交互式電子教材寫作工具的關(guān)鍵技術(shù)與基礎(chǔ)技術(shù)框架 *

武法提，牟智佳

(北京師范大學(xué) 教育學(xué)部 教育技術(shù)學(xué)院，北京 100875)

一、交互式電子教材發(fā)展的趨勢(shì)判斷與現(xiàn)實(shí)困境

(一)交互式電子教材的研究與應(yīng)用是教育改革的重要支撐點(diǎn)和突破口

隨著信息通信技術(shù)在教育中的作用日漸顯著，傳統(tǒng)紙質(zhì)教材在走向具體教育情境時(shí)，所固有的穩(wěn)定性、封閉性和靜態(tài)性與現(xiàn)代教育情境的多樣性、開放性和動(dòng)態(tài)性之間存在的必然沖突和矛盾日益顯著[1]。教材是課程的載體，課程的理念、目標(biāo)和內(nèi)容都經(jīng)由教材傳遞和表達(dá)，且教材建設(shè)又是新課程改革的核心內(nèi)容和基礎(chǔ)工程。為此，在順應(yīng)現(xiàn)代教材發(fā)展趨勢(shì)的背景下，教材的建設(shè)工作被逐漸提上日程。電子教材的研究與應(yīng)用勢(shì)必成為教育改革的重要支撐和突破口，具有重要的社會(huì)意義。

1.從國家整體信息化發(fā)展戰(zhàn)略看，開展電子教材研究是加快教育信息化進(jìn)程的重要舉措，符合國家整體信息化發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)培養(yǎng)信息化復(fù)合型人才至關(guān)重要。當(dāng)前，國家正在大力推進(jìn)發(fā)展數(shù)字出版行業(yè)，而開展電子教材研究無疑是推動(dòng)教育類數(shù)字出版物(電子教材)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)扶持教育類數(shù)字出版物的規(guī)范化建設(shè)起了很大的促進(jìn)作用，符合信息化時(shí)代教育發(fā)展的主題。

2.從教材出版方式的變革看，電子教材出版簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)紙質(zhì)出版的流程，加速了教材生產(chǎn)流程和教材內(nèi)容更新的速度[2]。數(shù)字出版是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、流媒體技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)、顯示技術(shù)等高新技術(shù)基礎(chǔ)上，融合并超越了傳統(tǒng)出版內(nèi)容而發(fā)展起來的新興出版產(chǎn)業(yè)[3]，其中電子書已成為當(dāng)下最重要的數(shù)字出版代表。而電子教材則從根本上改變了傳統(tǒng)出版的生產(chǎn)形態(tài)和發(fā)行、流通模式，使傳統(tǒng)出版脫離了對(duì)紙質(zhì)載體及光盤的依賴，使多媒體的內(nèi)容以電子化的形式直接作為電子教材。與傳統(tǒng)教材相比，電子教材在教材屬性、再現(xiàn)方式、組織結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)方式、內(nèi)容范圍、穩(wěn)定性以及交互方式等方面都形成鮮明對(duì)照[4]。

3.從教學(xué)方式來講，電子教材突破傳統(tǒng)紙質(zhì)教材上課內(nèi)容和教學(xué)方法長期一成不變的模式。原來的紙質(zhì)教材只有靜態(tài)的文字與圖片結(jié)合，而電子教材的內(nèi)容表現(xiàn)形式不再是簡(jiǎn)單的紙質(zhì)教材搬家，通過將教材內(nèi)容富媒體化，可以依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好設(shè)計(jì)個(gè)性化的教與學(xué)[5]。

(二)缺少交互式電子教材成為制約我國電子書包深入發(fā)展和有效應(yīng)用的瓶頸

世界正在進(jìn)入“無紙書籍”學(xué)習(xí)的新時(shí)代，作為個(gè)人學(xué)習(xí)終端的電子書包將成為推動(dòng)教育信息化產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的原動(dòng)力，然而多種裝備形態(tài)的電子書包發(fā)展了近10年仍然無法真正被教育部門廣泛接受和應(yīng)用，最重要的原因是電子書包僅僅停留在各種形式的硬件設(shè)備，而作為教與學(xué)應(yīng)用核心的電子教材卻無法滿足教育教學(xué)的實(shí)際需求，無法支持新型教育模式進(jìn)而推動(dòng)教育變革。因此電子教材已然成為制約電子書包產(chǎn)業(yè)深入發(fā)展和有效應(yīng)用的瓶頸。

