“5E教學(xué)模式”下軟件“tracker”的教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐分析

朱陳鵬

摘 要：物理學(xué)科是中學(xué)階段學(xué)生學(xué)習(xí)的重要科目之一，在學(xué)生學(xué)習(xí)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(diǎn)，且可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)物體軌跡的追蹤并進(jìn)行數(shù)學(xué)分析的軟件“tracker”逐漸被應(yīng)用于物理課堂的教學(xué)中，但是在一些教學(xué)案例中，存在著“為了技術(shù)而技術(shù)”的問題，不能將軟件“tracker”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來。為更好地提升其應(yīng)用效果，提升中學(xué)物理課堂的教學(xué)質(zhì)量與效率，文章以“5E教學(xué)模式”為載體，對(duì)軟件“tracker”在物理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了案例設(shè)計(jì)與課堂實(shí)踐分析。

關(guān)鍵詞：5E教學(xué)模式;軟件tracker;平拋運(yùn)動(dòng);教學(xué)設(shè)計(jì)

一、 引言

軟件“tracker”是美國(guó)道格拉斯·布朗教授開發(fā)的一款基于java平臺(tái)的開源軟件。而近年來生命科學(xué)課程研究會(huì)研究者貝爾（R.Bybee）在卡普勒（Rober Karplus，1977）的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模式基礎(chǔ)上進(jìn)一步豐富和細(xì)化，形成了可循環(huán)教學(xué)模式，該模式又被稱為5E教學(xué)模式。區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，它更強(qiáng)調(diào)以調(diào)查和實(shí)驗(yàn)來促進(jìn)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的自主建構(gòu)，更契合現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用于物理教學(xué)中的初衷并體現(xiàn)其價(jià)值。而下文就以“平拋運(yùn)動(dòng)”為例，將“5E教學(xué)模式”作為載體，對(duì)軟件“tracker”在物理教學(xué)中最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)做了設(shè)計(jì)和實(shí)踐。

二、 軟件“tracker”在“平拋運(yùn)動(dòng)”課例中使用說明

（一）視頻導(dǎo)入

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

（二）參數(shù)設(shè)置

為了使軟件捕捉影像更加準(zhǔn)確，右擊選擇拍攝好的影片，選擇視頻剪輯設(shè)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(jié)束幀，并在幀率對(duì)話框中選擇視頻拍攝的幀率。接著需要捕捉小球運(yùn)動(dòng)的軌跡，在工具欄中點(diǎn)擊軌跡，新建質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)需要對(duì)該質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行命名。隨后為了獲得小球在不同時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)，需要建立坐標(biāo)系，以初始幀小球的坐標(biāo)作為原點(diǎn)，通過活動(dòng)坐標(biāo)系上的小滑塊調(diào)整坐標(biāo)系使其與圖像匹配。

（三）軌跡獲取

為了讓拍攝的影片與實(shí)際畫面能夠等比例地進(jìn)行換算，需要在軟件中建立一個(gè)定標(biāo)尺。選擇工具欄中選擇定標(biāo)工具，在軟件中建立一個(gè)定標(biāo)尺。拍攝平拋運(yùn)動(dòng)演示儀中小球的平拋運(yùn)動(dòng)，儀器旁邊本身就有一個(gè)刻度尺，因此，只需將定標(biāo)尺上的10厘米分別對(duì)準(zhǔn)視頻刻度尺上的10厘米，并在旁邊的數(shù)據(jù)框中填寫10厘米即可。將視頻拖動(dòng)到起始幀，并用鼠標(biāo)加shift鍵選定關(guān)鍵幀，接著軟件就會(huì)自動(dòng)追蹤視頻中小球的運(yùn)動(dòng)蹤跡，并記錄小球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)的各物理量。

三、 “5E學(xué)習(xí)模式”的具體內(nèi)涵

（一）參與

參與是整個(gè)課堂教學(xué)的起始環(huán)節(jié)，類似于“課堂引入”。在該環(huán)節(jié)中重點(diǎn)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，可以用一些小活動(dòng)或者用多媒體手段創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生在已有的生活經(jīng)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容之間形成鏈接，同時(shí)讓學(xué)生的注意力集中到新的知識(shí)或者技能上。

