地理数字教材交互式动画的运用与改进

张维四 李玉梅

摘要： 交互式动画是数字教材的重要组成积件，具有交互性强、依托教材重点图像和直观动态的特征。在地理教学中，教师可以运用交互式动画引入教学情境、进行规律总结和提供练习指导等。今后，研发地理数字教材时，还应利用地理信息系统的思想和功能，从加强图层叠加功能的开发、加强时间变化动画的控制功能设置和加强三维立体图像的呈现等方面改进交互式动画。

关键词：数字教材；地理教学；交互式动画；地理信息系统；三维立体图像

数字教材以纸质教材的体系结构为依托，构建具有可操控性媒体功能、笔记功能和反馈功能的阅读平台，使读者除了能够浏览纸质教材中的图文内容外，还可以欣赏视频、观看动画、处理练习等[1]。交互式动画是指嵌入数字教材图文中，通过链接可以打开的能够进行点击、拖曳等操作控制的动画系统。它化静为动，丰富教学资源，帮助学生更深入地理解文本内容，或呈现某一内容的学习思路，及时进行反馈练习，提高学生学习效率。

《义务教育地理课程标准（2022年版）》强调，“将现代信息技术与地理教学充分融合”，“尝试研制与信息技术深度融合的新型教科书”，地理数字教材及其交互式动画为实现现代信息技术与地理教学的深度融合提供了重要的支持。那么，教师如何基于数字教材和运用交互式动画进行深度教学？本文以人教地理数字教材为例，凸显交互式动画的特点与优势，介绍地理教学中交互式动画的应用实践与改进建议。

一、交互式动画的主要特征

人教地理数字教材不仅设置了书签、标注、截图等常规功能，而且基于纸质教材样式，增加了相关链接、视频、动画等教学积件。其中，特色鲜明、功能强大的就是交互式动画。交互式动画具有以下主要特征。

（一）具有较强的交互性

建构主义教学观认为，学习在本质上是学习者主动建构心理表征的过程。学习是为了满足学习者自身发展的需要，引起学习者身心发展变化，是学习者主动建构知识和能动改造自身的过程，是一种社会性交往活动。可见，学习离不开互动。人教地理数字教材的重要特征之一就是富媒体性，即交互性，主要体现在交互式动画方面。

人教地理数字教材交互式动画的交互性主要表现在两个方面：一是基于问题的交互性，二是基于操作的交互性。其中，基于问题的交互性是指大部分的交互式动画通过问题卡片进行引导。为了引导学生有逻辑地思考学习内容，交互式动画往往不急于给出答案，而是通过提示按钮给出有关空间位置、地理概念等方面的信息，引导学生逐步深入学习。问题—思考—提示—回答的交互方式，有利于实现学生与教材内容的互动，增强教学反馈效果。基于操作的交互性是指学生与数字教材的互动。通过参数调节、按键点击或拖曳入位等方式，学生能够自主进行选择性学习。这使知识的生成更具灵活性、自主性，学习过程尽可能地活动化、非线性化，知识学习更生动，知识落实更高效。

（二）以教材重点图像为依托

教材具有明显的规范性和工具性，数字教材也不例外。图像是学生地理学习的重要工具，所以地理数字教材中的交互式动画以图像为重要呈现基点。读图是学生从真实世界走向认知世界的桥梁。在这个过程中，学生往往要结合已有经验借助地图尝试还原真实世界。交互式动画的动态呈现方式和交互反馈机制，有助于学生更好地理解制图者、教材内容和以此为媒介的客观世界。

交互式动画一般围绕教材中的重点图像展开。动画弹窗的基本框架往往是左图右文，用右侧的文字解释左侧的图像；往往是左图右问，用右侧的问题引导学生理解左侧的图像；往往是左图右例，用右侧的案例说明左侧的图像；往往是左稳定右变换，用右侧的事实理论等注释左侧的图像。这样的编排，能够让学生明确左侧的图像是学习重点，力求形成地学思维方式——心象地图。交互式动画还能通过拖曳式填图、叠图和控制式增减图中要素等方法帮助学生探究图像的内涵，进而总结地理事物的空间分布规律，理解空间运动机制。总之，交互式动画以图为境，实现图文、文图、图图的动态信息交互。这不仅能帮助学生高效理解地理概念，还能示范空间分析过程，培养地理学习方法。

