数字教材建设的探索与实践 *——以第二代“人教数字教材”为例

康合太，沙 沙

(人教云汉数媒科技有限公司，北京 100081)

数字教材建设的探索与实践*
——以第二代“人教数字教材”为例

康合太，沙 沙

(人教云汉数媒科技有限公司，北京 100081)

该文对数字教材的概念进行了界定，研究了数字教材在我国基础教育信息化中的定位，从课程、教学、技术等角度的综合分析中提出数字教材在教育信息化环境中起基础性、核心性作用。文章以第二代“人教数字教材”为例，梳理了数字教材开发中需要遵循教育性、科学性、集成性、交互性、实用性、个性化和经济性等七个原则，介绍了第二代“人教数字教材”的开发流程和测试环节，提出了“教学分析、产品设计、制作开发”的三段式开发过程和“教学内容、系统架构、教学构件、用户界面”四个测试角度，最后对数字教材的标准化建设进行了简要论述。

数字教材；设计原则；开发流程；标准建设

在教育学领域，“教材”一词有广义和狭义两个层次的含义，广义上的教材指教师和学生据以进行教学活动的教学材料(Teaching Materials)，而狭义的教材指教科书(Textbook)。在中小学教育中，“教材”通常指狭义的教材，即教科书。本文中的教材均为狭义含义，而用“教学材料”一词对应教材的广义含义。

今天我们所说的教材，早已不是单纯的纸质学生课本的概念。在教育部颁布的《中小学教材选用规定》中已明确提出：教材是指经国务院教育行政部门组织专家或者委托有关专家机构审定的供中小学使用的国家课程教科书(含图册、电子音像教材、配套教师用书等)。可见，教材的概念也是随着时代的发展、技术的进步而不断拓展的。本文以第二代“人教数字教材”为例，从探索与实践层面探讨教材的新形态——数字教材的定位、开发原则，并简要介绍数字教材的开发流程、测试的一般步骤和标准化相关工作。

一、数字教材的定位

2013年3月14日，教育部办公厅印发了《2013年教育信息化工作要点》，其中明确要求“全面启动第二代‘人教数字教材’等数字产品的研发，2013年秋季推出部分学科试用性产品”。根据教育部的要求，人民教育出版社(以下简称为“人教社”)对第二代‘人教数字教材’的建设进行了积极的探索与实践。

人教社对数字教材的探索始于2000年，并于2001年推出了第一代数字教材产品“人教电子教材”[1]。在此后的多年中，人教社在专业化的课程、教材研究开发的基础上，对数字教材进行了一系列的创新研发，陆续推出了多种电子教材和网络教材。第二代“人教数字教材”是在十多年数字教材探索发现和经验积累的基础上形成的，是适合我国当前基础教育信息化发展的新型教材。

从课程与教学的理论看，纸质教材是依据课程标准(或大纲)编写的教学用书，是课程标准(或大纲)的具体化，也是教师进行教学的基本依据和学生获取知识、发展能力的基础渠道[2]。数字教材则在教育信息化环境中起到与纸质教材类似的基础性、核心性作用，为学生和教师提供能满足教学基本需求的基础资源和基础服务，因此在数字化教学环境中处于核心地位。

概括来说，第二代“人教数字教材”是依据国家课程标准，以人教版纸质教科书为蓝本，以课程论、教学论、教育学、心理学等理论为指导，以教育信息技术为实现手段，以提升教学质量和学习效率为目标，满足教育信息化需求的数字化、立体化教材。它可作为当前教育信息化环境下师生教学活动的基础，也可作为电子书包等基础教育教学应用环境的内容核心。

我国当前的教育信息化发展目标强调信息技术与教育的融合性发展，数字教材正是实现信息技术和教育融合的有效突破口。第二代“人教数字教材”在内容上依据课程标准和纸质教材形成体系，再结合信息技术实现内容的立体化和交互性。其核心价值在于体现了技术与学科教学深度整合，提高了信息技术在基础教育中的应用水平和范围，同时也为数字资源的标准化提供了基础性范本，为实现“强化信息技术应用，改进教学方法，提高教学效果”等教育信息化发展目标提供了核心助力[3]。

二、第二代“人教数字教材”的开发原则

在设计和开发第二代“人教数字教材”时，我们从课程论、教学论和教育技术学的角度出发，总结出了一些基本的开发原则，包括：教育性、科学性、集成性、交互性、实用性、个性化和经济性。这些开发原则一部分是各种形态的教材通用的原则，另一些则是当前数字教材中独有的开发原则。以下将分别介绍这七个开发原则的内容和特点。

