深度學習導向的數字教材資源建設

隨著教育數字化戰略的深入推進，數字教材作為教育信息化的重要載體，其建設與發展受到廣泛關注。黨的二十大明確提出“推進教育數字化”，為教育領域數字化轉型指明了方向。中共中央、國務院印發的《教育強國建設規劃綱要（2024一2035年）》進一步強調了教材數字化在教育高質量發展中的重要作用。當前數字教材優劣勢并存：一方面具備“激發學習興趣”和“擴展知識容量”等優勢；另一方面，存在淺層化傾向等問題，亟待優化。深度學習作為一種重要的學習理念，強調學生對知識的深度理解與素養的全面發展，被認為是培養學生核心素養的重要途徑。因此，將深度學習理念融人數字教材資源建設，充分發揮數字教材和數字技術的優勢，避免劣勢，促進學生達成深度學習目標，具有重要的理論與實踐意義。

一、理論基礎與政策背景

（一）教育數字化戰略需求

“推進教育數字化”是當前的國家教育發展導向。《教育強國建設規劃綱要（2024一2035年）》要求大力推進教材數字化轉型。教育部部長懷進鵬在2024世界數字教育大會上指出，要天力開發數字教材，從頂層設計上促進數字化教材發展[1]。數字教材作為教育信息化的核心資源，其建設與發展是教育領域數字化戰略實施的重要環節[2]

（二）深度學習的理論內涵

深度學習的概念最早出現在人工智能領域，其核心是對人的深層次學習方式的一種模擬。在教育學領域，深度學習最早由美國學者馬頓和薩爾約提出，他們發現學生在閱讀過程中的學習策略不同，分為表層學習和深度學習。深度學習強調學生對知識的深度理解、全身心投入以及素養的全面發展。我國的“深度學習”教學改進項目進一步發展了這一理念，認為深度學習是教學中的學生學習，需要教師的引導和幫助，其內容是有挑戰性的人類已有認識成果，目的是指向具體的、社會的人的全面發展，是形成學生核心素養的基本途徑[3]。

（三）數字教材的核心價值

數字教材的核心價值在于其基礎性和系統性，與一般數字資源形成鮮明對比。然而，當前數字教材存在淺層化傾向，亟待優化。數字教材的基本形式是以紙質教材為藍本，在紙質教材PDF上嵌人音頻、視瀕、圖片、動畫、文本等各種數字資源。數字資源作為數字教材的核心組成部分，是信息化環境下教師教學和學生學習的必需品[4。我國中小學數字教材應用現狀的調研顯示，教師對數字教材的關注和需求集中于數字資源[5]，體現出對數字資源建設進行深度研究，秉承“內容為王”的理念對數字資源進行精品化建設的必要性[]。

二、構建資源框架

（一）以深度學習為目標

資源建設的目標在資源建設中具有核心地位。深度學習理念下，知識傳遞不是學習的最終目標，學習的最終目標是以知識學習為路徑實現對人的培養。以深度學習的目標引領數字教材資源的設計，要求設計者對知識蘊含的價值進行深入挖掘，對知識發生發展的過程以及在整個系統結構中的地位作用進行深入分析，對知識與生活經驗和客觀實踐的聯系進行深刻把握。以深度學習的目標引領數字教材資源的建設，需要依托資源建設促進學生對知識概念和規律的深度理解，促進學生對概念和規律的自主建構，促進學生知識結構的形成，促進學生知識的遷移應用，促進學生的身心投人。學生在知識學習的過程中形成物理觀念，發展科學思維和科學探究能力，提升科學態度與責任意識，最終達到促進學生素養發展的教學目標（如圖1）。

圖1深度學習目標引領下的資源建設框架

以碘的升華和凝華實驗為例，如果以知識傳遞為教學自標，那么相關的實驗視頻在制作過程中只需呈現碘受熱后從固態變成氣態，遇冷后又從氣態變成固態的現象即可。如果以深度學習為目標，那么這個實驗視頻在制作過程中還可以引導更深入的思考：這個實驗時間短，碘的數量也比較少，實驗過程中碘是直接從固態變成氣態還是從固態變成液態再變成氣態？學生通過肉眼很難分辨，而合理質疑恰恰是引發深度思考的時機。

（二）以深度學習的內容為抓手

深度學習不能自然發生，需要一定的觸發條件，適合開展深度學習的教學內容是引發深度學習的基礎。深度學習改進項目組提出深度學習的內容是有挑戰性的學習主題，學習主題是針對孤立且非結構化的散在知識點而提出的，它以結構化的、適合學生展開主體活動的方式來呈現有內在關聯的內容[7。北京師范大學的周序提出“教學中的知識可以劃分為關于‘是什么’‘為什么’和‘怎么樣’的知識，關于‘是什么’的知識只需要達到‘淺層學習’的程度即可，關于‘為什么’和‘怎么樣’的知識需要進行‘深度學習’”[8]。總之，數字教材資源建設在選點設計階段需要從育人的角度對知識的重要性進行區分，選擇那些能夠促進學生深度思考和思維發展的概念性知識，重視那些能夠激活學生情感、意志、價值觀，促使學生全身心投入學習的元認知知識，關注那些能夠促使學生遷移應用、實現問題解決的科學方法類知識，同時還要考慮知識的廣度、深度和關聯度。

