基于智媒技术的“四新”云教材建设方法研究

汤杨

［摘要］教材是“四新”人才培养的重要载体。文章探讨了“四新”云教材建设的必要性，以需求为导向分析了“四新”云教材的建设内容，提出以知识图谱为媒介建设“四新”云教材并凝练了其特点。结合相关案例，文章介绍了云教材建设的具体方法，以期为“四新”云教材建设提供借鉴。

［关键词］知识图谱；“四新”；云教材

教材是人才培养的主要载体，是教育教学改革的重要展示渠道。“四新”教材具备思维前瞻性、技术前沿性、应用智能化、内容融合化等特点。随着人工智能、大数据、云计算等智媒技术的发展，传统教材显然已无法满足“四新”人才培养需求，相关主体转变理念与思路全面推进“四新”教材智媒化转型是教材未来发展的重要方向，因此，文章在智媒化背景下研究高校“四新”云教材的建设具有重要的意义。

“四新”建设高度依赖信息化和智能化手段，注重学科交叉融合，是一项复杂的系统性工程，“四新”教材服务于“四新”人才培养。那么，“四新”教材建设应该包含什么内容？如何融合已有的“四新”教育资源？“四新”教材应该具备哪些特性？这些问题亟待高等院校及科研院所等学科建设相关主体深入研究探索。文章在系统梳理“四新”建设特征的基础上，探究“四新”云教材的内容表征、知识组织方式、教学应用等，提出基于知识图谱的“四新”云教材建设路径，以期让“四新”云教材为“四新”建设和“四新”人才培养提供助力。

一、“四新”云教材建设的必要性

教材是学生学习新知识的重要载体，传统的纸质教材，知识更新速度慢，且内容固化，不能够实时进行更新。在智媒技术飞速发展的今天，知识传播的速度和更新的速度加快，传统的纸质教材显然已不能满足学生快速获取新知识的需求，而“四新”云教材借助智媒技术可以实现知识智能推送和检索，能够帮助学生快速厘清相关知识脉络，而这点恰好是“四新”建设的基本要求。因此，“四新”云教材建设有利于“四新”建设目标的实现。

2019年10月，教育部启动一流课程建设“双万计划”，即建设1万门左右国家级一流课程和1万门左右省级一流课程。2020年11月，教育部公布首批国家级一流本科课程认定结果，共有5116门课程入选。前两批共认定10866门国家级一流本科课程。同时，各省也根据办学需要认定了省级层面的一流本科课程，以浙江省为例，截至2022年，浙江省已经认定6184门省级一流本科课程。在一流课程建设中，各门课程都储备了大量的课件、MOOC、微课、微视频、试题库、案例库等智能化教学资源，但如何对这些资源进行合理配置、有效利用，尚无成熟的研究。“四新”人才的培养也亟须“四新”教材这一重要的教学工具。2022年，浙江高等教育学会公布浙江省普通本科高校“十四五”首批新工科、新医科、新农科、新文科重点教材建设立项项目，共包含745部“四新”教材，但是截至目前还没有“四新”云教材建设标准可供参考。

在高等教育“四新”建设新背景下，“四新”云教材的“智媒化”有了新变化，如智媒知识量明显增加，学生的交互性和体验感明显优于传统教材，这有利于知识更好地传播和学科的交叉融合。在内容方面，“四新”云教材应及时整合学科前沿技术，顺应未来经济和社会发展的总体趋势，促进学科之间的交叉融合。在知识服务方面，“四新”云教材要实现知识点的智能AI推送，并在形式上体现“智媒化时代”的技术特征。在资源建设方面，“四新”云教材要融合各类已有的数字化教学资源。在互动方面，“四新”云教材要体现全过程学习行为精准跟踪和学习过程的可追溯等特征。

“四新”建设的特征就是依赖信息化和智能化手段，针对“四新”云教材的出版，相关主体还须借助信息化和智能化的技术手段，充分利用人工智能、大数据、云计算等技术对传统教材进行改造［1］。相关主体以知识图谱为媒介建设“四新”云教材可以帮助学习者有效梳理交叉知识和跨学科知识，并有效利用智慧化教学工具，对学习成效及时进行科学的评估和评价，从而满足“四新”建设对教材使用的前瞻性、前沿性、智媒化的需求。