需要注意的是，電子教材雖然基于電子書的發(fā)展形成但卻又不同于電子書。電子教材集中反映了國家的意識(shí)形態(tài)和教育理念，將學(xué)科課程范疇中的教學(xué)用書進(jìn)行系統(tǒng)編制，并提供包含視頻、動(dòng)畫和虛擬現(xiàn)實(shí)等形式的多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境[6]，集媒體、教科書、參考書目和字典等內(nèi)容為一體，從根本上替代了傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材。在電子教材研究的過程中，我們不能將電子教材與電子書兩者混淆，更不能把電子書的建設(shè)等同于電子教材的建設(shè)。

(三)缺少技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)成為制約交互式電子教材研發(fā)制作的瓶頸

推動(dòng)電子書包在基礎(chǔ)教育中的實(shí)踐應(yīng)用首先需要有效的電子教材，以及解決電子教材按需制作和發(fā)行的技術(shù)問題、標(biāo)準(zhǔn)問題和有效設(shè)計(jì)問題。缺少電子教材的技術(shù)框架和內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)設(shè)計(jì)這些技術(shù)突破，電子教材難以得到有效地開發(fā)和推廣，進(jìn)而難以助力電子書包在教與學(xué)中的有效應(yīng)用。而電子教材中的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是互操作性的基礎(chǔ)，它要解決學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)平臺(tái)、學(xué)習(xí)工具和學(xué)習(xí)終端的互操作要求。

當(dāng)前，國內(nèi)外政府部門已出臺(tái)的電子書相關(guān)政策為促進(jìn)電子教材的發(fā)展提供了支持。2010年10月新聞出版總署發(fā)布《新聞出版總署關(guān)于發(fā)展電子書產(chǎn)業(yè)的意見》文件，正式將電子書產(chǎn)業(yè)納入新聞出版產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體規(guī)劃之中，制定電子書產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃[7]，同時(shí)成立電子書內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)工作組，研究制定電子書格式、質(zhì)量、平臺(tái)、版權(quán)等方面的行業(yè)及國家標(biāo)準(zhǔn)。韓國教育部從國家層面研發(fā)電子教材出版的軟硬件平臺(tái)、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，分別研制了適用于Windows和Linux操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)，有效避免了因電子教材大規(guī)模推廣而產(chǎn)生的版權(quán)費(fèi)用[8]。國際數(shù)字出版論壇(International Digital Publishing Forum)發(fā)布的EPUB格式電子書出版標(biāo)準(zhǔn)，為電子教材標(biāo)準(zhǔn)提供了借鑒[9]。

由于電子教材內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)都是基于本國的教育體制研制，為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的互操作和跨平臺(tái)操作，需要考慮如何結(jié)合國際上用于數(shù)字化學(xué)習(xí)的Tin Can API標(biāo)準(zhǔn)、我國的CELTS標(biāo)準(zhǔn)、《教學(xué)資源立體化建設(shè)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，研究符合我國實(shí)際情況的電子教材標(biāo)準(zhǔn)體系，并能夠跨平臺(tái)、跨媒體，暢通無阻。

二、交互式電子教材寫作工具開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

電子教材要打破傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的線性結(jié)構(gòu)編排方式，涉及眾多關(guān)鍵技術(shù)的研究，本研究主要解決如下關(guān)鍵問題：

(一)知識(shí)庫技術(shù)與語義標(biāo)注技術(shù)

實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)化管理、組織和跳轉(zhuǎn)需要知識(shí)庫技術(shù)和語義標(biāo)注技術(shù)。由于電子教材融語義網(wǎng)、知識(shí)庫、智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)為一體，通過數(shù)字內(nèi)容加工平臺(tái)，可將教材的內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，把章、節(jié)、段拆分出來，對(duì)每一部分加語義標(biāo)注，以便將來形成智能的知識(shí)庫。通過知識(shí)庫技術(shù)可以建立課程本體，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行語義標(biāo)注。通過這兩項(xiàng)技術(shù)可以改變傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的線性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)方式，從教材文本中自動(dòng)識(shí)別出包含的知識(shí)特征，并根據(jù)教材知識(shí)本體和教學(xué)論自動(dòng)標(biāo)注學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)習(xí)的目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容自動(dòng)生成學(xué)習(xí)計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

