“教育云服務+云終端”模式下的數字教材研究*

胡 畔 柳泉波

?

“教育云服務+云終端”模式下的數字教材研究*

胡 畔1柳泉波2

（1．佛山科學技術學院 人文與教育學院，廣東佛山 528000；2．華南師范大學 教育信息技術學院，廣東廣州 530631）

隨著云計算技術與智能終端的普及與發展，教育云服務與智能學習終端組成的“云計算服務+云終端”模式（簡稱“云+端”模式）為數字教材開辟了全新的教學場景與學習情境。文章首先介紹了教育云服務體系和“云+端”模式；隨后，在深入分析個人學習環境要素與特點的基礎上，文章構建了“云+端”模式下面向數字教材的個人學習環境模型，并介紹了其主要功能；最后，文章從終端設備、工具軟件、數字教材內容與教育云服務平臺四個層面，設計了“云+端”模式下的數字教材學習系統。文章的研究內容對于數字教材系統的設計、開發和學習環境的構建具有參考價值與指導意義。

數字教材；個人學習環境；教育云服務；云終端

在“互聯網+”時代背景下，數字教材作為一種新型的教學資源，是當前推行教學改革、開啟智慧教育、提升教學質量的關鍵環節與核心要素[1]。自教育部在《2013年教育信息化工作要點》中提出全面啟動第二代“人教數字教材”研發以來，人民教育出版社積極開展從小學到高中全部學科的數字教材開發，并在全國范圍內加以推廣應用。然而，數字教材在應用過程中缺乏有效的支持環境與服務體系，導致出現個性化學習支持不足、學習活動單調、交互方式單一等問題[2]。云計算與智能云終端設備的結合開啟了一種全新的互聯網應用模式——“云+端”模式。作為一種新興的IT服務模式，“云+端”模式在教育領域的應用契合了當前泛在學習與終生學習的理念，改變了學習者獲取、整合知識的方式。在“云+端”模式下，數字教材的功能、形態及應用方式得到了極大的拓展與變革，成為構建新型數字化學習環境的重要手段。

一 “云+端”模式下數字教材的新發展

1 教育云服務體系

云計算在教育領域的遷移應用催生了教育云服務。云計算擁有大規模用戶和海量數據支撐能力，能夠有效整合分散的教育資源，并通過自下而上的虛擬化教育服務將其提供給用戶。針對教育資源建設、管理、分發與應用的特點，本研究構建了包括通用服務、教育服務和學科服務的教育云服務體系，如圖1所示。

①教育云服務體系以云計算基礎設施與平臺為支撐，有效關聯并集成教育資源與基礎應用軟件，通過智能云終端設備，向教師、學生、家長和管理人員提供教育信息化服務。

②在通用服務層，云存儲服務實現本地數據與云中數據的安全同步、備份和對外共享；應用商店為用戶提供在終端上運行的應用程序與內容資源；通信與協作服務支持多種形式的人際互動，包括多媒體通信、統一通信、聯合活動的協調以及基于共同對象的協作學習等。

③教育服務層主要提供學習內容管理、學習管理與教育信息管理三大服務。其中，學習內容管理服務以學習對象為基本單元，創建、存儲、組裝和交付個性化學習內容；學習管理服務主要提供學習者的學習活動與課程管理，包括課程登記與安排、學生注冊和考勤、學習進度跟蹤、作業與測評、數據分析和報表生成等；而教育信息管理服務的處理對象是與教育管理相關的各種數據和信息。

④最頂層的學科服務與各個學科教學直接相關，如口語語音識別、作文自動評判、數學計算引擎和可視化學習環境等。

⑤在不同學習情境下，用戶通過云終端及相關軟件來獲取相應的教育云服務支持。

圖1 教育云服務體系

圖2 “云+端”模式下面向數字教材的PLE模型

2 “云+端”模式

“云+端”模式下的“云”代表連接與教育云服務；“端”也稱為客戶端或用戶端，代表云終端與終端用戶。教育云服務一方面將各種資源以虛擬服務的方式按需、動態、彈性地提供給用戶，另一方面將互聯網客戶端軟件的計算與存儲功能從本地向服務器端遷移。

