基于智媒技術的“四新”云教材建設方法研究

［摘要］教材是“四新”人才培養(yǎng)的重要載體。文章探討了“四新”云教材建設的必要性，以需求為導向分析了“四新”云教材的建設內容，提出以知識圖譜為媒介建設“四新”云教材并凝練了其特點。結合相關案例，文章介紹了云教材建設的具體方法，以期為“四新”云教材建設提供借鑒。

［關鍵詞］知識圖譜；“四新”；云教材

教材是人才培養(yǎng)的主要載體，是教育教學改革的重要展示渠道。“四新”教材具備思維前瞻性、技術前沿性、應用智能化、內容融合化等特點。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等智媒技術的發(fā)展，傳統(tǒng)教材顯然已無法滿足“四新”人才培養(yǎng)需求，相關主體轉變理念與思路全面推進“四新”教材智媒化轉型是教材未來發(fā)展的重要方向，因此，文章在智媒化背景下研究高校“四新”云教材的建設具有重要的意義。

“四新”建設高度依賴信息化和智能化手段，注重學科交叉融合，是一項復雜的系統(tǒng)性工程，“四新”教材服務于“四新”人才培養(yǎng)。那么，“四新”教材建設應該包含什么內容？如何融合已有的“四新”教育資源？“四新”教材應該具備哪些特性？這些問題亟待高等院校及科研院所等學科建設相關主體深入研究探索。文章在系統(tǒng)梳理“四新”建設特征的基礎上，探究“四新”云教材的內容表征、知識組織方式、教學應用等，提出基于知識圖譜的“四新”云教材建設路徑，以期讓“四新”云教材為“四新”建設和“四新”人才培養(yǎng)提供助力。

一、“四新”云教材建設的必要性

教材是學生學習新知識的重要載體，傳統(tǒng)的紙質教材，知識更新速度慢，且內容固化，不能夠實時進行更新。在智媒技術飛速發(fā)展的今天，知識傳播的速度和更新的速度加快，傳統(tǒng)的紙質教材顯然已不能滿足學生快速獲取新知識的需求，而“四新”云教材借助智媒技術可以實現(xiàn)知識智能推送和檢索，能夠幫助學生快速厘清相關知識脈絡，而這點恰好是“四新”建設的基本要求。因此，“四新”云教材建設有利于“四新”建設目標的實現(xiàn)。

2019年10月，教育部啟動一流課程建設“雙萬計劃”，即建設1萬門左右國家級一流課程和1萬門左右省級一流課程。2020年11月，教育部公布首批國家級一流本科課程認定結果，共有5116門課程入選。前兩批共認定10866門國家級一流本科課程。同時，各省也根據(jù)辦學需要認定了省級層面的一流本科課程，以浙江省為例，截至2022年，浙江省已經認定6184門省級一流本科課程。在一流課程建設中，各門課程都儲備了大量的課件、MOOC、微課、微視頻、試題庫、案例庫等智能化教學資源，但如何對這些資源進行合理配置、有效利用，尚無成熟的研究。“四新”人才的培養(yǎng)也亟須“四新”教材這一重要的教學工具。2022年，浙江高等教育學會公布浙江省普通本科高校“十四五”首批新工科、新醫(yī)科、新農科、新文科重點教材建設立項項目，共包含745部“四新”教材，但是截至目前還沒有“四新”云教材建設標準可供參考。

在高等教育“四新”建設新背景下，“四新”云教材的“智媒化”有了新變化，如智媒知識量明顯增加，學生的交互性和體驗感明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教材，這有利于知識更好地傳播和學科的交叉融合。在內容方面，“四新”云教材應及時整合學科前沿技術，順應未來經濟和社會發(fā)展的總體趨勢，促進學科之間的交叉融合。在知識服務方面，“四新”云教材要實現(xiàn)知識點的智能AI推送，并在形式上體現(xiàn)“智媒化時代”的技術特征。在資源建設方面，“四新”云教材要融合各類已有的數(shù)字化教學資源。在互動方面，“四新”云教材要體現(xiàn)全過程學習行為精準跟蹤和學習過程的可追溯等特征。

