【用iPad学理科，就像进了一个虚拟实验室！】
看点 平板电脑是孩子们最喜欢的“电子玩伴”之一，其实也能成为他们自主学习的好伙伴。以iPad为例，AppStore上就有非常丰富的学习类应用。世界外国语中学IBDP化学老师朱妍研究iPad教学多时，她为我们介绍了几款适用于理科学习的应用，希望孩子们能从中感受到更多学习的乐趣。
文 | 朱妍 编辑 | 闻琛
2010年1月27日，乔布斯在美国旧金山发布了第一代iPad，从此掀起了新一波数字化教育热。和iPad教育相关的最热门的词是ipadagogy，这个词在词典中查不到，其实它是由iPad和pedagogy（教育学）两个词拼成的顺应时代而生的新词。
苹果公司目前已经推出了超过170，000款专为教育设计的App，而iPad由于其纤薄轻巧和便于携带的特征让教育和学习不再受到教室的限制，学生可以在任何时候用iPad进行各类学科的学习和探究。
随着科学技术的迅速发展，一个人的学习仅仅靠课本中的知识已经远远不够，终生学习是社会发展对个人的必然要求。在孩子的学习过程中，离不开自主学习，他必须学会如何主动地获取外部的知识，独立思考，探究问题的本源。
苹果App中有许多软件非常适合中学生在课外使用，在这里介绍几款理科学习非常实用的App，以此抛砖引玉，希望同学们在学习过程中发现更多对自己学习有帮助的教育软件，助学习一臂之力。
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化 学
笔者作为国际学校IBDP化学教师，研究iPad教学已有三年多，积累了一定的素材。那我们的介绍就先从两款好用的化学App开始。
（1）Chemist
Chemist是一个虚拟实验室平台，它是一个十分有趣的化学学习应用，提供了不同的实验装置和100余种化学药品。
学生们可以当一个小化学家，按照课本教授的实验操作方法，通过进行虚拟实验观察书本中提到的化学反应现象，也可以对未知反应进行探究，同时避免了实验室安全问题。它的功能非常强大，这里就仅举两个例子让大家对这个应用有个简单了解。
首先是碳酸钙和盐酸的反应，如图1所示。在操作台上我们可以观察反应现象，同时在屏幕上方会出现相应的反应方程式。碳酸钙俗称大理石，它和盐酸的反应是一个非常基础的化学反应。
图1：碳酸钙和盐酸的反应
对于初中生来说，可以看到有气泡生成，验证了书本上的化学方程式。对高中生来说，可以在控制碳酸钙质量的前提下通过改变加入盐酸的体积或浓度，计算并观察哪个反应物过量，也可以通过改变盐酸的浓度，观察在不同反应物浓度下的化学反应速率等。
学生感兴趣的话也可以搭一些稍微复杂的实验装置，同时设计一些简单的实验。比如小苏打受热分解生成二氧化碳的反应，学生可以设计一个实验来验证二氧化碳的生成。见图2和图3。
图2：碳酸氢钠分解实验
图3：验证二氧化碳气体的生成实验
注：图二中的固体加热试管口应该略向下倾斜。由于软件的设计，所有的加热试管口都朝上。
如图2所示，在左边的试管里加入小苏打，在右边的锥形瓶里装入氢氧化钠溶液，当小苏打受热分解时如果生成二氧化碳气体，则会通过导管进去右边的锥形瓶，与氢氧化钠溶液发生反应。但不论是否有二氧化碳生成，右边的溶液都是无色透明的，于是可以用图3设计的实验来验证二氧化碳的生成。图2实验结束后，向右边的锥形瓶中加入盐酸溶液，观察到有气泡生成。同时屏幕上的方程式也证明了二氧化碳在图2中被生成了。当然，这只是其中一种设计方法，感兴趣的同学可以思考并尝试其他的实验设计。
这个App可以提高学生的自主思考能力、激发学生的学习兴趣以及探究精神，也可以巧妙地和学习过的知识相结合。
（2）Atomsmith Molecule Lab （化学和生物均适用）
