高慧丽 熊建文

(华南师范大学物理与电信工程学院 广东 广州 510006)

在科学技术迅猛发展的今天，多媒体技术在物理教学中的应用越来越多；它以图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的表现形式将课堂教学带入全新的境界．多媒体技术可以使传统的课堂更加生动，把抽象的东西形象化，受到广大师生的喜爱．

视频分析软件Tracker填补了以前视频工具只能播放不能分析的空白，可以为物理教学所用．视频分析技术进入中学课堂，不仅成为信息技术与物理课程整合、教育手段现代化的一个新的突破口,突出物理学科重视实际应用的特点．而且激发学生学习科技的兴趣,培养学生情感态度与价值观．所以笔者尝试将Tracker软件应用于物理教学中，挖掘它对物理教学的辅助作用．

1 探究自由落体运动规律

1.1 选取合适的运动视频

要研究的运动视频可以是自己拍摄的，也可以是从网站上截取自己需要的视频片段．在这里笔者选取小钢珠的自由落体运动进行研究(图1)．

图1

1.2 研究方法分析

研究物体的运动主要回答两个问题:物体在t时刻处于什么位置；物体在t时刻处于什么运动状态．在中学范围内,实际上就是找出位移与时间的函数关系s=f(t),速度与时间的函数关系v=g(t)．找出这些函数关系，就可以知道物体运动遵循什么样的运动规律．

1.3 由一般到特殊的演绎探究

在探究自由落体运动规律之前，人教版教材已经安排学习了匀变速直线运动，学生已经了解了匀变速直线运动的特点：

(1)加速度a不变；

(2)位移时间s-t图像是抛物线；

(3)速度时间v-t图像是一条直线．

只要能证明自由落体运动符合其中一个特点，就能说明自由落体运动是匀变速直线运动．

图2

如图1所示，对自由落体运动进行视频跟踪后，对y-t函数曲线进行拟合，拟合公式为

y=at2+bt+c

结果证明其图像符合二次函数曲线(图2)；或者选择v-t图像，对v-t函数曲线进行拟合

vt=at+b

图像符合一次函数数曲线(图3)．两个结果都说明自由落体运动表现出匀变速直线运动的特点，则充分证明自由落体运动就是匀变速直线运动，而且是初速度为零的匀变速直线运动．

图3

自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动，则遵循规律

根据图2拟合的参数可以知道加速度a=9.78 m/s2；也可以根据图3拟合的参数求出加速度a=9.87 m/s2．在误差范围允许内，这两个加速度可以认为是相同的，跟标准值a=9.8 m/s2很接近．从而完成了对自由落体运动规律的探究：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，其物理规律为

1.4 由特殊到一般的归纳探究

粤教版教材安排学生先学习自由落体运动，再学习匀变速直线运动．对自由落体运动的探究只能依赖于数学工具，看它运动的s-t图像和v-t图像分别是什么函数，那它就符合该图像对应的函数关系，也就是运动所遵循的规律了．

前文已经描述，如图1，对自由落体运动进行视频跟踪后，选择需要的函数图像进行分析．对函数图像拟合分析知，钢球做自由落体运动的s-t关系曲线符合二次函数的图像(图2)，根据拟合参数，其函数关系为

s=4.89t2+2t-0.5

钢球做自由落体运动的v-t关系曲线符合一次函数的图像(图3)，根据拟合参数知道其函数关系为

v=9.87t+2

由于在选取坐标时，选择t=0时，y=0,v0=0.于是运动规律近似为

s=4.9t2v=9.87t

显然钢球做初速度为零的加速运动，由于速度与时间的关系遵循一次函数曲线，速度是均匀增加的，可知运动的加速度是恒定的．根据加速度定义，知道其大小等于速度-时间图像的斜率，即加速度a=9.87 m/s2．在误差允许范围内，这与习惯表达式可以认为是一致的,即

2 视频分析软件的物理教学价值

2.1 集合了视频教学和实验教学的优点

将真实的物理情景和物理数据(图像)结合、对应起来,符合建构主义的教学思想,更能反映物理现象的本质,深化了学生对物理规律的理解．视频揭示了实验的现象,数据(图像)直观地反映了实验现象所对应的物理规律,两者同步起来,相得益彰,突破教学难点．例如，研究在下端装有弹簧的斜面上运动的小滑块(图4)的运动规律，运用此视频分析软件就可以很清楚地了解．

图4

用此软件教学能够激发学生的学习兴趣,培养学生捕捉信息、获取信息、处理信息的能力；能提高课堂教学效率，使学生仿佛身临其境,从而有效地启发学生思维,激励学生参与教学过程,充分发挥学生学习的主体作用．

2.2 实验视频和数据采集视频可同步播放

有的物理实验现象转瞬即逝,学生可能还没观察清楚就过去了.利用视频分析软件可以让学生反复观察.倘若变化太快,还可以使软件一帧一帧地播放视频，甚至可以停在某一处仔细观察,“暂停”这样一个小小的功能会给物理教学带来意想不到的方便和直观．例如在研究简谐运动时，软件可以同时绘出位移图像和速度图像，学生可以观察视频每一帧对应的数据(图像)，尤其是在最大位移处速度为零，零位移处速度最大．如图5所示，绘图栏的方框处则是对应此帧的位移或者速度图像以及同步的时间、位移、速度等数据．

图5

2.3 弥补了实验教学的不足

很多实验现象是很难直接测量的，利用视频分析软件可以将不能测量的现象拍摄下来，经过处理即可得到现象中所蕴藏的物理规律．例如，一辆车中悬挂一个小球，在车匀速运动的过程中小球的运动是怎样的？(图6)我们可以将这一现象录制下来，通过视频分析软件分析得出悬挂小球的运动规律．物理实验教学的成功经验表明，把物理现象和规律纳入学生的可视化范围，让学生“看到现象”是实验成功的关键．可见，视频分析技术解决了传统的实验无法解决的问题，还可以使得学生对很多运动规律有一个视觉认识，而不只是停留在理论推导上．

图6

3 总结

视频分析软件在某种程度上缓和了学校实验仪器不足,在一定程度和一定范围内能够改变“画实验”、“讲实验”的状况,为学生学习提供一个比较真实的认知环境．信息化的实验手段可以拓展学生探究日常生活中物理现象的能力,从而能激发学生探究的欲望,强大的数据处理能力有利于学生通过努力发现问题寻找规律．所以，把视频分析技术引入物理教学是至关重要的． 视频分析技术应用于物理教学，在教学方法上实现了多样化；在教学模式上,使个别化学习和交互式教学二者的结合成为可能；在教育观念上，为教育的发展提供了新思路,体现了信息技术与物理课程混合式学习的整合理念．

参考文献

1 刘万强.改进的自由落体运动实验.物理教学探讨，2007(6)：60

2 吴肖，王笑君.基于DIS的视频与数据采集同步教学课件的开发及应用.物理教学探讨，2008(4)：53～55

3 何克抗.从Blending Learning看教育技术理论的新发展.国家教育行政学院学报，2005(9)：37～48

4 扈中平，李方.现代教育学(第2版).北京：高等教育出版社，2005

5 Douglas Brown.Video Modeling:Combining Dynamic Model Simulations with Traditional Video Analysis.Poster PST 3～15

6 Douglas Brown.Spectroscopy Using the Tracker Video Analysis Program.AAPT Summer Meeting Presentations