二、“四新”云教材的建设内容

云教材是一种新形态的智能立体化数字教材，以符合国家课程标准的文字以及富媒体内容为基础，按国家数字教材标准，利用云计算、大数据、人工智能等技术，打包、封装而成的教材［2］。云教材因基于智媒技术的特点与“四新”人才培养相契合，云教材与传统教材最大的区别在于，其促进了学科交叉融合。云教材与“四新”结合形成“四新”云教材，是基于知识图谱的新一代自适应数字化教材，在内容、知识服务、形式、資源建设和互动上实现了“智媒化”，有利于实现教材、课程和教学的有机融合，实现线上线下一体化教学，其建设内容如下。

（一）交叉融合的知识体系

“四新”建设的主要内容是工科、医科、农科、文科知识的交叉融合，其对人工智能的依赖性很高，工医、工农、工文中信息技术是主导，智媒技术是实现信息化的主要手段。基于这些特征，“四新”建设的知识收集、组织、传播、创新、共享与评价等都将发生变化。如何进行有效的知识融合、序化和创新构建知识体系是相关主体在“四新”云教材建设中不容忽视的问题。

“四新”建设强调学生知识的全面性、实用性和交叉性，这就要求学生在掌握本专业知识的同时也要学习自然科学、人文科学、社会科学等相关知识，同时还需要具备国际化的视野、跨文化的沟通能力和终身学习能力。由此，“四新”云教材的内容需要涵盖数、理、化、文、史、哲等知识体系。借助大数据、移动互联网、云计算、人工智能等智媒技术，“四新”云教材能够实现跨时空、跨文化、跨地域的知识共享。

新工科侧重于学科前沿技术，尤其是人工智能相关的学科交叉内容，因此相关主体需要构建全新的知识体系与课程体系［3］。例如：新农科融合人工智能技术，形成智慧农业、智慧林业、智慧渔业等，服务于乡村振兴和生态文明建设；新医科注重从治疗为主转为康养为主的多学科和跨学科的知识交流与整合，推动“医文、医工、医理、‘医+X交叉学科支撑的医学教育新模式”的专业重构和知识体系重塑；新文科建设面向国家重大需求和经济主战场，强调哲学社会科学与马克思主义理论和大数据、人工智能等学科深度交叉融合，包括工科与文科融合、医科与文科融合、农科与文科融合。

（二）问题和人本导向的知识内容

教材是“四新”人才培养的重要载体，以学生为中心的“四新”云教材应该包括哪些内容才能满足学生对交叉学科知识的自适应学习需求是一个新课题。“以学生为中心”要求“四新”云教材的内容必须紧扣时代和社会的需求，能够有效帮助学生开展探索性、实践性和创新性的学习活动，帮助学生在学习的过程中打破学科专业的壁垒，成为交叉人才和拔尖创新人才。

现代知识以问题为导向，是在应用情境中产生的。事實上，“四新”建设在问题导向和应用情境下已经有着广泛的交集，如：新工科的前沿技术应用问题以及工业生产中的生态、环保和可持续发展问题等涉及工业生产的关键问题；新医科中手术机器人、智能家庭医生等涉及伦理的问题；新农科中智能农业的新技术问题等。新工科与新农科面向科技前沿，在智慧农业、农业大数据、农业智能装备等领域难分彼此；新农科与新文科面向经济主战场，在休闲农业、农业经济学、森林康养与乡村旅游等领域联系紧密；新医科与新文科在生命伦理学、健康管理、医院管理、人文医学等领域息息相关；新医科与新工科在人工智能与健康大数据应用、智能医学诊疗、康复智能器具等领域展开紧密合作。

（三）课程思政融入课程内容

教材的建设必须要体现党和国家的教育方针。党的二十大报告提出“加强教材建设和管理”，这是党的代表大会报告首次对教材工作作出明确指示，表明了教材建设国家事权的重要属性［4］。教育部要求教材必须贯穿于人才培养的全过程，课程思政必须要进教材。对高等学校而言，教材的编写、遴选和使用本身就是课程思政内容的一部分，因而在教材的编写过程中，相关主体必须融入课程思政内容。“四新”云教材的特点是“智媒化”，相关主体要立足科技创新，注重学科交叉融合的内容，构建科学合理的课程思政体系。因此，“四新”云教材的内容除了课程知识，还必须包含能够帮助学生树立科学观，塑造正确的世界观、人生观、价值观的内容。