（三）以深度學習策略為路徑

深度學習需要基于學生已有認知。教師利用認知沖突等激發學生的學習動機，提出要研究的任務，借助問題引導引發學生的思考，通過研究過程實現對概念和規律的建構，對整個研究過程進行總結反思并實現在新情境中的遷移應用。以深度學習的策略引導數字教材的建設，需要結合教學內容的特點，在激發學生學習動機、引導他們自主建構、對學習過程進行總結反思和遷移應用等方面發力。有助于促進深度學習發生的實踐策略很多，筆者結合物理學科特點列舉以下案例：一是依靠情境創設，促進深度理解；二是依靠知識之間的聯系，促進知識結構的形成；三是依靠問題解決，促進遷移應用；四是依靠物理科學方法的靈活應用，促進素養發展。數字教材資源設計中需要結合目標要求和內容特點進行適當選擇。以人教版初中物理教材（2024年版）問題欄自的資源設計為例：利用問題引導促進學生思考是實現深度學習的重要策略。數字教材在資源開發建設中注重“問題引領”，針對問題欄目系統設計了視頻、圖片、動畫等資源，以各種立體的方式展示問題情境中的生活經驗、生產實踐、自然現象、實驗現象、技術應用等，激活學生的已有認知，培養學生的問題意識和提出問題的能力，啟發學生思考如何解決提出的問題（見表1）。

三、深度學習導向的數字教材資源建設策略

（一）縱向挖掘：聚焦知識本質的資源設計

縱向挖掘策略的核心在于“深挖一口井”，即圍繞物理概念或規律的本質，層層遞進地設計資源，引導學生由淺人深、由表及里地建構理解。知識本質具有相對性：對初中生而言，教師讓他們認識大氣壓強的“存在性”比作微觀解釋更具教學價值。

以“大氣壓強的存在”實驗視頻為例，展示了六步遞進式資源設計（見表2）。

每一步都以實驗現象或動畫為媒介，配套“問題鏈”引導學生產生認知沖突 - 提出猜想- 實驗驗證 - 得出結論，最終形成“大氣壓強確實存在”的牢固概念。該設計凸顯了以下三個特點：一是現象遞進，即從“飲料瓶變癟”到“吸盤承重”，現象從封閉系統過渡到開放系統，不斷遷移應用；二是思維遞進，即問題從“看到什么”到“為什么這樣”再到“怎樣證明”，思維層級逐級提升；三是證據遞進，即先后呈現直接證據（瓶體形變恢復）、間接證據（吸盤脫落），強化論證的科學性。

學生通過縱向探究，不僅“看見”了大氣壓的存在，更“想明白”了背后的物理機制，為后續解釋抽水機、吸管、注射器等生活現象奠定了概念基礎。

（二）橫向關聯：促進知識結構的形成與遷移應用

橫向關聯策略強調“由點及面”，通過資源間的顯性或隱性連接，幫助學生把新概念嵌入原有認知結構，形成知識網絡。以高中“動量”單元為例，用三組實驗演示構建“守恒思想”主線（見表3）：先定性碰撞（質量相同 $$ 不同），再定量探究（不變量測量），最后遷移解釋火箭反沖、安全氣囊等真實問題。資源之間通過“問題一猜想一驗證一應用”的邏輯串聯，實現三重關聯：一是新舊知識關聯，即將動量守恒與已學的機械能守恒進行類比，凸顯“守恒”天概念；二是學科內部關聯，即將動量與牛頓定律、沖量、功等概念建立橫向聯系，織密知識網；三是跨情境關聯，即在賽車碰撞測試、航天器對接等情境中遷移應用，形成可遷移的“專家圖式”。數字教材通過超鏈接、概念圖、交互式時間軸等媒介，將散點資源編織成“可見的結構”，教師可一鍵展開或收起，實現“既見樹木又見森林”的教學效果。

（三）過程設計：讓知識的“生長”可見

深度學習強調學生“親身經歷”知識的誕生與演進。過程設計策略將傳統“驗證實驗”改造成“探究歷程”，通過“實驗方案對比一變量控制一數據建模一結論辯護”的完整鏈條，讓學習過程顯性化。以“探究平面鏡成像特點”為例，資源包采用“四鏡對比”設計：平面鏡（像物不重合，引發需求）、透明玻璃（像物重合但像模糊，出現新問題）、薄磨砂玻璃（像清晰且可重合，方案優化）和厚玻璃（重影出現，反思厚度影響）。

表2“大氣壓強的存在”實驗視頻資源設計

每一步都嵌人數據采集、實時批注、同伴互評功能，學生像科學家一樣經歷“實驗 -失敗 - 修正- 再實驗”的研究循環。數字教材還內置“實驗日志”模板，自動生成變量一操作一現象的對應數據表，為后續撰寫小論文提供證據鏈。

