數字教材建設的探索與實踐 *
——以第二代“人教數字教材”為例

康合太，沙 沙

(人教云漢數媒科技有限公司，北京 100081)

數字教材建設的探索與實踐*
——以第二代“人教數字教材”為例

康合太，沙 沙

(人教云漢數媒科技有限公司，北京 100081)

該文對數字教材的概念進行了界定，研究了數字教材在我國基礎教育信息化中的定位，從課程、教學、技術等角度的綜合分析中提出數字教材在教育信息化環境中起基礎性、核心性作用。文章以第二代“人教數字教材”為例，梳理了數字教材開發中需要遵循教育性、科學性、集成性、交互性、實用性、個性化和經濟性等七個原則，介紹了第二代“人教數字教材”的開發流程和測試環節，提出了“教學分析、產品設計、制作開發”的三段式開發過程和“教學內容、系統架構、教學構件、用戶界面”四個測試角度，最后對數字教材的標準化建設進行了簡要論述。

數字教材；設計原則；開發流程；標準建設

在教育學領域，“教材”一詞有廣義和狹義兩個層次的含義，廣義上的教材指教師和學生據以進行教學活動的教學材料(Teaching Materials)，而狹義的教材指教科書(Textbook)。在中小學教育中，“教材”通常指狹義的教材，即教科書。本文中的教材均為狹義含義，而用“教學材料”一詞對應教材的廣義含義。

今天我們所說的教材，早已不是單純的紙質學生課本的概念。在教育部頒布的《中小學教材選用規定》中已明確提出：教材是指經國務院教育行政部門組織專家或者委托有關專家機構審定的供中小學使用的國家課程教科書(含圖冊、電子音像教材、配套教師用書等)。可見，教材的概念也是隨著時代的發展、技術的進步而不斷拓展的。本文以第二代“人教數字教材”為例，從探索與實踐層面探討教材的新形態——數字教材的定位、開發原則，并簡要介紹數字教材的開發流程、測試的一般步驟和標準化相關工作。

一、數字教材的定位

2013年3月14日，教育部辦公廳印發了《2013年教育信息化工作要點》，其中明確要求“全面啟動第二代‘人教數字教材’等數字產品的研發，2013年秋季推出部分學科試用性產品”。根據教育部的要求，人民教育出版社(以下簡稱為“人教社”)對第二代‘人教數字教材’的建設進行了積極的探索與實踐。

人教社對數字教材的探索始于2000年，并于2001年推出了第一代數字教材產品“人教電子教材”[1]。在此后的多年中，人教社在專業化的課程、教材研究開發的基礎上，對數字教材進行了一系列的創新研發，陸續推出了多種電子教材和網絡教材。第二代“人教數字教材”是在十多年數字教材探索發現和經驗積累的基礎上形成的，是適合我國當前基礎教育信息化發展的新型教材。

從課程與教學的理論看，紙質教材是依據課程標準(或大綱)編寫的教學用書，是課程標準(或大綱)的具體化，也是教師進行教學的基本依據和學生獲取知識、發展能力的基礎渠道[2]。數字教材則在教育信息化環境中起到與紙質教材類似的基礎性、核心性作用，為學生和教師提供能滿足教學基本需求的基礎資源和基礎服務，因此在數字化教學環境中處于核心地位。

概括來說，第二代“人教數字教材”是依據國家課程標準，以人教版紙質教科書為藍本，以課程論、教學論、教育學、心理學等理論為指導，以教育信息技術為實現手段，以提升教學質量和學習效率為目標，滿足教育信息化需求的數字化、立體化教材。它可作為當前教育信息化環境下師生教學活動的基礎，也可作為電子書包等基礎教育教學應用環境的內容核心。

我國當前的教育信息化發展目標強調信息技術與教育的融合性發展，數字教材正是實現信息技術和教育融合的有效突破口。第二代“人教數字教材”在內容上依據課程標準和紙質教材形成體系，再結合信息技術實現內容的立體化和交互性。其核心價值在于體現了技術與學科教學深度整合，提高了信息技術在基礎教育中的應用水平和范圍，同時也為數字資源的標準化提供了基礎性范本，為實現“強化信息技術應用，改進教學方法，提高教學效果”等教育信息化發展目標提供了核心助力[3]。

