構建深度融合的數字化教科書

謝明陽 王維臻

一、研究背景

當前，全球教育形態普遍向線上加速轉移，以線下教學為主的傳統教學逐步演變為線上線下融通的信息化教學模式[1]。數字教材是利用現代信息技術豐富課程教材體系的重要抓手，在教育信息化浪潮中與紙質教科書在傳統教學中的地位類似，承載著作為基礎資源的重要作用 [2]。目前，我國數字教材的研發與應用正蓬勃發展，隨著數字教材在各省市落地應用的持續推進，我國數字教材逐步由實驗階段向普及應用階段轉變[3]。在教育、技術、出版等多領域學者的關注下，我國數字教材實踐先行、理論滯后的問題逐步緩解。數字教材開放性、智能化、個性化的發展方向，及其與紙質教科書的深度融合、對教學模式變革的引領是專家學者普遍的愿景[4]。但同時，我國數字教材仍然面臨產品孤立、同質化嚴重、易用性欠佳的現狀。在應用推進中，存在數字資源未得到高效利用、教學應用模式淺顯、無法支撐課程改革倡導的深度學習模式和學生高階思維的培養等各種困境[5]。數字教材建設方向的研究某種程度上仍停留在教學理論層面，與觸及產品形態、實際教學、技術架構的實踐探索存在差距，教學理論、技術功能與一線教學融合的實證研究不足。

2000年起，世界各國先后啟動數字教材研發。美國是最早推行數字教材的國家之一，在數字教材的政策、實踐等方面展現出領先優勢[6]。美國的K-12教科書及數字教材市場由培生、麥格勞希爾、霍頓·米夫林·哈考特（Houghton Mifflin Harcourt，以下簡稱HMH）三大教育出版集團壟斷[7]。HMH 出版的科學及數學教科書是美國K-12階段市場占有率最高的版本之一[8]。HMH于2018年出版的《科學維度》（Science Dimensions）教科書配套數字教材，包含K-12階段生命科學、地球與空間科學、物理、化學、工程等多個學科，呈現出數字教材發展形態中由第三階段富媒體型向第四階段平臺智慧型升級轉化的基本特征，整體上與國內主流的數字教材處于同一階段。本文以《科學維度》數字教材為例，分析其設計思路，并探討推進數字教材與紙質教科書、教學、技術深度融合的策略，以期對我國教科書數字化建設及落實數字教材的常態化應用提供啟示。

二、《科學維度》數字教材特點分析

（一）對教科書進行深度數字化改造，促進紙數融合

《科學維度》數字教材從平臺、教材呈現、教材內容三個層面對教科書進行了深度的數字化改造。在平臺層面，HMH數字教材可支持網站登錄后直接在線使用，形態偏向于數字教材與學習平臺的整合呈現。登錄平臺后，用戶可選擇相應科目及冊次并進入單冊數字教材主頁面（如圖1），支持角色、教材冊次、單元快速切換，并集中整合了該冊相關課程標準、教學資源和學科工具。在教材呈現層面，《科學維度》數字教材延續了平臺的網頁化風格，將教科書以活動模塊（課時）為單位重新排版，呈現出由流式數字教材演化而來的形態特征。以6—8年級模塊J化學的《科學維度》教科書為例，第一單元課題1包含課題引入、三個探究活動、自我檢測和延伸學習6個模塊，在紙質教科書中占18個版面[9]。在數字教材中，該課題按模塊被重新排版為6個獨立的流線型頁面，并通過目錄邊欄實現模塊間的體系定位和跳轉。在教材內容層面，《科學維度》數字教材呈現出典型的以交互為主的集成型富媒體數字教材特征，通過將紙質教材內容全部轉換為單選、多選、簡答、填空等簡單的交互資源，對教材環節進行數字化重構，并依據教科書脈絡在各模塊網頁中線性排布。

整體而言，《科學維度》數字教材以對教科書的數字化改造為主要思路，針對用戶的信息化學習環境深度改造了傳統教科書的呈現形式，在內容設計上注重教材整體及資源的交互性。對比我國人教版《化學》九年級上冊知識內容相近的物質及元素課題，HMH《科學維度》6—8年級模塊J化學第一單元的數字資源數量更為豐富且交互類資源占比較高（如圖2）。

（二）對用戶進行細分及關聯，促進多元場景融合

《科學維度》數字教材重視學習環境的創設。在用戶角色上，HMH為教師和學生兩種賬戶設計了精細的權限及內容區分（見表1）。在使用場景上，《科學維度》數字教材及資源的設計較為開放，兼顧線上、線下融合教學的使用需求。例如，在平臺上既提供交互型數字教材也提供可以下載打印的紙質教科書的PDF文本，在資源模塊為學生提供了與線上數字教材配套使用的線下教學活動或課后自主學習的參考素材，在功能模塊為教師提供了能靈活調用教材內外資源的作業定制系統等。

