构建深度融合的数字化教科书

谢明阳 王维臻

一、研究背景

当前，全球教育形态普遍向线上加速转移，以线下教学为主的传统教学逐步演变为线上线下融通的信息化教学模式[1]。数字教材是利用现代信息技术丰富课程教材体系的重要抓手，在教育信息化浪潮中与纸质教科书在传统教学中的地位类似，承载着作为基础资源的重要作用 [2]。目前，我国数字教材的研发与应用正蓬勃发展，随着数字教材在各省市落地应用的持续推进，我国数字教材逐步由实验阶段向普及应用阶段转变[3]。在教育、技术、出版等多领域学者的关注下，我国数字教材实践先行、理论滞后的问题逐步缓解。数字教材开放性、智能化、个性化的发展方向，及其与纸质教科书的深度融合、对教学模式变革的引领是专家学者普遍的愿景[4]。但同时，我国数字教材仍然面临产品孤立、同质化严重、易用性欠佳的现状。在应用推进中，存在数字资源未得到高效利用、教学应用模式浅显、无法支撑课程改革倡导的深度学习模式和学生高阶思维的培养等各种困境[5]。数字教材建设方向的研究某种程度上仍停留在教学理论层面，与触及产品形态、实际教学、技术架构的实践探索存在差距，教学理论、技术功能与一线教学融合的实证研究不足。

2000年起，世界各国先后启动数字教材研发。美国是最早推行数字教材的国家之一，在数字教材的政策、实践等方面展现出领先优势[6]。美国的K-12教科书及数字教材市场由培生、麦格劳希尔、霍顿·米夫林·哈考特（Houghton Mifflin Harcourt，以下简称HMH）三大教育出版集团垄断[7]。HMH 出版的科学及数学教科书是美国K-12阶段市场占有率最高的版本之一[8]。HMH于2018年出版的《科学维度》（Science Dimensions）教科书配套数字教材，包含K-12阶段生命科学、地球与空间科学、物理、化学、工程等多个学科，呈现出数字教材发展形态中由第三阶段富媒体型向第四阶段平台智慧型升级转化的基本特征，整体上与国内主流的数字教材处于同一阶段。本文以《科学维度》数字教材为例，分析其设计思路，并探讨推进数字教材与纸质教科书、教学、技术深度融合的策略，以期对我国教科书数字化建设及落实数字教材的常态化应用提供启示。

二、《科学维度》数字教材特点分析

（一）对教科书进行深度数字化改造，促进纸数融合

《科学维度》数字教材从平台、教材呈现、教材内容三个层面对教科书进行了深度的数字化改造。在平台层面，HMH数字教材可支持网站登录后直接在线使用，形态偏向于数字教材与学习平台的整合呈现。登录平台后，用户可选择相应科目及册次并进入单册数字教材主页面（如图1），支持角色、教材册次、单元快速切换，并集中整合了该册相关课程标准、教学资源和学科工具。在教材呈现层面，《科学维度》数字教材延续了平台的网页化风格，将教科书以活动模块（课时）为单位重新排版，呈现出由流式数字教材演化而来的形态特征。以6—8年级模块J化学的《科学维度》教科书为例，第一单元课题1包含课题引入、三个探究活动、自我检测和延伸学习6个模块，在纸质教科书中占18个版面[9]。在数字教材中，该课题按模块被重新排版为6个独立的流线型页面，并通过目录边栏实现模块间的体系定位和跳转。在教材内容层面，《科学维度》数字教材呈现出典型的以交互为主的集成型富媒体数字教材特征，通过将纸质教材内容全部转换为单选、多选、简答、填空等简单的交互资源，对教材环节进行数字化重构，并依据教科书脉络在各模块网页中线性排布。

整体而言，《科学维度》数字教材以对教科书的数字化改造为主要思路，针对用户的信息化学习环境深度改造了传统教科书的呈现形式，在内容设计上注重教材整体及资源的交互性。对比我国人教版《化学》九年级上册知识内容相近的物质及元素课题，HMH《科学维度》6—8年级模块J化学第一单元的数字资源数量更为丰富且交互类资源占比较高（如图2）。

（二）对用户进行细分及关联，促进多元场景融合

《科学维度》数字教材重视学习环境的创设。在用户角色上，HMH为教师和学生两种账户设计了精细的权限及内容区分（见表1）。在使用场景上，《科学维度》数字教材及资源的设计较为开放，兼顾线上、线下融合教学的使用需求。例如，在平台上既提供交互型数字教材也提供可以下载打印的纸质教科书的PDF文本，在资源模块为学生提供了与线上数字教材配套使用的线下教学活动或课后自主学习的参考素材，在功能模块为教师提供了能灵活调用教材内外资源的作业定制系统等。

