基于自適應學習的數字教材構建路徑探索

李敏怡

摘 要：在移動互聯網技術快速發展和在線教育需求日益旺盛的時代背景下，數字教材作為重要的數字教育產品，其用戶數量呈快速增長趨勢，但數字教材仍存在著結構體系割裂、內容資源功能性單一、個性化需求較難滿足等問題。基于自適應學習構建數字教材，能夠較好地解決現有問題，為數字教材的發展提供新的參考路徑。

關鍵詞：自適應 數字教材 個性化需求

科技發展和社會進步開啟了教育信息化2.0時代，數字教育出版成為教育出版單位轉型升級的重要方向之一。黨的十九屆五中全會審議通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》，提出“建設教育強國”，“建設高質量教育體系”，“發揮在線教育優勢，完善終身學習體系，建設學習型社會”[1]，首次明確了在線教育在建設高質量教育體系中的重要地位。

在政策的持續支持下，數字資源和教學平臺作為在線教育的重要支撐和組成部分，讓大多數紙質教材出版單位都以數字教材作為其數字出版轉型方向之一，而數字教材的載體從教材配套光盤向電子書包、智慧課堂發展，并在政策和市場的合力作用下，在廣東、河南、北京等地進入教學一線。現階段數字教材通過將音頻、視頻、文檔、圖片等多媒體資源嵌入教材內容中，賦予了教材多媒體性、互動性等新特性，但在開放性、時效性、自適應等方面，仍然未能很好地滿足信息化教學應用和個性化學習的需求。

本文從用戶需求的角度出發，對目前數字教材存在的問題進行分析，提出基于自適應學習構建數字教材的新路徑，為數字教材的發展提供參考。

一、目前數字教材存在的問題

隨著“互聯網+”、大數據和人工智能技術在教育信息化發展進程中不斷產生深刻影響，數字教材經歷了多個階段的迭代，已經從最開始的紙質教材數字化、多媒體數字教材，發展到集教材、數字資源、學科工具于一體的平臺數字教材。從數字教材的用戶需求來看，教師的需求是獲取基于教學目標、教學原理建構的教學資源，而學生的需求是自學、互學、交流以及即時反饋。然而，現有數字教材在結構體系、內容資源方面存在著一些問題，與教師和學生的需求存在一定的偏差，并直接導致了數字教材服務平臺活躍度低、適用性不強等情況。

（一）數字教材的結構體系存在一定割裂性

教材是知識的物化載體，也是最重要的課程資源之一。根據課程標準的要求編寫的教材，其精髓是教材的知識結構體系，也就是教材知識內容之間的主要內在聯系。教材是學生獲得知識的重要源泉之一，是教師進行教學的主要依據。[2]數字教材作為“教材”，也應承擔相應的功能。然而數字教材由于其“數字”的特性，其結構體系往往通過平臺搭建。當不同表現形式的數字資源在平臺上同時呈現時，如果缺乏知識圖譜讓這些資源產生內在聯系，就會導致數字教材的“結構體系”出現一定的割裂性，從而影響學生認知結構的形成和教師教學過程的實施。以北師數字教材為例，該產品以北師大版紙質教材為基礎，為師生提供數字化資源，將語音評測等技術與學科知識的學習融合，兼具測評和互動功能。但在北師數字教材的服務體系中，學生學習功能與教育教學資源相對獨立，這在一定程度上形成了結構體系的割裂，不利于數字教材成為互聯互通的開放式教與學的空間。

（二）數字教材的內容資源功能性單一

數字教材的內容資源形式一般包括圖片、文本、音頻、視頻、動畫等。盡管這些資源能提高教材的可讀性，但也導致數字教材容易成為基于紙質教材的多媒體讀物，難以滿足不同層次、不同場景下教師教和學生學的實際需求。數字教材作為課程教學資源，不僅應具備閱讀性和教學性，還應具有關聯性、開放性、交互性[3]，以滿足認知領域、情感領域、動作技能領域的教育目標的各層次要求。以廣東省中小學數字教材為例，這是全國第一大單政府采購義務教育階段學生數字教材項目，其應用平臺內聚集了廣東省內使用的各版本教材的數字化資源。這些資源多圍繞紙質教材內容進行多媒體資源研發，譬如語文學科加入生字詞注釋、情景視頻、語音誦讀等，數學學科加入公式證明推導視頻等。經過一年多的應用推廣，平臺日活躍用戶為數千人次，課內課外的使用率都較低。據調查，其部分原因在于，教師們普遍認為平臺內的數字教材更適合于閱讀，不太適合在課堂上使用;家長們則大多因為傳統觀念習慣使用紙質教材等原因也不鼓勵學生在家使用。