（三）具有鲜明的直观动态性

受二维平面或篇幅的限制，纸质教材中的知识往往是结构化或者逻辑化地呈现，内容概括性较强。为了激发学生的学习兴趣，更好地让学生理解所学知识，教师需要在教学过程中补充一些实例或信息，凸显交互式动画的优势——直观动态性。

首先，交互式动画能够集成大量的景观图、动图、示意图、视频和文字案例等，立体呈现更为丰富的信息，增强教学的直观性。其次，它还能实现大量教学内容的可视化动态设计，再现地理过程（如冰川过程），模拟地理演变（如不同状态下的水土流失过程），显示多层次地理分布（如气候的影响因素），描绘某些地理属性的周期性循环（如太阳直射点的运动），刻画地理事物位置或数量的动态变化（如动物迁徙）等。最后，交互式动画还能通过点、线、面、色、体等诸多要素的变化，提示学生关注何时、何地、何物的地理视角和对比思考的地理方法。

需注意的是，教师运用交互式动画时，要关注动画呈现的时刻、时长、节奏、次序、速率、视觉载负量等因素。这是因为，交互式动画虽然有利于学生更好地理解地理时空过程的脉络，但过多过快的信息量冲击也会影响学生对信息的理解、记忆与加工。

二、交互式动画应用的主要环节

地理教学的重点之一是帮助学生建立地理空间观念，培养学生的空间思维能力。教学的基本过程包括体验空间感知、梳理空间格局、理解空间机制等。首先，学生要充分感知空间信息中的位置信息、时间信息和属性信息。这部分难度不大，教材往往笔墨不多，学生重视程度有限，但这些内容是学生学好地理的基础。其次，空间格局学习的核心是理顺空间秩序，梳理空间规律。一方面，要关注以空间分布和空间尺度为内容的空间结构；另一方面，要关注以空间运动和空间发展为内容的空间演变。运用交互式动画，教师能够引导学生更容易地分析空间分布的差异与联系、空间尺度的转换与组织、空间运动过程的演化和空间发展的模拟预测等。最后，理解空间机制需要进行空间多要素分析、时空耦合分析和人地关系分析等，揭示某地理事物为什么会在那里出现、怎样发展、发生什么作用和产生什么影响。对此，交互式动画能通过大量的可交互与可视化信息，破解以上难题。

（一）引入情境环节

新课程强调情境教学，新教材也在每节课之首安排了可以探究的情境案例，目的是运用生动的场景激发学生的学习兴趣，增加学生对知识的直观性理解。由于纸质教材篇幅所限，以及学生见识不同，他们对情境理解的深度往往不同。另外，如果对情境导入案例了解不深入，就弱化了其功能，使它只局限在激发学生学习兴趣方面。集成大量信息的交互式动画，以鲜活、动态的方式丰富了教学情境，同时通过交互方式引导学生深入了解案例，为教师后续教学作好铺垫。

例如，“洋流”一节中，教材提供的情境案例是一张玩具鸭散落地分布图和一段百字左右的文字介绍。对此，教师可利用交互式动画引导学生深入认识此案例。首先，阅读文字资料，按照年份在地图中找到玩具鸭的发现地点。学生通过拖曳序号入图的方式，了解了货船失事后塑料玩具鸭散落分布的情况。其次，交互式动画中，右侧呈现的是洋流分布图和提出的新问题，这时教师可以引导学生依据世界洋流分布图，推测玩具鸭是沿着哪些洋流漂流的。学生根据玩具鸭漂流的时间顺序，点击洋流分布图上的相关洋流，如果点击正确，左边的地图上可以显示这一漂流过程依托的洋流路径（如图1）。

