教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型視域下新形態(tài)數(shù)字教材的應(yīng)用場景及建設(shè)路徑

[摘 要] 從滿足學(xué)生“自適應(yīng)學(xué)習(xí)”“沉浸式學(xué)習(xí)”“智能輔導(dǎo)”及教師“學(xué)生學(xué)情分析”“資源智能推薦”“智能教學(xué)助手”等角度出發(fā)，闡述教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型視域下數(shù)字教材的“數(shù)據(jù)層”“服務(wù)層”“應(yīng)用層”三層架構(gòu)模型。依托“知識圖譜”“環(huán)境感知”“人工智能”“云計(jì)算”等核心服務(wù)，通過“效能類”“信息類”“情景類”“評價(jià)類”“認(rèn)知類”五類功能工具構(gòu)建數(shù)字教材的高內(nèi)聚松耦合的功能應(yīng)用體系。使教材數(shù)字化從資源富媒體化、信息組織數(shù)字化，進(jìn)一步向以知識工程為基礎(chǔ)的智能化轉(zhuǎn)變。數(shù)字教材應(yīng)該適應(yīng)教育信息化轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要，在以提供教學(xué)內(nèi)容為主的基礎(chǔ)上，發(fā)展成為提供更具教育教學(xué)價(jià)值的功能和工具系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字教材 新形態(tài)教材 教育數(shù)字化 數(shù)字化轉(zhuǎn)型 智能教材

[中圖分類號] G237 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1009-5853 （2025） 01-0055-11

The Application Scenarios and Construction Paths of the New Form of Digital Teaching Materials from the Perspective of Educational Digital Transformation

Zhao Bingxun Yuan Huali

（PEP Digital Publishing Corporation Limited， Beijing， 100081）（Educational Research Institute of the People’ s Education Press，Beijing， 100081）

[Abstract] From the perspective of meeting the needs of students’ adaptive learning， immersive learning， intelligent tutoring， and teachers’ analysis of students’ learning situation， intelligent recommendation of resources， and intelligent teaching assistant， this paper expounds the three-tier architecture model of digital textbooks from the perspective of digital transformation of education， namely， the “data layer” “service layer” “application layer” . Relying on core services such as “knowledge mapping”" “environmental perception” “artificial intelligence” “cloud computing”， a highly cohesive and loosely coupled functional application system for digital textbooks is built through five functional tools， namely “effectiveness” “information” “scenario” “evaluation”“Cognition” . Make the digitalization of teaching materials change from rich media of resources and digitalization of information organization to intelligence based on knowledge engineering. Digital teaching materials should meet the needs of the transformation and development of education informatization， and develop from providing teaching content as the main basis to providing functions and tool systems with more educational and teaching value.

[Key words] Digital textbooks New form textbooks Digitalization of education Digital transformation Intelligent textbooks

2020年9月，聯(lián)合國教科文組織發(fā)布了《教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型：學(xué)校聯(lián)通，學(xué)生賦能》決議。同一時(shí)間，歐盟委員會發(fā)布了《數(shù)字教育行動計(jì)劃（2021—2027年）》，提出“發(fā)展高績效數(shù)字教育生態(tài)系統(tǒng)”和“提高數(shù)字化轉(zhuǎn)型的數(shù)字技能和能力”兩大戰(zhàn)略及十三項(xiàng)行動計(jì)劃。2021年8月，經(jīng)教育部批復(fù)同意上海成為國家教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型試點(diǎn)基地。世界各國教育部門紛紛出臺一系列教育數(shù)字化發(fā)展戰(zhàn)略和實(shí)施計(jì)劃，全方位大力推動教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等為代表的技術(shù)創(chuàng)新和迭代進(jìn)入快車道，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為教育發(fā)展的重要方向。教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心目標(biāo)之一，是形成個(gè)性化、智能化的教育新生態(tài)[1]，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自適應(yīng)學(xué)習(xí)。數(shù)字教材作為數(shù)字化環(huán)境下開展教學(xué)活動的基礎(chǔ)資源和載體，既是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然產(chǎn)物，又是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和有力抓手[2]。《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》在“教材編寫”部分明確提出“要充分利用新技術(shù)優(yōu)勢，探索數(shù)字教材建設(shè)”[3]。當(dāng)前，我國基礎(chǔ)教育數(shù)字教材建設(shè)基本上都是以紙質(zhì)教材為藍(lán)本，配套多媒體資源和學(xué)科工具[4]，內(nèi)容呈現(xiàn)和交互方式單一，不具備教材內(nèi)容的解構(gòu)和建構(gòu)功能，很難滿足教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型指向的個(gè)性化、智能化教學(xué)需要[5]。故此，探索、設(shè)計(jì)和開發(fā)新形態(tài)數(shù)字教材，以響應(yīng)未來教育對個(gè)性化學(xué)習(xí)及教學(xué)的發(fā)展要求，是數(shù)字化時(shí)代高質(zhì)量教材建設(shè)的關(guān)鍵。本文在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型視域下，從響應(yīng)教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級需求的視角闡釋新形態(tài)數(shù)字教材的核心應(yīng)用場景，并基于此探討新型數(shù)字教材的架構(gòu)模型和建設(shè)路徑。

1 基于教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級需求的數(shù)字教材演進(jìn)歷程

數(shù)字教材自產(chǎn)生以來，其形態(tài)和功能特征演進(jìn)受到技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化教學(xué)范式及教學(xué)觀念更迭的雙重驅(qū)動。其中，技術(shù)的更新為數(shù)字教材的發(fā)展演進(jìn)提供了想象力，是催生不同形態(tài)數(shù)字教材的外在動力，數(shù)字化教學(xué)范式更迭下的應(yīng)用邏輯轉(zhuǎn)變及教學(xué)觀的轉(zhuǎn)變是推動數(shù)字教材形態(tài)演進(jìn)的內(nèi)在動力，也是數(shù)字教材的價(jià)值指向。