（三）利用技术工具，引导科学素养融合

科学素养是全世界科学教育的共同目标。美国在2011年颁布了《K12 科学教育的框架 ：实践、跨学科概念与核心概念》，并于2013年颁布了《下一代科学标准》（下文简称NGSS），将科学素养进行解构，构建了将共通概念、学科核心概念、科学和工程实践三个维度横向关联并通过表现期望进行融合的科学课程体系[10]。《科学维度》是依据NGSS编写的教科书，以解决实际问题的工程主题为线索进行单元设计，在单元内以现象为锚落实学科知识，在对主题的整体安排上具备进阶性和跨学科特征[11]。

为更好地体现教科书设计意图，《科学维度》数字教材利用技术手段在教科书和课程标准两个层面进行学科关联和素养落实。在教科书内容页面层级中，数字教材通过增加交互提示实现具象化的跨学科知识技能关联。比如，在科学讨论或自主研究的表述环节提示“此处涉及语言写作技巧”，在实验数据处理环节提示“此处涉及数学计算技能”。在数字教材平台层级，HMH提供了NGSS索引工具，明确教科书单元主题在NGSS的表现期望。借助NGSS中的共通概念、学科核心概念和科学工程实践这三者在横向（不同学科）和纵向（不同年级）间的知识结构化整合，以课程标准为线索，实现教科书不同位置的教学活动与课程标准多维进阶要求的双向快速匹配，充分发挥教科书作为教学工具落实课程标准的作用。

（四）丰富视听兼顾特殊群体

《科学维度》数字教材中全部文字具备语音朗读功能，并在平台上为重要知识词条提供不同语言版本的词汇注释，甚至部分数字教材具备法语、西班牙语版本。这些技术处理观照了有阅读障碍的残疾学生、非英语母语学生等特殊群体，使其兼顾美国州政府保护特殊群体的法律义务。然而，这些技术处理都比较浅显，没有对特殊群体的使用需求进行有针对性的功能优化，且对于非特殊群体用户的使用影响有待评估。

值得注意的是，HMH在数字教材中提供的资源多为基于教科书原有环节的交互转化，除增添作答提示或教学提示外，资源内容与教科书基本一致，并未进行补充延展。我国数字教材中常见的高质量教学资源，如物理、化学、生物等自然学科中对实验的实拍视频资源，在《科学维度》数字教材中并未出现。这类资源可以针对常规教学中的痛点、难点切实填补不同区域教学资源的“数字鸿沟”，但无疑研发难度和制作成本高出很多，体现出我国对教育公平更深层次的关注与投入意愿（如图3）。

三、对我国数字教材建设的启示

为落实立德树人根本任务，我国的新时代教科书建设面临全球化、信息化等多项挑战，需要在教科书建设上丰富形态、大胆创新[12]。本着融通中外、取长补短的目的，本文简单探讨HMH数字教材对于我国数字教材建设的启示。

（一）重视教科书本体在信息化教学场景的适切呈现

信息技术正改变着我们的学习方式和习惯，学校主课堂教学逐步脱离纸质教科书向以教师课件为脉络的方向演化，而作为教育主体的学生完全成长于移动互联网时代，学习方式已经发生转变。以多场景、多终端常态化应用为预设的教科书数字化是大势所趋。

当前，国内数字教材的整体设计仍以数字资源的附加为主要思路，内容上注重为纸质教科书提供延伸和补充，但呈现形态上偏向于在信息化环境中模拟用户对纸质教科书原有的使用习惯，更像是将纸质教科书和原先以光盘、磁带为载体的教材配套多媒体资源直接搬家，对教科书本体的数字化设计欠缺。教科书本体是数字化呈现的中心环节，需进行适度、适切的设计和改造，避免让用户觉得数字教材不易用、不好用、不会用。纸数融合的数字教材需要做到与呈现载体、数字化资源的双相深度融合（如图4）。

2022年4月，《数字教材 中小学数字教材出版基本流程》《数字教材 中小学数字教材元数据》《数字教材 中小学数字教材质量要求和检测方法》三项国家标准联合发布，并将于2022年11月起正式实施。数字教材的边界已逐步明晰，如何在符合教科书及数字教材双重标准的前提下，在保障教科书主体不被遗漏、曲解的同时，做好教科书本体的数字化形态改造，将是我国数字教材整体设计的难点及重点。数字教材只有深度挖掘教科书本体内容，实现教科书创设的教学脉络在信息化教与学等不同场景的适切性呈现，才能适应教科书在信息化时代的使用需求。

（二）以融通的视角推进数字教材在教学生态中的关联应用

教学环境是复杂的生态系统。在实际教学的复杂生态中，线上、线下必然是融通的，师生之间的教学活动是高度交互的。当前国内数字教材对教学应用的预设视角相对孤立，欠缺角色、资源、功能间基于复杂教学场景的设计与关联。如在用户层面，可考虑为教师备课提供学生视角切换，或针对学生自主学习搭建支架引导;在内容上，可增加对同一资源精细化的用户区分设计;在使用场景上，除提供狭义信息化教学中可使用的数字资源，还可考虑数字教材作为平台工具如何在多元教学场景中发挥更重要的作用。数字教材应发挥以教科书为核心的平台工具属性，以多元融合、开放共通的视角研发功能和设计内容，使师生能够在复杂的实际教学场景中以互相配合、共同使用等多种方式灵活选用教科书配套资源。