“四新”建設的特征就是依賴信息化和智能化手段，針對“四新”云教材的出版，相關主體還須借助信息化和智能化的技術手段，充分利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術對傳統(tǒng)教材進行改造［1］。相關主體以知識圖譜為媒介建設“四新”云教材可以幫助學習者有效梳理交叉知識和跨學科知識，并有效利用智慧化教學工具，對學習成效及時進行科學的評估和評價，從而滿足“四新”建設對教材使用的前瞻性、前沿性、智媒化的需求。

二、“四新”云教材的建設內容

云教材是一種新形態(tài)的智能立體化數(shù)字教材，以符合國家課程標準的文字以及富媒體內容為基礎，按國家數(shù)字教材標準，利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，打包、封裝而成的教材［2］。云教材因基于智媒技術的特點與“四新”人才培養(yǎng)相契合，云教材與傳統(tǒng)教材最大的區(qū)別在于，其促進了學科交叉融合。云教材與“四新”結合形成“四新”云教材，是基于知識圖譜的新一代自適應數(shù)字化教材，在內容、知識服務、形式、資源建設和互動上實現(xiàn)了“智媒化”，有利于實現(xiàn)教材、課程和教學的有機融合，實現(xiàn)線上線下一體化教學，其建設內容如下。

（一）交叉融合的知識體系

“四新”建設的主要內容是工科、醫(yī)科、農科、文科知識的交叉融合，其對人工智能的依賴性很高，工醫(yī)、工農、工文中信息技術是主導，智媒技術是實現(xiàn)信息化的主要手段。基于這些特征，“四新”建設的知識收集、組織、傳播、創(chuàng)新、共享與評價等都將發(fā)生變化。如何進行有效的知識融合、序化和創(chuàng)新構建知識體系是相關主體在“四新”云教材建設中不容忽視的問題。

“四新”建設強調學生知識的全面性、實用性和交叉性，這就要求學生在掌握本專業(yè)知識的同時也要學習自然科學、人文科學、社會科學等相關知識，同時還需要具備國際化的視野、跨文化的溝通能力和終身學習能力。由此，“四新”云教材的內容需要涵蓋數(shù)、理、化、文、史、哲等知識體系。借助大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網、云計算、人工智能等智媒技術，“四新”云教材能夠實現(xiàn)跨時空、跨文化、跨地域的知識共享。

新工科側重于學科前沿技術，尤其是人工智能相關的學科交叉內容，因此相關主體需要構建全新的知識體系與課程體系［3］。例如：新農科融合人工智能技術，形成智慧農業(yè)、智慧林業(yè)、智慧漁業(yè)等，服務于鄉(xiāng)村振興和生態(tài)文明建設；新醫(yī)科注重從治療為主轉為康養(yǎng)為主的多學科和跨學科的知識交流與整合，推動“醫(yī)文、醫(yī)工、醫(yī)理、‘醫(yī)+X’交叉學科支撐的醫(yī)學教育新模式”的專業(yè)重構和知識體系重塑；新文科建設面向國家重大需求和經濟主戰(zhàn)場，強調哲學社會科學與馬克思主義理論和大數(shù)據(jù)、人工智能等學科深度交叉融合，包括工科與文科融合、醫(yī)科與文科融合、農科與文科融合。

（二）問題和人本導向的知識內容

教材是“四新”人才培養(yǎng)的重要載體，以學生為中心的“四新”云教材應該包括哪些內容才能滿足學生對交叉學科知識的自適應學習需求是一個新課題。“以學生為中心”要求“四新”云教材的內容必須緊扣時代和社會的需求，能夠有效幫助學生開展探索性、實踐性和創(chuàng)新性的學習活動，幫助學生在學習的過程中打破學科專業(yè)的壁壘，成為交叉人才和拔尖創(chuàng)新人才。