20世紀(jì)90年代開始，隨著個(gè)人終端的興起及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)共享成為可能，信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用以促進(jìn)數(shù)字資源的便捷傳播和共享等為主。為順應(yīng)教育信息化資源建設(shè)需要，以圖片或PDF格式呈現(xiàn)紙質(zhì)教材圖文內(nèi)容的靜態(tài)數(shù)字教材得以研發(fā)。如人民教育出版社于2002年推出了我國最早的手持式“人教電子教材”，實(shí)現(xiàn)了教材的載體數(shù)字化。隨著教育信息化的推進(jìn)，信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用場景不斷拓展和深化，以數(shù)字化資源和工具應(yīng)用為特征的課堂多媒體教學(xué)成為信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的主要模式，教師成為多媒體環(huán)境下數(shù)字資源和工具應(yīng)用的核心主體。作為數(shù)字化教學(xué)的基礎(chǔ)性資源，數(shù)字教材的核心應(yīng)用場景隨之從師生資源共享和自主閱讀擴(kuò)展到課堂教學(xué)。以富媒體資源和教學(xué)互動工具為核心成為這一代數(shù)字教材的主要特征。目前，國內(nèi)中小學(xué)數(shù)字教材的研發(fā)基本上采用這一形態(tài)，即以紙質(zhì)教材為藍(lán)本，配套富媒體資源和學(xué)科工具。隨著國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，信息技術(shù)尤其是人工智能等新興技術(shù)推動著教育教學(xué)進(jìn)入生態(tài)重塑新階段，泛在化學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)、場景化學(xué)習(xí)、人機(jī)協(xié)同學(xué)習(xí)等新型學(xué)習(xí)方式成為趨勢，教學(xué)內(nèi)容和服務(wù)供給更加強(qiáng)調(diào)個(gè)性化、精準(zhǔn)化和智能化。作為教學(xué)的關(guān)鍵要素，數(shù)字教材逐漸向貫穿教與學(xué)全過程的新形態(tài)數(shù)字教材發(fā)展[6]。

新形態(tài)數(shù)字教材是適應(yīng)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級需求而產(chǎn)生的，服務(wù)于智能時(shí)代數(shù)字化教學(xué)新范式，是構(gòu)建未來個(gè)性化、智能化教育新生態(tài)的基礎(chǔ)。相較于傳統(tǒng)數(shù)字教材的基礎(chǔ)性資源和輔助教學(xué)定位，新形態(tài)數(shù)字教材是教學(xué)情景、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的復(fù)合體，應(yīng)具備更強(qiáng)大的教學(xué)策略實(shí)現(xiàn)、學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃和學(xué)習(xí)服務(wù)支持功能，在內(nèi)容組織與呈現(xiàn)、人機(jī)交互、個(gè)性化推送等方面呈現(xiàn)出更加明顯的智能化優(yōu)勢。本文認(rèn)為，新形態(tài)數(shù)字教材是以國家課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱為依據(jù)，以促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展為目標(biāo)，以新一代人工智能與知識工程技術(shù)[7]為支撐，集數(shù)字化內(nèi)容、教與學(xué)工具、教學(xué)策略、學(xué)習(xí)路徑等于一體，能滿足智能時(shí)代個(gè)性化教與學(xué)需要的新型教材。

2 教育數(shù)字化視域下新形態(tài)數(shù)字教材應(yīng)用的核心場景

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，作為教育信息化深化演進(jìn)的高級階段，是一場由技術(shù)驅(qū)動的教育變革創(chuàng)新，其核心在于通過教育領(lǐng)域全要素、全流程、全業(yè)務(wù)的數(shù)字化重構(gòu)和升級[8]，形成開放、個(gè)性、智能的教育生態(tài)，從而促進(jìn)教師和學(xué)生的全面發(fā)展。豐富交互模式，重組教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)教學(xué)流程，革新教學(xué)模式，重塑學(xué)習(xí)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)教育內(nèi)容和服務(wù)的智能化、個(gè)性化供給，是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然要求。因此，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)質(zhì)遠(yuǎn)超于既有教育場景下數(shù)字技術(shù)的淺層次應(yīng)用，它要求探索并開辟教育應(yīng)用的新場景[9]，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與教育深度融合的新境界。在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，數(shù)字教材作為教育教學(xué)活動的核心載體和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素，需要在不斷深化和拓展其應(yīng)用場景的過程中彰顯育人價(jià)值，繼而賦能教育高質(zhì)量發(fā)展。

數(shù)字教材應(yīng)用的核心場景緊密關(guān)聯(lián)于教與學(xué)的互動實(shí)踐。當(dāng)前，大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)突破性發(fā)展，為教材服務(wù)教學(xué)場景增加了新的想象力。為充分發(fā)揮數(shù)字教材的育人效能，必須圍繞學(xué)習(xí)、備課、授課等核心教育活動，通過技術(shù)賦能，不斷深化和拓寬其應(yīng)用場景，使之從沉默的“教師”升級為動態(tài)的“智能導(dǎo)師”[10]和“智慧伙伴”，進(jìn)而為學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)和教師的智慧教學(xué)提供有力支撐。具體而言，新形態(tài)教材作為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素和核心載體，需要緊緊圍繞教師和學(xué)生的數(shù)字化教學(xué)活動場景，在學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)和教師智慧教學(xué)的具體應(yīng)用場景中，推進(jìn)教學(xué)流程重構(gòu)和生態(tài)重塑。

2.1 新形態(tài)數(shù)字教材滿足學(xué)生學(xué)習(xí)場景的要求

學(xué)習(xí)是學(xué)生主體在教學(xué)實(shí)踐中通過與周圍教師、同學(xué)及教學(xué)信息資源等的相互作用獲得知識、技能和價(jià)值觀的活動。教材是學(xué)習(xí)活動的主要依據(jù)，從學(xué)生角度看，教材包括學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)激發(fā)功能、學(xué)習(xí)活動指導(dǎo)功能、學(xué)科內(nèi)容展示和教材內(nèi)外知識銜接功能、總結(jié)拓展和綜合學(xué)業(yè)評價(jià)功能等[11]。學(xué)習(xí)路徑是學(xué)習(xí)活動的主線，通過學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃來制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)，創(chuàng)建個(gè)性化學(xué)習(xí)場景，構(gòu)建新型學(xué)習(xí)形態(tài)[12]。

2.1.1 自適應(yīng)學(xué)習(xí)

數(shù)字教材多模態(tài)的表征方式可以使知識以多種表現(xiàn)方式呈現(xiàn)，滿足不同階段個(gè)性學(xué)習(xí)者的多層次學(xué)習(xí)需求。近年來信息技術(shù)不斷發(fā)展，為個(gè)性化學(xué)習(xí)創(chuàng)造了必要條件。2018年4月，教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計(jì)劃》提出，要探索在教育信息化背景下實(shí)現(xiàn)差異教學(xué)、個(gè)性學(xué)習(xí)、精細(xì)管理、智能服務(wù)的典型途徑。人工智能、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)已經(jīng)為學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)的快速實(shí)現(xiàn)提供了有效基礎(chǔ)支撐，能夠根據(jù)每個(gè)學(xué)生的個(gè)性特征，為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)。

