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关于开发教育应用程序的常见问题
今天下午，我和一个非常愉快的谷歌朋友丹尼尔锁、教授锁志刚和腾李。我们的主要关注点是集思广益如何改善《iMechanica》的用户体验。万博manbetx平台大约一个小时后，我们的谈话转向了教育话题，包括将技术融入STEM教育的新方法。
我最近开发了一个iPad上的教育应用在这次谈话中，我被鼓励写这篇文章来分享我开发教育应用程序的经验。不涉及哲学，让我直接回答一些关于这款应用程序的最常见问题。我相信你会有更多的问题，所以请随时在下面的评论部分提出!
这个应用是关于什么的?
这是一个在结构力学领域的教育应用程序。该应用程序侧重于桁架结构的力学。有两种模式:一种是“自由”模式，你可以在其中设计和测试结构，另一种是“挑战”模式，你必须克服不同的挑战，增加复杂性，同时尽量减少结构的重量。无论哪种模式，这款应用的整体理念都是通过尝试和错误来学习。
它和其他应用有什么不同?
应用中的机制和数字都是真实的。我的理由如下:如果学生通过反复观看不同场景的模拟来建立直觉，我们最好确保这些模拟尽可能准确。该应用程序处理几何非线性，材料响应是弹性-完美塑性的，在拉伸和压缩下可能发生临界拉伸和屈曲。该应用程序使用显式的Newmark时间积分器，因此即使在失败后也可以继续运行模拟。总之，它看起来和感觉上都像是一款游戏，但它远不止于此。
开发它花了多长时间?
很难给它定一个时间，因为它实际上是我在空闲时间发展起来的一种爱好。有时我一边看电影一边写代码，有时在睡觉前。我想说的是，我花了大约4个月的时间专门在周末的免费地点工作。这包括应用程序的设计，制作所有的位图，编码，并提交给应用商店。我必须指出，我在开发商业软件(包括图形用户界面)方面有一些认真的经验。
为什么是iPad而不是Android?
原因很简单:一段代码适用于所有版本的iPad，包括iPad 1、2、3、Retina、Air和Mini。Android更加碎片化，所以它需要为所有可能的屏幕尺寸生成所有位图。这是可行的，但不是一个人的爱好。Android将是我的下一个目标。
平板电脑在教育中的创新之处是什么?
我过去做过几个电脑教育项目。显然，教育项目并不是一个新概念。我还在mac上的模拟器上调试Truss Me，这样它就可以在电脑上运行了。最重要的是老鼠把所有的乐趣都消灭了!在我看来，真正让平板电脑吸引教育的是触摸界面提供的直观性。简单地说，交互是容易得多和有趣的使用触摸屏时。
这个应用程序如何用于教育?
我认为这种工具是对传统教育的一个很好的补充。我还在用白板上课。与此同时，我试着好好利用科技。我认为通过这个应用程序，学生们可以直观地、自主地学习一些概念，同时玩挑战并努力获得最高分。此外，自由模式将允许他们探索新的概念。在我看来，从试错中学习是关键。从教师的角度来看，该应用程序可以很容易地实时说明结构的行为。在我的静力学课上，我用这个应用来阐述概念。例如，我准备了一个简单的视频，关于如何设计航天器的结构以实现安全着陆:
简介:
我开发这个应用程序是为了接触到所有年龄段的学生，让他们对力学感兴趣。我也用这个应用程序在我的讲座中说明概念。我制作了这个工具，但我仍在试图找出使用它的最佳方法。我希望在iMechanica有人能带万博manbetx平台来新的想法!我很乐意回答你的任何问题。
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评论
教育类iPad应用Truss Me!