三、“四新”云教材知识逻辑梳理路径

“四新”基于信息化、智能化和学科交叉的特性，为学习者提供了海量的学习资源，这些资源具有知识点多且分布广泛、理论抽象性强、实践应用广泛、前瞻性高以及涉及知识面广等特点。但同时，多样化的学习资源使学习者在选择学习内容、学习方式以及如何快速获取所需知识等方面面临一定的挑战。《教育部办公厅关于组织开展战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设工作的通知》指出，要编制专业核心教材知识图谱。知识图谱可以将碎片化、分散式的教育资源与相关实体关联，并构建一张巨大的语义网络，具体知识点的逻辑结构关系包括整部、属种、递进、依赖、共生、互斥等，相关主体借助知识图谱将这种逻辑关系进行可视化呈现，可以帮助学习者快速有效地选择和判断学习内容，厘清学习思路。这种知识的组织方式有助于“四新”云教材知识逻辑的梳理。

知识图谱构建的核心原始语料，以及基于这些原始语料形成的知识图谱的云资源包，可以作为“四新”云教材的智能化教学资源，如MOOC微视频、相关电子教材资源等。相关主体将这些资源进行合理的整合、利用，不仅改变了数字内容的呈现方式，而且丰富了教材内容。基于知识图谱的云教材知识获取显然符合“四新”的知识点多、知识交叉、智能化和信息化的特点。

四、“四新”云教材的特性

“四新”云教材以学习者为中心，以实现泛在学习、智慧推送、立体交互、全程跟踪、过程可溯为目标，能够满足学生移动、自主、沉浸式的学习需求。基于知识图谱的“四新”云教材具有以下十个特性。

第一，系统性。基于知识图谱的“四新”云教材知识体系是一个系统性的结构，它把相关知识按逻辑结构关系组织起来，使学习者能够更好地基于自身的知识掌握程度进行系统性的自适应学习。

第二，完整性。基于知识图谱的“四新”云教材知识体系除了包括课程本身的知识，还包括交叉学科知识，是一种完整的交叉知识体系，能够方便学习者全方位地理解和掌握知识性内容。

第三，可视性。基于知识图谱构建的可视化的“四新”云教材知识体系结构，包括能力层、问题层、知识层、教学资源层，其中每个知识点的知识点画像、知识点学习路径、知识点详细信息都能以可视化的方式呈现。

第四，多元性。基于知识图谱的“四新”云教材提供包括知识图谱搜索、知识漫游、知识管理、学生掌握度分析等AI课程基础应用。

第五，可拓展性。基于知识图谱的“四新”云教材知识体系应具有可拓展性，知识图谱的构建方式决定了当知识体系形成某细分领域知识图谱后可在此领域内快速拓展；知识抽取具有递进性，依赖上下层之间的逻辑关系，因而，不同领域间的知识图谱也具有一定的拓展性。

第六，可交互性。基于知识图谱的“四新”云教材应该便于学生开展交互式学习，“四新”云教材除了包含MOOC、微课、微视频等智能化教学资源，还包括习题库、案例库和测试题库。“四新”云教材将教学内容与练习、测试等设置在一个场景中，能够助力学生实现高效交互学习。

第七，可记忆性。基于知识图谱的“四新”云教材知识体系应该具有可记忆性。“四新”云教材借助知识图谱，可以精确、完整地记录学生学习的点触行为，并在云端形成学习行为轨迹，通过大数据智能分析形成智能学习报告。

第八，可解释性。基于知识图谱的“四新”云教材知识体系应该具有可解释性。“四新”云教材具有完整的知识结构和体系，可以弥补机器学习的不足，与传统教材不同，其能够将学习者的问题与已有的答案相连接，为学习者提供解释性的信息来源。

第九，可推理性。与传统教材相比，基于知识图谱的“四新”云教材的目录是可视化的知识域的映射地图，映射地图节点之间的逻辑关系能够体现知识点之间的演进过程，各节点通过人工智能的决策判断，推送相关的知识。

第十，可实践性。基于知识图谱的“四新”云教材知识体系应该具有可实践性，通过图谱推送和路径推荐帮助学习者系统梳理课程的理论知识，通过智媒技术手段培养学习者的实践能力。