學(xué)習(xí)資源智能推薦。隨著智能技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字教材通過記錄學(xué)生的課堂行為、學(xué)習(xí)習(xí)慣、師生或生生互動的過程等，獲得大量即時(shí)性的行為數(shù)據(jù)、個(gè)性表現(xiàn)與評價(jià)信息數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)的智能分析，能夠描繪出學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)特征。根據(jù)學(xué)生的個(gè)性特征，利用教材推薦算法將之與教材資源使用特征進(jìn)行匹配，為學(xué)生自動推薦適恰的學(xué)習(xí)資源。個(gè)性化學(xué)習(xí)推薦有利于貫徹因材施教理念，充分挖掘?qū)W生個(gè)體的潛能，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。

學(xué)習(xí)路徑智能規(guī)劃。學(xué)習(xí)路徑指為達(dá)成某一學(xué)習(xí)目標(biāo)而設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)資源或?qū)W習(xí)活動的組織序列。學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃指設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)路徑的具體方案。在傳統(tǒng)教材中的學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃通常依據(jù)教材對知識點(diǎn)的組織順序而定，所有學(xué)生遵循同樣的學(xué)習(xí)路徑，存在個(gè)性化和動態(tài)性不足的弊端。智能教材實(shí)現(xiàn)了基于知識圖譜技術(shù)對內(nèi)容的碎片化拆分，支持對拆分的離散內(nèi)容的識別及重組。一方面，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度動態(tài)展現(xiàn)后續(xù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，例如，學(xué)生根據(jù)函數(shù)方程填寫表格數(shù)據(jù)，教材能夠在坐標(biāo)系上自動描點(diǎn)，自動生成函數(shù)圖像；教材根據(jù)人機(jī)對話的進(jìn)度，同步顯示對話文本等，數(shù)字教材可以根據(jù)學(xué)生的思維過程，動態(tài)分步驟展示內(nèi)容（包括試題的解析過程等）。另一方面，智能化教材可以依據(jù)學(xué)生知識點(diǎn)掌握情況以及知識點(diǎn)之間的關(guān)系，自動選擇最優(yōu)的個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑并實(shí)現(xiàn)持續(xù)的動態(tài)調(diào)整，此處的調(diào)整并非調(diào)整具體內(nèi)容，而是調(diào)整內(nèi)容的邏輯順序以適應(yīng)學(xué)習(xí)者認(rèn)知水平。進(jìn)行學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃，要基于知識圖譜厘清學(xué)科知識點(diǎn)之間的關(guān)系，例如順承關(guān)系、遞進(jìn)關(guān)系、包含關(guān)系、依賴關(guān)系、因果關(guān)系等[13]。新形態(tài)教材可以將學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況與知識圖譜進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并以一定的方式可視化呈現(xiàn)，比如用不同顏色或不同形狀表示學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況。

2.1.2 沉浸式學(xué)習(xí)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對于沉浸式學(xué)習(xí)的理解與應(yīng)用融入了更多技術(shù)因素。沉浸式學(xué)習(xí)是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)基礎(chǔ)上的一種身臨其境的學(xué)習(xí)新形態(tài)。它通過虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，為學(xué)習(xí)者提供接近現(xiàn)實(shí)情況或真實(shí)情境的虛擬化學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)習(xí)者借助眼睛和手之外的其他身體感官系統(tǒng)參與學(xué)習(xí)過程，并且全過程安全、真實(shí)。沉浸式學(xué)習(xí)為學(xué)生營造接近真實(shí)世界的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生沉浸于其中而不受其他因素的干擾，以獲得更深刻的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

學(xué)科教學(xué)過程中往往會遇到一些抽象的、微觀的知識點(diǎn)或存在操作風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)等各類難以直觀展示的內(nèi)容，例如，高速碰撞、彈性形變等變化很快的物理現(xiàn)象，植物發(fā)芽、生長等變化很慢的現(xiàn)象，微觀分子結(jié)構(gòu)模型及化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，宏觀宇宙地球模型，不宜直接觀察的生物結(jié)構(gòu)模型等。利用高速拍攝、延時(shí)拍攝技術(shù)展示物體的碰撞過程及種子發(fā)芽過程，利用3D技術(shù)展示生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、宇宙地球及分子結(jié)構(gòu)，使學(xué)生可以多維度了解事物的宏觀及微觀結(jié)構(gòu)；利用虛擬仿真技術(shù)，模擬一些危險(xiǎn)有害的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更加精準(zhǔn)地掌握實(shí)驗(yàn)操作技巧和體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作流程，使不具備實(shí)踐環(huán)境學(xué)校的學(xué)生能夠獲得實(shí)踐機(jī)會。利用H5語言強(qiáng)交互、多模態(tài)實(shí)現(xiàn)歷史動態(tài)地圖、地理動態(tài)地圖、數(shù)學(xué)模型等動態(tài)展示?；谛畔⒓夹g(shù)創(chuàng)建的多種虛擬教學(xué)模型和教學(xué)場景，突破了傳統(tǒng)課堂或?qū)W校實(shí)驗(yàn)室空間、資源和能力的限制，為學(xué)生帶來了完全沉浸或半沉浸的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。數(shù)字教材利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合其他科學(xué)技術(shù)，生成與真實(shí)環(huán)境在視覺、聽覺、觸覺等方面高度近似的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，能使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)，提升學(xué)習(xí)的效率和效果。

2.1.3 智能輔導(dǎo)

為學(xué)生輔導(dǎo)、答疑一直是教學(xué)過程中的重要任務(wù)之一。但教師在面對眾多學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)與答疑時(shí)，任務(wù)量繁重，費(fèi)時(shí)耗力。隨著自然語言理解、圖文識別等智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，一些新興的技術(shù)手段可以輔助教師進(jìn)行輔導(dǎo)與答疑，從而減輕其工作負(fù)擔(dān)?？珊箤W(xué)院基于大語言模型開發(fā)的人工智能教學(xué)系統(tǒng)可以輔導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、科學(xué)和人文學(xué)科。例如，它可以解釋二次方程式，并創(chuàng)建數(shù)學(xué)問題進(jìn)行練習(xí)等。但這個(gè)系統(tǒng)只是第一階段—人工智能將開啟更多的學(xué)習(xí)機(jī)會。人工智能能夠捕捉到教師教學(xué)的有效之處，能為每一個(gè)有需要的人提供補(bǔ)充教學(xué)。