嗨,朱利安,
和你一样享受Google hangout !谢谢。
我安装了Truss Me!读完你的介绍文章在力学万博manbetx平台和进一步的信息。虽然我仍然在空闲时间尝试着解决“挑战”，但我确实很喜欢玩这款应用。它的用户界面优雅整洁，玩法直观，更不用说它背后的严格机制了，这也是我在其他应用中所追求的。更让我惊讶的是，这一切都是你一手促成的。虽然我自己并不太了解苹果应用程序的编码，但我知道需要的人才不仅仅是机制和编程。干得好，朱利安!
感谢分享关于Truss Me的进一步信息!App，它很好地回答了我的一些问题。我经常在春季学期教授一门本科材料力学的核心课程，在这门课程中我们会涉及到屈曲失稳和失效。我很有兴趣利用“Truss Me!”在即将到来的春天丰富这些学科的教学。我喜欢你放在这里的航天器着陆设计视频。我可以就此再问几个问题吗?
谢谢你的评论!
你好邓,
非常感谢你的溢美之词，我真的很感激!我很高兴你喜欢Truss Me!
我开始制作这个应用程序作为自己的教学工具，在课堂上演示困难的概念。到去年春季学期结束时，模拟引擎已经准备好了，应用程序也开始工作了，但它不是很用户友好。当时，这款应用只是“自由式”的，编辑功能有限。这个视频可以作为一个简单的演示，告诉老师如何在课堂上使用这个应用程序，这就是我最初构想Truss Me!的方式。
根据当时学生的询问，我意识到这个应用程序在他们手中会有更大的价值，所以我继续完善界面，并增加了“挑战”部分。现在这个应用程序已经准备好供其他人使用，我希望学生们会觉得它既有趣又有教育意义。总之，我同意你的观点:这个应用程序在教师手中可能非常有用，但在学生手中可能会更强大!
关于你的第二点，我想了很多。因为引擎是一种严肃的机制，所以它可以真正用于设计。信不信由你，我发现自己学到了很多关于设计桁架的知识，同时为我的学生思考例子，并摆弄应用程序。我的警告是，添加功能来修改材料属性和横截面积会使界面更加复杂。我必须说我喜欢你的想法，制作一个面向更严肃计算的专业版本，这应该不会花我太多时间……我只是把它添加到我的“待办事项”列表中!谢谢!
朱利安
在这个移动的，敏感的世界里，每个人的机制
亲爱的朱利安:我已经下载了你的iPad应用程序，并刚刚开始玩。你做得很好。我会在我玩了一段时间后给你具体的反馈。
亲爱的Julian和Teng:感谢你们提出这个及时的话题:机制如何在这个移动、敏感的世界中发挥作用。
半个多世纪以前，一些机械师看到了计算机的到来，并开始将机械学计算机化。万博体育平台它们开启了一场革命，改变了机制的使用方式，甚至改变了新机制的创造方式。但到目前为止，计算力学几乎只被专业人士使用，如果不完全局限于训练有素的机械师的话。万博体育平台
注意，力学的应用已经远远超出了工程设计。甄陈转发给我这个视频。它展示了好莱坞如何使用计算力学的一个例子。
现在我们可以放心地假设，世界上越来越多的人将拥有移动触屏。这种能力会在力学领域引发一场新的革命吗?
是否某种形式的机制对所有人都有用?我指的不仅仅是机械课上的学生。一些计算力学对普通人的日常工作有用吗?机制是否能够让每个人创造自己的娱乐?
我想听听你的想法。
我只能想象!
