自然科互動模擬

一、從教學問題開始

先別急著想「畫面要怎麼動」

設計互動教材的起點不是動畫效果，而是學生要改變什麼、看見什麼，以及最後能說明什麼。

這篇整理三個已完成的自然科模擬。你可以直接操作，也可以比較它們如何用不同的控制方式呈現系統變化。

生物：族群動態。 改變繁殖率與死亡率，觀察獵物和掠食者如何形成週期波動。

化學：理想氣體。 調整壓力、溫度、體積與粒子數，比較微觀運動和巨觀狀態。

地球科學：溫室效應。 改變溫室氣體濃度，追蹤輻射去向與地表平均溫度。

跨領域模擬都能從四個問題開始

不論主題屬於哪一科，都先把教材拆成「概念、變因、結果、任務」，再決定需要滑桿、動畫或圖表。

要理解什麼關係？

先寫出一句學習目標，例如「族群數量會互相影響」，避免只追求漂亮動畫。

學生可以改變什麼？

選擇真正影響系統的參數，而且一次不要放入太多控制項。

變化要如何被看見？

動畫呈現過程，數值與圖表呈現趨勢；三者應該指向同一個概念。

學生要完成什麼任務？

先預測、再操作、最後解釋，才能讓模擬器從展示工具變成學習活動。

二、生物：族群動態

族群數量為什麼會週期性波動？

Lotka–Volterra 模型把獵物與掠食者的互相影響，轉化成可以連續觀察的族群變化。

怎麼操作。 分別改變獵物繁殖率、掠食者死亡率與掠食者繁殖率，也可以切換時間速度。

觀察什麼。 比較兩個族群高峰出現的先後順序，以及參數改變後週期與振幅如何變化。

三、化學：理想氣體

巨觀的氣體狀態，如何連回微觀粒子？

透過粒子的碰撞與容器變化，把壓力、溫度、體積和粒子數之間的關係放在同一個畫面中比較。

怎麼操作。 鎖定其中一個狀態量，再調整其餘參數；也能切換常用單位與物理單位。

觀察什麼。 注意粒子運動速度、碰撞頻率、容器大小與壓力數值是否同步改變。

四、地球科學：溫室效應

溫室氣體增加後，能量去了哪裡？

把看不見的短波與長波輻射畫出來，讓學生從能量收支理解地表平均溫度的改變。

怎麼操作。 拖動溫室氣體濃度，或直接切換無溫室氣體、前工業、現代與極端未來情境。

觀察什麼。 追蹤哪些輻射逸散至太空、哪些返回地表，以及平均溫度需要多久才趨於穩定。

先用下面兩張畫布辨認大氣分子與輻射，再回到模擬器追蹤它們的移動。兩張都是暫停時的一瞬間，不能據此計算輻射比例或溫度變化。

五、把模擬器帶進課堂

把模擬器帶進課堂的三段流程

1. 先預測

   操作前先請學生畫趨勢、選答案或寫一句理由，讓原本的想法有機會被看見。

2. 再控制變因

   每一輪只改一個參數，保留其他條件，並記錄改變前後的數值、曲線或畫面。

3. 最後用模型解釋

   請學生說明結果如何支持或修正原本預測，也要指出模型省略了哪些真實因素。

六、開始製作自己的教材

從你的教學問題開始

你不必先學會所有程式語法。先挑一個學生經常誤解的概念，寫下可調變因、可觀察結果與操作任務，再請 AI 協助把想法做成第一版。