(一)教育性

教育性原则是指数字教材的内容、构件应遵循认知规律，有明确的教学目标，有助于教学对象加深对知识的理解和掌握，并通过各种媒体的合理运用和巧妙组合来增强教学内容的新奇性和趣味性，以激发学生的求知欲。教学内容的展示要符合心理学规律，应充分分析和研究教学对象的心理状态，利用巧妙构思和不同的节奏形式来推动学习思维活动，帮助学生分析、对比、判断、综合，把教学中深奥抽象的概念转化为有条理的具体形象，做到由表及里、由此及彼，从感性到理性，从而达到良好的教学效果。

(二)科学性

传授科学知识的数字教材，必须要保证内容正确无误、逻辑严谨。除了和纸质教材同样要求文字、图片等阅读性内容具有科学性外，数字教材中还要求交互性内容也必须具有科学性。例如在进行模拟仿真时，采用的算法模型要符合科学要求，在交互时数字教材对学习者的各种反馈要合乎情理。仿真内容呈现的图像及色彩要反映客观的真实性，不能使学习者对教学内容产生误解和偏差理解。

(三)集成性

在保证教学性和科学性的前提下，数字教材的特性主要表现在信息载体的集成上，即如何对文字、图形、图像、动画、声音等进行艺术加工和处理，使其具有较强的表现力和感染力。在进行媒体集成设计时，要根据教学内容的需求和不同媒体的特性与功能，做到科学选择、优化组合媒体形式，使其发挥各自的表现力，使教学内容得以充分展示。

(四)交互性

交互性是指教师、学生在学习时对媒体操作方便、控制灵活，学习者可以根据学习的程度与需要随时搜索、寻求帮助与评定，人与计算机之间形成一问一答、互相交流信息的特征。数字教材要设计出使学习者容易接受、掌握和使用性能良好的用户界面来实现人机交互，学习者可以通过交互界面输入一定的信息，而计算机则通过交互界面向学习者呈现相应的反馈信息。交互界面的主要表现有窗口、菜单、按扭、图标等多种形式。

(五)实用性

数字教材在设计上要充分考虑教学内容与学习者的实际情况，并非所有的教学内容都要设计为多媒体形式。只有当用多媒体课件能有效地突破教学难点，引起学生兴趣，能收到较为理想的教学效果时，才考虑设计多媒体教学课件。同时数字教材中设计的各种多媒体课件也要考虑教师、学生实用中的操作便捷、合理、灵活程度，以获得更高的实用性。

(六)个性化

人在认知方面存在个性化差异，这种个性化差异可分为三种类型：视觉型、听觉型和触觉型。在设计数字教材时，应提供视觉方面的图文、听觉方面的音响或语音、触觉方面的手动操纵等使用方式，以满足学习者综合认知的培养和个性化的需求；对于认知能力不同的学习者，要提供不同程度的学习内容和学习路径；还应使学习者能够根据个人需要和兴趣，方便地选择学习时间、学习内容以及调节学习进度。

(七)经济性

数字教材的建设，需要花费大量的人力和物力，在内容方面以较少的投入研发高质量、高性价比的多媒体资源，应是追求的目标。在技术方面，还应该根据用户实际使用需求及电信网络的实际情况，合理部署数字教材的网络节点，采用CDN推送等技术最大限度节约网络带宽，提高网络使用效率。

三、第二代“人教数字教材”开发流程

基于前文所述的开发原则，第二代“人教数字教材”的开发流程分为教学分析、产品设计、制作开发三个阶段。在理论层面上，数字教材的研发需要同时从宏观、中观、微观三个层次进行设计与开发。宏观层次是站在课程、学科和教学的角度，对数字教材进行教学分析；中观层次是站在产品设计的角度，依据教学分析对数字教材的信息结构、构件组成、辅助工具、内容呈现方式、交互方式等方面进行设计；微观层次是站在技术角度，实现数字教材的设计，形成最终的产品。这三个层次对应数字教材开发流程中的三个主要阶段，分别从不同的视角综合体现数字教材的开发原则。

从课程与教学论的角度看，纸质教材自身已经具有了课程属性和教学属性。纸质教材在编排上符合学科课程的整体规划和课程标准，在教材内容设计上也已考虑了一般的教学方法和评价方法。第二代“人教数字教材”以纸质教材为蓝本，本质上是在纸质教材已有课程与教学的基础优势上，结合信息技术对教材进行二次教学分析，并设计开发出能够满足新教学理念信息化教学环境的数字教材。