二、第二代“人教數字教材”的開發原則

在設計和開發第二代“人教數字教材”時，我們從課程論、教學論和教育技術學的角度出發，總結出了一些基本的開發原則，包括：教育性、科學性、集成性、交互性、實用性、個性化和經濟性。這些開發原則一部分是各種形態的教材通用的原則，另一些則是當前數字教材中獨有的開發原則。以下將分別介紹這七個開發原則的內容和特點。

(一)教育性

教育性原則是指數字教材的內容、構件應遵循認知規律，有明確的教學目標，有助于教學對象加深對知識的理解和掌握，并通過各種媒體的合理運用和巧妙組合來增強教學內容的新奇性和趣味性，以激發學生的求知欲。教學內容的展示要符合心理學規律，應充分分析和研究教學對象的心理狀態，利用巧妙構思和不同的節奏形式來推動學習思維活動，幫助學生分析、對比、判斷、綜合，把教學中深奧抽象的概念轉化為有條理的具體形象，做到由表及里、由此及彼，從感性到理性，從而達到良好的教學效果。

(二)科學性

傳授科學知識的數字教材，必須要保證內容正確無誤、邏輯嚴謹。除了和紙質教材同樣要求文字、圖片等閱讀性內容具有科學性外，數字教材中還要求交互性內容也必須具有科學性。例如在進行模擬仿真時，采用的算法模型要符合科學要求，在交互時數字教材對學習者的各種反饋要合乎情理。仿真內容呈現的圖像及色彩要反映客觀的真實性，不能使學習者對教學內容產生誤解和偏差理解。

(三)集成性

在保證教學性和科學性的前提下，數字教材的特性主要表現在信息載體的集成上，即如何對文字、圖形、圖像、動畫、聲音等進行藝術加工和處理，使其具有較強的表現力和感染力。在進行媒體集成設計時，要根據教學內容的需求和不同媒體的特性與功能，做到科學選擇、優化組合媒體形式，使其發揮各自的表現力，使教學內容得以充分展示。

(四)交互性

交互性是指教師、學生在學習時對媒體操作方便、控制靈活，學習者可以根據學習的程度與需要隨時搜索、尋求幫助與評定，人與計算機之間形成一問一答、互相交流信息的特征。數字教材要設計出使學習者容易接受、掌握和使用性能良好的用戶界面來實現人機交互，學習者可以通過交互界面輸入一定的信息，而計算機則通過交互界面向學習者呈現相應的反饋信息。交互界面的主要表現有窗口、菜單、按扭、圖標等多種形式。

(五)實用性

數字教材在設計上要充分考慮教學內容與學習者的實際情況，并非所有的教學內容都要設計為多媒體形式。只有當用多媒體課件能有效地突破教學難點，引起學生興趣，能收到較為理想的教學效果時，才考慮設計多媒體教學課件。同時數字教材中設計的各種多媒體課件也要考慮教師、學生實用中的操作便捷、合理、靈活程度，以獲得更高的實用性。

(六)個性化

人在認知方面存在個性化差異，這種個性化差異可分為三種類型：視覺型、聽覺型和觸覺型。在設計數字教材時，應提供視覺方面的圖文、聽覺方面的音響或語音、觸覺方面的手動操縱等使用方式，以滿足學習者綜合認知的培養和個性化的需求；對于認知能力不同的學習者，要提供不同程度的學習內容和學習路徑；還應使學習者能夠根據個人需要和興趣，方便地選擇學習時間、學習內容以及調節學習進度。

(七)經濟性

數字教材的建設，需要花費大量的人力和物力，在內容方面以較少的投入研發高質量、高性價比的多媒體資源，應是追求的目標。在技術方面，還應該根據用戶實際使用需求及電信網絡的實際情況，合理部署數字教材的網絡節點，采用CDN推送等技術最大限度節約網絡帶寬，提高網絡使用效率。

