地理數字教材交互式動畫的運用與改進

張維四 李玉梅

摘要： 交互式動畫是數字教材的重要組成積件，具有交互性強、依托教材重點圖像和直觀動態的特征。在地理教學中，教師可以運用交互式動畫引入教學情境、進行規律總結和提供練習指導等。今后，研發地理數字教材時，還應利用地理信息系統的思想和功能，從加強圖層疊加功能的開發、加強時間變化動畫的控制功能設置和加強三維立體圖像的呈現等方面改進交互式動畫。

關鍵詞：數字教材；地理教學；交互式動畫；地理信息系統；三維立體圖像

數字教材以紙質教材的體系結構為依托，構建具有可操控性媒體功能、筆記功能和反饋功能的閱讀平臺，使讀者除了能夠瀏覽紙質教材中的圖文內容外，還可以欣賞視頻、觀看動畫、處理練習等[1]。交互式動畫是指嵌入數字教材圖文中，通過鏈接可以打開的能夠進行點擊、拖曳等操作控制的動畫系統。它化靜為動，豐富教學資源，幫助學生更深入地理解文本內容，或呈現某一內容的學習思路，及時進行反饋練習，提高學生學習效率。

《義務教育地理課程標準（2022年版）》強調，“將現代信息技術與地理教學充分融合”，“嘗試研制與信息技術深度融合的新型教科書”，地理數字教材及其交互式動畫為實現現代信息技術與地理教學的深度融合提供了重要的支持。那么，教師如何基于數字教材和運用交互式動畫進行深度教學？本文以人教地理數字教材為例，凸顯交互式動畫的特點與優勢，介紹地理教學中交互式動畫的應用實踐與改進建議。

一、交互式動畫的主要特征

人教地理數字教材不僅設置了書簽、標注、截圖等常規功能，而且基于紙質教材樣式，增加了相關鏈接、視頻、動畫等教學積件。其中，特色鮮明、功能強大的就是交互式動畫。交互式動畫具有以下主要特征。

（一）具有較強的交互性

建構主義教學觀認為，學習在本質上是學習者主動建構心理表征的過程。學習是為了滿足學習者自身發展的需要，引起學習者身心發展變化，是學習者主動建構知識和能動改造自身的過程，是一種社會性交往活動。可見，學習離不開互動。人教地理數字教材的重要特征之一就是富媒體性，即交互性，主要體現在交互式動畫方面。

人教地理數字教材交互式動畫的交互性主要表現在兩個方面：一是基于問題的交互性，二是基于操作的交互性。其中，基于問題的交互性是指大部分的交互式動畫通過問題卡片進行引導。為了引導學生有邏輯地思考學習內容，交互式動畫往往不急于給出答案，而是通過提示按鈕給出有關空間位置、地理概念等方面的信息，引導學生逐步深入學習。問題—思考—提示—回答的交互方式，有利于實現學生與教材內容的互動，增強教學反饋效果。基于操作的交互性是指學生與數字教材的互動。通過參數調節、按鍵點擊或拖曳入位等方式，學生能夠自主進行選擇性學習。這使知識的生成更具靈活性、自主性，學習過程盡可能地活動化、非線性化，知識學習更生動，知識落實更高效。

（二）以教材重點圖像為依托

教材具有明顯的規范性和工具性，數字教材也不例外。圖像是學生地理學習的重要工具，所以地理數字教材中的交互式動畫以圖像為重要呈現基點。讀圖是學生從真實世界走向認知世界的橋梁。在這個過程中，學生往往要結合已有經驗借助地圖嘗試還原真實世界。交互式動畫的動態呈現方式和交互反饋機制，有助于學生更好地理解制圖者、教材內容和以此為媒介的客觀世界。

交互式動畫一般圍繞教材中的重點圖像展開。動畫彈窗的基本框架往往是左圖右文，用右側的文字解釋左側的圖像；往往是左圖右問，用右側的問題引導學生理解左側的圖像；往往是左圖右例，用右側的案例說明左側的圖像；往往是左穩定右變換，用右側的事實理論等注釋左側的圖像。這樣的編排，能夠讓學生明確左側的圖像是學習重點，力求形成地學思維方式——心象地圖。交互式動畫還能通過拖曳式填圖、疊圖和控制式增減圖中要素等方法幫助學生探究圖像的內涵，進而總結地理事物的空間分布規律，理解空間運動機制。總之，交互式動畫以圖為境，實現圖文、文圖、圖圖的動態信息交互。這不僅能幫助學生高效理解地理概念，還能示范空間分析過程，培養地理學習方法。