2.2 新形態(tài)數(shù)字教材滿足教師教學(xué)場景的要求

課堂教學(xué)是教育教學(xué)的主陣地。數(shù)字教材不同于普通電子書，核心任務(wù)是滿足信息化環(huán)境下課堂教學(xué)的需要。完成課程標(biāo)準(zhǔn)要求的教學(xué)實(shí)施是數(shù)字教材設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)，能夠支撐基礎(chǔ)的教學(xué)實(shí)施是數(shù)字教材設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一 [14]?！吨行W(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力標(biāo)準(zhǔn)（試行）》指出，在應(yīng)用信息技術(shù)優(yōu)化課堂教學(xué)、轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式時(shí)，要“設(shè)計(jì)有效實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的信息化教學(xué)過程”。智能技術(shù)可以為教學(xué)提供全場景的支持服務(wù)。數(shù)字教材輔助教師教學(xué)涵蓋了備課、授課、輔導(dǎo)等多個(gè)典型的教學(xué)活動場景，實(shí)現(xiàn)了基于學(xué)情大數(shù)據(jù)的授課資源的智能推薦、教學(xué)設(shè)計(jì)方案的自動生成、智能教學(xué)助手的輔助教學(xué)、智能輔導(dǎo)與答疑、課堂教學(xué)過程視頻的常態(tài)化錄制回放與知識結(jié)構(gòu)化分析等功能。數(shù)字教材要在一定程度上減輕教師教學(xué)的負(fù)擔(dān)，提高教師教學(xué)的有效性和針對性。

2.2.1 學(xué)生學(xué)情分析

學(xué)情分析，即學(xué)習(xí)者特征分析，是教師為了獲取有效開展教學(xué)所需的各類信息和依據(jù)，對影響學(xué)生學(xué)習(xí)的各種因素進(jìn)行診斷、評估與分析的準(zhǔn)備活動，包括學(xué)生基礎(chǔ)信息、學(xué)業(yè)信息、行為信息、心理信息、生理信息等內(nèi)容[15]。教材是教師和學(xué)生在教學(xué)中使用最頻繁的教學(xué)材料，是學(xué)情數(shù)據(jù)采集最理想的載體之一，借助大數(shù)據(jù)分析及智能感知分析技術(shù)，通過深度挖掘?qū)W生使用數(shù)字教材的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，全面準(zhǔn)確解析學(xué)生學(xué)情，自動生成對應(yīng)到教材知識單元的精準(zhǔn)的學(xué)情分析報(bào)告，可供教師在用數(shù)字教材備課時(shí)參考。精準(zhǔn)的學(xué)生學(xué)情分析，為因材施教提供基礎(chǔ)條件，不但可以提高教學(xué)質(zhì)量、減輕學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，而且尊重學(xué)生的個(gè)體發(fā)展差異。大數(shù)據(jù)學(xué)情分析能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)學(xué)情分析經(jīng)驗(yàn)化、模糊、粗略的不足，為教師的教學(xué)設(shè)計(jì)提供科學(xué)精準(zhǔn)的全方位數(shù)據(jù)支撐。

2.2.2 教學(xué)資源智能推薦

教學(xué)資源準(zhǔn)備是教師備課中最需要、最耗時(shí)的核心工作之一。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代教師常用的資源獲取途徑之一是網(wǎng)絡(luò)搜索。這種方式難以搜索到合適、優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，符合學(xué)生學(xué)習(xí)水平、具有學(xué)科教學(xué)特色的資源更是鳳毛麟角。利用智能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)資源的智能化推薦，即通過收集、分析教師在教學(xué)中的資源應(yīng)用行為，發(fā)現(xiàn)其個(gè)性化需求與興趣特點(diǎn)，結(jié)合教師地域性差異、資源的受歡迎度，將教師可能感興趣的資源自動推薦給他們。教學(xué)資源的智能推薦功能與一般的搜索引擎不同，是通過分析教師資源使用特征，主動提供滿足教師個(gè)性化需求的資源，有效解決教師不能準(zhǔn)確描述自己需求的不足。

構(gòu)建教學(xué)資源智能推薦策略如下：系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)技術(shù)，根據(jù)教材內(nèi)容資源數(shù)據(jù)特征分析建立資源特征模型；通過教師使用資源習(xí)慣、教師的個(gè)性特點(diǎn)建立教師相似度特征模型；系統(tǒng)利用歸并排序算法，分析特征教師對特征資源高頻使用關(guān)系，建立教師應(yīng)用資源特征模型庫；依據(jù)教師應(yīng)用資源特征模型庫，為目標(biāo)教師推薦相關(guān)教學(xué)資源。例如語文老師講《詠梅》這一課，系統(tǒng)根據(jù)資源特征推薦音樂學(xué)科關(guān)于梅花的歌曲、生物學(xué)科關(guān)于梅花的生活習(xí)性資源等，并根據(jù)教師特征推薦其他同特征教師在講授《詠梅》時(shí)使用的高頻資源，對這些推薦資源進(jìn)行歸納并排序推薦給教師。教學(xué)資源推薦策略有多種實(shí)現(xiàn)方法，如北京師范大學(xué)學(xué)習(xí)元平臺主要采取排行、關(guān)鍵詞、新資源、關(guān)聯(lián)規(guī)則、好友推薦等推薦策略，對各種策略進(jìn)行加權(quán)計(jì)算后實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的個(gè)性化推薦。

2.2.3 教學(xué)方案自動生成

教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)課標(biāo)要求，結(jié)合教學(xué)對象的特點(diǎn)，將教學(xué)諸多要素合理有效安排，確定合適的教學(xué)方案的設(shè)想和計(jì)劃。教學(xué)方案是教學(xué)設(shè)計(jì)活動的結(jié)果呈現(xiàn)，一個(gè)完整的教學(xué)設(shè)計(jì)活動通常包括明確教學(xué)目標(biāo)、選擇教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)活動、準(zhǔn)備教學(xué)資源、選擇教學(xué)媒體、設(shè)計(jì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。在傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，教師需要花費(fèi)大量不必要的時(shí)間和精力去撰寫文案，收集和準(zhǔn)備教學(xué)資源。智能教材能夠?qū)滩膬?nèi)容進(jìn)行拆分和離散識別，實(shí)現(xiàn)教材內(nèi)容模塊化，利用知識圖譜技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘并分析教師的授課情境、學(xué)習(xí)者特征、授課內(nèi)容等背景信息，基于深度學(xué)習(xí)和自然語言理解等智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識點(diǎn)與教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)、教學(xué)資源、教學(xué)活動等信息的智能匹配，并在此基礎(chǔ)上對教材內(nèi)容進(jìn)行解構(gòu)重組，自動生成教學(xué)方案。教師在初步生成的教學(xué)設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，可以根據(jù)個(gè)性化教學(xué)需求對方案各模塊的內(nèi)容信息進(jìn)行修改。修改后的教學(xué)設(shè)計(jì)方案能夠有效支持教學(xué)過程的實(shí)施及活動的開展，有效減輕教師的工作負(fù)擔(dān)。需要說明的是，教材的內(nèi)容重組是針對不同教師形成的個(gè)性化教學(xué)方案，教材本身預(yù)設(shè)的教學(xué)策略和邏輯并沒有改變。