三、第二代“人教數字教材”開發流程

基于前文所述的開發原則，第二代“人教數字教材”的開發流程分為教學分析、產品設計、制作開發三個階段。在理論層面上，數字教材的研發需要同時從宏觀、中觀、微觀三個層次進行設計與開發。宏觀層次是站在課程、學科和教學的角度，對數字教材進行教學分析；中觀層次是站在產品設計的角度，依據教學分析對數字教材的信息結構、構件組成、輔助工具、內容呈現方式、交互方式等方面進行設計；微觀層次是站在技術角度，實現數字教材的設計，形成最終的產品。這三個層次對應數字教材開發流程中的三個主要階段，分別從不同的視角綜合體現數字教材的開發原則。

從課程與教學論的角度看，紙質教材自身已經具有了課程屬性和教學屬性。紙質教材在編排上符合學科課程的整體規劃和課程標準，在教材內容設計上也已考慮了一般的教學方法和評價方法。第二代“人教數字教材”以紙質教材為藍本，本質上是在紙質教材已有課程與教學的基礎優勢上，結合信息技術對教材進行二次教學分析，并設計開發出能夠滿足新教學理念信息化教學環境的數字教材。

(一)教學分析階段

在教學分析階段，首先應該整體地分析學習條件，包括了解學習者的學習能力，分析學習者的先行知識背景和已具備的技能，以及調查學習者的學習環境。了解和分析學習者的學習能力、知識技能基礎是數字教材設計開發的基礎，也是保障數字教材能符合教育性、實用性、個性化、交互性等原則的先決條件。調查學習者所處學習環境的重點是調查數字教材的應用技術環境。我國的基礎教育發展存在一定程度的不平衡，不同省份、地區、學校之間的信息技術環境相差很多。有些學校在教室中只有教師用的計算機和投影設備，有些學校則在教室中配有交互式電子白板，條件更好的地方甚至具備學生人手一臺筆記本電腦或平板終端的條件。不同的學習環境對數字教材的需求存在差異，如：交互式電子白板一般需要數字教材具有較好的交互性，平板終端則要求資源具有可觸控操作的特點。

其次，教學分析階段還要明確數字教材各章、節、欄目的教學目標。確定教學目標需要從兩個角度進行分析：一方面要分析課程標準中規定的課程目標和課程內容的學習要求，另一方面要調查和分析學習者的實際知識需求。具體的教學目標總是需要反映課程標準中的相關內容，在此基礎上還要面向學習者的實際發展方向。當具體的教學目標確定下來后，設計開發工作就有了明確的方向，所有的內容設計、構件設計、技術開發等環節都將圍繞教學目標進行。

教學分析的最后一個步驟是分析教學內容。在教學目標已明確的基礎上，根據紙質教材中已有的文字、圖片內容進行延伸分析，確立數字教材中對應每個教學目標的教學內容。此外，還需要對整個課程的內容進行結構化處理，明確在課程體系下不同教學內容間的結構關系。最后，還需要進一步將每個教學內容分解為相對獨立的知識結構，例如在分析初中物理“測量平均速度”這一教學內容時，可將其涉及到的知識分解為：核心知識(即平均速度)、儀器知識、測量知識、應用性知識、拓展知識等，就單一內容形成獨立知識結構。

(二)產品設計階段

在進行教學分析后，開發進入產品設計階段。數字教材的產品設計一般從教學策略設計、教學情教學策略設計分為兩個層次。大層次上需要依據教材內容之間的整體結構關系確立課程實施的框架結構，依據學科特點選擇數字化教學工具，并以此確定數字教材的頁面結構。小層次上則需要設計與每一個知識點相對應的教學策略和學習評價，確立與某種認知類型相適應的網絡應用技術。