为推进常态化应用，在内容设计层面需以纸数融合的“大教材观”整体设计教科书体系，将纸质载体与信息化载体在教学活动设计时合并纳入常态化教学手段进行考虑，避免数字教材因后置式研发沦为纸质教科书数字资源补丁。在功能设计层面，应关注如何帮助师生以简洁、方便的手段实现教科书在多元教学场景中的使用需求。例如，当前教师已形成以课件授课为主的课堂教学习惯，数字教材可关注如何将教科书及配套资源融入此类教学场景，帮助教科书更好地适配信息化环境下的课堂[13]。功能研发应将关注点从技术转移至用户，避免落入为使用技术而研发技术的怪圈。若自行创设新的信息化场景，试图让教师改变授课习惯、更换授课工具或迁徙备授课环境，则容易水土不服，难以融入原有的教学生态。

（三）搭建多层框架，助力课程改革下的素养落实

近年来，我国的育人目标逐渐由知识传授变为以学生为主体的核心素养培养[14]。2017年颁布的高中课程标准提出了培养学生包含关键能力、必备品格、价值观念诸要素的核心素养的教学目标。2022年颁布的义务教育课程标准也以素养为本，通过增设10%课时跨学科主题学习活动等方式，引领新一轮的课程改革。对此，教科书面临如何设计可执行的跨学科、项目式课程的挑战，一线教师也面临如何有效组织、落实教学实施的困境。这对教科书的数字化而言既是挑战也是机遇。

数字教材相较于传统纸质载体具备先天的整合优势，其平台化的技术形态也便于对课堂活动进行支撑与引导（如图5）。与美国已经在NGSS中进行了跨学科整合关联不同，当前我国的课程标准仍是分科体系，但科学类学科在最新的义务教育课程标准的素养层面基本实现了学科观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任的维度整合。据此，数字教材可在技术架构层尝试以课程标准为框架打破学科壁垒，以素养为脉络支撑前端教科书与资源的关联调用，并辅以课程标准中能力水平要求与教科书章节关联的工具，帮助教师构建知识图谱、明确教学目标、厘清教学脉络。

由于学生很难自发地将零散学到的知识进行关联和整合，在教材内容层面，数字教材可在教科书前端通过提供具体知识与技能间的提示与灵活跳转搭建学习支架，并通过跨学科数字资源与工具的调用落实学习活动的开展，促进知识的结构化整合[15]。

在教学活动实施层面，数字教材可利用课堂教学系统与学习空间，支撑项目式教学中建立项目群组、发布活动任务、教师群组协同合作、学生群组分享和交流、学习过程的保留与评价等教学模式，利用技术手段引导传统教学模式向问题导向、综合实践的新型教学模式转型。

（四）技术赋能，拓展教科书的社会价值

我国教科书与一般出版物或学习资料不同，是国家事权与社会价值的体现。数字教材作为教科书的数字化版本，同样肩负着这份使命。在新冠肺炎疫情灾区线上教学、教育扶贫工程中，数字教材通过地区捐赠等方式发挥了重要的社会价值。在传统主课堂之外，我国还存在特殊教育学校2000余所，在校生90余万。数字出版可以突破传统纸质载体的局限，利用信息技术帮助特殊学生群体跨越原有学习模式中的障碍，以缺陷补偿的方式提供辅助教学[16]。教科书出版社在为聋校、盲校、培智学校编撰特殊教育教科书时，可考虑将特殊教科书数字化，或在普通数字教材中增加为特殊教育设计的资源或有针对性的辅助功能，加强数字教材内容功能与特殊教育需求结合的实践研究，推动教科书的社会价值融合。

注：本文系人民教育出版社课程教材研究所“十三五”课题“跨学科视角下的化学教材设计研究”（项目编号：KC2020-005）的阶段性研究成果。

参考文献

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[13]谢明阳.信息化环境下化学核心课程资源的定位与研发——以人教化学数字教材实验视频的研发为例[J].中小学数字化教学，2021（8）：10-15.

[14]杨志成.面向未来：课程与教学的挑战与变革[J].课程·教材·教法，2021（2）：19-25.

[15] National Research Council. A Framework for K12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas[M]. Washington， DC： National Academy Press，2012.

[16]完亚婷，胡水星.全纳教育视角下的国内特殊教育信息化发展研究述评[J].现代远距离教育，2020（4）：90-96.

（作者谢明阳系人教数字出版有限公司数字教材事业部高级编辑;王维臻系人民教育出版社中学化学编辑室高级编辑）

责任编辑：牟艳娜