（四）互動設計：思維過程可視化與高階能力評估

互動設計的最高境界是“將大腦搬到屏幕上”。在“運動與力的關系”主題中，在以往傳統教學模式下教師給出“受力一運動”框架，學生填表即可，其思維過程被隱藏。數字教材提供“詞條拖電一連線一建圖”的交互環境，學生需自主完成任務。概念分類：將“靜止、勻速直線運動、加速直線運動、曲線運動”等詞條拖入“運動狀態”區域。條件匹配：將“合力為零、受平衡力、受非平衡力”拖至對應運動狀態下方。證據標注：在每個連線上添加實驗或生活實例作為證據。自我評估：依據可觀察的學習成果結構（SOLO）分類量表，對結構圖進行自評和同伴互評。

表3促進動量概念建立的數字資源設計

系統后臺記錄拖曳路徑、停留時間和修改次數，生成“思維軌跡熱力圖”，教師據此精準識別學生迷思概念，推送個性化支架。研究結果顯示，使用該資源的班級在高階思維測評中的平均得分提升 23% ，顯著優于對照班級。

（五）素材選擇：情感體驗與價值觀浸潤

深度學習需要“全身心”投人，數字教材的富媒體特性為情感、態度、價值觀的滲透提供了天然優勢。素材選擇遵循“三維標準”：體現時代性，展示北斗衛星導航系統、國產大飛機C919、北京正負電子對撞機等最新科技成就；彰顯文化性，介紹曾侯乙編鐘、天壇回音壁、地動儀等弘揚中華優秀傳統文化；蘊含生活性，應用冬奧會“最快的冰”、航天服關節軸承、手機陀螺儀等日常科技。每個素材配套“情感觸發器”：高清慢鏡頭展現編鐘樂舞震撼之美；虛擬漫游C919駕駛艙激發民族自豪感；交互式故事線引導學生在“衛星失聯”情境中體驗科學家精神。后測數據顯示，學生的科學態度與責任維度得分顯著提高。

四、實施建議與展望

（一）教師實施指南模板

為降低教師應用門檻，數字教材內置“深度學習實施指南”模板：（1）目標分層圖以碘的升華為例，給出記憶、理解、應用的梯度自標，明確知識點的掌握層級，同時指導教師根據學生掌握情況調整教學重點與難度；（2）問題鏈示例一一對核心知識點，提供階梯式遞進的三級難度問題設計范例，基礎性問題聚焦事實確認，中等難度問題促進關聯分析，高階挑戰性問題則驅動批判性思維與創新應用，為差異化教學提供支架；（3）評估量表——基于SOLO分類理論，開發與思維層次精準對應的任務清單與評估細則，診斷學生思維水平，并進行針對性反饋；（4）時間軸一一給出教學環節與資源使用節點，確保用戶能夠合理安排學習進度，高效利用教學資源。

（二）持續選代機制

建立“設計一試用一反饋一優化”閉環：每學期收集教師使用日志、學生作品、課堂錄像，運用學習分析技術挖掘改進點，季度更新資源包。在持續迭代機制下，用戶的行為數據將被系統分析，以發現學習中的短板和亮點。這一過程不僅提升了教材的實際應用效果，而且使得教材的更新和優化更加精準，滿足教育實踐的需求。

（三）跨學科融合展望

開發“物理 + 信息”融合模塊，如用Py-thon處理動量守恒實驗數據，用3D打印技術制作吸盤結構模型，以實現STEM深度學習。跨學科融合模塊的設計，更加聚焦于培養學生的復合型思維能力和實踐能力，使數字教材成為真正意義上的深度學習工具，引領學生在知識的海洋中自由遨游。

數字教材資源建設不是資源的簡單堆砌，而是深度學習的“腳手架”。本文提出的“縱向一橫向一過程一互動一情感”五維策略，既回應了政策對高質量數字教材的呼喚，又為教師提供了可操作、可復制的實踐路徑。未來，隨著人工智能、大數據技術的進一步融入，數字教材將更智能地支持每個學生的深度學習之旅。

參考文獻

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[3]王秋.促進學生深度學習的職業教育數字教材建設：價值、難點與路徑[J].職業技術教育，2024（26）：27-32.

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[5]袁華莉，王珺燕，李如意.我國中小學數字教材應用現狀調研及建議[J].中小學數字化教學，2020（7）：13-17.

[6]李嫻.紙質圖書與數字資源融合的實踐與思考：以“百校千課”融媒體教材為例[J].新聞研究導刊，2021（4）：220-222.

[7]郭華.如何理解“深度學習”[J].四川師范大學學報（社會科學版），2020（1）：89-95.

[8]周序.“深度學習”與知識的深度認識[J].四川師范大學學報（社會科學版），2021（5）：169-175.

（作者系人民教育音像數字出版社編輯）

責任編輯：祝元志