數字教材的教學情境設計也有兩個層次。一個層次是教學實踐情境的設計，在充分調研的基礎上，由設計者模擬構畫各種可能出現的數字教材實際應用的教學情境。設計者需要考慮的是：在某個教學實際情境下，教師會采用的教學模式有什么，困難在哪里，需要哪些資源支持教學，以及如何評價教學結果等。另一個層次是知識教學中的情境設計，重點是圍繞知識點和學生認知特點，設計出能促進一個知識點理解和掌握的學習情境。

教學構件是數字教材中以富媒體形式呈現教學內容的獨立組件。在進行教學構件設計時，先確定需要表達的教學文本化內容，再確定用于富媒體表現的聲音、圖表、圖片、動畫、視頻等聽覺和視覺化內容，整體上形成圍繞內容的多種媒體的合理集成設計。

產品設計的最后一個步驟是完成數字教材的設計腳本。數字教材的設計腳本包含了對數字教材的完整教學分析、教學策略設計、對兩個層次的教學情境的設計和每一個教學構件的設計。完整的設計腳本中還包括了最終確定下來的構件種類和總數量的規劃，每一個內容模塊和構件的立體化呈現方式，以及確定開發工作的流程。設計腳本是后續制作開發工作的基本藍圖，具有引導制作開發的作用。

(三)制作開發階段

數字教材的制作開發階段是依據產品設計階段形成的腳本，運用開發工具及遵循開發流程而進行的媒體制作、程序開發過程。制作開發階段一般分為：數字教材主體內容的開發，構件的制作開發，以及將主體內容和構件組合成數字教材三個環節。

進行數字教材主體內容的開發，需要根據常見的數字教材呈現終端(如顯示器、交互式電子白板、平板電腦等)的特點，對教科書內容進行模塊化設計，將教科書內容劃分為若干相對獨立的模塊。依據模塊內容的特點，開發人員會選定若干適當的標準模板，對模塊化的內容進行重新排版，最后會形成適宜常用終端呈現的數字教材主體內容。

構件的制作開發首先需要開發人員依據教學構件設計選擇適當的文本、圖片、音頻、視頻、動畫、虛擬教學工具等基礎素材，供構制作使用。其次要將選出的素材導入開發工具中，按照構件開發腳本將素材整合加工為教學構件。最后還需要依據構件設計，對加工好的教學構件進行檢查。

在數字教材的主體內容和構件都開發完畢后，開發人員可使用數字出版平臺，將制作好的數字教材主體內容和構件進行組合，形成數字教材。此即完成了數字教材的全部開發流程。

四、第二代“人教數字教材”的測試

在完成數字教材的開發后，還需要對數字教材進行一系列的測試工作，以確保數字教材的品質。測試主要從教學內容、框架結構、教學構件、用戶界面四個方面進行。

(一)教學內容的測試

教學內容的測試是數字教材測試中最重要的部分。在對數字教材的教學內容進行測試時，首先應該依據科學性原則檢查教學內容的科學性，確保內容準確無誤。此外，還應基于教學設計中設定的教學目標，檢查數字教材的內容和構件是否適合相應的教學目標，以及數字教材內容是否適合學習者的需求。

教學內容的測試還要檢查內容組織的連續性、序列性和整合性，檢查教學內容的結構關系是否正確，以及內容與不同圖式的匹配關系、學生練習及測試的應用結構是否適當。

(二)系統架構的測試

系統架構是數字教材能否穩定、有效、安全使用的技術保障。在測試過程中，需要對系統架構的穩定性、可靠性、安全性和可擴展性進行測試。

系統架構的穩定性指系統在軟件工程上的程序運行穩定程度，測試過程需要在7×24小時內檢測程序運行是否穩定，是否具有較高的容錯能力，是否在各種信息輸入時持續保持預期內的合理反應而不至于系統崩潰。

系統架構的可靠性指系統整體上在規定條件和規定時間內無故障地工作的性質。可靠性測試建立在系統穩定性的基礎上，測試要求系統在7×24小時內對用戶的各種操作給予正確的反饋。在第二代“人教數字教材”的系統中，采用了三層體系架構，并且對用戶權限進行多級控制，再配合相應的網絡設置，使得系統具有非常高的可靠性，同時系統還滿足了易學、易用、易維護的用戶需求。