五、“四新”云教材建设实例

文章以工程材料与成形技术课程为例，探究“四新”云教材的建设方法。

（一）教材定位

工程材料与成形技术是机械设计专业最重要的一门专业基础课程，一般开设在大学一年级，是机械设计专业本科生初次接触专业知识的入门课，学生在学习过程中可能存在专业知识和實践能力不足的问题。这要求该课程的云教材内容必须做到理论与实践相结合，体现云教材的综合性、应用性与实践性。在此基础上，相关主体确定了该课程云教材的定位是培养机械设计专业本科生掌握工程材料的基础知识，能够根据材料的不同性能选择和用好材料，教材适用于培养高技术应用型人才的应用型本科高校。

（二）内容的选取与呈现

工程材料与成形技术课程云教材涉及机械、材料、冶金三个一级交叉学科，包括认知模块、实践模块和拓展模块。其中：认知模块包括工程材料的基础知识、金属和非金属材料的应用；实践模块包括铸造、锻压、焊接等成形工艺，以及一系列材料综合应用的分析计算和与之有关的数学、力学、化学、材料学、控制学等方面的基础知识；拓展模块包括拓展项目和竞赛等实践。工程材料与成形技术课程云教材内容主要是认知模块和实践模块方面的内容，其实现了科技与人文的融合，将理论知识中蕴含的哲学认识论和方法论、价值观、科学观、美学等要素，以及科学精神融进教材。在纸质版教材出版中，相关主体设置了13个章节，内容虽然经过了删减，但是篇幅依然较长。工程材料与成形技术课程云教材采用了两种结构呈现方式：一种是原有纸质教材的知识点和结构框架，使教材的主干更为简练，知识结构更为清晰；另一种是以知识图谱的方式实现教材的立体化构建、多角度呈现、多媒体融合，体现知识点的逻辑性与结构性。为了便于知识图谱的呈现，相关主体将13个章节分成了认知模块、实践模块和拓展模块，各模块按知识图谱的逻辑关系进行设置，最终形成了知材、懂材、用材的知识体系。同时，工程材料与成形技术课程云教材融合了虚拟仿真内容，增加了知识点互动性习题数量，设置了较多的交互式内容，有利于学生导航式自适应学习的开展。

（三）智能化资源的整合和利用

工程材料与成形技术课程的外部资源包括1门国家级一流课程、2个国家级虚拟仿真实验项目，引用国家级一流MOOC课程资源14个，国家虚拟仿真资源3个。其内部资源包括自建省级一流课程工程材料与成形技术MOOC教学资源和MOOC微视频62个、试题364道、随堂测试题145道、案例37个、非视频资源142个、拓展资源62个、期末题库242道等。自建工程材料与成形技术知识图谱资源共100个知识点、230个教学资源、视频动画86个、PPT课件48个，其他各类资源96个；自建工程材料与成形技术SPOC个性化学习资源共232个。工程材料与成形技术的MOOC、知识图谱和SPOC数据互通，MOOC和SPOC中链接知识图谱，知识图谱智能配送知识点相关资源约1万余个。在工程材料与成形技术课程云教材编写中，相关主体将这些教学资源依据知识图谱的逻辑关系进行合理配置、无痕融入，能够丰富教材内容。学生以知识图谱为导航，通过头脑风暴、案例分析、形象化的虚拟仿真等多种交互手段，能够实现高效学习。

六、结语

“四新”建设是我国为了应对未来新一轮科技和信息技术革命的必然选择，“四新”云教材作为知识的载体，必然在“四新”建设及其高层次人才培养中起到关键作用。目前，“四新”云教材的编写和出版尚在探索和完善中，还没有形成标准，但在“四新”云教材的建设过程中，相关主体必须要拥抱智能时代，通过应用智媒技术加快教材的数字化转型。“十四五”期间，“四新”建设仍将是高等教育的重点内容，相关主体通过知识图谱将教材、课程、教学有机融合，能更高效地服务于我国的“四新”人才培养。

［参考文献］

［1］胡玉玺，云柏凝.大学“四新”教材出版的兴起及其智媒化转型思考［J］.科技与出版， 2022（07）：107-116.

［2］商桑.数字中国背景下专业升级和数字化改造路径研究［J］.中国教育信息化，2022（10）：11-17.

［3］蔡红霞，刘丽兰，王小静.智能制造新工科专业建设探索［J］.教育教学论坛，2019（20）：107-110.

［4］高嘉骐，刘千慧，黄文彬.基于知识图谱的学习路径自动生成研究［J］.现代教育技术， 2021（07）：88-96.