“云+端”模式呈現出以下特點[3]：①云終端具備多樣化的信息通訊手段，可高效、快速地接入和訪問教育云服務；②支持多終端、跨平臺應用數據同步與教育云服務的無縫銜接；③教育云服務平臺能夠主動向終端用戶推送資源，跟蹤用戶行為，增強用戶粘性。

3 “云+端”模式下數字教材的新發展

數字教材也稱電子教材或電子課本，它既是教科書數字化的產物，也是電子書應用于教育領域的產物[4]。“云+端”模式將各類教育資源與服務進行有效聚合，為數字教材提供了全新的功能特性、個性化支持服務與多樣化的應用情境，并深刻變革了數字教材的生成與應用方式。具體來說，“云+端”模式下數字教材的新發展主要體現在以下兩個方面：

（1）新功能——兩個支持

①支持泛在學習與在線協作。在“云+端”模式下，移動智能終端作為數字教材內容的主要載體，其便攜性直接影響學習行為發生的頻度和范圍。同時，存儲在“云”上的數字教材內容資源始終與下載至終端設備的本地資源保持同步，能夠實現內容的快速、實時更新，從而有效支持泛在學習與在線協作。

②支持情境感知與自適應學習。在“云+端”模式下，智能終端可感知學習者的生物特征、空間環境、設備參數等顯性情境信息，并對數字教材的內容排版布局、顯示參數進行自適應調整。同時，通過對學習風格、興趣偏好、情感傾向、認知狀態等隱性情境信息的分析，數字教材能夠為學習者推薦動態學習路徑。

（2）新特性——兩個特性

①富媒體特性。在“云+端”模式下，數字教材不再只是單純的多媒體內容資源，而逐步發展為一種可按需閱讀或按需呈現的富互聯網應用（Rich Internet Applications，RIA）[5]。數字教材的富媒體特性主要表現為豐富的媒體呈現形式，以及基于時間或用戶交互產生的動態行為，而終端設備多感官通道的人機交互方式與強大的媒體處理能力是實現這一特性的重要基礎。

②強交互特性。基于智能終端的多點觸控、自然語言識別等技術，數字教材能夠實現更為豐富的人機交互方式。同時，通過光線、重力、加速度等傳感器，智能終端能夠實時感知外部環境信息與用戶行為數據，從而提供更加真實、自然的人機交互體驗，增強學習者的沉浸感、參與度及資源粘合度。

二 “云+端”模式下面向數字教材的個人學習環境

基于“云+端”模式構建面向數字教材的個人學習環境（Personal Learning Environment，PLE），能夠有效銜接、融合正式學習與非正式學習，是推進數字教材普及應用的有效途徑。

1 “云+端”模式下面向數字教材的PLE要素

PLE的構建并不局限于某一特定技術或工具，而是通過各個要素之間相互聯系、共同作用，為學習者提供一個可以解決實際問題的環境，它體現了學習者作用于環境的能動性與創造性。就學習環境的構成要素而言，國內外專家的視角與觀點各有不同。如在國外，Jonassen[6]從活動理論出發，認為一個以學生為中心的學習環境應包括問題/項目空間、相關案例、信息資源、認知工具、對話和合作工具、社會或境脈支持；Downes等[7]認為PLE應包括人、工具、服務和資源四大要素。在國內，鐘志賢[8]提出了“7+2”學習環境要素觀，認為學習環境主要由活動、情境、資源、工具、支架、學習共同體和評價七大要素構成；尚建新等[9]認為云計算模型下的PLE包含四個要素：正規教育機構、網絡教育服務供應商、云計算服務公司以及個人終端設備。