亲爱的中国:
非常感谢你的夸奖。我希望你喜欢《拉我!》，并期待听到您的评论。
我不认为我擅长预测，但我相信大声思考我们想象的未来会是什么样子是一个很好的练习。下面，我就你提出的第二个问题谈谈我的看法。
经典力学定律准确地描述了我们所经历的世界。随着计算能力的提高，计算机图形学和计算力学正趋向于对日常事件进行实时模拟(以及精确的图形表示)的能力。我们只能考虑建立一个物理上准确、实时的虚拟现实环境的所有好处。
这已经影响到游戏行业，我认为它很快就会影响到工程、建筑、设计，最终影响到每个人的生活。我可以想象，如果我们能够将这些实时的物理精确的虚拟环境与谷歌眼镜之类的产品结合起来，以促进增强现实体验，并将微软kinect之类的设备简化人机界面，我们将对日常任务产生怎样的影响。
机制的形式会随着虚拟世界的变化而演变
力学与几何学和光学一起，是连接现实与虚拟的最有力的纽带。机制的形式会随着虚拟世界的变化而演变。
当虚拟世界从口头传统扩展到纸上，然后是书籍时，牛顿力学出现了。
当虚拟世界进一步扩展到计算机时，计算力学出现了。
当虚拟世界成为每个人都连接到移动、触屏的时候，新形式的机制可能也会出现。
一些变化已经在发生。我们不再去图书馆;我们在网上找论文。我们中的一些人几乎停止了印刷;我们在屏幕上阅读。几个世纪以来，期刊和书籍通过文字、图片和方程式，使思想跨越距离和时间的协作成为可能。我们现在有视频了。朱利安创造了一个模拟视频游戏，以iPad App的形式分发。
反思虚拟世界中的这些和其他变化可能是有用的。推测虚拟世界中的这些变化将如何为机制提供新的机会也很有用。
例如，一段时间以来，我们一直依赖于不断增长的计算机能力，并专注于创造越来越复杂的计算工具。但是一个虚拟世界已经出现，在那里需要更快的计算速度。我们可以牺牲力学中的哪些细节来加速计算?
力学现有的杀手级应用是工程设计。机制的新杀手级应用会是什么?
制造更多这样的工具
朱利安,
非常感谢分享这个漂亮的应用程序。出色的工作!我和我的女儿(她在上中学)一起玩，听她解释她是如何选择栏杆的长度和横截面来避免在月球着陆器挑战中弯曲的，这非常有启发性。太棒了!
我们中的许多人喜欢编程，有些人喜欢发布用于分析和教育目的的建模工具，例如nanoHUB.org(我个人有一些工具，任何人都可以免费使用)。我想知道你是否可以给一些关于你是如何开始这种类型的编程(特别是ipad)的快速指点。不是教程，而是一些快速的参考资料，让我们开始。
另外，我正准备教一门大二的机械课(通常是在一个50-100人的教室里进行)，你能给我一些建议或例子，告诉我如何在课堂上使用这个ipad应用程序吗?我一直在寻找吸引学生的方法，让我的课更具互动性。你的意见将非常有价值。
非常感谢
巴勃罗
一些指针
巴勃罗,
非常感谢你的溢美之词!我把我的回答按类别组织起来，以便读者更容易跳到他们感兴趣的地方。
超越大学教育
我很高兴你的女儿喜欢这个应用程序并使用它学习!我认为这款应用的一个强大之处在于，它可以用来(就像你正在做的那样)教初中和高中的孩子，而不必求助于“低能”版本。
iPad的开发环境
关于为平板电脑开发应用程序的问题，我认为解决方法很大程度上取决于以下问题:开发者是唯一使用应用程序的人(例如用于教学)，还是他/她计划将其发布给大众。这个问题很关键，因为您可能需要使用的工具可能取决于这个问题的答案。
我已经为我的课程做了几个演示应用程序，例如一个应用程序向学生展示如何使用等参元素插值字段，以及如果元素具有一定的病态形状，插值如何停止符合。为此，我使用了专门为iPad设计的开发环境python支持者或Codea。Pythonista的编码语言显然是python，对于Codea，他们使用lua。两者都是非常容易学习的脚本语言，并且您会对使用它们编写的程序的质量印象深刻。原型制作非常迅速，你可以在同一天内准备好应用。