現(xiàn)代知識以問題為導向，是在應用情境中產生的。事實上，“四新”建設在問題導向和應用情境下已經有著廣泛的交集，如：新工科的前沿技術應用問題以及工業(yè)生產中的生態(tài)、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問題等涉及工業(yè)生產的關鍵問題；新醫(yī)科中手術機器人、智能家庭醫(yī)生等涉及倫理的問題；新農科中智能農業(yè)的新技術問題等。新工科與新農科面向科技前沿，在智慧農業(yè)、農業(yè)大數(shù)據(jù)、農業(yè)智能裝備等領域難分彼此；新農科與新文科面向經濟主戰(zhàn)場，在休閑農業(yè)、農業(yè)經濟學、森林康養(yǎng)與鄉(xiāng)村旅游等領域聯(lián)系緊密；新醫(yī)科與新文科在生命倫理學、健康管理、醫(yī)院管理、人文醫(yī)學等領域息息相關；新醫(yī)科與新工科在人工智能與健康大數(shù)據(jù)應用、智能醫(yī)學診療、康復智能器具等領域展開緊密合作。

（三）課程思政融入課程內容

教材的建設必須要體現(xiàn)黨和國家的教育方針。黨的二十大報告提出“加強教材建設和管理”，這是黨的代表大會報告首次對教材工作作出明確指示，表明了教材建設國家事權的重要屬性［4］。教育部要求教材必須貫穿于人才培養(yǎng)的全過程，課程思政必須要進教材。對高等學校而言，教材的編寫、遴選和使用本身就是課程思政內容的一部分，因而在教材的編寫過程中，相關主體必須融入課程思政內容。“四新”云教材的特點是“智媒化”，相關主體要立足科技創(chuàng)新，注重學科交叉融合的內容，構建科學合理的課程思政體系。因此，“四新”云教材的內容除了課程知識，還必須包含能夠幫助學生樹立科學觀，塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀的內容。

三、“四新”云教材知識邏輯梳理路徑

“四新”基于信息化、智能化和學科交叉的特性，為學習者提供了海量的學習資源，這些資源具有知識點多且分布廣泛、理論抽象性強、實踐應用廣泛、前瞻性高以及涉及知識面廣等特點。但同時，多樣化的學習資源使學習者在選擇學習內容、學習方式以及如何快速獲取所需知識等方面面臨一定的挑戰(zhàn)。《教育部辦公廳關于組織開展戰(zhàn)略性新興領域“十四五”高等教育教材體系建設工作的通知》指出，要編制專業(yè)核心教材知識圖譜。知識圖譜可以將碎片化、分散式的教育資源與相關實體關聯(lián)，并構建一張巨大的語義網絡，具體知識點的邏輯結構關系包括整部、屬種、遞進、依賴、共生、互斥等，相關主體借助知識圖譜將這種邏輯關系進行可視化呈現(xiàn)，可以幫助學習者快速有效地選擇和判斷學習內容，厘清學習思路。這種知識的組織方式有助于“四新”云教材知識邏輯的梳理。

知識圖譜構建的核心原始語料，以及基于這些原始語料形成的知識圖譜的云資源包，可以作為“四新”云教材的智能化教學資源，如MOOC微視頻、相關電子教材資源等。相關主體將這些資源進行合理的整合、利用，不僅改變了數(shù)字內容的呈現(xiàn)方式，而且豐富了教材內容。基于知識圖譜的云教材知識獲取顯然符合“四新”的知識點多、知識交叉、智能化和信息化的特點。

四、“四新”云教材的特性

“四新”云教材以學習者為中心，以實現(xiàn)泛在學習、智慧推送、立體交互、全程跟蹤、過程可溯為目標，能夠滿足學生移動、自主、沉浸式的學習需求。基于知識圖譜的“四新”云教材具有以下十個特性。