通过以上活动，按照一定的顺序，学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，为教学洋流的概念、性质和分布规律做好了准备。此部分洋流教学的主要思维方法是归纳法。归纳法是从个别推断一般的方法，常需要真实的、具有一定数量的事例为前提，让学生在比较、归类及概括中得出结论。交互式动画的分步出现位置、分层出现具体洋流的方法，为有序归纳作好铺垫。

（二）规律总结环节

学习地理，重要的就是认识地理规律，并基于此规律理解地理原理，践行人地协调观。地理规律常依托地图而呈现，尤其是分布规律。地图一方面对真实世界进行概括，另一方面通过图形图像的方式比较直观地介绍地理事物，架起连接客观世界与认知世界的桥梁。由于客观世界的复杂以及地图概括程度的差异，学生利用地图直接总结出一些地理规律是有难度的，因此需要教师的引导与分析。运用交互式动画，教师能够细化分析步骤，按照学生学习水平调控内化过程，通过比较与抽象等方法，帮助学生概括相关规律。

例如，对于“陆地水平分异规律”内容，课标要求“运用图表并结合实例，分析自然环境的整体性和地域分异规律”。教材中提供了一张世界陆地自然带分布图、四张有代表性的自然景观图片和一段结论，分析过程较少，实例也不充分。教师在总结教学内容和归纳规律时，可以利用交互式动画帮助学生明确思路和落实知识。

首先，呈现动画中的问题：以30°E经线为例，从赤道向北极依次出现哪些自然带。交互式动画的提示功能可以显示出30°E经线，学生拖动相关图例符号到课件右侧进行有序排列（若拖曳有误，及时反馈问题示意重新拖动），构建基本分布模式。完成后，学生点击“说明”按钮，交互式动画一边闪动相关自然带符号，一边呈现各自然带景观图片，为下一步成因分析做准备（如图2）。根据景观图片的植被特点，学生可得出自然带南北更替的主要影响因素是热量。

其次，依据交互式动画中问题2的要求，在表格中梳理纬度地带性相关特征与成因内容，使知识得以结构化呈现（如图3）。

（三）练习指导环节

学生思考与解答练习题，往往要先解读相关信息再利用原理和规律进行分析，从而得出答案。地理练习题的解答，一般要通过解读文字或数据信息还原地理情境，在地理情境中思考时空特征，利用地理规律思考。教材中的练习没有详解，当题目涉及场景复杂或利用原理规律较多时，学生就会出现解题困难的情况。针对以上问题，教师运用交互式动画，通过图、文、视频或动画的方式还原题目情境，并借助提示或链接分层分步出示相关原理规律，帮助学生解题。

例如，教学“正午太阳高度”内容之后，教材设计了一个根据图表数据判断四地纬度的练习。当学生没有解题思路时，教师可以点击交互式动画下方的提示，即显示思考角度（正午太阳方位和正午太阳高度）和相关计算公式。当思考某地而不得时，可以点击该地（如①）的“提示”，交互式动画以文字说明方式帮助学生分析正午太阳方位信息及地理意义、正午太阳高度特点及地理意义（如图4）。如果学生还不理解，这时继续点击“①地正午太阳方向及纬度判断”按钮，呈现包括位置、时间和太阳光线信息的示意图，还原情境（如图5）。

三、基于地理信息系统功能的交互式动画改进建议

数字教材是纸质教材与信息技术融合的成果。其实，地理学科与信息技术融合的一个典型例子是出现了地理信息系统。简单地说，地理信息系统是管理与研究空间数据的技术系统，已在资源、环境等领域发挥了重要作用。地理信息系统的思想与手段，既是中学地理学习的内容，也是地理学习的工具[2]。所以，从地理信息系统的功能视角改进数字教材相关积件，是地理交互式动画改进的一个重要方向。

