iPad、iPhone和iPod touch的理科教育應(yīng)用

范佳午 樊方圓

iPad平板電腦、iPhone手機和iPod touch可攜式媒體播放器（MP3）是備受青睞的高新科技電子產(chǎn)品，尤其在學(xué)生和青年人群中應(yīng)用廣泛。這些產(chǎn)品便于攜帶，功能豐富，代表著未來科技的一種趨勢，隨著時間發(fā)展將越來越普及。如何開發(fā)這些新產(chǎn)品的教育功能是值得探討的問題，也體現(xiàn)了時代的需要。本文介紹iPad、iPhone和iPod touch在理科教育中的應(yīng)用。

實際測量的應(yīng)用

1.測量加速度

在iPhone和iPod touch中有內(nèi)置的加速度傳感器（加速計），配合相應(yīng)的軟件可以隨時測量加速度。以AccelGraph軟件為例，它可以實時測量三個維度的加速度分量，并分別在x軸、y軸、z軸上表示出來,還可以自動存儲測量結(jié)果并發(fā)送到電子郵箱里。通過該軟件還可以測量各地的重力加速度g（圖1、圖2、圖3）。

利用iPhone和iPod touch可以隨時隨地測量運動的加速度和重力加速度，不論是在學(xué)校還是生活中。例如：測量電梯在剛啟動和快停止時的加速度，和超重失重聯(lián)系起來；實時測量公交車的加速度等。

2.測量磁感應(yīng)強度

在iPad和iPhone 3GS或之后出產(chǎn)的iPhone中有磁場傳感器，結(jié)合軟件可以測量磁感應(yīng)強度，例如軟件MagnetMeter可以測量三維的磁感應(yīng)強度（圖4）?？梢允褂盟鼇頊y量學(xué)?；蛏钪械拇艌鰪娙?，或利用它的三維測量功能粗測地球磁場的磁傾角等。

3.通過網(wǎng)絡(luò)獲得他人的測量數(shù)據(jù)

iPad、iPhone和iPod touch的網(wǎng)絡(luò)功能使學(xué)生可以共享大量的測量數(shù)據(jù)，而這些產(chǎn)品便于攜帶的特點讓學(xué)生更容易在學(xué)習(xí)和進行科學(xué)探究時獲得并利用這些共享數(shù)據(jù)。例如：通過iPad的NASA Visualization Explorer軟件可以共享美國國家航空航天局（NASA）關(guān)于地球科學(xué)的研究數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析與處理的應(yīng)用

1.可實現(xiàn)圖形計算器的功能

目前已有多種軟件可以在iPad、iPhone和iPod touch上實現(xiàn)圖形計算器的部分功能。隨著軟件的發(fā)展，將可實現(xiàn)越來越多的功能。對于平板電腦，完全有可能實現(xiàn)取代圖形計算器的功能。在具有便攜性的同時，比起一般的圖形計算器，iPad軟件做出的圖像分辨率更高、色彩更豐富，在進行圖形（尤其是三維圖形）變換時操作更為直觀。例如PI83 Graphing Calculator軟件（圖5）。

2.科學(xué)教學(xué)的分析軟件

PASCO、Vernier等廠商開發(fā)了可應(yīng)用于iPad、iPhone和iPod touch上的科學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)軟件。例如Vernier公司的Video Physics軟件可以讓學(xué)生分析iPad、iPhone和iPod touch錄下的視頻中的物體的運動規(guī)律，輔助物理教學(xué)。

首先，學(xué)生可以親自錄下感興趣的運動視頻，也可以下載自己想要分析的視頻。然后，使用Video Physics軟件可以直觀地分析物體的運動軌跡、位移、速度、加速度等。圖6展示了在iPhone上學(xué)生逐幀播放視頻，對每一幀中的籃球位置的取點來描繪籃球的軌跡；圖7展示了經(jīng)Video Physics軟件分析后畫出的籃球在X軸方向上的“位移-時間”圖和“速度-時間”圖，同樣還可畫出Y軸方向上的“位移-時間”圖和“速度-時間”圖，從而分析物體的二維運動。

仿真模擬軟件的應(yīng)用

1.虛擬教學(xué)軟件

目前開發(fā)的可在iPad、iPhone和iPod touch上使用的虛擬教學(xué)軟件已有很多。例如，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)串并聯(lián)電路的軟件Building Parallel Circuits（圖8）、幫助學(xué)生學(xué)習(xí)細胞及其結(jié)構(gòu)的軟件3D Cell（圖9）等。

2.科學(xué)游戲軟件

一些為iPad、iPhone和iPod touch開發(fā)的游戲軟件將科學(xué)原理和娛樂結(jié)合起來，可以在休閑的同時學(xué)習(xí)、熟悉科學(xué)規(guī)律。例如，游戲軟件“憤怒的小鳥”需要運用拋體運動的規(guī)律；在科學(xué)游戲軟件Newton's Cradle中，需要應(yīng)用動量守恒和能量守恒的知識。

以上介紹的各種可以應(yīng)用到理科教育中的軟件都可以通過網(wǎng)絡(luò)免費下載或購買。例如：到蘋果公司的教育應(yīng)用軟件區(qū)下載（http://www.apple.com/education/apps），或者在Google上以iPad（iPhone或iPod touch）、apps、education、physics等關(guān)鍵詞進行搜索。

展望和反思

本文介紹iPad、iPhone和iPod touch在理科教育中的應(yīng)用，重點不是介紹蘋果公司的產(chǎn)品，而是希望以它們?yōu)槔f明便攜式且功能強大的信息產(chǎn)品的發(fā)展對教育教學(xué)的價值和影響。隨著時代發(fā)展，平板電腦等類似產(chǎn)品進入課堂不無可能。我們應(yīng)該走在時代的前沿，積極探索高新技術(shù)產(chǎn)品潛在的教育價值，開發(fā)教育應(yīng)用。在這方面仍有很多工作要做，例如，文中介紹的軟件很多還沒有中文版，在技術(shù)方面我們應(yīng)在翻譯引進別人軟件的同時，開展開發(fā)教學(xué)軟件的工作。

在教育教學(xué)方面，我們也要探索這些產(chǎn)品的實際教育價值和相應(yīng)的教學(xué)策略。國外已經(jīng)有人展開了教學(xué)實驗。例如，Kelly嘗試使用iPod touch幫助牛頓定律的教學(xué)，并總結(jié)了經(jīng)驗，如學(xué)生分小組使用iPod touch學(xué)習(xí)，從而可以互相幫助設(shè)置軟件參數(shù)、變量等。如果教學(xué)中不需要網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)置密碼，以避免學(xué)生上網(wǎng)分心。同樣，為避免學(xué)生分心，在iPod中應(yīng)只裝本次教學(xué)需要的軟件，盡量減少無關(guān)的軟件。我們也應(yīng)在教學(xué)實踐中努力探索新技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用，充分利用各種現(xiàn)代的資源促進教學(xué)。

（作者單位：北京師范大學(xué)物理系 北京三帆中學(xué)）