第一，系統(tǒng)性。基于知識圖譜的“四新”云教材知識體系是一個系統(tǒng)性的結構，它把相關知識按邏輯結構關系組織起來，使學習者能夠更好地基于自身的知識掌握程度進行系統(tǒng)性的自適應學習。

第二，完整性。基于知識圖譜的“四新”云教材知識體系除了包括課程本身的知識，還包括交叉學科知識，是一種完整的交叉知識體系，能夠方便學習者全方位地理解和掌握知識性內容。

第三，可視性。基于知識圖譜構建的可視化的“四新”云教材知識體系結構，包括能力層、問題層、知識層、教學資源層，其中每個知識點的知識點畫像、知識點學習路徑、知識點詳細信息都能以可視化的方式呈現(xiàn)。

第四，多元性。基于知識圖譜的“四新”云教材提供包括知識圖譜搜索、知識漫游、知識管理、學生掌握度分析等AI課程基礎應用。

第五，可拓展性。基于知識圖譜的“四新”云教材知識體系應具有可拓展性，知識圖譜的構建方式決定了當知識體系形成某細分領域知識圖譜后可在此領域內快速拓展；知識抽取具有遞進性，依賴上下層之間的邏輯關系，因而，不同領域間的知識圖譜也具有一定的拓展性。

第六，可交互性。基于知識圖譜的“四新”云教材應該便于學生開展交互式學習，“四新”云教材除了包含MOOC、微課、微視頻等智能化教學資源，還包括習題庫、案例庫和測試題庫。“四新”云教材將教學內容與練習、測試等設置在一個場景中，能夠助力學生實現(xiàn)高效交互學習。

第七，可記憶性。基于知識圖譜的“四新”云教材知識體系應該具有可記憶性。“四新”云教材借助知識圖譜，可以精確、完整地記錄學生學習的點觸行為，并在云端形成學習行為軌跡，通過大數(shù)據(jù)智能分析形成智能學習報告。

第八，可解釋性。基于知識圖譜的“四新”云教材知識體系應該具有可解釋性。“四新”云教材具有完整的知識結構和體系，可以彌補機器學習的不足，與傳統(tǒng)教材不同，其能夠將學習者的問題與已有的答案相連接，為學習者提供解釋性的信息來源。

第九，可推理性。與傳統(tǒng)教材相比，基于知識圖譜的“四新”云教材的目錄是可視化的知識域的映射地圖，映射地圖節(jié)點之間的邏輯關系能夠體現(xiàn)知識點之間的演進過程，各節(jié)點通過人工智能的決策判斷，推送相關的知識。

第十，可實踐性。基于知識圖譜的“四新”云教材知識體系應該具有可實踐性，通過圖譜推送和路徑推薦幫助學習者系統(tǒng)梳理課程的理論知識，通過智媒技術手段培養(yǎng)學習者的實踐能力。

五、“四新”云教材建設實例

文章以工程材料與成形技術課程為例，探究“四新”云教材的建設方法。

（一）教材定位

工程材料與成形技術是機械設計專業(yè)最重要的一門專業(yè)基礎課程，一般開設在大學一年級，是機械設計專業(yè)本科生初次接觸專業(yè)知識的入門課，學生在學習過程中可能存在專業(yè)知識和實踐能力不足的問題。這要求該課程的云教材內容必須做到理論與實踐相結合，體現(xiàn)云教材的綜合性、應用性與實踐性。在此基礎上，相關主體確定了該課程云教材的定位是培養(yǎng)機械設計專業(yè)本科生掌握工程材料的基礎知識，能夠根據(jù)材料的不同性能選擇和用好材料，教材適用于培養(yǎng)高技術應用型人才的應用型本科高校。

（二）內容的選取與呈現(xiàn)

