“5E教学模式”下软件“tracker”的教学应用实践分析

朱陈鹏

摘 要：物理学科是中学阶段学生学习的重要科目之一，在学生学习生活中扮演着十分重要的角色。随着研究的深入，具有可视化特点，且可有效实现对物体轨迹的追踪并进行数学分析的软件“tracker”逐渐被应用于物理课堂的教学中，但是在一些教学案例中，存在着“为了技术而技术”的问题，不能将软件“tracker”的特点和优势发挥出来。为更好地提升其应用效果，提升中学物理课堂的教学质量与效率，文章以“5E教学模式”为载体，对软件“tracker”在物理教学中的应用进行了案例设计与课堂实践分析。

关键词：5E教学模式;软件tracker;平抛运动;教学设计

一、 引言

软件“tracker”是美国道格拉斯·布朗教授开发的一款基于java平台的开源软件。而近年来生命科学课程研究会研究者贝尔（R.Bybee）在卡普勒（Rober Karplus，1977）的建构主义学习模式基础上进一步丰富和细化，形成了可循环教学模式，该模式又被称为5E教学模式。区别于传统的教学模式，它更强调以调查和实验来促进学生对于知识的自主建构，更契合现代教育技术应用于物理教学中的初衷并体现其价值。而下文就以“平抛运动”为例，将“5E教学模式”作为载体，对软件“tracker”在物理教学中最大限度地发挥其优势和特点做了设计和实践。

二、 软件“tracker”在“平抛运动”课例中使用说明

（一）视频导入

安装软件tracker后，双击打开软件，点击工具栏的视频按钮，选择导入按钮，将拍摄好的视频导入到软件中，或者可以直接拖曳视频到软件中。

（二）参数设置

为了使软件捕捉影像更加准确，右击选择拍摄好的影片，选择视频剪辑设定，取小球出轨道的画面为起始帧，小球落在下方轨道上的一帧为结束帧，并在帧率对话框中选择视频拍摄的帧率。接着需要捕捉小球运动的轨迹，在工具栏中点击轨迹，新建质点，根据需要对该质点进行命名。随后为了获得小球在不同时刻运动的坐标，需要建立坐标系，以初始帧小球的坐标作为原点，通过活动坐标系上的小滑块调整坐标系使其与图像匹配。

（三）轨迹获取

为了让拍摄的影片与实际画面能够等比例地进行换算，需要在软件中建立一个定标尺。选择工具栏中选择定标工具，在软件中建立一个定标尺。拍摄平抛运动演示仪中小球的平抛运动，仪器旁边本身就有一个刻度尺，因此，只需将定标尺上的10厘米分别对准视频刻度尺上的10厘米，并在旁边的数据框中填写10厘米即可。将视频拖动到起始帧，并用鼠标加shift键选定关键帧，接着软件就会自动追踪视频中小球的运动踪迹，并记录小球在空中运动时的各物理量。

三、 “5E学习模式”的具体内涵

（一）参与

参与是整个课堂教学的起始环节，类似于“课堂引入”。在该环节中重点是激发学生学习的动机，可以用一些小活动或者用多媒体手段创设情境，让学生在已有的生活经验与教学内容之间形成链接，同时让学生的注意力集中到新的知识或者技能上。

（二）探索

探索是该模式的学生探究部分，学生在教师给的一些新知识和概念为基础，通过小组实验探究，自主发展对于该概念的理解。教师扮演“知识脚手架”的作用，引导学生获得问题的答案，而不能给学生现成的答案。

（三）解释

解释环节是教师将学生探究过程中的活动经验进一步提升为抽象概念和规律的过程。基于高中学生的认知特点，可以辅助以现代教育技术，帮助学生形成正确的科学认识，建立科学概念和思维方法。

（四）精致

精致环节致力于让学生将所学习的概念和规律发散至新的问题情境中，来解决一些具有共性的问题。

（五）评价

评价环节是贯穿于整个课堂教学的重要内容，有利于学生和教师获得及时的反馈。

四、 “平抛运动”教学实例

（一）参与

播放动画《名侦探柯南》中的片段：柯南和同伴被困在了一幢着火高楼的平台上，这时其中一个人提出可以开停在平台上的一辆车子飞到另外一幢大楼上，但周围的一个小女孩通过计算提出这种方法是不可行的。

教师展示几个抛体运动动作的图片，让学生回答这些动作是否可以用一个词进行概括。在学生回答“抛”之后，引导学生分析这些运动的受力情况，并与自由落体运动进行对比，总结得出抛体运动“有初速度，并且仅受重力”的定义。而由抛体运动的定义出发，非常容易让学生回答出平抛运动作为“初速度水平”的一类特殊的抛体运动的各种性质。

设计分析：在参与环节的重点是要激发学生学习的兴趣和动机，并建立学生已有知识与新知识之间的连接，通过引入该片段，能有效调动学生参与探究和学习的积极性。同时片段中的物理运算过程也与整堂课的知识紧密相关，并且可以作为整堂课的小彩蛋，让学生计算片段中的结果进行对比，增强学生的熟悉感和参与感。

（二）探索

平抛运动作为学生在高中物理中接触的第一种曲线运动，帮助学生形成研究复杂运動的正确思维方式是这堂课的重要内容。

在教学时教师可以让学生回忆之前在研究轻重物体谁下落快的实验中所采用的方法，在得到“对比法”的回答之后，针对性地提出“谁与谁比较”“比较什么物理量”“怎样进行比较”的问题。接着让学生根据上述问题自主进行实验设计，同时对实验操作的可行性进行完善和分析。

最后，分小组让学生利用竖落仪和平抛运动演示仪分别进行平抛运动与自由落体以及匀速直线运动的对比实验，并回答实验现象。在回答竖落仪的实验现象时，一部分同学可能会回答看到了两个小球同时落地，这时可以让学生回想在实验过程是否真的看到，这时学生大部分会发现自己实际上是“听到”而不是“看到”这一实验现象，让学生能认识到可以通过多种感官参与到实验现象的获得与实验数据的获取。同时还可以借助手机自带的慢动作功能，拍摄记录平抛运动演示仪匀速直线运动与平抛运动的运动画面，并将其导入至软件“tracker”中，逐帧播放运动画面，让学生观察和比较两小球在空中的运动，学生能非常清晰地发现，在任意时刻，平抛运动的水平位置与匀速直线运动，竖直坐标与自由落体运动总是相同的，实验现象极其有说服力。