（三）利用技術工具，引導科學素養融合

科學素養是全世界科學教育的共同目標。美國在2011年頒布了《K12 科學教育的框架 ：實踐、跨學科概念與核心概念》，并于2013年頒布了《下一代科學標準》（下文簡稱NGSS），將科學素養進行解構，構建了將共通概念、學科核心概念、科學和工程實踐三個維度橫向關聯并通過表現期望進行融合的科學課程體系[10]。《科學維度》是依據NGSS編寫的教科書，以解決實際問題的工程主題為線索進行單元設計，在單元內以現象為錨落實學科知識，在對主題的整體安排上具備進階性和跨學科特征[11]。

為更好地體現教科書設計意圖，《科學維度》數字教材利用技術手段在教科書和課程標準兩個層面進行學科關聯和素養落實。在教科書內容頁面層級中，數字教材通過增加交互提示實現具象化的跨學科知識技能關聯。比如，在科學討論或自主研究的表述環節提示“此處涉及語言寫作技巧”，在實驗數據處理環節提示“此處涉及數學計算技能”。在數字教材平臺層級，HMH提供了NGSS索引工具，明確教科書單元主題在NGSS的表現期望。借助NGSS中的共通概念、學科核心概念和科學工程實踐這三者在橫向（不同學科）和縱向（不同年級）間的知識結構化整合，以課程標準為線索，實現教科書不同位置的教學活動與課程標準多維進階要求的雙向快速匹配，充分發揮教科書作為教學工具落實課程標準的作用。

（四）豐富視聽兼顧特殊群體

《科學維度》數字教材中全部文字具備語音朗讀功能，并在平臺上為重要知識詞條提供不同語言版本的詞匯注釋，甚至部分數字教材具備法語、西班牙語版本。這些技術處理觀照了有閱讀障礙的殘疾學生、非英語母語學生等特殊群體，使其兼顧美國州政府保護特殊群體的法律義務。然而，這些技術處理都比較淺顯，沒有對特殊群體的使用需求進行有針對性的功能優化，且對于非特殊群體用戶的使用影響有待評估。

值得注意的是，HMH在數字教材中提供的資源多為基于教科書原有環節的交互轉化，除增添作答提示或教學提示外，資源內容與教科書基本一致，并未進行補充延展。我國數字教材中常見的高質量教學資源，如物理、化學、生物等自然學科中對實驗的實拍視頻資源，在《科學維度》數字教材中并未出現。這類資源可以針對常規教學中的痛點、難點切實填補不同區域教學資源的“數字鴻溝”，但無疑研發難度和制作成本高出很多，體現出我國對教育公平更深層次的關注與投入意愿（如圖3）。

三、對我國數字教材建設的啟示

為落實立德樹人根本任務，我國的新時代教科書建設面臨全球化、信息化等多項挑戰，需要在教科書建設上豐富形態、大膽創新[12]。本著融通中外、取長補短的目的，本文簡單探討HMH數字教材對于我國數字教材建設的啟示。

（一）重視教科書本體在信息化教學場景的適切呈現

信息技術正改變著我們的學習方式和習慣，學校主課堂教學逐步脫離紙質教科書向以教師課件為脈絡的方向演化，而作為教育主體的學生完全成長于移動互聯網時代，學習方式已經發生轉變。以多場景、多終端常態化應用為預設的教科書數字化是大勢所趨。

當前，國內數字教材的整體設計仍以數字資源的附加為主要思路，內容上注重為紙質教科書提供延伸和補充，但呈現形態上偏向于在信息化環境中模擬用戶對紙質教科書原有的使用習慣，更像是將紙質教科書和原先以光盤、磁帶為載體的教材配套多媒體資源直接搬家，對教科書本體的數字化設計欠缺。教科書本體是數字化呈現的中心環節，需進行適度、適切的設計和改造，避免讓用戶覺得數字教材不易用、不好用、不會用。紙數融合的數字教材需要做到與呈現載體、數字化資源的雙相深度融合（如圖4）。

2022年4月，《數字教材 中小學數字教材出版基本流程》《數字教材 中小學數字教材元數據》《數字教材 中小學數字教材質量要求和檢測方法》三項國家標準聯合發布，并將于2022年11月起正式實施。數字教材的邊界已逐步明晰，如何在符合教科書及數字教材雙重標準的前提下，在保障教科書主體不被遺漏、曲解的同時，做好教科書本體的數字化形態改造，將是我國數字教材整體設計的難點及重點。數字教材只有深度挖掘教科書本體內容，實現教科書創設的教學脈絡在信息化教與學等不同場景的適切性呈現，才能適應教科書在信息化時代的使用需求。

