iPad、iPhone和iPod touch的理科教育应用

范佳午 樊方圆

iPad平板电脑、iPhone手机和iPod touch可携式媒体播放器（MP3）是备受青睐的高新科技电子产品，尤其在学生和青年人群中应用广泛。这些产品便于携带，功能丰富，代表着未来科技的一种趋势，随着时间发展将越来越普及。如何开发这些新产品的教育功能是值得探讨的问题，也体现了时代的需要。本文介绍iPad、iPhone和iPod touch在理科教育中的应用。

实际测量的应用

1.测量加速度

在iPhone和iPod touch中有内置的加速度传感器（加速计），配合相应的软件可以随时测量加速度。以AccelGraph软件为例，它可以实时测量三个维度的加速度分量，并分别在x轴、y轴、z轴上表示出来,还可以自动存储测量结果并发送到电子邮箱里。通过该软件还可以测量各地的重力加速度g（图1、图2、图3）。

利用iPhone和iPod touch可以随时随地测量运动的加速度和重力加速度，不论是在学校还是生活中。例如：测量电梯在刚启动和快停止时的加速度，和超重失重联系起来；实时测量公交车的加速度等。

2.测量磁感应强度

在iPad和iPhone 3GS或之后出产的iPhone中有磁场传感器，结合软件可以测量磁感应强度，例如软件MagnetMeter可以测量三维的磁感应强度（图4）。可以使用它来测量学校或生活中的磁场强弱，或利用它的三维测量功能粗测地球磁场的磁倾角等。

3.通过网络获得他人的测量数据

iPad、iPhone和iPod touch的网络功能使学生可以共享大量的测量数据，而这些产品便于携带的特点让学生更容易在学习和进行科学探究时获得并利用这些共享数据。例如：通过iPad的NASA Visualization Explorer软件可以共享美国国家航空航天局（NASA）关于地球科学的研究数据。

数据分析与处理的应用

1.可实现图形计算器的功能

目前已有多种软件可以在iPad、iPhone和iPod touch上实现图形计算器的部分功能。随着软件的发展，将可实现越来越多的功能。对于平板电脑，完全有可能实现取代图形计算器的功能。在具有便携性的同时，比起一般的图形计算器，iPad软件做出的图像分辨率更高、色彩更丰富，在进行图形（尤其是三维图形）变换时操作更为直观。例如PI83 Graphing Calculator软件（图5）。

2.科学教学的分析软件

PASCO、Vernier等厂商开发了可应用于iPad、iPhone和iPod touch上的科学教学和学习软件。例如Vernier公司的Video Physics软件可以让学生分析iPad、iPhone和iPod touch录下的视频中的物体的运动规律，辅助物理教学。

首先，学生可以亲自录下感兴趣的运动视频，也可以下载自己想要分析的视频。然后，使用Video Physics软件可以直观地分析物体的运动轨迹、位移、速度、加速度等。图6展示了在iPhone上学生逐帧播放视频，对每一帧中的篮球位置的取点来描绘篮球的轨迹；图7展示了经Video Physics软件分析后画出的篮球在X轴方向上的“位移-时间”图和“速度-时间”图，同样还可画出Y轴方向上的“位移-时间”图和“速度-时间”图，从而分析物体的二维运动。

仿真模拟软件的应用

1.虚拟教学软件

目前开发的可在iPad、iPhone和iPod touch上使用的虚拟教学软件已有很多。例如，帮助学生学习串并联电路的软件Building Parallel Circuits（图8）、帮助学生学习细胞及其结构的软件3D Cell（图9）等。

2.科学游戏软件

一些为iPad、iPhone和iPod touch开发的游戏软件将科学原理和娱乐结合起来，可以在休闲的同时学习、熟悉科学规律。例如，游戏软件“愤怒的小鸟”需要运用抛体运动的规律；在科学游戏软件Newton's Cradle中，需要应用动量守恒和能量守恒的知识。

以上介绍的各种可以应用到理科教育中的软件都可以通过网络免费下载或购买。例如：到苹果公司的教育应用软件区下载（http://www.apple.com/education/apps），或者在Google上以iPad（iPhone或iPod touch）、apps、education、physics等关键词进行搜索。

展望和反思

本文介绍iPad、iPhone和iPod touch在理科教育中的应用，重点不是介绍苹果公司的产品，而是希望以它们为例说明便携式且功能强大的信息产品的发展对教育教学的价值和影响。随着时代发展，平板电脑等类似产品进入课堂不无可能。我们应该走在时代的前沿，积极探索高新技术产品潜在的教育价值，开发教育应用。在这方面仍有很多工作要做，例如，文中介绍的软件很多还没有中文版，在技术方面我们应在翻译引进别人软件的同时，开展开发教学软件的工作。

在教育教学方面，我们也要探索这些产品的实际教育价值和相应的教学策略。国外已经有人展开了教学实验。例如，Kelly尝试使用iPod touch帮助牛顿定律的教学，并总结了经验，如学生分小组使用iPod touch学习，从而可以互相帮助设置软件参数、变量等。如果教学中不需要网络，应将网络设置密码，以避免学生上网分心。同样，为避免学生分心，在iPod中应只装本次教学需要的软件，尽量减少无关的软件。我们也应在教学实践中努力探索新技术产品的应用，充分利用各种现代的资源促进教学。

（作者单位：北京师范大学物理系 北京三帆中学）