HTML 5動畫在新形態教材建設中的實踐

高聚平 張海雁

(高等教育出版社 北京 100029)

1 新形態教材

在移動互聯網和智能手機大范圍應用的背景下，傳統的紙質教材需要順應學生學習習慣的改變，開始往下一階段——新形態教材升華.自2012年起至今，高等教育出版社針對新的形勢，提出對于旗下的教材，除了通過以傳統的文字方式傳遞知識外，還將依托移動互聯網和自建的2d平臺、Abook平臺、ICC平臺等教學平臺，整合MOOC、微課堂等優質資源，對傳統的紙質教材進行大規模、分批次地更新，在教材表現形態方面進行各種形式的創新，從而建設了一大批具有時代物色、多媒體形式、內容和層次豐富的新形態教材.

2 數字資源

新形態教材搭載的各種數字資源常用以下形式展現：二維碼、Abook平臺、MOOC平臺、微信電子書、在線測試、HTML 5動畫等.以上資源中以二維碼形式最為普遍，它可以內嵌視頻、動畫、彩圖、拓展閱讀資料等鏈接；其中新興的HTML 5動畫因為能夠通過可調節參數，從而可視化地展示物理過程的特性在眾多的數字資源中脫穎而出.

3 HTML 5動畫

基于 Web APP 底層應用程序接口的開發，HTML 5動畫(以下簡稱h5動畫)技術能實現跨平臺(通過智能手機掃二維碼訪問、通過筆記本電腦網頁直接訪問等)的3D 物理模擬和仿真實驗[1]，大學物理及物理實驗教材編寫者可以制作大量的物理動畫，并將其應用于教學實踐：如直升機的角動量守恒演示等力學動畫、李薩如圖形等振動與波動學動畫、麥克斯韋速率分布律演示等熱學動畫、電磁波的電場和磁場等電磁學動畫、牛頓環等光學動畫、玻爾氫原子模型等近代物理學動畫.h5動畫中一般會設置一些可以調節的參數，學生通過智能手機掃描動畫的二維碼后，能夠觸摸屏幕按鈕調節這些參數，直觀地感受到物理現象的變化過程，這能夠引起學生對物理的興趣，激發學生對物理規律的探究心理.不僅如此，一些h5動畫因其化繁為簡的優勢，對現在興起的大學物理及物理實驗課程的新形態教材建設也起了一定的推進作用.

4 李薩如圖形的h5動畫

大學物理及物理實驗教材在講授波動與振動部分時，經常會涉及李薩如圖形這個知識點.當兩個相互垂直的簡諧振動合成時，合振動的軌跡取決于兩個分振動的頻率比、相位差.一般情況下，合振動的軌跡較為復雜，通常也是不穩定的.而當兩個分振動的頻率成整數比時，合振動的軌跡會形成一個穩定、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現李薩如圖形的演示，把較為抽象的物理過程以形象的方式展示出來，起到較好的教學效果.

教材中介紹李薩如圖形時，往往選取若干個頻率比和相位差的合振動，繪出對應的李薩如圖形，呈現于紙質教材中.這一般存在兩個問題：(1)過程靜態化，無法展示隨著頻率比和相位差這兩個參數變化情況下，特定頻率比和相位差下的李薩如圖形細膩的周期性變化過程；(2)教材中的李薩如圖形幅數較多，驗證其精確性略困難.而李薩如圖形的h5動畫解決了上述兩個問題，其二維碼如圖1所示.

圖1 李薩如圖形h5動畫

如圖1所示，該動畫中可以調節頻率比和相位差這兩個參數，能夠直接清晰地觀察到李薩如圖形的變化過程.

5 h5動畫對新形態教材中李薩如圖形的驗證

通過上述的李薩如圖形h5動畫可以對市面上的大學物理教材中的李薩如圖形進行驗證.筆者在上海書城的理工科類高等教育本科教材專柜，調研了23種最新的大學物理教材，其中一些不乏為新形態教材，筆者摘取了每本教材中論述李薩如圖形的頁面，通過h5動畫對這些李薩如圖形進行了驗證，表1中列出了其中5本教材的情況[2,3].

表1 h5動畫驗證5本教材中的李薩如圖形參數及存在問題情況

通過李薩如圖形h5動畫的驗證，筆者發現教材中存在的普遍問題：即在頻率比固定的情況下，相位差標示缺失(通常只列出了一行圖形的相位差)或相位差標示錯誤，如圖2所示，導致特定頻率比和相位差下其對應的李薩如圖形不夠精確.

圖2 教材原圖

在調研的23本教材中有問題的李薩如圖形占比大致為31.5%.這些錯誤往往比較隱蔽，難于一眼識別，但通過李薩如圖形h5動畫卻能比較直觀地發現，圖3為通過h5動畫校正后的李薩如圖形.

圖3 h5動畫校正的李薩如圖

6 總結——h5動畫在新形態教材中的應用

綜上所述，我們總結h5動畫在新形態教材中的應用如下：

(1)從新形態教材編著者角度，在新形態教材中設置h5動畫，能夠通過動畫中的可調節參數來可視化地展示物理現象的變化過程，從而提高教材的表現力.

(2)從教材編輯角度，可以應用一些h5動畫對一些編輯加工的問題進行驗證，提高書稿質量.

(3)從學生角度，h5動畫能夠激發學生的學習興趣，甚至教授者可以鼓勵一些學有余力的學生結合物理學原理和編程技術來編寫h5動畫，促進物理知識與計算機知識的融合.

新形態教材建設的實踐表明，應用h5動畫等數字資源把經典大學物理及實驗類普通教材轉型升級為新形態教材，對新時代教材改革將起到積極的推動作用.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中推廣使用，開發出版更多更好的新形態教材.