（二）以融通的視角推進數字教材在教學生態中的關聯應用

教學環境是復雜的生態系統。在實際教學的復雜生態中，線上、線下必然是融通的，師生之間的教學活動是高度交互的。當前國內數字教材對教學應用的預設視角相對孤立，欠缺角色、資源、功能間基于復雜教學場景的設計與關聯。如在用戶層面，可考慮為教師備課提供學生視角切換，或針對學生自主學習搭建支架引導;在內容上，可增加對同一資源精細化的用戶區分設計;在使用場景上，除提供狹義信息化教學中可使用的數字資源，還可考慮數字教材作為平臺工具如何在多元教學場景中發揮更重要的作用。數字教材應發揮以教科書為核心的平臺工具屬性，以多元融合、開放共通的視角研發功能和設計內容，使師生能夠在復雜的實際教學場景中以互相配合、共同使用等多種方式靈活選用教科書配套資源。

為推進常態化應用，在內容設計層面需以紙數融合的“大教材觀”整體設計教科書體系，將紙質載體與信息化載體在教學活動設計時合并納入常態化教學手段進行考慮，避免數字教材因后置式研發淪為紙質教科書數字資源補丁。在功能設計層面，應關注如何幫助師生以簡潔、方便的手段實現教科書在多元教學場景中的使用需求。例如，當前教師已形成以課件授課為主的課堂教學習慣，數字教材可關注如何將教科書及配套資源融入此類教學場景，幫助教科書更好地適配信息化環境下的課堂[13]。功能研發應將關注點從技術轉移至用戶，避免落入為使用技術而研發技術的怪圈。若自行創設新的信息化場景，試圖讓教師改變授課習慣、更換授課工具或遷徙備授課環境，則容易水土不服，難以融入原有的教學生態。

（三）搭建多層框架，助力課程改革下的素養落實

近年來，我國的育人目標逐漸由知識傳授變為以學生為主體的核心素養培養[14]。2017年頒布的高中課程標準提出了培養學生包含關鍵能力、必備品格、價值觀念諸要素的核心素養的教學目標。2022年頒布的義務教育課程標準也以素養為本，通過增設10%課時跨學科主題學習活動等方式，引領新一輪的課程改革。對此，教科書面臨如何設計可執行的跨學科、項目式課程的挑戰，一線教師也面臨如何有效組織、落實教學實施的困境。這對教科書的數字化而言既是挑戰也是機遇。

數字教材相較于傳統紙質載體具備先天的整合優勢，其平臺化的技術形態也便于對課堂活動進行支撐與引導（如圖5）。與美國已經在NGSS中進行了跨學科整合關聯不同，當前我國的課程標準仍是分科體系，但科學類學科在最新的義務教育課程標準的素養層面基本實現了學科觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任的維度整合。據此，數字教材可在技術架構層嘗試以課程標準為框架打破學科壁壘，以素養為脈絡支撐前端教科書與資源的關聯調用，并輔以課程標準中能力水平要求與教科書章節關聯的工具，幫助教師構建知識圖譜、明確教學目標、厘清教學脈絡。

由于學生很難自發地將零散學到的知識進行關聯和整合，在教材內容層面，數字教材可在教科書前端通過提供具體知識與技能間的提示與靈活跳轉搭建學習支架，并通過跨學科數字資源與工具的調用落實學習活動的開展，促進知識的結構化整合[15]。

在教學活動實施層面，數字教材可利用課堂教學系統與學習空間，支撐項目式教學中建立項目群組、發布活動任務、教師群組協同合作、學生群組分享和交流、學習過程的保留與評價等教學模式，利用技術手段引導傳統教學模式向問題導向、綜合實踐的新型教學模式轉型。

（四）技術賦能，拓展教科書的社會價值

我國教科書與一般出版物或學習資料不同，是國家事權與社會價值的體現。數字教材作為教科書的數字化版本，同樣肩負著這份使命。在新冠肺炎疫情災區線上教學、教育扶貧工程中，數字教材通過地區捐贈等方式發揮了重要的社會價值。在傳統主課堂之外，我國還存在特殊教育學校2000余所，在校生90余萬。數字出版可以突破傳統紙質載體的局限，利用信息技術幫助特殊學生群體跨越原有學習模式中的障礙，以缺陷補償的方式提供輔助教學[16]。教科書出版社在為聾校、盲校、培智學校編撰特殊教育教科書時，可考慮將特殊教科書數字化，或在普通數字教材中增加為特殊教育設計的資源或有針對性的輔助功能，加強數字教材內容功能與特殊教育需求結合的實踐研究，推動教科書的社會價值融合。

注：本文系人民教育出版社課程教材研究所“十三五”課題“跨學科視角下的化學教材設計研究”（項目編號：KC2020-005）的階段性研究成果。

參考文獻

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（作者謝明陽系人教數字出版有限公司數字教材事業部高級編輯;王維臻系人民教育出版社中學化學編輯室高級編輯）

責任編輯：牟艷娜