（三）數字教材在滿足個性化需求方面較為欠缺

大部分提供數字教材的服務應用平臺都有資源修改和自定義模式，以滿足教師特色化的教學需求和學生個性化的學習需求，但其基本做法是給教師提供有限的基礎資源、利用可編輯功能進行教學設計，給學生提供教師修改或自行設計的作業等。在信息技術高速發展的今天，人們可在任何時間和地點便捷地獲得大量的知識，他們迫切需要的是從海量知識中選擇出適合自己學習和使用的內容。顯然，數字教材服務應用平臺具備的這種簡單的編輯修改功能與用戶需求之間的矛盾突出。四川省教育資源公共平臺中的中小學數字教材，其主要形式為電子版的教材、課件、練習材料等，這些純粹的數字資源無法滿足師生個性化需求。

二、自適應學習的內涵及其系統構建

（一）自適應學習的內涵

自適應學習，也稱為自適應教學，是一種通過使用計算機算法調整與學習者的互動方式，并提供定制的資源和學習活動，以滿足每個學習者個性化需求的教育方法。在自適應學習系統中，學習者參與測試、完成任務和實踐項目，計算機會根據學習者測試、任務和實踐的結果得出其學習需求，以此調整教學材料的組織與呈現方式，確保學習者接受到合適的教學。實現該學習方法的技術涉及多個研究領域，包括計算機科學、人工智能、教育學、心理學和腦科學等。自適應學習系統能夠為學習者提供更精準的學習資源、更高效的學習方法，在移動互聯網和人工智能技術快速發展的環境下，這是教育知識服務行業從內容平臺服務向個性化知識服務發展的方向。

（二）自適應學習的系統構建

自適應學習系統通常被劃分為單獨的組件或“模型”。盡管不同系統的組件或模型組合形式有所不同，但是大多數系統都包含以下部分或全部組件：專家模型、學習者模型、教學模型和教學環境。

1.專家模型

專家模型是指儲存需要教學的材料的模型。它可以直接記錄一系列問題的解決方法，也可以儲存課程和教案，甚至可以通過教學方法論來說明問題的解決方法。在某些不包括專家模型的自適應學習系統中，一般會將這些功能合并到教學模型中。

2.學習者模型

學習者模型是指跟蹤和了解學習者的模型。在自適應學習系統中，確定學習者知識與技能水平的最簡單方法就是利用計算機進行自適應測試，先根據學習者可能的知識與技能水平推斷其可接受的難度等級，然后選擇相應難度的問題向學習者提問，再根據他們的答案調整對學習者的評價。計算機自適應測試算法是比較容易實現的，其執行的操作本質上是二分搜索，先通過專家分析、實踐或兩者結合，基于難度匯總和評估大量問題的難度等級，然后系統總是向學習者提出一個問題，該問題的難度等級介于由計算機確定的學習者的最高和最低知識與技能水平之間;接著根據回答結果，不斷調整對學習者的評價與相應的問題難度等級，如果測試者回答正確，則重新分配最小值，如果測試者回答錯誤，則重新分配最大值。在具體實踐中，還可以對學習者模型進行編程，基于教育理念分析錯誤的答案，以進一步識別學習者的薄弱點。

3.教學模型

教學模型是指按需傳送教學材料的模型，一般將可實現的最佳教學工具和最適當的教師教學建議相結合。教學模型的復雜程度在很大程度上取決于學習者模型的復雜程度。在包含計算機自適應測試的學習者模型系統中，教學模型將對課程進行排名，并與問題的難度等級排名相對應。當學習者的水平基本確定后，教學模型將提供相適應的課程。教學模型可以設計用于分析學習者的薄弱點集合并相應地制訂課程計劃。例如，當學習者模型監測到錯誤答案時，某些系統會以“提示”的形式提供反饋，如當學習者犯錯時，會彈出諸如“仔細觀察數字的符號”等有用的建議。

4.教學環境

教學環境是指自適應學習系統中實現交互功能的用戶界面。根據自適應學習系統應用的環境和領域的不同，其教學環境有所不同。在自適應學習系統的用戶界面中，學習者模型、教學模型和專家模型將會實現整合，以滿足個性化的學習需求。

三、以自適應學習構建數字教材的實踐

基于自適應學習方式構建的系統，目前大多應用于教育領域中的測評及商業培訓，也逐漸被設計成應用程序引入整體課程。下面以中小學數字教材體系建設為例，說明基于自適應學習構建的數字教材及其網絡學習平臺。