工程材料與成形技術課程云教材涉及機械、材料、冶金三個一級交叉學科，包括認知模塊、實踐模塊和拓展模塊。其中：認知模塊包括工程材料的基礎知識、金屬和非金屬材料的應用；實踐模塊包括鑄造、鍛壓、焊接等成形工藝，以及一系列材料綜合應用的分析計算和與之有關的數(shù)學、力學、化學、材料學、控制學等方面的基礎知識；拓展模塊包括拓展項目和競賽等實踐。工程材料與成形技術課程云教材內容主要是認知模塊和實踐模塊方面的內容，其實現(xiàn)了科技與人文的融合，將理論知識中蘊含的哲學認識論和方法論、價值觀、科學觀、美學等要素，以及科學精神融進教材。在紙質版教材出版中，相關主體設置了13個章節(jié)，內容雖然經過了刪減，但是篇幅依然較長。工程材料與成形技術課程云教材采用了兩種結構呈現(xiàn)方式：一種是原有紙質教材的知識點和結構框架，使教材的主干更為簡練，知識結構更為清晰；另一種是以知識圖譜的方式實現(xiàn)教材的立體化構建、多角度呈現(xiàn)、多媒體融合，體現(xiàn)知識點的邏輯性與結構性。為了便于知識圖譜的呈現(xiàn)，相關主體將13個章節(jié)分成了認知模塊、實踐模塊和拓展模塊，各模塊按知識圖譜的邏輯關系進行設置，最終形成了知材、懂材、用材的知識體系。同時，工程材料與成形技術課程云教材融合了虛擬仿真內容，增加了知識點互動性習題數(shù)量，設置了較多的交互式內容，有利于學生導航式自適應學習的開展。

（三）智能化資源的整合和利用

工程材料與成形技術課程的外部資源包括1門國家級一流課程、2個國家級虛擬仿真實驗項目，引用國家級一流MOOC課程資源14個，國家虛擬仿真資源3個。其內部資源包括自建省級一流課程工程材料與成形技術MOOC教學資源和MOOC微視頻62個、試題364道、隨堂測試題145道、案例37個、非視頻資源142個、拓展資源62個、期末題庫242道等。自建工程材料與成形技術知識圖譜資源共100個知識點、230個教學資源、視頻動畫86個、PPT課件48個，其他各類資源96個；自建工程材料與成形技術SPOC個性化學習資源共232個。工程材料與成形技術的MOOC、知識圖譜和SPOC數(shù)據(jù)互通，MOOC和SPOC中鏈接知識圖譜，知識圖譜智能配送知識點相關資源約1萬余個。在工程材料與成形技術課程云教材編寫中，相關主體將這些教學資源依據(jù)知識圖譜的邏輯關系進行合理配置、無痕融入，能夠豐富教材內容。學生以知識圖譜為導航，通過頭腦風暴、案例分析、形象化的虛擬仿真等多種交互手段，能夠實現(xiàn)高效學習。

六、結語

“四新”建設是我國為了應對未來新一輪科技和信息技術革命的必然選擇，“四新”云教材作為知識的載體，必然在“四新”建設及其高層次人才培養(yǎng)中起到關鍵作用。目前，“四新”云教材的編寫和出版尚在探索和完善中，還沒有形成標準，但在“四新”云教材的建設過程中，相關主體必須要擁抱智能時代，通過應用智媒技術加快教材的數(shù)字化轉型。“十四五”期間，“四新”建設仍將是高等教育的重點內容，相關主體通過知識圖譜將教材、課程、教學有機融合，能更高效地服務于我國的“四新”人才培養(yǎng)。

［參考文獻］

［1］胡玉璽，云柏凝.大學“四新”教材出版的興起及其智媒化轉型思考［J］.科技與出版， 2022（07）：107-116.

［2］商桑.數(shù)字中國背景下專業(yè)升級和數(shù)字化改造路徑研究［J］.中國教育信息化，2022（10）：11-17.

［3］蔡紅霞，劉麗蘭，王小靜.智能制造新工科專業(yè)建設探索［J］.教育教學論壇，2019（20）：107-110.

［4］高嘉騏，劉千慧，黃文彬.基于知識圖譜的學習路徑自動生成研究［J］.現(xiàn)代教育技術， 2021（07）：88-96.