淺談“互聯網+”教育時代中小學數字教材的建設

摘要：在信息技術飛速發展的全媒體時代，教師與學生的“教與學”模式已然發生轉變，傳統紙質教材已無法滿足當前的教學需要。數字教材的出版是適應時代潮流的舉措，也是進一步推動課程和教學改革的工具。大力推進中小學數字教材的建設，對國家教育方針政策的落實、信息化環境下的教育均衡發展，以及教學模式的變革等方面都具有重要的意義。

關鍵詞：“互聯網+”教育；數字教材；數字出版；立體化

人工智能、大數據、虛擬現實、區塊鏈等信息化技術的飛速發展，對傳統的教育理念和教學模式都產生了巨大的影響，開啟了“互聯網+”教育時代。2018年10月，教育部印發的《教育課程教材改革與質量標準工作專項資金管理辦法》中提出要開展數字教材等新形態教材的研發、試點和推廣。2019年2月，國務院印發的《中國教育現代化2035》中強調了要加快信息化時代教育變革，建設智能化校園，統籌建設一體化智能化教學、管理與服務平臺。同期，國務院印發的《加強推進教育現代化實施方案（2018-2022年）》中提出要促進信息技術與教育教學深度融合，逐步實現信息化教與學應用師生全覆蓋，推動以互聯網等信息化手段服務教育教學全過程。

中小學教材一直都是國家意志的體現，也是黨和國家教育方針政策落實和優秀文化傳承的重要載體，還是促進教育均衡發展和實現教育公平的有力抓手。為加快促進教育現代化和教育強國建設，推進新時代教育信息化發展，中小學數字教材的建設迫在眉睫。

一、建設中小學數字教材的意義

“互聯網+”教育時代，傳統紙質教材已經無法滿足師生多樣化、個性化的教學需求。因此，中小學數字教材的建設是符合時代潮流和發展趨勢的。中小學數字教材不僅是信息化教學的一種核心課程資源，而且已被普遍認為是中小學教材的創新形態，建設好中小學數字教材已成為教材發展的重要方向。

（一）彌補傳統紙質教材的不足

首先，傳統紙質教材都是通過文字、圖表等來表現其教學內容、教學要求和教材特色，表現形式靜態且單一。學生對于某些生活中不熟悉或難以見到的情境，難以通過文字或圖片進行較好的理解，這給教學帶來了不少困難，使教學效果大打折扣。傳統紙質教材內容大多為理論知識，缺少操作與演練，互動性比較差，容易導致“教師教—學生學”的單向授學情況，學生缺乏參與感，容易覺得枯燥，從而喪失學習的興趣。其次，由于印張、定價以及課標的限制，傳統紙質教材中提供的相關拓展閱讀資料非常有限，使得學生學到的知識比較單一，缺乏延伸，無法滿足學生進一步學習和自主探究的需求，不利于學生的差異化、個性化的發展。此外，傳統紙質教材中所列舉的案例都具有一定的時效性，而教材的修訂周期一般比較長，從而不能及時對案例進行更新，內容變得陳舊，甚至已經是被時代所淘汰的，這使得學生不能接觸到最新最前沿的學科發展動態。例如，2003版高中物理教材，到2017年才根據新課標進行修訂，當神舟十一號都順利發射時，有些教材的相關案例還是神舟八號發射成功。

數字教材具有富媒體性、交互性、及時性等諸多特點，在內容呈現上不受介質束縛，無需考慮內容的篇幅，可以無限外延。對于一些抽象的內容，數字教材可以更具象化地展現，使教學效果大大提高。因此，建設數字教材可以有效地彌補傳統紙質教材的不足。

（二）適應“教與學”模式轉變的需求

在傳統教學中，紙質教材一直擁有很高的權威性，許多教師都將紙質教材奉為“圣經”，在進行教學設計和組織教學活動時都將教材作為基本的依據。“互聯網+”教育時代，信息化技術的飛速發展和學生學習方式的改變都對教師的教學方式提出了新的要求。紙質教材已經滿足不了教師教學方式改變的需求，教師需要教材能提供更加豐富、更高質量的教學資源，方便其高效地進行教學設計和組織教學活動。

當前的中小學學生都是在互聯網中成長，擁有使用互聯網的天然基因，互聯網在他們的學習與生活中扮演著重要的角色。這一代學生學習的渠道已經不僅僅是課本和黑板，還有手機和平板電腦。他們的閱讀習慣發生了翻天覆地的變化，并且具有較強的自學能力和獨立思考能力，懂得從互聯網中攫取學習資源，傳統的“教師講—學生聽”的教學方式和形式單一、內容陳舊的紙質教材已經無法滿足他們的學習需求。面對教師和學生“教與學”模式的轉變，建設數字教材將是適應時代潮流的舉措。