（三）具有鮮明的直觀動態性

受二維平面或篇幅的限制，紙質教材中的知識往往是結構化或者邏輯化地呈現，內容概括性較強。為了激發學生的學習興趣，更好地讓學生理解所學知識，教師需要在教學過程中補充一些實例或信息，凸顯交互式動畫的優勢——直觀動態性。

首先，交互式動畫能夠集成大量的景觀圖、動圖、示意圖、視頻和文字案例等，立體呈現更為豐富的信息，增強教學的直觀性。其次，它還能實現大量教學內容的可視化動態設計，再現地理過程（如冰川過程），模擬地理演變（如不同狀態下的水土流失過程），顯示多層次地理分布（如氣候的影響因素），描繪某些地理屬性的周期性循環（如太陽直射點的運動），刻畫地理事物位置或數量的動態變化（如動物遷徙）等。最后，交互式動畫還能通過點、線、面、色、體等諸多要素的變化，提示學生關注何時、何地、何物的地理視角和對比思考的地理方法。

需注意的是，教師運用交互式動畫時，要關注動畫呈現的時刻、時長、節奏、次序、速率、視覺載負量等因素。這是因為，交互式動畫雖然有利于學生更好地理解地理時空過程的脈絡，但過多過快的信息量沖擊也會影響學生對信息的理解、記憶與加工。

二、交互式動畫應用的主要環節

地理教學的重點之一是幫助學生建立地理空間觀念，培養學生的空間思維能力。教學的基本過程包括體驗空間感知、梳理空間格局、理解空間機制等。首先，學生要充分感知空間信息中的位置信息、時間信息和屬性信息。這部分難度不大，教材往往筆墨不多，學生重視程度有限，但這些內容是學生學好地理的基礎。其次，空間格局學習的核心是理順空間秩序，梳理空間規律。一方面，要關注以空間分布和空間尺度為內容的空間結構；另一方面，要關注以空間運動和空間發展為內容的空間演變。運用交互式動畫，教師能夠引導學生更容易地分析空間分布的差異與聯系、空間尺度的轉換與組織、空間運動過程的演化和空間發展的模擬預測等。最后，理解空間機制需要進行空間多要素分析、時空耦合分析和人地關系分析等，揭示某地理事物為什么會在那里出現、怎樣發展、發生什么作用和產生什么影響。對此，交互式動畫能通過大量的可交互與可視化信息，破解以上難題。

（一）引入情境環節

新課程強調情境教學，新教材也在每節課之首安排了可以探究的情境案例，目的是運用生動的場景激發學生的學習興趣，增加學生對知識的直觀性理解。由于紙質教材篇幅所限，以及學生見識不同，他們對情境理解的深度往往不同。另外，如果對情境導入案例了解不深入，就弱化了其功能，使它只局限在激發學生學習興趣方面。集成大量信息的交互式動畫，以鮮活、動態的方式豐富了教學情境，同時通過交互方式引導學生深入了解案例，為教師后續教學作好鋪墊。

例如，“洋流”一節中，教材提供的情境案例是一張玩具鴨散落地分布圖和一段百字左右的文字介紹。對此，教師可利用交互式動畫引導學生深入認識此案例。首先，閱讀文字資料，按照年份在地圖中找到玩具鴨的發現地點。學生通過拖曳序號入圖的方式，了解了貨船失事后塑料玩具鴨散落分布的情況。其次，交互式動畫中，右側呈現的是洋流分布圖和提出的新問題，這時教師可以引導學生依據世界洋流分布圖，推測玩具鴨是沿著哪些洋流漂流的。學生根據玩具鴨漂流的時間順序，點擊洋流分布圖上的相關洋流，如果點擊正確，左邊的地圖上可以顯示這一漂流過程依托的洋流路徑（如圖1）。