數字教材系統架構的安全性主要指內容數據和生成數據在產生、傳輸、存儲、使用等各環節的上安全性，既包括防止數據丟失、損壞造成危害，也包括對內容著作權、用戶信息等方面的保護。在系統整體穩定、可靠的基礎上，安全性測試的核心是用戶信息和著作權的保護，需要通過測試檢測系統是否留有會造成信息泄露的后門，以及著作權保護方式是否有效。在第二代“人教數字教材”系統中采用了DRM(Digital Rights Management)著作權保護技術，可以有效地保護數字教材整體與構件的著作權。

隨著業務量的增長、管理要求的提高、新業務功能的出現，測試中還要充分考慮系統的可擴展性。測試中需要關注：在不改動平臺技術架構的前提下，在用戶數量超過預期數量時，能否進行系統增容；能否夠根據用戶需求發展的情況進行功能擴展，并可以支持業界標準，支持主流產品平臺對接。

(三)教學構件的測試

包含各種教學構件是數字教材的一個特點，因此在測試數字教材時，對每一個教學構件的測試是必不可少的。對每個教學構件而言，教育性和科學性是首先應該測試的部分。在測試中需要檢查教學構件是否與數字教材的內容結構相匹配，構件的應用設計是否符合教學要求，構件的內容是否科學、準確、合理。

在集成性和經濟性原則下，需要測試教學構件的靈活性，檢測教學構件能否重組、復用，構件的內容能否升級、更新。教學構件的測試還包括對審美設計的檢測。需要檢查教學構件的靜態設計構圖、造型及色彩運用情況，測試動畫及視頻圖像等動態構件的運動表現過程是否流暢、有無馬賽克等。

(四)用戶界面的測試

用戶界面是數字教育產品中的關鍵組成部分，直接影響到數字教育產品的實用和用戶體驗度。用戶界面的測試包括界面視覺感觀、交互性和用戶界面上鏈接結構。

視覺感觀的測試包括了對用戶界面設計風格的檢查，界面中的行列分區及內容設置是否的當，界面的色彩、對比度、高亮區、背景色等是否協調、是否符合基礎教育階段的學生生理和心理特點。

在對用戶界面的交互性進行測試時，需要關注供學習者控制的交互類型及交互方式是否得當，檢查撤消與恢復用戶操作的功能是否具備，測試屏面移動的可能性、反饋指導和幫助工具的有效性，以及測試交互界面是否能夠支持教學活動中的信息交流或學習合作。

最后還需要測試用戶界面的鏈接結構，檢查數字教材內部的內容鏈接關系是否清晰，各種構件間的鏈接結構是否準確，還需要測試數字教材的外部鏈接是否有效、準確。

五、數字教材的標準化建設

數字教材的標準化建設是一項必要而又復雜的系統工程。對我國目前的教育信息化來說，如果數字教材設計與開發缺少了標準，則易出現眾多出版社或信息技術企業開發出彼此不兼容的數字教材。從實際應用來看，通常中小學生都會使用2個或2個以上出版社出版的教材，互不兼容的數字教材勢必會給使用者帶來麻煩。

在研究第二代人教數字教材時，我們也考慮到了數字教材的標準化建設問題。目前在行業層面，已由教育信息化標準委員會提出了“電子課本信息模型標準”(這里的電子課本與數字教材為同一概念)，該標準預計將于2015年由國家標準化委員會發布實施。“電子課本信息模型標準”是一個技術方面的標準，其中對廣義的數字教材的各種語義、信息層次結構和各類組件的元數據進行了規范[4]。但仍應該看到，這樣一個廣義數字教材的信息模型標準應用于基礎教育領域時，勢必存在過于籠統，缺乏與基礎教育課程、教學結合等問題。因此，當前的標準化建設需要關注在已有相關標準的基礎上，制訂出符合基礎教育數字教材的特征的細化標準體系。