（三）推進教育均衡發展的實現

中小學教材是推進教育均衡發展的有機載體。雖然不同地區的教材都是根據同一課程標準編寫，知識內容基本雷同，但是教學的效果很大程度上受制于教師對教材的解讀。因此，不同地區、不同學校的教師資源的差異，是影響教育均衡發展的主要矛盾。此外，由于經濟發展水平和師資水平的差異，不同地區教師的信息化教學水平和數字教學資源的應用存在著“數字鴻溝”，這也是影響教育均衡發展的因素。中小學數字教材作為基礎教育的資源和應用，一旦廣泛推廣，將有效消除各地區和各校之間的“數字鴻溝”，從而促進教育均衡發展。不同地區的教師和學生都可以無差別地從數字教材中獲取各類優質資源，從而緩解不同地區之間教育資源的不平衡性。由于互聯網提供了便捷的資源共享渠道，發達地區的先進教學理念和優秀名師的教學技能、教學資源都可以與其他地區的教師與學生分享，從而有效縮小各地區教師資源不均衡的程度，促進教育公平。

二、“互聯網+”立體化數字教材

“互聯網+”時代，網絡技術向寬帶化和多媒體化方向迅猛發展，大數據、云計算、人工智能等新一代信息化技術加速投入使用，這將為建設高質量數字教材帶來有力的技術支撐。綜合紙質教材的使用屬性和文化屬性，筆者認為基于“互聯網+”的立體化數字教材將是“互聯網+”教育時代下中小學數字教材出版的趨勢。

（一）“互聯網+”立體化數字教材概述

如圖所示，“互聯網+”立體化數字教材是以紙質教材為基礎，以素材庫、試題庫、全媒體庫等數據庫為數據支撐，以大數據、云計算、AR、VR、5G等信息技術為技術支撐，將紙質教材的知識體系和教學設計進行重構，最后通過圖像識別技術將紙質教材與多形態的富媒體資源相關聯，形成能滿足信息化、智能化環境下教學、學習、練習、測評、管理等全部教學活動的立體化數字教材。

“互聯網+”立體化數字教材將富媒體資源儲存在云端，教師和學生可以隨時隨地利用手機或平板等移動終端來識別預置在紙質教材中的識別碼（文字或圖片），快捷地從云端獲取海量的教學資源，實現書網互動、立體化閱讀、助學助教的效果，從而滿足學生追求個性化學習和教師提升自身教學水平的需求。

（二）“互聯網+”立體化數字教材的優勢

“互聯網+”立體化數字教材保持著紙質教材的規范性和權威性，同時又具有智能移動終端的優勢。在內容呈現上不受介質束縛，豐富了內容呈現的形態，同時又突破了以往教與學活動限制，在學校課堂的有限時空，實現人人、時時、處處可學，從而達到泛在學習。

1.內容具有豐富性和強交互性

“互聯網+”立體化數字教材利用信息技術可將教材內容以圖、文、聲、影等富媒體的形式呈現。對于紙質教材中一些用純文字難以很好闡述的內容，可利用新技術進行更為直觀的呈現。例如，高中物理中的“雙子星”現象，很多學生無法通過文字領悟雙子星之間是如何運轉的。那么，可以借助增強現實（AR）技術或虛擬現實（VR）技術對此現象進行重現，學生即可直觀地觀察到雙子星的運轉情況。此外，借助移動互聯網和媒體還可以實現教材與讀者的動態交互，彌補了紙質教材只能靜態閱讀的缺陷。隨著信息技術的發展，還能實現教材界面展示的多樣化和立體化，同時實現更具深度的交互設計，從而滿足學生個性化、自主性和實踐性的學習要求，最大限度地滿足教學需求。

2.內容開放可實時更新

借助互聯網海量性、開源性的特征，“互聯網+”立體化數字教材可以突破傳統紙質教材封閉的模式，實現人機、人人的動態交互，打通資源共享的渠道，使資源由量變逐漸產生質變。傳統紙質教材由于受到各種因素的制約，修訂周期一般比較長，部分資料和數據會出現陳舊過時，并且不能及時反映學科的最新進展。“互聯網+”立體化數字教材可通過對存放在云端的關聯資源進行實時更新來解決這些問題，并且大大降低修訂成本。例如，當教材的某些內容需要更換或者淘汰時，在紙質教材修改受限的情況下，可通過云端進行注釋說明或更改。