通過以上活動，按照一定的順序，學生基本了解了太平洋中的大部分洋流和大西洋中的若干洋流，為教學洋流的概念、性質和分布規律做好了準備。此部分洋流教學的主要思維方法是歸納法。歸納法是從個別推斷一般的方法，常需要真實的、具有一定數量的事例為前提，讓學生在比較、歸類及概括中得出結論。交互式動畫的分步出現位置、分層出現具體洋流的方法，為有序歸納作好鋪墊。

（二）規律總結環節

學習地理，重要的就是認識地理規律，并基于此規律理解地理原理，踐行人地協調觀。地理規律常依托地圖而呈現，尤其是分布規律。地圖一方面對真實世界進行概括，另一方面通過圖形圖像的方式比較直觀地介紹地理事物，架起連接客觀世界與認知世界的橋梁。由于客觀世界的復雜以及地圖概括程度的差異，學生利用地圖直接總結出一些地理規律是有難度的，因此需要教師的引導與分析。運用交互式動畫，教師能夠細化分析步驟，按照學生學習水平調控內化過程，通過比較與抽象等方法，幫助學生概括相關規律。

例如，對于“陸地水平分異規律”內容，課標要求“運用圖表并結合實例，分析自然環境的整體性和地域分異規律”。教材中提供了一張世界陸地自然帶分布圖、四張有代表性的自然景觀圖片和一段結論，分析過程較少，實例也不充分。教師在總結教學內容和歸納規律時，可以利用交互式動畫幫助學生明確思路和落實知識。

首先，呈現動畫中的問題：以30°E經線為例，從赤道向北極依次出現哪些自然帶。交互式動畫的提示功能可以顯示出30°E經線，學生拖動相關圖例符號到課件右側進行有序排列（若拖曳有誤，及時反饋問題示意重新拖動），構建基本分布模式。完成后，學生點擊“說明”按鈕，交互式動畫一邊閃動相關自然帶符號，一邊呈現各自然帶景觀圖片，為下一步成因分析做準備（如圖2）。根據景觀圖片的植被特點，學生可得出自然帶南北更替的主要影響因素是熱量。

其次，依據交互式動畫中問題2的要求，在表格中梳理緯度地帶性相關特征與成因內容，使知識得以結構化呈現（如圖3）。

（三）練習指導環節

學生思考與解答練習題，往往要先解讀相關信息再利用原理和規律進行分析，從而得出答案。地理練習題的解答，一般要通過解讀文字或數據信息還原地理情境，在地理情境中思考時空特征，利用地理規律思考。教材中的練習沒有詳解，當題目涉及場景復雜或利用原理規律較多時，學生就會出現解題困難的情況。針對以上問題，教師運用交互式動畫，通過圖、文、視頻或動畫的方式還原題目情境，并借助提示或鏈接分層分步出示相關原理規律，幫助學生解題。

例如，教學“正午太陽高度”內容之后，教材設計了一個根據圖表數據判斷四地緯度的練習。當學生沒有解題思路時，教師可以點擊交互式動畫下方的提示，即顯示思考角度（正午太陽方位和正午太陽高度）和相關計算公式。當思考某地而不得時，可以點擊該地（如①）的“提示”，交互式動畫以文字說明方式幫助學生分析正午太陽方位信息及地理意義、正午太陽高度特點及地理意義（如圖4）。如果學生還不理解，這時繼續點擊“①地正午太陽方向及緯度判斷”按鈕，呈現包括位置、時間和太陽光線信息的示意圖，還原情境（如圖5）。

三、基于地理信息系統功能的交互式動畫改進建議

數字教材是紙質教材與信息技術融合的成果。其實，地理學科與信息技術融合的一個典型例子是出現了地理信息系統。簡單地說，地理信息系統是管理與研究空間數據的技術系統，已在資源、環境等領域發揮了重要作用。地理信息系統的思想與手段，既是中學地理學習的內容，也是地理學習的工具[2]。所以，從地理信息系統的功能視角改進數字教材相關積件，是地理交互式動畫改進的一個重要方向。

