HTML 5動(dòng)畫(huà)在新形態(tài)教材建設(shè)中的實(shí)踐

高聚平 張海雁

(高等教育出版社 北京 100029)

1 新形態(tài)教材

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)大范圍應(yīng)用的背景下，傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材需要順應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的改變，開(kāi)始往下一階段——新形態(tài)教材升華.自2012年起至今，高等教育出版社針對(duì)新的形勢(shì)，提出對(duì)于旗下的教材，除了通過(guò)以傳統(tǒng)的文字方式傳遞知識(shí)外，還將依托移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和自建的2d平臺(tái)、Abook平臺(tái)、ICC平臺(tái)等教學(xué)平臺(tái)，整合MOOC、微課堂等優(yōu)質(zhì)資源，對(duì)傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材進(jìn)行大規(guī)模、分批次地更新，在教材表現(xiàn)形態(tài)方面進(jìn)行各種形式的創(chuàng)新，從而建設(shè)了一大批具有時(shí)代物色、多媒體形式、內(nèi)容和層次豐富的新形態(tài)教材.

2 數(shù)字資源

新形態(tài)教材搭載的各種數(shù)字資源常用以下形式展現(xiàn)：二維碼、Abook平臺(tái)、MOOC平臺(tái)、微信電子書(shū)、在線測(cè)試、HTML 5動(dòng)畫(huà)等.以上資源中以二維碼形式最為普遍，它可以?xún)?nèi)嵌視頻、動(dòng)畫(huà)、彩圖、拓展閱讀資料等鏈接；其中新興的HTML 5動(dòng)畫(huà)因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)可調(diào)節(jié)參數(shù)，從而可視化地展示物理過(guò)程的特性在眾多的數(shù)字資源中脫穎而出.

3 HTML 5動(dòng)畫(huà)

基于 Web APP 底層應(yīng)用程序接口的開(kāi)發(fā)，HTML 5動(dòng)畫(huà)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)h5動(dòng)畫(huà))技術(shù)能實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)(通過(guò)智能手機(jī)掃二維碼訪問(wèn)、通過(guò)筆記本電腦網(wǎng)頁(yè)直接訪問(wèn)等)的3D 物理模擬和仿真實(shí)驗(yàn)[1]，大學(xué)物理及物理實(shí)驗(yàn)教材編寫(xiě)者可以制作大量的物理動(dòng)畫(huà)，并將其應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐：如直升機(jī)的角動(dòng)量守恒演示等力學(xué)動(dòng)畫(huà)、李薩如圖形等振動(dòng)與波動(dòng)學(xué)動(dòng)畫(huà)、麥克斯韋速率分布律演示等熱學(xué)動(dòng)畫(huà)、電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)等電磁學(xué)動(dòng)畫(huà)、牛頓環(huán)等光學(xué)動(dòng)畫(huà)、玻爾氫原子模型等近代物理學(xué)動(dòng)畫(huà).h5動(dòng)畫(huà)中一般會(huì)設(shè)置一些可以調(diào)節(jié)的參數(shù)，學(xué)生通過(guò)智能手機(jī)掃描動(dòng)畫(huà)的二維碼后，能夠觸摸屏幕按鈕調(diào)節(jié)這些參數(shù)，直觀地感受到物理現(xiàn)象的變化過(guò)程，這能夠引起學(xué)生對(duì)物理的興趣，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的探究心理.不僅如此，一些h5動(dòng)畫(huà)因其化繁為簡(jiǎn)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)現(xiàn)在興起的大學(xué)物理及物理實(shí)驗(yàn)課程的新形態(tài)教材建設(shè)也起了一定的推進(jìn)作用.

4 李薩如圖形的h5動(dòng)畫(huà)

大學(xué)物理及物理實(shí)驗(yàn)教材在講授波動(dòng)與振動(dòng)部分時(shí)，經(jīng)常會(huì)涉及李薩如圖形這個(gè)知識(shí)點(diǎn).當(dāng)兩個(gè)相互垂直的簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成時(shí)，合振動(dòng)的軌跡取決于兩個(gè)分振動(dòng)的頻率比、相位差.一般情況下，合振動(dòng)的軌跡較為復(fù)雜，通常也是不穩(wěn)定的.而當(dāng)兩個(gè)分振動(dòng)的頻率成整數(shù)比時(shí)，合振動(dòng)的軌跡會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定、封閉的曲線圖形，即李薩如圖形.通常利用仿真軟件、沙漏單擺、示波器等工具可以實(shí)現(xiàn)李薩如圖形的演示，把較為抽象的物理過(guò)程以形象的方式展示出來(lái)，起到較好的教學(xué)效果.