(二)電子教材數(shù)字版權(quán)技術(shù)

電子教材出版簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)紙質(zhì)出版的流程，但是涉及一系列出版安全問題需要解決，包含電子教材內(nèi)容的全盤加密技術(shù)以及數(shù)字版權(quán)的認(rèn)證、鑒定、管理技術(shù)。電子教材的版權(quán)保護(hù)，需要兼顧商業(yè)出版界、非盈利性資源提供方的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)也需要確定適當(dāng)?shù)牧６纫詷?biāo)記內(nèi)容塊的版權(quán)信息[10]。在電子教材發(fā)布過程中需要融入授權(quán)功能以實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)，在該授權(quán)系統(tǒng)中，電子教材中的每個(gè)頁面文件都在下載過程中通過用戶賬號(hào)和機(jī)器碼進(jìn)行加密，然后壓縮成一個(gè)完整的電子教材包提供下載。在電子教材閱讀終端軟件也需要融入授權(quán)功能，通過對(duì)下載的電子教材內(nèi)容進(jìn)行解壓，在學(xué)習(xí)者訪問某個(gè)頁面前再單獨(dú)解密某個(gè)文件，解密后的文件在客戶端不留緩存以實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)。

(三)人機(jī)交互技術(shù)

由于電子教材集硬件設(shè)備、軟件平臺(tái)和媒體內(nèi)容為一體，人機(jī)交互技術(shù)尤為重要。平板電腦在交互性上有著天然的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)平板電腦的特點(diǎn)，在開發(fā)以其為載體的電子教材時(shí)需要在互動(dòng)性上讓學(xué)習(xí)者有很好的人機(jī)交互體驗(yàn)[11]。電子教材的強(qiáng)交互性、富媒體性和高用戶體驗(yàn)對(duì)提升教師的課堂教學(xué)滿意度發(fā)揮了重要作用，在抓住學(xué)生對(duì)新知識(shí)探究的好奇心、幫助學(xué)生理解重難點(diǎn)以及增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與程度等方面都體現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[12]。為此，需要對(duì)電子教材的可用性和交互效果展開研究，包括交互過程的安全性、用戶學(xué)習(xí)績(jī)效、易學(xué)性和易記性等指標(biāo)指數(shù)。教材內(nèi)容的多媒體化，需要融合當(dāng)前在視線跟蹤、語音識(shí)別、手勢(shì)輸入、感覺反饋等交互技術(shù)方面的最新研究進(jìn)展，為電子教材的易用性提供解決方案。

(四)電子教材閱讀終端模擬器測(cè)試技術(shù)

為了保證電子教材內(nèi)容能夠在不同的電子教材閱讀終端設(shè)備上正常顯示，在開發(fā)電子教材內(nèi)容時(shí)，需要對(duì)一些常見的終端進(jìn)行模擬測(cè)試，保證電子教材數(shù)字平臺(tái)內(nèi)容的相互兼容性和互操作。目前常見的學(xué)習(xí)終端有臺(tái)式機(jī)、筆記本、智能手機(jī)和平板電腦，涉及的操作系統(tǒng)包括Windows、Android和IOS。通過終端模擬器測(cè)試技術(shù)可以設(shè)計(jì)符合終端操作系統(tǒng)環(huán)境下的操作界面，解決教材內(nèi)容自適應(yīng)的問題。

(五)電子教材內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

由于我國不同地方的電子教材存在區(qū)域差異，如何分區(qū)試行和整合相關(guān)資源并在各產(chǎn)業(yè)鏈之間達(dá)成共識(shí)有一定的難度。為此，以電子教材內(nèi)容為核心構(gòu)建電子教材出版標(biāo)準(zhǔn)體系，并規(guī)范整個(gè)電子教材硬件設(shè)備、軟件開發(fā)、內(nèi)容建設(shè)等方面的一致性和統(tǒng)一性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨媒體的互操作是電子教材研究的關(guān)鍵內(nèi)容。

三、交互式電子教材寫作工具的基礎(chǔ)技術(shù)框架

在前期深入調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，我們?cè)O(shè)計(jì)了電子教材體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該體系結(jié)構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)層、內(nèi)容管理層、教材分發(fā)層、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行環(huán)境和寫作工具。