“云+端”模式下面向數字教材的PLE完全顛覆了傳統互聯網時代信息聚合和數據處理的方式，創造了一個教育信息自由化、學習者多元化的全新學習環境，因此其主要構成元素應包括：①學習者，這是學習活動開展的主體，也是PLE的核心要素。學習者依據個人學習需求建構、管理學習環境，獲取、創造和共享知識。②內容資源，既是知識信息的載體，也蘊含豐富的教學設計理念。學習者通過PLE中的學習活動，不僅獲取內容資源，也參與內容資源的創造。③工具，是指網絡環境下開展學習活動所需的所有工具集合。針對“云+端”模式下的PLE來講，工具包括硬件終端與軟件工具兩部分——硬件終端主要指能夠獲取教育云服務的終端設備，包括PC、智能手機、平板電腦等；軟件工具則包括閱讀工具、教學工具、認知工具、通訊工具等。④服務，既包括教育云服務平臺提供的通用服務，如資源存儲、自動測評、學習管理與分析等，也包括面向學習者提供的個性化服務，如個性化資源推送、在線指導與答疑等。⑤社會網絡，是指學習者與學習共同體之間因為互動而形成的相對穩定的關系體系。在“云+端”模式下，學習者與同伴的交流、協作更加高效與順暢，有助于拓寬學習者的視野，強化知識的建構，促進知識和能力的獲得。

2 “云+端”模式下面向數字教材的PLE特點

“云+端”模式為PLE構建提供了一種全新的模式，體現出更高的社會化、開放性、自主性與共享性，有利于學習者在充分享受自治權的情況下，主動建構、創造和分享知識。“云+端”模式下面向數字教材的PLE以學習者為中心、以資源為核心、以學習任務為目標、以協作為形式，支持教師的混合式教學和學生個性化學習，呈現出以下特點：

（1）促進學習資源整合與共建共享

互聯網中的教育資源非常豐富，但存在分散度高、聚合度低等問題，學習者很難從海量的網絡資源中快速定位所需的內容。在“云+端”模式支持下，PLE的基本要素如學習內容資源、工具、服務等都可以實現“按需而用、即需即用、快速聚合”，有利于學習資源的有效整合與共建共享。

（2）高效訪問的個性化學習環境

“云+端”模式下的每個學習者都能在云平臺上創建個性化的PLE，并使用任意終端設備隨時、隨地訪問，因而大大降低了使用網絡學習資源與服務的成本和難度，有利于實現泛在情境下學習的無縫銜接，增強了教與學的連續性與穩定性。

（3）多元化的協作學習方式

相較于傳統的網絡協作學習，“云+端”模式支持更加多元化的協作學習方式。學習者之間的協作交流不僅僅是基于網絡平臺的同步或異步信息交換，而且能夠實現對共享資源的協同編輯，如協同編輯文稿、協同編程等，故大大激發了學習者的創造性。

（4）學習資源的主動推送

為了能夠在互聯網海量數據環境中快速、高效地定位所需的學習資源，學習者需要利用搜索引擎來實現個人對信息的搜索與聚合，這是一種主動獲取資源的應用模式。在“云+端”互聯網應用模式下，云平臺與用戶之間具有更緊密的關聯與粘性，教育云服務平臺能夠根據學習者的特征與需求主動、實時地推送個性化學習資源與定制化學習服務。

3 “云+端”模式下面向數字教材的PLE模型

自網絡學習興起以來，構建虛擬學習環境（Virtual Learning Environment，VLE）一直被視為網絡學習環境的主導設計思想。VLE以課程為中心，針對學習過程提供一種自上而下的組織與管理，主要面向教育機構內部的正式學習情境。VLE在發揮其作用的同時，也顯現出個性化支持不足、學習者主動性受限等弊端。與VLE不同的是，PLE遵循的是一種開放的、個性化的以學習者為中心的建構理念，強調學習者自主選擇學習工具、內容資源、合作對象，自主管理學習活動，并對不同的學習情境（包括正式學習情境與非正式學習情境）進行整合[10]。然而，PLE給予學習者自主權與開放權的同時也會帶來諸多問題，如學習者在龐大而復雜的知識網絡中難以規劃出一條清晰有效的學習路徑，缺乏對學習過程與活動的管理和監控等。