另一方面，如果你的想法是面向大众发行一款应用，你就必须更加小心，然后你必须了解你所瞄准的硬件的特定环境。对于iOS设备(如iPad或iPhone)，你需要学习objective - C，对于Android设备，开发语言是Java。Java更容易学习，但就像我说的，Android在屏幕尺寸上非常分散，所以你需要为你的GUI提供多种尺寸的位图。对于iPad，同样的分辨率适用于所有设备，包括视网膜显示器，但objective C不像Java那样标准。在任何一种情况下，请记住，开发GUI将比开发应用程序本身的引擎花费更多的时间。
更多互动讲座
你提出的最后一个问题与邓的第一个观点有关。我认为课堂演示是使用应用程序的一种可能方式，但这并没有使课堂更具互动性(可能更有趣，但不是更具互动性!)我认为理想的情况是由学生亲自动手。这是我们必须发挥创造力，探索一点点超越我们的舒适区。作为一个例子，让我分享一个我对自己班级的想法。
我相信至少有三分之一的学生应该有iPad，所以在这种情况下，我会根据iPad的可用性将他们分成2、3或4人一组。然后我会给每个小组一个挑战，比如让他们在一定的限制条件下(支撑、负载等)设计一台起重机、一座桥、一艘宇宙飞船或任何你能想到的东西。最终的结构应该在不破坏其结构成员的情况下完成任务(例如，承受载荷，安全着陆等)。一旦设计就绪，就会根据设计的权重给每一组打分。
到目前为止，我们所做的就是加强他们的直觉/创造性思维。通过反复试验，他们将尝试优化结构以完成任务。希望在这个过程结束时，他们能很好地掌握正在发生的事情，例如，结构的哪些部分在拉伸下，哪些部分在压缩下，与在拉伸下相比，在压缩下杆是如何失效的，等等。下一步是将通过观察和试错获得的直觉形式化。为此，我会要求每个小组准备一份报告，解释为什么他们在课堂上学到的理论概念的背景下设计了这种结构。每个小组甚至可以为整个班级准备5分钟的项目展示。
我相信在一个更具互动性的课堂环境中，一定有很多其他的方式来使用教育应用程序。让我们希望其他机械师把他们的想法带万博体育平台到讨论中来!
机械系统教育
Carl T. Herakovich，弗吉尼亚大学
虽然不是APP，但我最近出版了一本名为“弹性固体”的电子书，我觉得它可以用于入门级，包括STEM。这本书是通过Kindle出版的。我发现在电子书上解方程式非常困难。事实上，最终版本的下标放错了地方。尽管如此，我相信在电子书中提供这些科目是一种低成本的STEM教育方法。
电子书
亲爱的卡尔,
祝贺你有了电子书!你能提供一个链接吗?
我同意电子书是一种使知识低成本和更广泛获取的好方法。我也注意到你提到了为iOS平台编写方程。早期版本的iBooks作者(苹果针对电子书的解决方案)甚至不支持方程式。他们在最新版本中纠正了这个问题，允许作者以latex格式输入公式。我最近开始把我所有的课堂笔记移植到iBooks Author上。让我们看看实验结果如何。
在电子书和应用程序的新世界中，我发现令人惊奇的是，通过在线分销平台，我们现在可以接触到全世界的读者，而不需要中间人(这并不完全正确，但与苹果的分销平台已经足够接近了!)
电子书的链接
Carl T. Herakovich，弗吉尼亚大学
电子书《弹性固体》是一本Kindle电子书。它可以在亚马逊上找到。谷歌:
赫拉科维奇-弹性固体。我试着粘贴链接，但是不成功。
卡尔
链接到电子书“弹性固体”
亲爱的卡尔,
非常感谢您提供的信息。我刚找到的，这是链接给任何感兴趣的人。
最好的
朱利安
关于开发教育应用的常见问题
亲爱的朱利安:
恭喜你!这个应用程序太棒了。
就我个人而言，当谈到在教育中使用“技术”，特别是在基础课程的教学中，我不是很乐观。在基础课程(结构力学当然是其中之一)中，我喜欢看到传统的教学方法(我很高兴听到你使用白板)。例如，我完全反对使用PowerPoint，等等。此外，拥有太多“易于使用”的分析软件可能是危险的，因为年轻人可能会认为他们不需要学习力学，因为计算机可以为他们“做”一切。说了这么多，我认为你的应用程序可以成为一个非常有用的教学工具，我已经和我部门的一些同事讨论过了。我认为它可以帮助人们在结构响应/设计方面发展直觉，也可以激励学生学习这个应用程序使用的基本理论。
问候,
乔
以一种有意义的方式引入技术:不明显!