(一)教学分析阶段

在教学分析阶段，首先应该整体地分析学习条件，包括了解学习者的学习能力，分析学习者的先行知识背景和已具备的技能，以及调查学习者的学习环境。了解和分析学习者的学习能力、知识技能基础是数字教材设计开发的基础，也是保障数字教材能符合教育性、实用性、个性化、交互性等原则的先决条件。调查学习者所处学习环境的重点是调查数字教材的应用技术环境。我国的基础教育发展存在一定程度的不平衡，不同省份、地区、学校之间的信息技术环境相差很多。有些学校在教室中只有教师用的计算机和投影设备，有些学校则在教室中配有交互式电子白板，条件更好的地方甚至具备学生人手一台笔记本电脑或平板终端的条件。不同的学习环境对数字教材的需求存在差异，如：交互式电子白板一般需要数字教材具有较好的交互性，平板终端则要求资源具有可触控操作的特点。

其次，教学分析阶段还要明确数字教材各章、节、栏目的教学目标。确定教学目标需要从两个角度进行分析：一方面要分析课程标准中规定的课程目标和课程内容的学习要求，另一方面要调查和分析学习者的实际知识需求。具体的教学目标总是需要反映课程标准中的相关内容，在此基础上还要面向学习者的实际发展方向。当具体的教学目标确定下来后，设计开发工作就有了明确的方向，所有的内容设计、构件设计、技术开发等环节都将围绕教学目标进行。

教学分析的最后一个步骤是分析教学内容。在教学目标已明确的基础上，根据纸质教材中已有的文字、图片内容进行延伸分析，确立数字教材中对应每个教学目标的教学内容。此外，还需要对整个课程的内容进行结构化处理，明确在课程体系下不同教学内容间的结构关系。最后，还需要进一步将每个教学内容分解为相对独立的知识结构，例如在分析初中物理“测量平均速度”这一教学内容时，可将其涉及到的知识分解为：核心知识(即平均速度)、仪器知识、测量知识、应用性知识、拓展知识等，就单一内容形成独立知识结构。

(二)产品设计阶段

在进行教学分析后，开发进入产品设计阶段。数字教材的产品设计一般从教学策略设计、教学情教学策略设计分为两个层次。大层次上需要依据教材内容之间的整体结构关系确立课程实施的框架结构，依据学科特点选择数字化教学工具，并以此确定数字教材的页面结构。小层次上则需要设计与每一个知识点相对应的教学策略和学习评价，确立与某种认知类型相适应的网络应用技术。

数字教材的教学情境设计也有两个层次。一个层次是教学实践情境的设计，在充分调研的基础上，由设计者模拟构画各种可能出现的数字教材实际应用的教学情境。设计者需要考虑的是：在某个教学实际情境下，教师会采用的教学模式有什么，困难在哪里，需要哪些资源支持教学，以及如何评价教学结果等。另一个层次是知识教学中的情境设计，重点是围绕知识点和学生认知特点，设计出能促进一个知识点理解和掌握的学习情境。

教学构件是数字教材中以富媒体形式呈现教学内容的独立组件。在进行教学构件设计时，先确定需要表达的教学文本化内容，再确定用于富媒体表现的声音、图表、图片、动画、视频等听觉和视觉化内容，整体上形成围绕内容的多种媒体的合理集成设计。

产品设计的最后一个步骤是完成数字教材的设计脚本。数字教材的设计脚本包含了对数字教材的完整教学分析、教学策略设计、对两个层次的教学情境的设计和每一个教学构件的设计。完整的设计脚本中还包括了最终确定下来的构件种类和总数量的规划，每一个内容模块和构件的立体化呈现方式，以及确定开发工作的流程。设计脚本是后续制作开发工作的基本蓝图，具有引导制作开发的作用。

(三)制作开发阶段

数字教材的制作开发阶段是依据产品设计阶段形成的脚本，运用开发工具及遵循开发流程而进行的媒体制作、程序开发过程。制作开发阶段一般分为：数字教材主体内容的开发，构件的制作开发，以及将主体内容和构件组合成数字教材三个环节。

进行数字教材主体内容的开发，需要根据常见的数字教材呈现终端(如显示器、交互式电子白板、平板电脑等)的特点，对教科书内容进行模块化设计，将教科书内容划分为若干相对独立的模块。依据模块内容的特点，开发人员会选定若干适当的标准模板，对模块化的内容进行重新排版，最后会形成适宜常用终端呈现的数字教材主体内容。