2.2.4 智能教學(xué)助手

智能教學(xué)助手在數(shù)字教材領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展為教師教學(xué)提供了有效的幫助與支持。智能教學(xué)助手能夠通過自然語言模擬人類對話，深層次理解教師需求并能夠幫助教師更好地組織和開展教學(xué)活動。智能教學(xué)助手的核心特征是對話式交互與智能性服務(wù)。從根本上說，智能性服務(wù)是基于智能技術(shù)而開展的課堂教學(xué)服務(wù)，旨在幫助教師完成一些重復(fù)性的或通過常規(guī)教學(xué)手段難以完成的工作。如語言類學(xué)科的范讀和帶讀。語文和英語等語言類學(xué)科在教學(xué)過程中常涉及字詞的發(fā)音和文章段落的朗讀等環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)過程中，一般由教師為學(xué)生進(jìn)行示范朗讀，但有時(shí)會出現(xiàn)個(gè)別教師發(fā)音不標(biāo)準(zhǔn)的問題。智能教學(xué)助手可以代替教師進(jìn)行朗讀，為學(xué)生提供標(biāo)準(zhǔn)化的示范。又如抽象知識點(diǎn)的講解。物理、化學(xué)、生物等自然學(xué)科常涉及抽象、微觀、難以理解的知識點(diǎn)，通常需要借助圖片、視頻、實(shí)物或虛擬現(xiàn)實(shí)場景等方式輔助教學(xué)。智能教學(xué)助手可以為教師課堂教學(xué)提供智能化服務(wù)。當(dāng)教師為學(xué)生講解某一抽象知識點(diǎn)時(shí)，智能教學(xué)助手可自動調(diào)取相關(guān)教學(xué)資源，并以虛擬教師的方式對知識點(diǎn)進(jìn)行原理與過程的直觀展示，降低學(xué)生的理解難度。

3 新形態(tài)數(shù)字教材的架構(gòu)模型及研發(fā)路徑

數(shù)字教材作用的核心場景是其功能架構(gòu)和研發(fā)的起點(diǎn)與依據(jù)。教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型視域下，新形態(tài)數(shù)字教材以學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)和教師智慧教學(xué)為核心作用場景，并作為教育新生態(tài)構(gòu)建的基礎(chǔ)性要素?zé)o縫對接各級各類教學(xué)系統(tǒng)。此外，作為面向全國大范圍供給的數(shù)字化公共服務(wù)產(chǎn)品，數(shù)字教材還應(yīng)滿足學(xué)校類型多樣、教學(xué)模式多元、教育主客體關(guān)系復(fù)雜、教育數(shù)據(jù)多元異構(gòu)[16]等不同的場景需要。故此，開放性、沉浸性、個(gè)性化、智能化，是新形態(tài)數(shù)字教材建設(shè)的核心特征與價(jià)值指向。開放性，即新形態(tài)數(shù)字教材應(yīng)建立功能和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，支持與各級系統(tǒng)間的互操作，以及各類數(shù)據(jù)的無障礙流通。沉浸性，即新形態(tài)數(shù)字教材需提供多模態(tài)的內(nèi)容表征方式，支持人機(jī)的多元化互動等。個(gè)性化，即新形態(tài)數(shù)字教材應(yīng)具備靈活的知識組織結(jié)構(gòu)，可根據(jù)用戶畫像實(shí)現(xiàn)內(nèi)容和服務(wù)的個(gè)性化重組、多元化表達(dá)和針對性推送。智能化，即新形態(tài)數(shù)字教材應(yīng)內(nèi)嵌人工智能引擎，智能感知并理解師生個(gè)性化需求，以符合用戶特點(diǎn)的方式提供自動化、智能化服務(wù)?；谝陨蠈逃龜?shù)字化轉(zhuǎn)型視域下新形態(tài)數(shù)字教材應(yīng)用訴求和建設(shè)特征的分析，本文構(gòu)建了新形態(tài)數(shù)字教材松耦合的三層結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

3.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層提供數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲、管理和檢索。其中，用戶數(shù)據(jù)指用戶的基本信息及用戶行為數(shù)據(jù)；內(nèi)容數(shù)據(jù)指課程內(nèi)容數(shù)據(jù)及對內(nèi)容標(biāo)簽化的知識點(diǎn)數(shù)據(jù)；教學(xué)數(shù)據(jù)指教學(xué)進(jìn)度數(shù)據(jù)及教學(xué)評價(jià)數(shù)據(jù)；信息數(shù)據(jù)是描述教材的基本信息數(shù)據(jù)及章節(jié)目錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化是新形態(tài)數(shù)字教材提供個(gè)性化服務(wù)與實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。

3.2 服務(wù)層

服務(wù)層（邏輯算法層）是新形態(tài)數(shù)字教材核心業(yè)務(wù)邏輯和算法的實(shí)現(xiàn)層，接收來自數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行計(jì)算、分析和決策，并將處理結(jié)果返回給應(yīng)用層。本層提供知識圖譜、環(huán)境智能感知、云計(jì)算、AI發(fā)音、AI識別等基礎(chǔ)性服務(wù)與功能支撐。其中，知識圖譜、環(huán)境智能感知和生成式人工智能是新形態(tài)數(shù)字教材區(qū)別于以往數(shù)字教材最顯著的特征，確保了數(shù)字教材服務(wù)的智能化、個(gè)性化升級。

知識圖譜服務(wù)，旨在構(gòu)建知識內(nèi)容的語義網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科間知識融合。現(xiàn)代的學(xué)科分類造成知識間聯(lián)系割裂和內(nèi)在邏輯缺失，跨學(xué)科知識融合是重要的補(bǔ)救措施，也是新課標(biāo)的關(guān)鍵理念和教育發(fā)展的必然要求。作為課程標(biāo)準(zhǔn)的具體化體現(xiàn)，新形態(tài)教材利用識別引擎完成語音、文字、圖片等識別，結(jié)合資源的關(guān)鍵詞匹配對應(yīng)的知識點(diǎn)，將知識結(jié)構(gòu)化并利用語義網(wǎng)絡(luò)自動形成教材知識圖譜，打破了學(xué)科間的壁壘，將知識融通與聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐、歷史與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)通。如地理學(xué)科的“跟著航海家發(fā)現(xiàn)地球”學(xué)習(xí)活動，需要把歷史上的航海探險(xiǎn)事件與地理知識關(guān)聯(lián)起來，讓學(xué)生了解航海探險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)地球上陸地和海洋整體結(jié)構(gòu)面貌的過程，這就涉及歷史、科技、文化、地理、環(huán)境、政治等不同學(xué)科的知識。新形態(tài)數(shù)字教材通過知識圖譜服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)地理、歷史、科學(xué)、文化等相關(guān)知識的跨學(xué)科整合，幫助學(xué)生更全面深刻地理解和感受知識間因果關(guān)系并建構(gòu)知識體系。