圖1 交互式電子教材的基礎(chǔ)技術(shù)框架

(一)數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層涵蓋了知識(shí)管理、學(xué)習(xí)記錄、內(nèi)容庫、課程本體庫、教材模板，通過這些數(shù)據(jù)服務(wù)為內(nèi)容的創(chuàng)作與重組、內(nèi)容的發(fā)現(xiàn)與重用、內(nèi)容的個(gè)性化智能投放、內(nèi)容的閱讀體驗(yàn)和知識(shí)管理提供支持，這是電子教材開發(fā)的前提和基礎(chǔ)。

自電子教材的概念產(chǎn)生以來，研究者和企業(yè)都積極參與其中并且產(chǎn)生了不少成果，例如為電子教材閱讀器引入了書簽、筆記、過程跟蹤等工具，同時(shí)部分出版社也考慮到傳統(tǒng)教材的更新難度和成本，不同程度引入了媒資庫等數(shù)字化管理手段。但當(dāng)電子教材發(fā)展上升到國家高度時(shí)，各地政府部門需要積極考慮如何有效地規(guī)范市場(chǎng)、如何有效地整合出版社、內(nèi)容生產(chǎn)商、服務(wù)提供商、終端廠商、軟件提供商等社會(huì)資源，這就需要進(jìn)行大范圍的調(diào)研、分析，從數(shù)字資源管理和服務(wù)提供的角度提出基本的技術(shù)框架，為電子教材產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

隨著云計(jì)算技術(shù)服務(wù)模式的發(fā)展與終端環(huán)境的變化，技術(shù)服務(wù)發(fā)生了較大的變化，這為教育信息化提出了新的思路。作為在國內(nèi)剛剛起步的電子書包、電子教材，需要緊跟技術(shù)步伐，在模式上進(jìn)一步突破，同時(shí)對(duì)過去低效、重復(fù)建設(shè)、硬件基礎(chǔ)設(shè)施投入大等問題提出有效的解決途徑。電子教材基礎(chǔ)技術(shù)框架將在數(shù)據(jù)服務(wù)層提出針對(duì)性的學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)模型、跨平臺(tái)接口和互操作方式。

(二)教材分發(fā)層

教材分發(fā)層包括DRM(Digital Rights Management，數(shù)字版權(quán)管理)、流媒體服務(wù)、分發(fā)平臺(tái)和授權(quán)/計(jì)費(fèi)。數(shù)字版權(quán)管理是目前數(shù)字出版的技術(shù)難點(diǎn)，如何在多終端、移動(dòng)性、在線與離線切換的環(huán)境下進(jìn)行數(shù)字版權(quán)保護(hù)是DRM的核心主題[13]。流媒體服務(wù)為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大數(shù)據(jù)的視音頻、圖片內(nèi)容的分發(fā)提供流式服務(wù)，按需出版已經(jīng)成為數(shù)字出版的核心研發(fā)主題，為學(xué)生、教師提供個(gè)性化的教材推送服務(wù)也是電子教材分發(fā)不可或缺的組成部分。教材分發(fā)層為教材如何推送給用戶以及用戶如何獲得教材提供完整的支持。該技術(shù)框架將借鑒當(dāng)前的數(shù)字產(chǎn)品銷售平臺(tái)、App Store分發(fā)模式等，同時(shí)結(jié)合我國教育教材分發(fā)的特點(diǎn)，提出一套基礎(chǔ)技術(shù)方案。該方案通過云存儲(chǔ)服務(wù)，使用戶能夠在不同的終端上得到一致、無縫的閱讀體驗(yàn)。此外，如何為電子教材參與者之間的利益分配提供有效的技術(shù)平臺(tái)支持也是教材分發(fā)的核心組成部分，在計(jì)量、計(jì)費(fèi)、機(jī)構(gòu)買斷、透明分成統(tǒng)計(jì)上提出完整的基礎(chǔ)技術(shù)解決方案。