构件的制作开发首先需要开发人员依据教学构件设计选择适当的文本、图片、音频、视频、动画、虚拟教学工具等基础素材，供构制作使用。其次要将选出的素材导入开发工具中，按照构件开发脚本将素材整合加工为教学构件。最后还需要依据构件设计，对加工好的教学构件进行检查。

在数字教材的主体内容和构件都开发完毕后，开发人员可使用数字出版平台，将制作好的数字教材主体内容和构件进行组合，形成数字教材。此即完成了数字教材的全部开发流程。

四、第二代“人教数字教材”的测试

在完成数字教材的开发后，还需要对数字教材进行一系列的测试工作，以确保数字教材的品质。测试主要从教学内容、框架结构、教学构件、用户界面四个方面进行。

(一)教学内容的测试

教学内容的测试是数字教材测试中最重要的部分。在对数字教材的教学内容进行测试时，首先应该依据科学性原则检查教学内容的科学性，确保内容准确无误。此外，还应基于教学设计中设定的教学目标，检查数字教材的内容和构件是否适合相应的教学目标，以及数字教材内容是否适合学习者的需求。

教学内容的测试还要检查内容组织的连续性、序列性和整合性，检查教学内容的结构关系是否正确，以及内容与不同图式的匹配关系、学生练习及测试的应用结构是否适当。

(二)系统架构的测试

系统架构是数字教材能否稳定、有效、安全使用的技术保障。在测试过程中，需要对系统架构的稳定性、可靠性、安全性和可扩展性进行测试。

系统架构的稳定性指系统在软件工程上的程序运行稳定程度，测试过程需要在7×24小时内检测程序运行是否稳定，是否具有较高的容错能力，是否在各种信息输入时持续保持预期内的合理反应而不至于系统崩溃。

系统架构的可靠性指系统整体上在规定条件和规定时间内无故障地工作的性质。可靠性测试建立在系统稳定性的基础上，测试要求系统在7×24小时内对用户的各种操作给予正确的反馈。在第二代“人教数字教材”的系统中，采用了三层体系架构，并且对用户权限进行多级控制，再配合相应的网络设置，使得系统具有非常高的可靠性，同时系统还满足了易学、易用、易维护的用户需求。

数字教材系统架构的安全性主要指内容数据和生成数据在产生、传输、存储、使用等各环节的上安全性，既包括防止数据丢失、损坏造成危害，也包括对内容著作权、用户信息等方面的保护。在系统整体稳定、可靠的基础上，安全性测试的核心是用户信息和著作权的保护，需要通过测试检测系统是否留有会造成信息泄露的后门，以及著作权保护方式是否有效。在第二代“人教数字教材”系统中采用了DRM(Digital Rights Management)著作权保护技术，可以有效地保护数字教材整体与构件的著作权。

随着业务量的增长、管理要求的提高、新业务功能的出现，测试中还要充分考虑系统的可扩展性。测试中需要关注：在不改动平台技术架构的前提下，在用户数量超过预期数量时，能否进行系统增容；能否够根据用户需求发展的情况进行功能扩展，并可以支持业界标准，支持主流产品平台对接。

(三)教学构件的测试

包含各种教学构件是数字教材的一个特点，因此在测试数字教材时，对每一个教学构件的测试是必不可少的。对每个教学构件而言，教育性和科学性是首先应该测试的部分。在测试中需要检查教学构件是否与数字教材的内容结构相匹配，构件的应用设计是否符合教学要求，构件的内容是否科学、准确、合理。

在集成性和经济性原则下，需要测试教学构件的灵活性，检测教学构件能否重组、复用，构件的内容能否升级、更新。教学构件的测试还包括对审美设计的检测。需要检查教学构件的静态设计构图、造型及色彩运用情况，测试动画及视频图像等动态构件的运动表现过程是否流畅、有无马赛克等。

(四)用户界面的测试

用户界面是数字教育产品中的关键组成部分，直接影响到数字教育产品的实用和用户体验度。用户界面的测试包括界面视觉感观、交互性和用户界面上链接结构。

视觉感观的测试包括了对用户界面设计风格的检查，界面中的行列分区及内容设置是否的当，界面的色彩、对比度、高亮区、背景色等是否协调、是否符合基础教育阶段的学生生理和心理特点。

在对用户界面的交互性进行测试时，需要关注供学习者控制的交互类型及交互方式是否得当，检查撤消与恢复用户操作的功能是否具备，测试屏面移动的可能性、反馈指导和帮助工具的有效性，以及测试交互界面是否能够支持教学活动中的信息交流或学习合作。