新冠肺炎疫情使線上教學在中小學教學中得到大規模實踐，混合式教學逐漸成為一種備受推薦的教學方式。如圖1所示，基于自適應學習構建的數字教材及網絡學習平臺，正是適用于混合式學習模式的課程和滿足個性化學習需求的平臺，也是中小學數字教材建設的新模式：教師可依據教學內容的知識類型、教學目標來靈活選擇不同的教學環境、教學方法;學生可依據自己的認知方式、知識儲備狀態，選取不同的學習與交流方式，來達到教學效果的最優化。

（一）以專家模型引導解決數字教材結構體系的割裂性

數字教材體系需要具備課程概覽、教學資料、課程交互、課程評估等功能模塊，將自適應學習系統中的專家模型內嵌于課程概覽，即課程宏觀信息的基礎性總體描述等，可以幫助學生了解學習目標、學習目的，掌握學習方法，摸清學習脈絡，確保學習高效順利開展。教師建立課程需要基本信息、教學日志、課程大綱、考核要求、教學目標等基本內容，基于這些信息設立的問題庫及解決方案，也將涉及其他幾個功能模塊，使各模塊之間互交互聯。

（二）教學模型是數字教材體系的核心部分

教學模型是整個數字教材體系的核心內容，其教學資源是學生線上線下學習的基礎部分，可以由數字教材提供商提供，也可以由教師根據教學需求自行開發制作，主要包括四個方面：教學內容、教學課件、微課、擴展資源。教學內容是課程的主體部分，根據課程標準安排，按照章節或專題的模式進行資料整合。教學課件是教師在課堂上使用的多媒體資源，例如文字文檔、演示文檔、音視頻等教學相關資源，幫助學生理解學習內容，并在課后及時復習和掌握課堂上的教學內容。微課是教師進行翻轉課堂的主要教學手段，由學生在課前和課后進行自主學習時使用，可以由教師自主創作，也可以引用現有的在線課程進行資源改造。擴展資源是教師根據教學的需要，進行案例、資源、參考資料等方面的擴展。

課程交互可以促使最佳的教學工具和最適當的教師教學建議相輔相成，它是教學模型的精髓所在，是能夠促進學生能力提升以及高階思維培養的重要手段。通過課程交互，將最適當的教學建議結合最佳教學工具營造出師生學習共同體，激發學生的參與熱情，達到由學習知識向培養能力的轉變。利用網絡學習平臺中的課程論壇和討論組快捷實現課程交互功能，其中課程論壇以班級交互為主，能進行師生之間、學生之間的討論交流;討論組適用于小組協作探究，通過知識的分享，促進彼此的能力提升。平臺會記錄下師生的討論和交流過程，這些行為會作為分析學生學習薄弱點的依據之一，以制訂合適的課程學習計劃。

課程評估是數字教材有效應用的重要標準，是評價中小學學科課程教學效果的重要指標，它既保證了課程重難點和課程精髓都能夠在數字教材體系中呈現，也保證了教學模型中的課程排名與專家模型中的問題難度等級排名相對應。

（三）學習者模型有助于實現個性化需求推送

網絡學習平臺提供了主頁工具、知識圖譜、資源工具、作業工具、答疑室、討論區、成績冊、個人空間、多人協同、練習與測試等工具，幫助師生搭建教學環境，實現資源共建共享。在數字教材體系中，嵌入學習者模型的計算機自適應測試算法，可以對學生進行評估，再借助網絡學習平臺內的資源管理功能，使教學模型中的課程資源實現按需推送，滿足個性化的學習需求。

四、結語

在移動互聯網技術快速發展和在線教育需求日益旺盛的今天，數字教材作為重要的數字教育產品，其用戶數量呈快速增長趨勢，但從用戶需求的角度來看也存在著一些問題。基于自適應學習構建數字教材，為數字教材的發展提供了新的參考路徑，有望成為教育知識服務行業滿足個性化知識服務的發展方向。

參考文獻：

[1]中國共產黨第十九屆中央委員會第五次全體會議公報[EB/OL].（2020-10-29）.www.xinxuanet.com/politics/2020-10-29/c_1126674147.htm.

[2]魯增賢.從學科結構、教材結構到教學結構[J].河北師范大學學報（教育科學版），2000（1）：96-98.

[3]肖曉羽，李佳，趙曉嬿.中小學數字教材出版的實踐與思考——以北師數字教材為例[J].傳播力研究，2020（7）：117-118.

（作者單位系廣東教育出版社）