教學案例中，存在著“為了技術而技術”的問題，不能將軟件“tracker”的特點和優勢發揮出來。為更好地提升其應用效果，提升中學物理課堂的教學質量與效率，文章以“5E教學模式”為載體，對軟件“tracker”在物理教學中的應用進行了案例設計與課堂實踐分析。

關鍵詞：5E教學模式;軟件tracker;平拋運動;教學設計

一、 引言

軟件“tracker”是美國道格拉斯·布朗教授開發的一款基于java平臺的開源軟件。而近年來生命科學課程研究會研究者貝爾（R.Bybee）在卡普勒（Rober Karplus，1977）的建構主義學習模式基礎上進一步豐富和細化，形成了可循環教學模式，該模式又被稱為5E教學模式。區別于傳統的教學模式，它更強調以調查和實驗來促進學生對于知識的自主建構，更契合現代教育技術應用于物理教學中的初衷并體現其價值。而下文就以“平拋運動”為例，將“5E教學模式”作為載體，對軟件“tracker”在物理教學中最大限度地發揮其優勢和特點做了設計和實踐。

二、 軟件“tracker”在“平拋運動”課例中使用說明

（一）視頻導入

安裝軟件tracker后，雙擊打開軟件，點擊工具欄的視頻按鈕，選擇導入按鈕，將拍攝好的視頻導入到軟件中，或者可以直接拖曳視頻到軟件中。

（二）參數設置

為了使軟件捕捉影像更加準確，右擊選擇拍攝好的影片，選擇視頻剪輯設定，取小球出軌道的畫面為起始幀，小球落在下方軌道上的一幀為結束幀，并在幀率對話框中選擇視頻拍攝的幀率。接著需要捕捉小球運動的軌跡，在工具欄中點擊軌跡，新建質點，根據需要對該質點進行命名。隨后為了獲得小球在不同時刻運動的坐標，需要建立坐標系，以初始幀小球的坐標作為原點，通過活動坐標系上的小滑塊調整坐標系使其與圖像匹配。

（三）軌跡獲取

為了讓拍攝的影片與實際畫面能夠等比例地進行換算，需要在軟件中建立一個定標尺。選擇工具欄中選擇定標工具，在軟件中建立一個定標尺。拍攝平拋運動演示儀中小球的平拋運動，儀器旁邊本身就有一個刻度尺，因此，只需將定標尺上的10厘米分別對準視頻刻度尺上的10厘米，并在旁邊的數據框中填寫10厘米即可。將視頻拖動到起始幀，并用鼠標加shift鍵選定關鍵幀，接著軟件就會自動追蹤視頻中小球的運動蹤跡，并記錄小球在空中運動時的各物理量。

三、 “5E學習模式”的具體內涵

（一）參與

參與是整個課堂教學的起始環節，類似于“課堂引入”。在該環節中重點是激發學生學習的動機，可以用一些小活動或者用多媒體手段創設情境，讓學生在已有的生活經驗與教學內容之間形成鏈接，同時讓學生的注意力集中到新的知識或者技能上。

（二）探索

探索是該模式的學生探究部分，學生在教師給的一些新知識和概念為基礎，通過小組實驗探究，自主發展對于該概念的理解。教師扮演“知識腳手架”的作用，引導學生獲得問題的答案，而不能給學生現成的答案。

（三）解釋

解釋環節是教師將學生探究過程中的活動經驗進一步提升為抽象概念和規律的過程。基于高中學生的認知特點，可以輔助以現代教育技術，幫助學生形成正確的科學認識，建立科學概念和思維方法。

（四）精致

精致環節致力于讓學生將所學習的概念和規律發散至新的問題情境中，來解決一些具有共性的問題。

（五）評價

評價環節是貫穿于整個課堂教學的重要內容，有利于學生和教師獲得及時的反饋。

四、 “平拋運動”教學實例

（一）參與

播放動畫《名偵探柯南》中的片段：柯南和同伴被困在了一幢著火高樓的平臺上，這時其中一個人提出可以開停在平臺上的一輛車子飛到另外一幢大樓上，但周圍的一個小女孩通過計算提出這種方法是不可行的。

教師展示幾個拋體運動動作的圖片，讓學生回答這些動作是否可以用一個詞進行概括。在學生回答“拋”之后，引導學生分析這些運動的受力情況，并與自由落體運動進行對比，總結得出拋體運動“有初速度，并且僅受重力”的定義。而由拋體運動的定義出發，非常容易讓學生回答出平拋運動作為“初速度水平”的一類特殊的拋體運動的各種性質。

設計分析：在參與環節的重點是要激發學生學習的興趣和動機，并建立學生已有知識與新知識之間的連接，通過引入該片段，能有效調動學生參與探究和學習的積極性。同時片段中的物理運算過程也與整堂課的知識緊密相關，并且可以作為整堂課的小彩蛋，讓學生計算片段中的結果進行對比，增強學生的熟悉感和參與感。

（二）探索

平拋運動作為學生在高中物理中接觸的第一種曲線運動，幫助學生形成研究復雜運動的正確思維方式是這堂課的重要內容。

在教學時教師可以讓學生回憶之前在研究輕重物體誰下落快的實驗中所采用的方法，在得到“對比法”的回答之后，針對性地提出“誰與誰比較”“比較什么物理量”“怎樣進行比較”的問題。接著讓學生根據上述問題自主進行實驗設計，同時對實驗操作的可行性進行完善和分析。

最后，分小組讓學生利用豎落儀和平拋運動演示儀分別進行平拋運動與自由落體以及勻速直線運動的對比實驗，并回答實驗現象。在回答豎落儀的實驗現象時，一部分同學可能會回答看到了兩個小球同時落地，這時可以讓學生回想在實驗過程是否真的看到，這時學生大部分會發現自己實際上是“聽到”而不是“看到”這一實驗現象，讓學生能認識到可以通過多種感官參與到實驗現象的獲得與實驗數據的獲取。同時還可以借助手機自帶的慢動作功能，拍攝記錄平拋運動演示儀勻速直線運動與平拋運動的運動畫面，并將其導入至軟件“tracker”中，逐幀播放運動畫面，讓學生觀察和比較兩小球在空中的運動，學生能非常清晰地發現，在任意時刻，平拋運動的水平位置與勻速直線運動，豎直坐標與自由落體運動總是相同的，實驗現象極其有說服力。