最后还需要测试用户界面的链接结构，检查数字教材内部的内容链接关系是否清晰，各种构件间的链接结构是否准确，还需要测试数字教材的外部链接是否有效、准确。

五、数字教材的标准化建设

数字教材的标准化建设是一项必要而又复杂的系统工程。对我国目前的教育信息化来说，如果数字教材设计与开发缺少了标准，则易出现众多出版社或信息技术企业开发出彼此不兼容的数字教材。从实际应用来看，通常中小学生都会使用2个或2个以上出版社出版的教材，互不兼容的数字教材势必会给使用者带来麻烦。

在研究第二代人教数字教材时，我们也考虑到了数字教材的标准化建设问题。目前在行业层面，已由教育信息化标准委员会提出了“电子课本信息模型标准”(这里的电子课本与数字教材为同一概念)，该标准预计将于2015年由国家标准化委员会发布实施。“电子课本信息模型标准”是一个技术方面的标准，其中对广义的数字教材的各种语义、信息层次结构和各类组件的元数据进行了规范[4]。但仍应该看到，这样一个广义数字教材的信息模型标准应用于基础教育领域时，势必存在过于笼统，缺乏与基础教育课程、教学结合等问题。因此，当前的标准化建设需要关注在已有相关标准的基础上，制订出符合基础教育数字教材的特征的细化标准体系。

从数字教材的研发所涉及的领域来看，数字教材的标准涉及到至少三个方面。首先是从教育技术角度看，应制订出一系列的能应用于基础教育的技术标准。在这个方向，除了前面提过的信息模型标准外，电子课本包装规范以及应用指南等标准文件也正在研制中。其次，还要从数字出版角度看待数字教材的标准化问题，这里涉及到数字教材的出版元数据标准、呈现标准、发布标准、质检标准等。最后，数字教材的研发还要从课程标准的角度建立其内容的编写、开发标准，要明确数字教材中内容的数量、难度、类型等应遵循的规范。

在数字教材标准体系中，也需要包含相应的终端、平台标准和应用服务标准。终端、平台标准需要制订数字教材与它们之间的适配规范，数字教育内容阅读器通用技术规范，数字教育内容终端适配标准，数字教育内容投送系统建设规范，数字教育内容资源服务系统建设规范，数字教育内容工程平台接口规范等一系列指导终端和平台设计开发的标准，使数字教材能够更大范围的在各种终端、平台中流畅使用。应用服务标准是指数字教材在使用过程中应遵循的标准，以及第三方机构通过数字教材对基础教育师生提供各种服务的标准。例如数字教育内容使用统计服务规范、数字教育内容使用效果评价服务规范、互动数字教育内容使用效果评价服务规范、数字教育出版产品版权登记要求等。

六、结语

2013年9月，人教社成功研究开发了义务教育主要学科起始年级的第二代“人教数字教材”。在这个过程中，我们获得了宝贵的数字教材研发经验，也总结提炼出了若干数字教材的创新理论和模型，并通过实践证明了最初的一些想法和设计是可行的。随着探索与实践的深入，我们也在不断根据实际情况对数字教材的建设进行调整和改进。

从教育信息化发展的大趋势看，为了实现《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》中提出的“信息技术与教育融合发展”的目标，数字教材的深入研究和开发推进是一项重要工作。可以预见，在不久的将来，数字教材将在信息化教学环境中逐渐体现核心地位和基础作用，成为全面提升基础教育信息化发展的基础。当然，这些都要求我们继续投入力量，对数字教材的研究和建设工作进行完善[5]。

[1] 高路.我国第一代电子教材──人教电子教材问世[J].课程·教材·教法，2002,(5)：44.

[2] 曾天山. 教材论[M]. 南昌：江西教育出版社，1997.

[3] 中华人民共和国教育部. 教育信息化十年发展规划(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，电子课本的信息模型[S].

[5] 规划编制专家组. 《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》解读[M].北京：人民教育出版社，2013.

康合太：编审，硕士，人教云汉数媒科技有限公司首席执行官，研究方向为基础教育数字出版(kanght@pep.com.cn)。

沙沙：编辑中级，硕士，研究方向为信息技术与课程整合(shas@pep.com.cn)。

2014年6月30日

责任编辑：马小强

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

* 本文系全国教育科学“十一五”规划教育部规划课题“初中英语网络教材有效模式的研究”(课题编号：FFB090697)成果。