在视图操控方面，可以设置地图比例缩放，增加鹰眼显示，开启地图平移或漫游模式，显示或隐藏经纬网、遥感影像，安排图层控制进行不同比例尺地图环境下的要素增删与分布显示，设置时间条控制显示不同时期的地理影像等。在查询方面，可以设置对话框查询地理事物的位置（如经纬度、高度、方位、时间等），进行相关量算（如距离、面积、体积等），进行多媒体查询、空间数据统计（如某一区域地理事物的数量）或插值等。在空间分析方面，可以设置图层叠加分析（如气候图、地形图叠层分析某种农业优势地区），设置缓冲区分析（如通过设置阈值及其变化判断某污染源的影响），设置模拟预测的窗口等。在三维可视化方面，可以创设地理体三维显示（如平移、旋转、剪切等），进行球面、平面及不同投影方式的变换，开发布尔操作（如立体交叉、切割、剖面、开凿隧道等）。

基于地理信息系统的动画开发与改进，对硬件、软件和网络等都提出了较高的要求。从地理信息系统的重点思想和操作难度角度，目前可以从以下三个方面进行考虑。

（一）加强图层图像叠加功能的开发与改进

图层图像叠加便于直观发现不同要素的空间联系，探究空间事物的因果关系。例如在“认识世界气候类型的气候特征”交互式动画问题2中（如图6），比较温带海洋性气候在北美和欧洲西部分布的位置、范围的差异并推测原因，教师点击“提示”按钮，可显示两地的地形图，帮助学生进行对比分析。如果在此基础上拖动两张地形图叠制在气候图上，则能明显地看出：北美西部山地高大，温带海洋性气候因此受到约束；欧洲西部地形开敞，除北部和南部山地外，大部分以平原为主，温带海洋性气候向东扩展许多。

（二）加强时间变化动画的控制功能设置

交互式动画能够动态演示某一地理事物的演变过程。在动画中，各帧之间的信息远比单独帧呈现的信息更为重要，也增加了学生理解、记忆、加工的信息量，加大了学生学习的难度。若增加设置时间控制按键，则能增加交互性、灵活性，适应不同学生的理解程度。例如，在“冰川作用与地貌”交互式动画中增加冰川堆积地貌形成动画（如图7），增加时间控制功能，会更方便学生理解。

（三）加强三维立体图像呈现

球（面）平（面）矛盾是中学生地理认知中的难点。学生空间概念的建立需要从二维认知走向三维认知，从小尺度认知走向大尺度认知。横纵事物在球面的空间组织及对其他地理事物的影响一直困扰着学生。初中地理表现明显的是经纬网知识，高中地理表现明显的是三圈环流知识，如果能够利用旋转、透视等三维表现手段帮助学生，则会事半功倍。例如，“三圈环流”交互式动画中只是基于教材原图分步呈现了气压带、风带形成过程，平面图和立体示意图是分开的，如果把立体示意图与平面图结合起来呈现在三维球面上，则更逼真，学生更容易理解。

随着现代信息技术的进步，更多、更具表现力的技术方式会被运用到交互式动画中，如及时更新数据网络技术、高清晰度无极缩放的遥感技术、增强或虚拟现实技术等。地理数字教材的亮点表现之一就是运用了交互式动画，因此，教师在教学中要抓住它的交互性强、直观动态等特征，依托教材重点图像突出教学重点、突破教学难点，更好赋能地理教学。

注：本文系国家新闻出版署出版融合发展（人教社）重点实验室、人民教育出版社人教数字教育研究院2021年度重点课题“基于Web二三维地理信息技术的地理学科工具与数字教材的融合研究”（课题编号：RJA0121002）的阶段性研究成果。

参考文献

[1] 王润.数字教材与纸质教材关系演进：历程、逻辑与展望[J].教育学报，2021（5）：111-122.

[2] 孙建辉.用好信息技术，“活化”地理教学——专访人民教育出版社原总编辑韦志榕[J].中小学数字化教学，2020（3）：5-8.

（作者张维四系北京市第一五六中学教师，中学一级教师；李玉梅系北京市第三中学教师，中学一级教师）

责任编辑：孙建辉