3.為精準教學提供有效依據

教師通常需要靠分析學生測評結果的數據來獲知課堂的教學效果，目前比較常用的測評數據是靜態評價數據。靜態評價是通過分析單次測評數據來獲知結果，數據使用范圍小，偶然性較高，分析結果精準度有限。“互聯網+”立體化數字教材可實現實時記錄學生的學習軌跡和各種測評數據，使教學效果能得到即時反饋，并且運用大數據技術還能對學生的測評和反饋進行連續跟蹤、管理和分析，從而給出比較準確的教學效果分析，甚至提供有針對性的教學方案，為教師精準教學提供有力的支持。

4.為出版社積累大量用戶數據

出版社雖然作為傳統紙質教材的提供商，但是與教材使用者基本是沒有建立聯接的，除了使用數量，對教材使用者的具體情況知之甚少。“互聯網+”立體化數字教材可以通過使用平臺或App的實名注冊來與用戶建立聯接，并且實時記錄學生的學習過程，從而積累大量的用戶數據，可為未來更加豐富的增值服務模式和傳統出版單位向信息服務提供商轉型奠定基礎。例如，出版社可通過對不同學生的學習軌跡進行數據挖掘分析，因材施教，提供相應的個性化學習服務，從而創造額外的經濟效益。

三、以高中物理教材為例

中小學“互聯網+”立體化數字教材的建設必須以國家課程標準為研發依據，以已審定通過的紙質教材為藍本，以發展學生核心素養、提高教學質量為目標。以《普通高中課程標準（2017年版）》為依據進行修訂編寫的普通高中教科書于2019年審定完畢并開始使用。在今后一段時間內，高中課程標準和課程結構會相對保持穩定，這為數字教材的建設創造了十分有利的基礎。此外，考慮到學科對信息化、智能化環境下教與學需求的迫切性，筆者選擇以高中物理數字教材為例，對中小學“互聯網+”立體化數字教材的形態做一個初步的探索，以期對出版同行有所啟發，達到拋磚引玉的效果。

（一）搭建數據庫與構建平臺

由前文所知，“互聯網+”立體化數字教材是以紙質教材為基礎，以數據庫為數據支撐，以信息技術為技術手段，融教材、數字資源、學科工具和應用數據于一體的立體化教材。因此，高中物理數字教材的建設需要構建一個智能化的多功能平臺來支撐。

1.搭建數據庫

構建支撐數字教材的平臺，首先要搭建好富媒體庫、素材庫、試題庫、資料庫等數據庫。富媒體庫是將動畫、音頻、視頻、AR、VR、3D等各種多媒體資源進行統一管理，并根據教學活動需求進行加工制作，然后與紙質教材相應內容進行關聯。素材庫提供紙質教材中出現以及相關的高清圖片，還有優秀教案和PPT課件等資源并允許用戶下載和上傳共享，為教師教學提供更加便捷的服務。試題庫是將原創試題、全國歷年的高考真題、模擬試卷以及各大名校的期末、期中、月考等試卷的試題知識結構、數據延展進行全方位跟蹤管理，并提供試題搜索和組卷的功能。資料庫是對紙質教材內容的進一步補充和拓展，主要提供理論知識、學科史料、事實數據以及學科最新發展動態。

2.構建平臺

支撐數字教材的平臺應當遵循當前通用瀏覽器、操作系統以及終端設備的技術標準，并能跨終端兼容使用，確保數字教材的規范性、適用性、易用性和靈活性。平臺主要包括終端入口、管理后臺、功能管理和資源數據庫。終端入口主要為App，也可以是小程序，教師和學生可以通過終端入口進行閱讀、操作、測試和互動。管理后臺具有安全驗證、用戶管理、資源管理、權限管理等功能，為平臺安全穩定地運行和用戶正常使用產品提供有力的保障。功能管理主要為數字教材提供能滿足教、學、練、測等教學活動的一系列功能。資源數據庫主要提供數字教材制作中所用的數字資源，基本由富媒體庫、素材庫、試題庫、資源庫等數據庫提供，也可由后續用戶上傳共享提供。

（二）功能模塊設計

中小學數字教材最終呈現的功能與學科的知識結構、表現形態、核心素養的培養以及考核要求息息相關，因此，不同學科的數字教材的功能不完全相同，以下以高中物理學科為例進行功能設計。