(三)內(nèi)容管理層

內(nèi)容管理層為教材內(nèi)容的生產(chǎn)、組織提供在線服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與寫作工具的良好對(duì)接。在內(nèi)容管理層中，內(nèi)容管理系統(tǒng)(CMS)在出版領(lǐng)域已成為不可或缺的基礎(chǔ)系統(tǒng)，但電子教材具有其特殊性，其富媒體性、強(qiáng)語義化需求對(duì)內(nèi)容管理系統(tǒng)提出了進(jìn)一步的要求。通過知識(shí)庫和語義標(biāo)注技術(shù)可以對(duì)電子教材中的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容以結(jié)構(gòu)化和層次化方式進(jìn)行存儲(chǔ)、組織、管理和使用，形成有組織的知識(shí)集群。而版式與具體內(nèi)容分離技術(shù)能夠有效地將內(nèi)容創(chuàng)作者和技術(shù)分開，在提高內(nèi)容利用率的同時(shí)，也提高了內(nèi)容的生產(chǎn)效率。這就需要根據(jù)電子教材的特點(diǎn)提供適合電子教材本身創(chuàng)作與組織的內(nèi)容管理系統(tǒng)。

(四)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)主要是建立一套開放、有效、語義化的電子教材標(biāo)準(zhǔn)體系，完整覆蓋了電子教材的打包、元數(shù)據(jù)、素材格式、語義標(biāo)注、交互等技術(shù)環(huán)節(jié)。它與運(yùn)行環(huán)境和寫作工具緊密相連，其中運(yùn)行環(huán)境包括Windows、Android和IOS等三大主流終端平臺(tái)上的閱讀器，寫作工具主要是對(duì)內(nèi)容的創(chuàng)作、已有內(nèi)容的加工提供工具支持。

內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)制定是一個(gè)復(fù)雜、需要實(shí)踐總結(jié)的過程，國際上針對(duì)電子教材的標(biāo)準(zhǔn)目前處在零散階段，國內(nèi)電子課本與電子書包相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制主要是以華東師范大學(xué)祝智庭教授團(tuán)隊(duì)為主導(dǎo)，以標(biāo)準(zhǔn)專題組為主體，由總體架構(gòu)組、電子課本標(biāo)準(zhǔn)組、虛擬學(xué)具標(biāo)準(zhǔn)組、學(xué)習(xí)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)組、學(xué)習(xí)終端標(biāo)準(zhǔn)組等五個(gè)專題項(xiàng)目組具體分工共同推動(dòng)的電子課本與電子書包技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制，但在標(biāo)準(zhǔn)研究中還存在標(biāo)準(zhǔn)研制周期性、核心標(biāo)準(zhǔn)突破、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)國際化等方面的問題[14]。本研究的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)和現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及組織保持參照，互為補(bǔ)充。

(五)運(yùn)行環(huán)境

電子教材終端平臺(tái)的各自為政與封閉帶來的內(nèi)容不足問題較為明顯，因而難以有效推進(jìn)，這迫切需要從行業(yè)角度、政府角度去規(guī)范終端。我國基礎(chǔ)教育硬件終端設(shè)施分布無論在終端先進(jìn)性上還是終端覆蓋率上都不平衡，從而導(dǎo)致各地終端差異較大，同時(shí)隨著近兩年平板電腦的技術(shù)體驗(yàn)相對(duì)成熟，終端設(shè)備差異進(jìn)一步拉大。但從發(fā)展趨勢(shì)來看，主流平臺(tái)將會(huì)以Android、Windows和iOS為主。從整個(gè)信息技術(shù)行業(yè)看，“云+多端”的模式已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，可以看出跨終端是軟件服務(wù)廠商應(yīng)該具備的能力。因此，對(duì)運(yùn)行環(huán)境的規(guī)范是電子教材基礎(chǔ)技術(shù)框架應(yīng)該重點(diǎn)規(guī)范和突破的。

(六)寫作工具

數(shù)字內(nèi)容生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以概括為創(chuàng)作、設(shè)計(jì)、開發(fā)，如何有效地避免技術(shù)細(xì)節(jié)帶來的低效，從而節(jié)約資源投入到創(chuàng)作和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，是提高電子教材質(zhì)量、優(yōu)化行業(yè)人才結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，寫作工具為解決此類問題提供支持。商業(yè)寫作工具只能提供通用素材的寫作支持，要對(duì)電子教材本身的語義標(biāo)注、豐富的交互、內(nèi)容打包提供支持，還須針對(duì)性地研發(fā)寫作工具。

