高聚平 張海雁

(高等教育出版社 北京 100029)

1 新形態(tài)教材

在移動互聯(lián)網(wǎng)和智能手機大范圍應(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新的形勢，提出對于旗下的教材，除了通過以傳統(tǒng)的文字方式傳遞知識外，還將依托移動互聯(lián)網(wǎng)和自建的2d平臺、Abook平臺、ICC平臺等教學(xué)平臺，整合MOOC、微課堂等優(yōu)質(zhì)資源，對傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材進行大規(guī)模、分批次地更新，在教材表現(xiàn)形態(tài)方面進行各種形式的創(chuàng)新，從而建設(shè)了一大批具有時代物色、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、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(nèi)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(diào)節(jié)參數(shù)，從而可視化地展示物理過程的特性在眾多的數(shù)字資源中脫穎而出.

3 HTML 5動畫

基于 Web APP 底層應(yīng)用程序接口的開發(fā)，HTML 5動畫(以下簡稱h5動畫)技術(shù)能實現(xiàn)跨平臺(通過智能手機掃二維碼訪問、通過筆記本電腦網(wǎng)頁直接訪問等)的3D 物理模擬和仿真實驗[1]，大學(xué)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(yīng)用于教學(xué)實踐：如直升機的角動量守恒演示等力學(xué)動畫、李薩如圖形等振動與波動學(xué)動畫、麥克斯韋速率分布律演示等熱學(xué)動畫、電磁波的電場和磁場等電磁學(xué)動畫、牛頓環(huán)等光學(xué)動畫、玻爾氫原子模型等近代物理學(xué)動畫.h5動畫中一般會設(shè)置一些可以調(diào)節(jié)的參數(shù)，學(xué)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(diào)節(jié)這些參數(shù)，直觀地感受到物理現(xiàn)象的變化過程，這能夠引起學(xué)生對物理的興趣，激發(fā)學(xué)生對物理規(guī)律的探究心理.不僅如此，一些h5動畫因其化繁為簡的優(yōu)勢，對現(xiàn)在興起的大學(xué)物理及物理實驗課程的新形態(tài)教材建設(shè)也起了一定的推進作用.

4 李薩如圖形的h5動畫

大學(xué)物理及物理實驗教材在講授波動與振動部分時，經(jīng)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(fù)雜，通常也是不穩(wěn)定的.而當兩個分振動的頻率成整數(shù)比時，合振動的軌跡會形成一個穩(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現(xiàn)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(xué)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(yīng)的李薩如圖形，呈現(xiàn)于紙質(zhì)教材中.這一般存在兩個問題：(1)過程靜態(tài)化，無法展示隨著頻率比和相位差這兩個參數(shù)變化情況下，特定頻率比和相位差下的李薩如圖形細膩的周期性變化過程；(2)教材中的李薩如圖形幅數(shù)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(diào)節(jié)頻率比和相位差這兩個參數(shù)，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(tài)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(xué)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(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(shù)及存在問題情況

通過李薩如圖形h5動畫的驗證，筆者發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致特定頻率比和相位差下其對應(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(fā)現(xiàn)，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(jié)——h5動畫在新形態(tài)教材中的應(yīng)用

綜上所述，我們總結(jié)h5動畫在新形態(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動畫，能夠通過動畫中的可調(diào)節(jié)參數(shù)來可視化地展示物理現(xiàn)象的變化過程，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動畫對一些編輯加工的問題進行驗證，提高書稿質(zhì)量.

(3)從學(xué)生角度，h5動畫能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，甚至教授者可以鼓勵一些學(xué)有余力的學(xué)生結(jié)合物理學(xué)原理和編程技術(shù)來編寫h5動畫，促進物理知識與計算機知識的融合.

新形態(tài)教材建設(shè)的實踐表明，應(yīng)用h5動畫等數(shù)字資源把經(jīng)典大學(xué)物理及實驗類普通教材轉(zhuǎn)型升級為新形態(tài)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(shè)中推廣使用，開發(fā)出版更多更好的新形態(tài)教材.