環(huán)境智能感知服務(wù)以光傳感器、GPS定位、磁力計(jì)、陀螺儀等硬件傳感設(shè)備的智能感知數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對教學(xué)環(huán)境、教學(xué)場景、教學(xué)情境等的智能感知，旨在提升數(shù)字教材服務(wù)的針對性、沉浸性和智能性。結(jié)合智能感知與智能知識計(jì)算，使新形態(tài)教材具有知識針對性、環(huán)境適應(yīng)性、情景匹配性的特點(diǎn)。教學(xué)環(huán)境主要指學(xué)習(xí)的時(shí)空、設(shè)備參數(shù)等硬件條件，如溫度、方位、光照強(qiáng)度、空間大小等。教學(xué)場景指教師教學(xué)采用的方式和手段，包括講授型、討論型、實(shí)驗(yàn)型等。教學(xué)情境是教學(xué)過程中為實(shí)現(xiàn)特定教學(xué)目標(biāo)而創(chuàng)造或設(shè)定的一系列任務(wù)情境或物理?xiàng)l件，如在某特定濕度、溫度和受力作用下的物體運(yùn)動分析。通過智能感知，將知識內(nèi)容疊合感知情景，新形態(tài)數(shù)字教材可以自動采集外部數(shù)據(jù)，自動適配教學(xué)資源及工具，實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌虛擬實(shí)驗(yàn)，將知識情景信息清晰地呈現(xiàn)還原[17]，使教材從單一知識載體向更為多元化和互動性的教育工具轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)生動教學(xué)和有效學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

生成式人工智能服務(wù)，提供內(nèi)嵌教育專用大模型和外接通用大模型，為師生提供教學(xué)智能體服務(wù)，如語音識別、跨模態(tài)內(nèi)容生成、智能問答、機(jī)器翻譯等，通過人機(jī)協(xié)同更好地支持學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)和教師的智慧教學(xué)。新形態(tài)數(shù)字教材建設(shè)以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為旨?xì)w，利用智能技術(shù)為人的核心素養(yǎng)發(fā)展服務(wù)。新形態(tài)數(shù)字教材開發(fā)根據(jù)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的差異，在不同學(xué)段學(xué)科中選擇不同的技術(shù)手段和智能體形式促進(jìn)各類學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，通過多模態(tài)的呈現(xiàn)形式為不同個(gè)體提供差異化服務(wù)，推動學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展[18]。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層處理用戶的請求和響應(yīng)，協(xié)調(diào)不同模塊之間的交互，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字教材整體功能的關(guān)鍵。新形態(tài)數(shù)字教材的核心要滿足不同區(qū)域教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，給教師和學(xué)生帶來優(yōu)質(zhì)的、個(gè)性化的教和學(xué)體驗(yàn)，具備知識搜索、標(biāo)引、推薦、組織、加工、演示等多項(xiàng)功能。內(nèi)容組織靈活化、功能工具開放化、學(xué)習(xí)體驗(yàn)沉浸化、資源推送個(gè)性化、學(xué)習(xí)服務(wù)智能化是新形態(tài)教材的核心特點(diǎn)。

新形態(tài)數(shù)字教材要滿足教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要，需具備五類基本功能工具。第一，效能類功能工具。如備課功能，新形態(tài)數(shù)字教材建設(shè)強(qiáng)調(diào)利用技術(shù)手段強(qiáng)化內(nèi)容的價(jià)值與表達(dá)，教材內(nèi)容通過模塊式組織，每個(gè)模塊具有相對完整的功能或主題，能夠單獨(dú)抽取和重新組合，幫助教師高效備課，節(jié)省時(shí)間和精力。又如作業(yè)評判功能，習(xí)題的自動化評判工具可以快速給出客觀題的答案和部分主觀題的分析，減輕教師的批改負(fù)擔(dān)。同時(shí)，可以及時(shí)給學(xué)生提供學(xué)習(xí)評估和反饋，讓學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略。第二，信息類功能工具。教師可以通過教育信息類工具快速搜索并獲取豐富的教學(xué)素材，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。能夠方便地整合各種資源，根據(jù)教學(xué)需求進(jìn)行個(gè)性化的教學(xué)設(shè)計(jì)。另外，教育信息類工具可以提供個(gè)性化的適應(yīng)性學(xué)習(xí)服務(wù)，包括學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃、學(xué)習(xí)資源推薦等。學(xué)生可以利用信息類工具獲取各種學(xué)習(xí)資源，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。第三，情景類功能工具。教師可以利用教育情景類工具創(chuàng)設(shè)各種逼真的教學(xué)場景，如歷史事件重現(xiàn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M、文學(xué)作品場景還原等，使抽象的知識變得更加直觀、生動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。為教師提供多樣化的教學(xué)方法選擇，滿足不同教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)的需求。生動有趣的教育情景可以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。例如，在虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以更加直觀地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生在情景中扮演不同的角色，參與各種活動，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的參與度和主動性?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)生的多種綜合素質(zhì)，如團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力、創(chuàng)新能力、批判性思維等。例如，在小組合作的情景中，學(xué)生需要與他人協(xié)作、交流，共同完成任務(wù)，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。第四，評價(jià)類功能工具。利用人工智能技術(shù)提供教材內(nèi)容的朗讀、作答試題的評判、口語發(fā)音（英語和語文）的評價(jià)等，為學(xué)生提供實(shí)時(shí)的過程性評價(jià)，幫助教師了解自己的教學(xué)效果，通過學(xué)生的測試成績、作業(yè)表現(xiàn)、課堂參與度等多方面的數(shù)據(jù)反饋，教師可以明確教學(xué)中的優(yōu)勢和不足，以便及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略和方法，提高教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)學(xué)生在特定知識點(diǎn)上的薄弱環(huán)節(jié)，教師可以有針對性地進(jìn)行復(fù)習(xí)強(qiáng)化或調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度。教師可以通過教育評價(jià)類工具收集的反饋信息，反思自己的教學(xué)過程和方法，促進(jìn)自身的專業(yè)成長。例如，對比不同教學(xué)方法下學(xué)生的評價(jià)結(jié)果，教師可以嘗試新的教學(xué)方法和手段，提升教學(xué)技能。學(xué)生可以通過評價(jià)結(jié)果了解自己的學(xué)習(xí)狀況，包括知識掌握程度、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)方法的有效性等。這有助于學(xué)生認(rèn)識自己的優(yōu)勢和不足，明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)和努力方向，幫助學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)策略。第五，認(rèn)知類功能工具。該類工具能提升教師的教學(xué)理解，加深對教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)知。教育認(rèn)知類工具可以提供多種視角和分析方法，幫助教師深入理解學(xué)科知識的結(jié)構(gòu)和內(nèi)在邏輯，以便更好地傳授給學(xué)生。優(yōu)化教學(xué)策略，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)活動。例如，利用認(rèn)知負(fù)荷理論，教師可以合理安排教學(xué)任務(wù)的難度和復(fù)雜度，避免學(xué)生因認(rèn)知負(fù)擔(dān)過重而產(chǎn)生學(xué)習(xí)困難。可以促進(jìn)學(xué)生的自我認(rèn)知和反思。教育認(rèn)知類工具可以引導(dǎo)學(xué)生分析自己的學(xué)習(xí)過程和思維方式，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和批判性思維。對于在某些學(xué)科或知識點(diǎn)上存在認(rèn)知障礙的學(xué)生，教育認(rèn)知類工具可以提供針對性的輔導(dǎo)和支持，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)瓶頸。