四、交互式電子教材的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)交互式電子教材寫作工具技術(shù)框架之后，針對(duì)電子教材中的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了定義和規(guī)范，它包括內(nèi)容包裝、語義定義、媒體規(guī)范、交互規(guī)范、元數(shù)據(jù)、RTE(Run-Time Environment，運(yùn)行時(shí)環(huán)境)應(yīng)用程序接口、XML綁定等內(nèi)容。

(一)內(nèi)容包裝

內(nèi)容包裝設(shè)計(jì)為數(shù)字化資源定義了一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)綁定了足夠的附加信息，以便于資源的快速檢索、有效共享和交換[15]。電子教材的章(或單元)、節(jié)(或課)、知識(shí)點(diǎn)片段之間的嵌套和包含關(guān)系需要進(jìn)行良好的定義，以便為電子教材的打包、分發(fā)、更新、拆分和重組提供參考依據(jù)。目前與學(xué)習(xí)資源相關(guān)的內(nèi)容包裝規(guī)范包括Tin Can API、CELTS學(xué)習(xí)內(nèi)容包裝規(guī)范、EPUB等。Tin Can API是美國高級(jí)分布式學(xué)習(xí)組織在2013年4月推出了新一代的e-Learning標(biāo)準(zhǔn)。它在系統(tǒng)中增加了學(xué)習(xí)記錄庫，讓系統(tǒng)采集學(xué)習(xí)者經(jīng)驗(yàn)并且和其他系統(tǒng)使用共同的語言進(jìn)行共享。通過采集所有學(xué)習(xí)者的數(shù)據(jù)，更好地理解學(xué)習(xí)者[16]。Tin Can API對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象組織的理念對(duì)電子教材的內(nèi)容有一定借鑒意義，但學(xué)習(xí)對(duì)象不能完全涵蓋電子教材中的教材、章(或單元)、節(jié)(或課)、知識(shí)點(diǎn)片段的語義特性，因此不能完全套用。本研究將在借鑒Tin Can API、EPUB等相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，針對(duì)電子教材內(nèi)容包裝中涉及的核心要素定義一套適合電子教材的內(nèi)容包裝規(guī)范。

(二)語義定義

電子教材中各個(gè)內(nèi)容片段所關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)、所應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)的層次、知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及學(xué)習(xí)目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系需要進(jìn)行良好的定義，以促進(jìn)電子教材的高效共享和向智能電子教材演化。目前以LOM為代表的學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)規(guī)范中包含了部分教育相關(guān)的語義[17]，但不夠具體和完善。針對(duì)電子教材這種特殊的教學(xué)與學(xué)習(xí)載體，我們需要在參考已有學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)規(guī)范的基礎(chǔ)上定義一套兼顧可擴(kuò)展性和完備性的教學(xué)與學(xué)習(xí)語義描述規(guī)范。

(三)媒體規(guī)范

多媒體性是電子教材的一個(gè)重要特性。本研究對(duì)電子教材所包含的文本、音頻、視頻、動(dòng)畫、外部鏈接等各種媒體要素的基本屬性、擴(kuò)展屬性、呈現(xiàn)特性、組合排版、關(guān)聯(lián)組合進(jìn)行定義。與LOM、CELTS僅僅描述單個(gè)多媒體資源的基本屬性和擴(kuò)展屬性不同，電子教材中的媒體規(guī)范還要重點(diǎn)描述多種媒體資源在排版組合和關(guān)聯(lián)組合的特性，并且還要綜合考慮普通PC、各種操作系統(tǒng)和不同屏幕分辨率的平板電腦對(duì)多媒體資源的適用性。