從數字教材的研發所涉及的領域來看，數字教材的標準涉及到至少三個方面。首先是從教育技術角度看，應制訂出一系列的能應用于基礎教育的技術標準。在這個方向，除了前面提過的信息模型標準外，電子課本包裝規范以及應用指南等標準文件也正在研制中。其次，還要從數字出版角度看待數字教材的標準化問題，這里涉及到數字教材的出版元數據標準、呈現標準、發布標準、質檢標準等。最后，數字教材的研發還要從課程標準的角度建立其內容的編寫、開發標準，要明確數字教材中內容的數量、難度、類型等應遵循的規范。

在數字教材標準體系中，也需要包含相應的終端、平臺標準和應用服務標準。終端、平臺標準需要制訂數字教材與它們之間的適配規范，數字教育內容閱讀器通用技術規范，數字教育內容終端適配標準，數字教育內容投送系統建設規范，數字教育內容資源服務系統建設規范，數字教育內容工程平臺接口規范等一系列指導終端和平臺設計開發的標準，使數字教材能夠更大范圍的在各種終端、平臺中流暢使用。應用服務標準是指數字教材在使用過程中應遵循的標準，以及第三方機構通過數字教材對基礎教育師生提供各種服務的標準。例如數字教育內容使用統計服務規范、數字教育內容使用效果評價服務規范、互動數字教育內容使用效果評價服務規范、數字教育出版產品版權登記要求等。

六、結語

2013年9月，人教社成功研究開發了義務教育主要學科起始年級的第二代“人教數字教材”。在這個過程中，我們獲得了寶貴的數字教材研發經驗，也總結提煉出了若干數字教材的創新理論和模型，并通過實踐證明了最初的一些想法和設計是可行的。隨著探索與實踐的深入，我們也在不斷根據實際情況對數字教材的建設進行調整和改進。

從教育信息化發展的大趨勢看，為了實現《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》中提出的“信息技術與教育融合發展”的目標，數字教材的深入研究和開發推進是一項重要工作。可以預見，在不久的將來，數字教材將在信息化教學環境中逐漸體現核心地位和基礎作用，成為全面提升基礎教育信息化發展的基礎。當然，這些都要求我們繼續投入力量，對數字教材的研究和建設工作進行完善[5]。

[1] 高路.我國第一代電子教材──人教電子教材問世[J].課程·教材·教法，2002,(5)：44.

[2] 曾天山. 教材論[M]. 南昌：江西教育出版社，1997.

[3] 中華人民共和國教育部. 教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)[EB/OL]. http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/201203/133322.html,2014-07-07.

[4] CELTS-49.2，電子課本的信息模型[S].

[5] 規劃編制專家組. 《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》解讀[M].北京：人民教育出版社，2013.

康合太：編審，碩士，人教云漢數媒科技有限公司首席執行官，研究方向為基礎教育數字出版(kanght@pep.com.cn)。

沙沙：編輯中級，碩士，研究方向為信息技術與課程整合(shas@pep.com.cn)。

2014年6月30日

責任編輯：馬小強

Research and Practice on Digital Textbook Development

Kang Hetai, Sha Sha
(People’s Education Yunhan Digital Publishing Co.,Ltd. , Beijing 100081)

This essay defines the concept of digital textbook, studies its position in the informatization of China’s basic education,examines its basic and core functions in the educational informatization by a comprehensive analysis from curriculum, teaching,and technology aspects. The author takes “PEP digital textbook 2.0” as an example, summarizes seven principles of development that digital textbooks need to follow: educational, scientific, integrated, interactive, usable, personalized and economical. The essay introduces the developing and testing process of the “PEP digital textbook 2.0”, proposes a three-stage development process of“teaching analysis, product design, production development” and four test perspectives of “content of teaching, system structuring,construction of teaching and user interface”. Lastly it brie fly discussed the standardization of digital textbook.

Digital Textbook; Principle of Design; Process of Development; Standardization

G434

A

1006—9860(2014)11—0080—05

* 本文系全國教育科學“十一五”規劃教育部規劃課題“初中英語網絡教材有效模式的研究”(課題編號：FFB090697)成果。