新形態(tài)數(shù)字教材需要充分適應(yīng)終端多元化和場景復(fù)雜化的特點(diǎn)，既可以以獨(dú)立形態(tài)，如獨(dú)立的App、微信小程序等為各終端提供應(yīng)用，又可以以上層應(yīng)用為接入方式，提供SDK程序包，將數(shù)字教材嵌入國家智慧教育云平臺等第三方教育平臺供用戶使用，并根據(jù)第三方平臺的需要個(gè)性化配置功能和工具，還可以以中層服務(wù)為進(jìn)入方式，提供API數(shù)據(jù)接口對接第三方平臺，給第三方平臺提供更加個(gè)性化的數(shù)據(jù)服務(wù)。

新形態(tài)數(shù)字教材建設(shè)以服務(wù)教育生態(tài)為核心目標(biāo)，提供資源、數(shù)據(jù)、應(yīng)用和服務(wù)的核心支持。新形態(tài)教材應(yīng)具備專業(yè)化、系統(tǒng)化的知識服務(wù)能力，可以根據(jù)需要為教育生態(tài)的其他應(yīng)用系統(tǒng)提供積木式組件服務(wù)。高內(nèi)聚松耦合架構(gòu)，各個(gè)層次的職責(zé)明確，降低了層與層之間的依賴關(guān)系，便于維護(hù)和擴(kuò)展?？删S護(hù)性好，當(dāng)業(yè)務(wù)需求發(fā)生變化時(shí)，可以只修改相應(yīng)的層次，而不會影響其他層次；可擴(kuò)展性強(qiáng)，新形態(tài)數(shù)字教材能夠方便地添加新的功能、組件或服務(wù)，以適應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需求和技術(shù)發(fā)展，而不影響整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)。

4 新形態(tài)數(shù)字教材建設(shè)的未來之路

新形態(tài)數(shù)字教材不僅是技術(shù)驅(qū)動的教材多模態(tài)轉(zhuǎn)變，更是應(yīng)用邏輯更迭驅(qū)動的教材理念、思維、價(jià)值取向的轉(zhuǎn)型，面臨著理論、技術(shù)、人才等多方面的挑戰(zhàn)。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型新時(shí)期，要實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展，需強(qiáng)化基礎(chǔ)理論研究、健全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、培養(yǎng)專業(yè)隊(duì)伍，使之有效服務(wù)于教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

4.1 加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，引領(lǐng)方向與深化認(rèn)知

信息技術(shù)的不斷進(jìn)步和人工智能的快速發(fā)展，改變了知識存在的樣態(tài)和教學(xué)活動模式，大量的重復(fù)性知識記憶和數(shù)理計(jì)算的必要性已經(jīng)不大，教師和學(xué)生完全可以在各種AI工具和云計(jì)算的輔助下，開展更具想象力和創(chuàng)造性的教學(xué)活動，所以，教材的功能和定位也在不斷發(fā)展。如何實(shí)現(xiàn)新技術(shù)和教育教學(xué)深層次融合，迫切需要進(jìn)一步加強(qiáng)對教材理論的研究。新形態(tài)數(shù)字教材應(yīng)著重加強(qiáng)技術(shù)理論應(yīng)用研究與工程實(shí)踐探索與創(chuàng)新，借助實(shí)證研究方法推動技術(shù)理論實(shí)踐與新技術(shù)發(fā)展的緊密契合，通過應(yīng)用實(shí)踐來促進(jìn)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)與先進(jìn)理論研究成果的快速對接，尋求關(guān)鍵理論研究突破，以構(gòu)建完善數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下教與學(xué)的理論建構(gòu)[19]。教學(xué)價(jià)值是教材的核心價(jià)值，如何讓技術(shù)賦予新形態(tài)教材更大的教學(xué)價(jià)值是需要謹(jǐn)慎研究的課題，不是簡單的技術(shù)問題。因此，數(shù)字教材開發(fā)團(tuán)隊(duì)不但要保持對新技術(shù)的敏感性，更要加強(qiáng)教材理論的學(xué)習(xí)和研究，實(shí)現(xiàn)技術(shù)嵌于知識的流暢、知識附于技術(shù)的融合[20]。

4.2 建設(shè)完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)規(guī)范與融合發(fā)展

數(shù)字教材具有天然的技術(shù)屬性，如不加以約束，容易成為技術(shù)的附庸。信息技術(shù)可以使人們更高效地進(jìn)行資源的協(xié)調(diào)、優(yōu)化、配置和利用，提高社會勞動生產(chǎn)率。從這個(gè)角度來說，信息技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字教材是沒有障礙的，但是可用不等于適用。數(shù)字教材在內(nèi)容上要充分體現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，《義務(wù)教育課程方案（2022版）》對教材編寫有一些明確要求，如內(nèi)容選取要“基于核心素養(yǎng)精選素材，確保內(nèi)容的思想性、科學(xué)性、適宜性與時(shí)代性”，教材編制要“創(chuàng)新體例，吸收學(xué)習(xí)科學(xué)的最新成果，強(qiáng)化內(nèi)容間的內(nèi)在聯(lián)系”，要“加強(qiáng)情境的創(chuàng)設(shè)和問題的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)方式和教學(xué)方式的變革”等。信息技術(shù)的應(yīng)用要符合不同階段學(xué)生的認(rèn)知水平，同樣的試題作答，低年級用涂寫、連線、選擇的形式比較合適，中、高年級用拖拽、解答、畫圖、填空的形式更適恰。所以，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不但需要通用的格式標(biāo)準(zhǔn)，如國家新聞出版署頒布的GB/T 41469-2022《數(shù)字教材 中小學(xué)數(shù)字教材元數(shù)據(jù)》國家標(biāo)準(zhǔn)，還需要和課程標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)來明確約束和規(guī)范新形態(tài)教材的技術(shù)應(yīng)用形式，規(guī)定信息技術(shù)在不同階段的教學(xué)活動中的準(zhǔn)入類型、呈現(xiàn)形式、功能邊界等，明確規(guī)定哪些技術(shù)可以為數(shù)字教材建設(shè)服務(wù)以及其服務(wù)的功能邊界，從而適時(shí)適度地應(yīng)用技術(shù)[21]。