(四)交互規(guī)范

電子教材不是印刷文本內(nèi)容的簡(jiǎn)單電子化，也不是多種媒體資源的簡(jiǎn)單堆砌，而必須在教學(xué)語義定義的基礎(chǔ)上體現(xiàn)教學(xué)交互性[18]。在交互規(guī)范上要全面分析電子教材所包含的各種交互片段，并對(duì)每種交互片段包含的屬性、要素和交互實(shí)現(xiàn)效果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)定義。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尤其是互聯(lián)網(wǎng)終端展示技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)中出現(xiàn)了豐富多彩的交互組件，如果不考慮電子教材的教學(xué)性，直接將這些交互組件照搬到電子教材中也是不合適的[19]。因此，需要在充分研究電子教材所應(yīng)具有的教與學(xué)特性的基礎(chǔ)上，廣泛參考目前出現(xiàn)的各種交互組件，對(duì)電子教材中需要的交互組件所應(yīng)包含的屬性、要素、內(nèi)容和參考交互效果進(jìn)行定義。其中屬性是對(duì)交互元件的ID、標(biāo)題名稱、可見性、彈出性、內(nèi)容描述等信息進(jìn)行定義；要素是對(duì)交互元件的類型進(jìn)行定義；內(nèi)容是對(duì)各交互元件所支持的功能內(nèi)容進(jìn)行定義；參考交互效果是對(duì)不同交互原件所實(shí)現(xiàn)的交互方式進(jìn)行定義。

(五)元數(shù)據(jù)

為了便于電子教材及其組成部分的檢索和共享，本項(xiàng)目將對(duì)電子教材整體、章(單元)、節(jié)(課)、交互片段、媒體素材等各個(gè)級(jí)別要素所需要的元數(shù)據(jù)進(jìn)行定義。盡管LOM、CELTS等對(duì)學(xué)習(xí)資源所應(yīng)具備的元數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行了定義，但這些元數(shù)據(jù)規(guī)范的通用性比較強(qiáng)，適用于各種不同類型的學(xué)習(xí)資源，而針對(duì)電子教材我們需要在這些規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行裁剪和擴(kuò)展。

(六)RTE應(yīng)用程序接口

為了輔助多終端支持下的教與學(xué)，電子教材在終端閱讀過程中，通常還需要使用筆記、書簽、高亮標(biāo)記等教學(xué)和學(xué)習(xí)工具，集成外部資源、第三方教具與學(xué)具等，以及學(xué)習(xí)記錄遠(yuǎn)程保存、更新等服務(wù)接口的調(diào)用等。本部分研究將在借鑒已有的學(xué)習(xí)運(yùn)行時(shí)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)電子教材在使用過程中所需要的筆記、書簽、高亮標(biāo)記等教學(xué)與學(xué)習(xí)工具以及學(xué)習(xí)記錄遠(yuǎn)程保存、遠(yuǎn)程更新等學(xué)習(xí)服務(wù)接口、外部資源集成、第三發(fā)教學(xué)與學(xué)習(xí)工具的集成接口進(jìn)行定義。

(七)XML綁定

以上與電子教材內(nèi)容相關(guān)的各部分標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格定義和實(shí)現(xiàn)最終都需要使用一種形式化語言來描述，我們將使用國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中最通用的XML語言進(jìn)行綁定描述。

五、交互式電子教材寫作工具的開發(fā)流程

依據(jù)交互式電子教材寫作工具的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)框架，在遵循電子教材內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了電子教材寫作工具的開發(fā)流程，如圖2所示。該流程包括需求分析、功能設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)記錄分析、內(nèi)容開發(fā)、授權(quán)設(shè)計(jì)和發(fā)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)等六部分內(nèi)容，依據(jù)該設(shè)計(jì)思路可以為后面的實(shí)際開發(fā)工作提供指導(dǎo)。

圖2 交互式電子教材寫作工具的開發(fā)流程

(一)需求分析

電子教材寫作工具的需求分析包括電子教材中的知識(shí)點(diǎn)交互類型、學(xué)科教學(xué)模板和寫作工具的運(yùn)行環(huán)境。在知識(shí)點(diǎn)交互類型上，需要總結(jié)不同學(xué)科教材中的內(nèi)容交互需求。在學(xué)科教學(xué)模板上需要針對(duì)不同學(xué)科的特點(diǎn)設(shè)計(jì)教材制作模板，以方便教師快速電子教材。而運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)需要滿足當(dāng)前多終端和跨平臺(tái)的閱讀需求。

(二)功能設(shè)計(jì)