1.物理情境可視化

高中物理是高中階段很多學生學不好的科目之一。學好物理學科，物理思維的培養很重要，而物理思維的培養離不開對物理情境的正確理解。很多學生學不好物理，很大原因是對紙質教材中涉及的很多物理情境的過程無法理解。高中物理教材中出現的多物體碰撞運動、星體相互作用、帶電粒子在復合場中的偏轉等物理情境，其過程復雜，若僅以文字說明，會對學生的理解和教師的教學帶來很大的考驗。因此，可根據物理情境的復雜程度，通過技術賦能，采用動畫、視頻、AR、VR、3D等技術手段將其過程可視化，這將更好地輔助學生的理解，從而提高教學的效果。

2.實驗操作虛擬仿真

物理實驗是物理學形成和發展的基礎，也是檢驗物理學理論的唯一手段，實驗操作在高中物理學習中占據著重要的位置。加強物理實驗是培養學生學科核心素養的途徑，也是提高物理教學質量的先決條件。物理實驗的考核也將不僅限于紙質試卷的考核，實際操作的考核也將列入統一考試之中。但是，目前大多數學校實驗操作課時較少，實驗器材有限，有些偏遠地方甚至缺少實驗室，導致很多學生缺少親自動手進行實驗操作的機會。因此，高中物理數字教材可以利用AR、VR等信息技術提供虛擬仿真實驗室，讓用戶可以隨時隨地進行模擬操作，并為操作結果提供智能評分和指出操作中存在的錯誤點，讓用戶可以通過模擬操作逐漸掌握實驗操作的全部內容。

3.智能組卷和模擬考試

高中階段面臨高考的激烈競爭，教師與學生對各樣的試題、試卷有著大量的需求，日常命制試卷占據了教師大量的時間與精力。因此，高中物理數字教材可以設計智能組卷功能，教師可以通過輸入知識點、難度、教學要求、分數等參數從試題庫中生成所需要的試卷，從而減輕教師的工作負擔，提升教學效果。新高考政策實行以后，考生必須在物理、歷史科目中選考一科，并以原始分計入高考總成績。選擇物理學科的考生，需要多次參加合格性考試和選擇性考試等各種測試。因此，高中物理數字教材還可以提供模擬考試服務，學生可以在平臺上進行在線測評，平臺可以進行自動評閱和成績分析，并給出分析報告、復習建議、推送鞏固練習卷。

4.學習軌跡分析

高中物理數字教材還可以對學生全方位的學習軌跡進行詳細的采集，并運用大數據手段分析學生的學習習慣和學習情況，并進行個性化分析，提供獨一無二的分析報告。教師可以通過分析報告實現因材施教，對癥下藥，使教學更加生動，提升教學效果。學生可以通過分析報告了解自身知識的薄弱點，并進行針對性的復習，提高學習的效果。

四、結束語

本文所指的中小學數字教材是以經國家教育行政部門審定通過的國家課程教科書為內容基礎的。因此，中小學數字教材的編寫還是以編寫紙質教材的原出版單位為主體，可再吸納具有數字教材和信息化研究經驗的專業人員或技術單位加入。

在“互聯網+”教育背景下，中小學紙質教材出版社必須要盡快完成數字出版轉型，要建構高效的數字出版產業鏈，建立有效的運營模式。出版社在中小學數字教材建設中，需要從構建滿足教、學、練、測、評、管等全部教學活動的平臺出發，加快優秀復合型編輯的培養，吸納掌握信息技術的人才。只有充分儲備中小學數字教材建設所需的各類人才，才能順利推進中小學數字教材建設的進程。另外，出版社并不是在中小學數字教材建設的每一個環節、每一個領域都有能力涉足，應積極爭取國家的政策和各方資金的扶持，依托自身出版的專業領域和資源狀況，尋求適合自己并能夠優勢互補的合作者，實現資源融合，打造共贏局面，合力打造“內容+平臺+終端”三位一體化的運營模式，最終達到互利共贏。

對于教材編輯，不僅要懂得傳統出版，還要對數字出版和信息技術有所研究，盡快成長為優秀的復合型編輯。在中小學數字教材建設中，編輯既要熟悉國家課程標準和紙質教材的內容，也要熟悉教學活動中的需求，還要了解各種信息技術。編輯需要協助作者對紙質教材的知識體系進行規劃和重構，還需要對數字教材內容的交互、呈現方式進行設計，并同步制作各類數據庫所需的資源。

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（作者單位：廣東教育出版社）