4.3 多方聯(lián)動，培養(yǎng)專業(yè)隊(duì)伍

新形態(tài)教材的開發(fā)難度和復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紙質(zhì)教材的開發(fā)。比如，將紙質(zhì)教材的編寫看作一個(gè)作家完成的一部著作，那么新形態(tài)數(shù)字教材開發(fā)相當(dāng)于將這部著作拍攝成一部電影。數(shù)字教材的開發(fā)是紙質(zhì)教材的再升級過程，需要一系列專業(yè)人員分工協(xié)作才能完成，需要學(xué)科編輯（相當(dāng)于編?。?、產(chǎn)品設(shè)計(jì)（相當(dāng)于電影導(dǎo)演）、UI設(shè)計(jì)（相當(dāng)于藝術(shù)設(shè)計(jì)）、多媒體制作（相當(dāng)于演員）、技術(shù)開發(fā)（相當(dāng)于拍攝剪輯）等眾多專業(yè)開發(fā)人員共同參與。新形態(tài)教材的多模態(tài)化是表象，更深層次是根據(jù)教育信息化轉(zhuǎn)型的需要對教材內(nèi)容進(jìn)行的二次創(chuàng)作，是紙質(zhì)教材的“藝術(shù)”再呈現(xiàn)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的缺失或不完善都不可能造就這一部“大片”。所以，傳統(tǒng)出版企業(yè)要加強(qiáng)科技素養(yǎng)人才的建設(shè)，一方面，出版企業(yè)要加強(qiáng)和科技企業(yè)、高校、研究機(jī)構(gòu)的合作，利用他山之石完成基礎(chǔ)的技術(shù)積累；另一方面，出版企業(yè)要參與科研院所高級技術(shù)人才的培養(yǎng)計(jì)劃等，加強(qiáng)數(shù)字技能型人才隊(duì)伍的建設(shè)，包括專業(yè)人員的引入，尤其是需要熟悉信息技術(shù)及教育教學(xué)業(yè)務(wù)的復(fù)合型人才，為新形態(tài)教材建設(shè)提供人才保障。

5 結(jié) 語

基于人工智能等技術(shù)的新形態(tài)數(shù)字教材，是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心要素之一，是教育新生態(tài)的基礎(chǔ)，為促進(jìn)教育公平、課堂教學(xué)大規(guī)模因材施教提供可能。新形態(tài)數(shù)字教材建設(shè)必須緊緊圍繞教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級過程中師生應(yīng)用的核心場景彰顯育人價(jià)值。教材建設(shè)為國家事權(quán)，作為教材體系的重要組成部分，數(shù)字教材建設(shè)必須以服務(wù)教育強(qiáng)國、助力教育現(xiàn)代化為使命，不斷加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，加快相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制，組建教材建設(shè)共同體，共同推動數(shù)字教材建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。

注 釋

[1]孫燕，李曉鋒.教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下的數(shù)字教材發(fā)展需求、現(xiàn)狀與對策[J].中國大學(xué)教學(xué)，2023（12）：85-91

[2] 沈建民，王智攀，崔雯.數(shù)字教材的教學(xué)限度：機(jī)制、模型與策略[J].中國遠(yuǎn)程教育，2024，44（8）：65-76

[3]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育課程方案（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：12

[4]王志剛.我國中小學(xué)數(shù)字教材開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展建議：基于中小學(xué)數(shù)字教材典型產(chǎn)品調(diào)研的分析[J].出版科學(xué)，2020，28（5）：22-30

[5]趙丙勛，竇維霞.數(shù)字教材形態(tài)特征的演進(jìn)與未來展望[J].中國教育技術(shù)裝備，2023（11）：1-3+9

[6][17]吳永和，顏歡，陳宇晴.教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型視域下的新型教材建設(shè)及其標(biāo)準(zhǔn)研制[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2023，35（5）：3-11

[7]李振，周東岱，王勇.“人工智能+ ”視域下的教育知識圖譜：內(nèi)涵、技術(shù)框架與應(yīng)用研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2019（4）：42-53

[8]黃榮懷.加快教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型推動學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展[J].人民教育，2022（Z3）：28-32

[9]戴嶺，祝智庭.教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的邏輯起點(diǎn)、目標(biāo)指向和行動路徑[J].中國教育學(xué)刊，2023（7）：14-20

[10]張治，劉德建，徐冰冰.智能型數(shù)字教材系統(tǒng)的核心理念和技術(shù)實(shí)現(xiàn)[J].開放教育研究，2021，27（1）：44-54

[11] 趙占良．試論教材的功能定位[J]．課程·教材·教法，2021，41（12）：4-10

[12][13][15]劉邦奇，吳曉如.中國智能教育發(fā)展報(bào)告[M]. 北京：人民教育出版社，2019：108-131

[14][21]趙丙勛，龍正武. 中小學(xué)數(shù)字教材建設(shè)邊界研究[J].出版科學(xué)，2023（4）：89-96

[16]祝智庭，許秋璇，吳永和.教育信息化新基建標(biāo)準(zhǔn)需求與行動建議[J].中國遠(yuǎn)程教育，2021（10）：1-11+76

[18]王天平，閆君子.新課標(biāo)下數(shù)字教材建設(shè)的邏輯、體系及策略[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2023，35（4）：47-54

[19]石娟，石歐. 數(shù)字教材的多維樣態(tài)與開發(fā)邏輯[J].教育科學(xué)，2023，39（1）：50-55

[20]牛瑞雪.以教學(xué)價(jià)值引領(lǐng)數(shù)字教材建構(gòu)[J].中國教育學(xué)刊，2020（9）：77-81

（收稿日期：2024-05-06；修回日期：2024-09-01）