功能設(shè)計(jì)主要是對(duì)電子教材寫作工具的內(nèi)容制作頁面進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括教材目錄結(jié)構(gòu)編寫功能、教材內(nèi)容中的交互元件以及對(duì)教材內(nèi)容中的知識(shí)點(diǎn)管理和多媒體資源管理。在教材結(jié)構(gòu)編寫上要延續(xù)傳統(tǒng)教材目錄的制作風(fēng)格，方便教師適應(yīng)并快速掌握操作方式。在交互元件的設(shè)計(jì)上，一方面要能夠提供支持教材內(nèi)容編寫的通用交互元件，另一方面也要提供針對(duì)不同學(xué)科特點(diǎn)的學(xué)科交互元件。而教材中的知識(shí)點(diǎn)管理主要是面向?qū)W習(xí)者的學(xué)習(xí)需要而設(shè)計(jì)，資源管理是方便教師對(duì)交互元件中所用的多媒體資源進(jìn)行分類管理。

(三)學(xué)習(xí)記錄分析

與紙質(zhì)教材相比，電子教材對(duì)教學(xué)和學(xué)習(xí)支持上的優(yōu)勢(shì)之一體現(xiàn)在對(duì)學(xué)習(xí)過程的記錄和管理[20]。學(xué)習(xí)記錄分析主要是對(duì)電子教材中的電子檔案袋進(jìn)行設(shè)計(jì)，它包括計(jì)分規(guī)則設(shè)定和學(xué)習(xí)記錄查詢。其中計(jì)分規(guī)則設(shè)定主要是對(duì)電子教材中各交互類型所占的權(quán)重和最高分以及學(xué)習(xí)者在電子教材中的學(xué)習(xí)時(shí)長、學(xué)習(xí)進(jìn)度和目標(biāo)通過的權(quán)重和最高分等進(jìn)行設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)記錄查詢是為教師查看學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程信息提供支持，同時(shí)支持學(xué)習(xí)者查看個(gè)人學(xué)習(xí)教材內(nèi)容的完成結(jié)果。

(四)內(nèi)容開發(fā)

內(nèi)容開發(fā)是對(duì)電子教材進(jìn)行編寫制作和內(nèi)容封裝，它包括用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)、編寫教材內(nèi)容和內(nèi)容封裝。其中用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)是從視覺設(shè)計(jì)、內(nèi)容設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、可用性設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)等五個(gè)方面進(jìn)行分析[21]。教材內(nèi)容編寫通過添加目錄節(jié)點(diǎn)和內(nèi)容片斷以及各類交互知識(shí)點(diǎn)來完成對(duì)電子教材的編寫。內(nèi)容封裝則是按照內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)教材進(jìn)行包裝。

(五)授權(quán)設(shè)計(jì)

授權(quán)設(shè)計(jì)是對(duì)電子教材的版權(quán)保護(hù)和使用權(quán)限進(jìn)行設(shè)計(jì)。在版權(quán)保護(hù)上用戶在使用賬號(hào)進(jìn)行下載的過程中使用機(jī)器碼進(jìn)行加密，而在客戶端中學(xué)習(xí)者在訪問電子教材頁面時(shí)，會(huì)單獨(dú)彈出頁面顯示框，以保證解密后的文件在客戶端不留緩存。在使用權(quán)限上通過給輔導(dǎo)教師和學(xué)習(xí)者的賬號(hào)分別授權(quán)可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的功能區(qū)分。

(六)發(fā)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是對(duì)完整的電子教材進(jìn)行發(fā)布和推送，發(fā)布后的電子教材可以供學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)擊閱讀。在發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要滿足不同終端和操作系統(tǒng)的閱讀需求，以及能夠根據(jù)終端的顯示尺寸大小自動(dòng)調(diào)整內(nèi)容顯示效果。通過教材發(fā)行系統(tǒng)可以將制作好的電子教材發(fā)布到云端書柜中，以方便學(xué)生點(diǎn)擊閱讀學(xué)習(xí)。

六、結(jié)束語

交互式電子教材作為當(dāng)前數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的重要學(xué)習(xí)資源突出了教材內(nèi)容的多媒體化和強(qiáng)交互性，非線性的編排方式和互操作性使其設(shè)計(jì)與制作需要專業(yè)化的寫作工具提供支持。本研究對(duì)電子教材寫作工具開發(fā)所需要的基礎(chǔ)技術(shù)框架和教材內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析和界定，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了電子教材寫作工具的開發(fā)流程。基于這些關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)框架，本研究下一步將采用快速原型法設(shè)計(jì)和開發(fā)電子教材寫作工具，為一線學(xué)校制作通用電子教材和校本電子教材提供工具支持。

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