針對上述問題，“云+端”模式下面向數字教材的PLE展示了一種全新的理念，它既不同于傳統PLE由學習者自主選擇學習資源與工具、完全負責和管理自我學習過程的方式；也不完全遵照VLE自上而下的設計理念，即通過預先設計的資源、教師或教育管理機構的監控來主導學習者的學習活動，而是從學習者個性化學習的需求出發，將兩種理念進行有機結合，在確保學習者學習自主性的同時，以數字教材作為學習目標與教學設計載體，提供必要的學習框架與支持。基于此，本研究構建了“云+端”模式下面向數字教材的PLE模型，如圖2所示。該模型的PLE兼具傳統PLE與VLE的優點，其功能主要包括：

（1）銜接正式學習與非正式學習

“云+端”模式下面向數字教材的PLE同時支持正式學習與非正式學習情境。在正式學習情境下，“云+端”模式創造了一個智慧課堂教學環境，師生可自主選擇“云”端的各種學習資源、工具與服務來支持課堂教學活動的開展，故突破了傳統的課堂教學形式，極大地提升了教學效果與教學效率。在非正式學習情境下，數字教材中預設的學習目標、學習路徑及測評服務能為學習者提供系統的學習路徑規劃與方法指導，防止學習者在信息過載的網絡環境中“迷失”。

（2）基于內容資源進行協作創新

學習者在使用數字教材進行學習的過程中會產生大量的生成性資源（如筆記信息、試題答案等）。這些生成性資源并不是零散無序地存放在互聯網中，而是與數字教材中的特定知識內容緊密關聯。依托PLE提供的交流平臺與協作機制，數字教材的任意學習者都能夠同步訪問這些關聯的生成性資源，并能夠對其修改、更新與迭代，從而圍繞特定知識內容、問題或項目開展協作學習，促進知識的分享與創造。

（3）面向數字教材打造個性化學習環境

在使用數字教材學習的過程中，學習者進行的閱讀環境設置、筆記記錄、高亮標注等相關信息都同步存儲于教育云服務平臺，確保學習者在任意終端設備上使用數字教材時都能夠獲得個性化的學習內容與界面。同時，通過對學習者內容瀏覽、信息檢索、活動測評等學習行為的分析，教育云服務平臺能夠為學習者主動推送個性化的學習資源。

三 “云+端”模式下的數字教材學習系統

在“云+端”模式下，數字教材的概念與功能得到了極大的豐富與延伸，它不僅代表數字化的教學內容，也是一個有效整合了內容、終端、教學工具與服務的數字化學習系統[11]。基于“云+端”模式下面向數字教材的PLE模型，本研究從系統角度全面審視數字教材的功能需求，設計了“云+端”模式下的數字教材學習系統，如圖3所示。

圖3 “云+端”模式下的數字教材學習系統

1 終端設備

終端設備是數字教材功能實現的物理基礎與關鍵要素，其主要功能是媒體信息處理與通訊，具體可歸納為三個方面：①設備間通訊。為保證不同設備間的數據通信，終端應集成多種數據通信功能模塊。②人機通訊。為創設更加自然、真實、高效的學習情境，終端設備需具備強大的多媒體信息處理能力，并支持多種感觀通道的自然人機交互方式；同時，隨著虹膜識別、指紋識別等生物識別技術以及虛擬現實技術、增強現實技術的成熟與應用，數字教材的人機交互方式將進一步豐富與拓展，其內容呈現形態與組織方式也將再次變革；③物理情境感知。終端設備還應具備對自然環境與物理情境的感知能力。

2 工具軟件

工具軟件包括數字教材應用軟件和社會性軟件兩大類。其中，數字教材應用軟件能夠對數字教材內容文檔進行解析與渲染，并提供相應的閱讀支持工具與教學支持工具——閱讀支持工具主要對閱讀環境進行個性化設置，如字體、顏色、亮度等；教學支持工具則用于教與學相關活動，包括標注、分享、詞典等。此外，作為一個開放的學習系統，除了數字教材應用軟件，關聯的社會性軟件也能夠提供教學支持及服務。

3 數字教材內容

數字教材內容可以看作是一個基于語義標注的細粒度多媒體知識庫，它通過預置多種內容呈現模板，可動態進行內容布局和排版，并提供各種與學習相關、可記錄學習過程的交互活動。數字教材軟件則利用語義標注、多媒體技術、腳本語言等，結合內容豐富的學科領域知識庫，以全方位、立體化、智能化的方式呈現數字教材內容，提供趣味便捷、智能輔助、互動高效的學習活動與學習方式。