在視圖操控方面，可以設置地圖比例縮放，增加鷹眼顯示，開啟地圖平移或漫游模式，顯示或隱藏經緯網、遙感影像，安排圖層控制進行不同比例尺地圖環境下的要素增刪與分布顯示，設置時間條控制顯示不同時期的地理影像等。在查詢方面，可以設置對話框查詢地理事物的位置（如經緯度、高度、方位、時間等），進行相關量算（如距離、面積、體積等），進行多媒體查詢、空間數據統計（如某一區域地理事物的數量）或插值等。在空間分析方面，可以設置圖層疊加分析（如氣候圖、地形圖疊層分析某種農業優勢地區），設置緩沖區分析（如通過設置閾值及其變化判斷某污染源的影響），設置模擬預測的窗口等。在三維可視化方面，可以創設地理體三維顯示（如平移、旋轉、剪切等），進行球面、平面及不同投影方式的變換，開發布爾操作（如立體交叉、切割、剖面、開鑿隧道等）。

基于地理信息系統的動畫開發與改進，對硬件、軟件和網絡等都提出了較高的要求。從地理信息系統的重點思想和操作難度角度，目前可以從以下三個方面進行考慮。

（一）加強圖層圖像疊加功能的開發與改進

圖層圖像疊加便于直觀發現不同要素的空間聯系，探究空間事物的因果關系。例如在“認識世界氣候類型的氣候特征”交互式動畫問題2中（如圖6），比較溫帶海洋性氣候在北美和歐洲西部分布的位置、范圍的差異并推測原因，教師點擊“提示”按鈕，可顯示兩地的地形圖，幫助學生進行對比分析。如果在此基礎上拖動兩張地形圖疊制在氣候圖上，則能明顯地看出：北美西部山地高大，溫帶海洋性氣候因此受到約束；歐洲西部地形開敞，除北部和南部山地外，大部分以平原為主，溫帶海洋性氣候向東擴展許多。

（二）加強時間變化動畫的控制功能設置

交互式動畫能夠動態演示某一地理事物的演變過程。在動畫中，各幀之間的信息遠比單獨幀呈現的信息更為重要，也增加了學生理解、記憶、加工的信息量，加大了學生學習的難度。若增加設置時間控制按鍵，則能增加交互性、靈活性，適應不同學生的理解程度。例如，在“冰川作用與地貌”交互式動畫中增加冰川堆積地貌形成動畫（如圖7），增加時間控制功能，會更方便學生理解。

（三）加強三維立體圖像呈現

球（面）平（面）矛盾是中學生地理認知中的難點。學生空間概念的建立需要從二維認知走向三維認知，從小尺度認知走向大尺度認知。橫縱事物在球面的空間組織及對其他地理事物的影響一直困擾著學生。初中地理表現明顯的是經緯網知識，高中地理表現明顯的是三圈環流知識，如果能夠利用旋轉、透視等三維表現手段幫助學生，則會事半功倍。例如，“三圈環流”交互式動畫中只是基于教材原圖分步呈現了氣壓帶、風帶形成過程，平面圖和立體示意圖是分開的，如果把立體示意圖與平面圖結合起來呈現在三維球面上，則更逼真，學生更容易理解。

隨著現代信息技術的進步，更多、更具表現力的技術方式會被運用到交互式動畫中，如及時更新數據網絡技術、高清晰度無極縮放的遙感技術、增強或虛擬現實技術等。地理數字教材的亮點表現之一就是運用了交互式動畫，因此，教師在教學中要抓住它的交互性強、直觀動態等特征，依托教材重點圖像突出教學重點、突破教學難點，更好賦能地理教學。

注：本文系國家新聞出版署出版融合發展（人教社）重點實驗室、人民教育出版社人教數字教育研究院2021年度重點課題“基于Web二三維地理信息技術的地理學科工具與數字教材的融合研究”（課題編號：RJA0121002）的階段性研究成果。

參考文獻

[1] 王潤.數字教材與紙質教材關系演進：歷程、邏輯與展望[J].教育學報，2021（5）：111-122.

[2] 孫建輝.用好信息技術，“活化”地理教學——專訪人民教育出版社原總編輯韋志榕[J].中小學數字化教學，2020（3）：5-8.

（作者張維四系北京市第一五六中學教師，中學一級教師；李玉梅系北京市第三中學教師，中學一級教師）

責任編輯：孫建輝