教材中介紹李薩如圖形時(shí)，往往選取若干個(gè)頻率比和相位差的合振動(dòng)，繪出對(duì)應(yīng)的李薩如圖形，呈現(xiàn)于紙質(zhì)教材中.這一般存在兩個(gè)問(wèn)題：(1)過(guò)程靜態(tài)化，無(wú)法展示隨著頻率比和相位差這兩個(gè)參數(shù)變化情況下，特定頻率比和相位差下的李薩如圖形細(xì)膩的周期性變化過(guò)程；(2)教材中的李薩如圖形幅數(shù)較多，驗(yàn)證其精確性略困難.而李薩如圖形的h5動(dòng)畫(huà)解決了上述兩個(gè)問(wèn)題，其二維碼如圖1所示.

圖1 李薩如圖形h5動(dòng)畫(huà)

如圖1所示，該動(dòng)畫(huà)中可以調(diào)節(jié)頻率比和相位差這兩個(gè)參數(shù)，能夠直接清晰地觀察到李薩如圖形的變化過(guò)程.

5 h5動(dòng)畫(huà)對(duì)新形態(tài)教材中李薩如圖形的驗(yàn)證

通過(guò)上述的李薩如圖形h5動(dòng)畫(huà)可以對(duì)市面上的大學(xué)物理教材中的李薩如圖形進(jìn)行驗(yàn)證.筆者在上海書(shū)城的理工科類(lèi)高等教育本科教材專(zhuān)柜，調(diào)研了23種最新的大學(xué)物理教材，其中一些不乏為新形態(tài)教材，筆者摘取了每本教材中論述李薩如圖形的頁(yè)面，通過(guò)h5動(dòng)畫(huà)對(duì)這些李薩如圖形進(jìn)行了驗(yàn)證，表1中列出了其中5本教材的情況[2,3].

表1 h5動(dòng)畫(huà)驗(yàn)證5本教材中的李薩如圖形參數(shù)及存在問(wèn)題情況

通過(guò)李薩如圖形h5動(dòng)畫(huà)的驗(yàn)證，筆者發(fā)現(xiàn)教材中存在的普遍問(wèn)題：即在頻率比固定的情況下，相位差標(biāo)示缺失(通常只列出了一行圖形的相位差)或相位差標(biāo)示錯(cuò)誤，如圖2所示，導(dǎo)致特定頻率比和相位差下其對(duì)應(yīng)的李薩如圖形不夠精確.

圖2 教材原圖

在調(diào)研的23本教材中有問(wèn)題的李薩如圖形占比大致為31.5%.這些錯(cuò)誤往往比較隱蔽，難于一眼識(shí)別，但通過(guò)李薩如圖形h5動(dòng)畫(huà)卻能比較直觀地發(fā)現(xiàn)，圖3為通過(guò)h5動(dòng)畫(huà)校正后的李薩如圖形.

圖3 h5動(dòng)畫(huà)校正的李薩如圖

6 總結(jié)——h5動(dòng)畫(huà)在新形態(tài)教材中的應(yīng)用

綜上所述，我們總結(jié)h5動(dòng)畫(huà)在新形態(tài)教材中的應(yīng)用如下：

(1)從新形態(tài)教材編著者角度，在新形態(tài)教材中設(shè)置h5動(dòng)畫(huà)，能夠通過(guò)動(dòng)畫(huà)中的可調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)可視化地展示物理現(xiàn)象的變化過(guò)程，從而提高教材的表現(xiàn)力.

(2)從教材編輯角度，可以應(yīng)用一些h5動(dòng)畫(huà)對(duì)一些編輯加工的問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證，提高書(shū)稿質(zhì)量.

(3)從學(xué)生角度，h5動(dòng)畫(huà)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，甚至教授者可以鼓勵(lì)一些學(xué)有余力的學(xué)生結(jié)合物理學(xué)原理和編程技術(shù)來(lái)編寫(xiě)h5動(dòng)畫(huà)，促進(jìn)物理知識(shí)與計(jì)算機(jī)知識(shí)的融合.

新形態(tài)教材建設(shè)的實(shí)踐表明，應(yīng)用h5動(dòng)畫(huà)等數(shù)字資源把經(jīng)典大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)類(lèi)普通教材轉(zhuǎn)型升級(jí)為新形態(tài)教材，對(duì)新時(shí)代教材改革將起到積極的推動(dòng)作用.建議教材編著者、編輯人員和出版社在新一輪教材改革建設(shè)中推廣使用，開(kāi)發(fā)出版更多更好的新形態(tài)教材.