4 教育云服務平臺

教育云服務平臺提供數字教材內容超市、學習管理、云盤存儲、通信與協作等一系列通用云服務及教育云服務功能。教育云服務平臺同時面向學生、老師、家長、教育管理者與資源提供商等多種類型的用戶提供服務，能夠為學習者提供個性化的學習環境，既支持教師構建虛擬的互動教學環境，也支持教育管理者對教與學的過程進行評價、監督與管理，還支持家校、校企之間的交流互動。

四 結語

“云+端”模式下的數字教材學習系統不再只是多媒體教學資源的簡單組織與呈現，而是一個以教學內容資源為核心，以硬件終端設備、學習工具軟件及教育云服務為支撐的學習系統。在“云+端”模式的支持下，大數據分析、虛擬現實、增強現實等新技術將進一步強化數字教材的個性化和情境化特征，面向數字教材的學習環境也將更加高效、智能與開放。

[1]龔朝花,陳桄.電子教材:產生、發展及其研究的關鍵問題[J].中國電化教育,2012,(9):89-94.

[2]孫眾,駱力明.數字教材關鍵要素的定位與實現[J].開放教育研究,2013,(4):60-67.

[3]ArmbrustM,Fox A, GriffithR,et al.Above the clouds: A Berkeley view of cloud computing[J]. Eecs Department University of California Berkeley, 2009,(4):50-58.

[4]吳永和,楊飛,熊莉莉.電子課本的術語、特性和功能分析[J].現代教育技術,2013,(4):5-11.

[5]Mardis M A, Everhart N, Smith D, et al. From paper to pixel: Digital textbooks and Florida’s schools[OL].

[6](美)Jonassen D H著.鄭太年,任有群譯.學習環境的理論基礎[M].上海:華東師范大學出版社,2002:2-7.

[7]Downes S, Media E, June H. Beyond management: The personal learning environment[J]. Developmental Biology, 2009,(2):485.

[8]鐘志賢.論學習環境設計[J].電化教育研究,2005,(7):35-41.

[9]尚建新,解月光,王偉.云計算模型下的PLE構建初探[J].現代教育技術,2009,(4):46-49、26.

[10]Oliver K, Hannafin M. Developing and refining mental models in open-ended learning environments: A case study[J]. Educational Technology Research and Development, 2001,(4):5-32.

[11]胡畔,王冬青,許駿,等.數字教材的形態特征與功能模型[J].現代遠程教育研究,2014,(2):93-98、106.

編輯：小米

Research on the Digital Textbook under the “Education Cloud Service + Cloud Terminal” Model

HU Pan1LIU Quan-bo2

With the popularization and development of cloud computing technology and intelligent terminal, the “Cloud Computing Service + Cloud Terminal” model (abbreviated as “Cloud + Terminal” model) which consists of the education cloud service and the cloud terminal creates a new teaching and learning context for digital textbooks. Firstly, this paper introduced the system of the education cloud service and the “Cloud + Terminal” model. Secondly, based on the deep analysis on the elements and features of the Personal Learning Environment (PLE), this paper constructed the PLE model for digital textbooks under the “Cloud + Terminal” model, and further introducted the main function of it. Finally, the learning system of digital textbooks under the “Cloud + Terminal” model was designed from the four aspects of terminal equipment, tools software, digital textbook content and the education cloud service platform.The results of this paper had reference value and guiding significance to the design and development of digital textbooks learning system and the construction of learning environment.

digital textbook; personal learning environment; education cloud service; cloud terminal

本文為廣東省教育廳“創新強校”青年創新人才項目“云端模式下面向數字教材的個人學習環境研究”（項目編號：2015WQNCX149）的階段性研究成果。

胡畔，講師，博士，研究方向為智慧學習環境，郵箱為hupan0825@163.com。

2017年7月2日

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.03.013

G40-057

A

1009—8097（2018）03—0085—07