亲爱的乔,
非常感谢您周到的意见。一般来说，我会说我总是热衷于使用任何技术、工具或方法来促进我的学生的学习过程。话虽如此，我也认为，随着新技术的出现，滥用它们的风险总是存在的。
我不相信新旧工具会相互竞争。我宁愿认为它们是相辅相成的。我认为，作为教育工作者，我们应该用自己最好的判断力来确定哪些技术、工具或方法最适合我们试图涵盖的材料的哪一部分，并以最好的方式将它们组合在一起。
我仍在努力弄清楚，我刚刚开发的这个工具如何才能最好地为我们的学生服务。在我对滕和巴勃罗的回答中，我已经提出了几个想法，主要是按照你提出的思路。我认为工科学生应该有很强的力学基础和扎实的数学技能来支撑这些基础。同时，工程师应该有直觉和创造力，例如设计新的结构，或者对新问题提出开箱即用的解决方案。我认为后者是最难通过讲座和一些家庭作业来传达的，而这正是技术可以真正发挥作用的地方。
教育应用
很好，朱利安:看起来它正在起飞。我认为这样的应用程序可以补充传统的教学和教育模式。除了上面提到的许多好处之外，如果早期接触到这些工具，它还可以激发早期工程教育的学生意识到基于仿真的设计提供的机会和可能性。许多学生更好地掌握材料，也通过例子欣赏一个主题，有很多要说的是在工作中看到一个模拟工具!
同意
谢谢,Suku !我完全同意你的评论，我这边没有太多要添加的(我只是有一个“喜欢”按钮!)在iM万博manbetx平台echanica)。
让工程教育看起来很酷!
亲爱的朱利安,
让我说，我是另一个你的Truss me的追随者，因为这是一个令人印象深刻的应用程序!考虑到学生们对科技的渴望，我很高兴看到有人能把机械融入到课堂的教育环境中。我计划在秋季的核心工程静力学和结构课程中使用这个应用程序。
我在整个教室中实施它时面临的一个挑战是，并不是所有的学生都能使用iPad或iPad界面。你提到它也可以在Mac模拟器上运行?如果是这样的话，学生们能接触到这些东西吗?
在Truss Me上布置一些作业和设计挑战是很好的。
再一次，做得很好，我期待着在课堂上使用它!
回复:让工程教育看起来很酷!
嗨！非常感谢您的友好评论。我很高兴你打算在布朗大学的课堂上使用这个应用程序!这学期我教统计学，所以我正在为学生们设计一些活动。我和Chiara Daraio合作，因为她将在苏黎世联邦理工学院的材料力学课上做同样的事情。我将张贴作业一旦它准备好了，所以你可以提供你的观点。
目前这款应用最大的限制是它只能在iPad上使用。我正试图通过制作iPhone版本来纠正这个问题，这几乎已经完成了。希望在夏天我能得到Truss Me!也可以在Android上运行。这应该会提供一个非常广泛的基础，因为现在大多数学生都有智能手机。我确实在Mac上使用了一个模拟器来测试这个应用程序，但它只对注册的苹果开发者开放，而且只有在你有源代码的情况下才能使用。
再次感谢你的溢美之词。我会让你们随时了解课堂活动和新平台部署的最新情况。