Molecule lab是一个化学和生物两门学科通用的软件，内置了500多种物质，从简单的分子模型到复杂的蛋白质结构，帮助学生研究微观粒子。它就像一个显微镜，你可以清晰地观察到物质的构成和内部原子的排列。
与其他应用不同的是，你不仅仅可以通过旋转、放大缩小来观察一个物质，还可以用其自带的工具去测量键长键角，观察一个化学反应的能量变化，也可以通过改变气体的温度、压力和体积来研究气体的各种定律。这个软件是一个非常好的学习助手，可以帮助学生进行很多自主探究。
图4展示了生物中的一个蛋白质——肌红蛋白的结构，同学们也可以阅读这个蛋白质的相关介绍。
图4：肌红蛋白的结构
除了简单的对物质进行观察和认知，我们也可以研究反应的能量变化。如图5所示，是一个甲烷的燃烧反应，我们可以清晰地看到反应的进程，以及不同过程中能量的变化，从而得到结论，燃烧反应是一个放热反应。
图5：甲烷的燃烧反应及能量变化
从图5可以看到，对于同一个化学反应，之前介绍的Chemist是从宏观的角度呈现反应的现象和化学方程式，而Molecule Lab的则是从微观的角度呈现粒子和能量的变化，帮助学生理解更深一层的理论。
Molecule Lab的功能不仅限于此，它还可以进行数据的收集和作图，帮助同学理解和推导一些公式，有兴趣的同学可以自己下载并研究，相信这款软件会对大家的学习非常有帮助。
2
物 理
Algodoo （物理和自然科学均适用）
物理的规律或定律大都通过实验获得，如牛顿发现万有引力，最初的起因是由于自家花园中的苹果从树上掉落砸到了他的脑袋。因此，实验现象对于学习物理尤为重要。
Algodoo是一个仿真实验平台，学生可以发挥创造力进行各种物理或自然科学的实验，如小车上坡、光学模拟、受力分析等，通过卡通的实验画面对学习的知识进行更深一层的理解和思考。
图6展示的是运用Algodoo软件进行光学模拟实验，图中的装置是笔者设计的，同学们可以根据自己学习的知识搭出不同的装置，进行一系列的光学研究。
图6：光学模拟实验
在图中，左边是一个激光发射器并设置了白光（即太阳光），通过三棱镜可以观察到不同颜色的光通过玻璃有不同的折射率，从而分成了七色光，右边放了一面镜子，可以看到非常漂亮的光的反射现象。
Algodoo的功能很多，脑洞有多大，实验就能多精彩。图7是一个简易的齿轮受力分析实验，我们可以将方形和圆形设置成不同质量或者不同高度的起点，观察两边物体的实时受力情况和运动情况。
图7：受力分析实验
3
数据分析应用
DataAnalysis
DataAnalysis是一个便捷的数据处理软件，一般是和其他软件一起配合使用。它能快速将杂乱的数据拟合出定量关系并作出最佳趋势线，帮助学生快速找到变量间的关系。
在上面提到的三个软件中，都有检测实时数据的功能，比如在Chemist中针对一个化学反应，可以显示某一反应物的质量随时间的变化。那么这个质量会随时间以怎么样的趋势变化呢？这时候就可以用DataAnalysis软件快速地进行数据处理，拟合最佳趋势线，并可以快速预测未来的结果。
图8是笔者针对DataAnalysis内置的一组数据进行的图像拟合，可以很清楚地看到这组数据呈线性递增的关系。
图8：DataAnalysis拟合的数据趋势图
当图8中的横坐标和纵坐标变为具体物理量时，这个图就非常有意义了。在理化生三科中都能有很好的应用。
在孩子的学习过程中，很多家长对电子产品是排斥的，的确很多小孩会因为聊天或玩游戏浪费大量宝贵的时间。但同时，随着互联网时代的发展和科技的进步，电子产品能提供给学生学习上的帮助也是巨大的。
适度和适量地用好电子产品，不仅可以培养学生的学习兴趣，也能激发他们的创造力和思考力，让学习成为一件更高效更有趣的事情。
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