（二）探索

探索是該模式的學(xué)生探究部分，學(xué)生在教師給的一些新知識(shí)和概念為基礎(chǔ)，通過小組實(shí)驗(yàn)探究，自主發(fā)展對(duì)于該概念的理解。教師扮演“知識(shí)腳手架”的作用，引導(dǎo)學(xué)生獲得問題的答案，而不能給學(xué)生現(xiàn)成的答案。

（三）解釋

解釋環(huán)節(jié)是教師將學(xué)生探究過程中的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步提升為抽象概念和規(guī)律的過程?；诟咧袑W(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，可以輔助以現(xiàn)代教育技術(shù)，幫助學(xué)生形成正確的科學(xué)認(rèn)識(shí)，建立科學(xué)概念和思維方法。

（四）精致

精致環(huán)節(jié)致力于讓學(xué)生將所學(xué)習(xí)的概念和規(guī)律發(fā)散至新的問題情境中，來解決一些具有共性的問題。

（五）評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)是貫穿于整個(gè)課堂教學(xué)的重要內(nèi)容，有利于學(xué)生和教師獲得及時(shí)的反饋。

四、 “平拋運(yùn)動(dòng)”教學(xué)實(shí)例

（一）參與

播放動(dòng)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(tái)上，這時(shí)其中一個(gè)人提出可以開停在平臺(tái)上的一輛車子飛到另外一幢大樓上，但周圍的一個(gè)小女孩通過計(jì)算提出這種方法是不可行的。

教師展示幾個(gè)拋體運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的圖片，讓學(xué)生回答這些動(dòng)作是否可以用一個(gè)詞進(jìn)行概括。在學(xué)生回答“拋”之后，引導(dǎo)學(xué)生分析這些運(yùn)動(dòng)的受力情況，并與自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)得出拋體運(yùn)動(dòng)“有初速度，并且僅受重力”的定義。而由拋體運(yùn)動(dòng)的定義出發(fā)，非常容易讓學(xué)生回答出平拋運(yùn)動(dòng)作為“初速度水平”的一類特殊的拋體運(yùn)動(dòng)的各種性質(zhì)。

設(shè)計(jì)分析：在參與環(huán)節(jié)的重點(diǎn)是要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)機(jī)，并建立學(xué)生已有知識(shí)與新知識(shí)之間的連接，通過引入該片段，能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生參與探究和學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)片段中的物理運(yùn)算過程也與整堂課的知識(shí)緊密相關(guān)，并且可以作為整堂課的小彩蛋，讓學(xué)生計(jì)算片段中的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)學(xué)生的熟悉感和參與感。

（二）探索

平拋運(yùn)動(dòng)作為學(xué)生在高中物理中接觸的第一種曲線運(yùn)動(dòng)，幫助學(xué)生形成研究復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的正確思維方式是這堂課的重要內(nèi)容。

在教學(xué)時(shí)教師可以讓學(xué)生回憶之前在研究輕重物體誰下落快的實(shí)驗(yàn)中所采用的方法，在得到“對(duì)比法”的回答之后，針對(duì)性地提出“誰與誰比較”“比較什么物理量”“怎樣進(jìn)行比較”的問題。接著讓學(xué)生根據(jù)上述問題自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的可行性進(jìn)行完善和分析。

最后，分小組讓學(xué)生利用豎落儀和平拋運(yùn)動(dòng)演示儀分別進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)與自由落體以及勻速直線運(yùn)動(dòng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并回答實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在回答豎落儀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，一部分同學(xué)可能會(huì)回答看到了兩個(gè)小球同時(shí)落地，這時(shí)可以讓學(xué)生回想在實(shí)驗(yàn)過程是否真的看到，這時(shí)學(xué)生大部分會(huì)發(fā)現(xiàn)自己實(shí)際上是“聽到”而不是“看到”這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生能認(rèn)識(shí)到可以通過多種感官參與到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的獲得與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取。同時(shí)還可以借助手機(jī)自帶的慢動(dòng)作功能，拍攝記錄平拋運(yùn)動(dòng)演示儀勻速直線運(yùn)動(dòng)與平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)畫面，并將其導(dǎo)入至軟件“tracker”中，逐幀播放運(yùn)動(dòng)畫面，讓學(xué)生觀察和比較兩小球在空中的運(yùn)動(dòng)，學(xué)生能非常清晰地發(fā)現(xiàn)，在任意時(shí)刻，平拋運(yùn)動(dòng)的水平位置與勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直坐標(biāo)與自由落體運(yùn)動(dòng)總是相同的，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象極其有說服力。