论数字化教材的基本特征与开发原则*

费建光，刘世清

(1.湖州市第十一中学，浙江 湖州 313000；2.湖州师范学院 教师教育学院，浙江 湖州 313000)

尼古拉斯·尼葛洛庞帝(Nicholas Negroponte)在他的《数字化生存》一书中指出，数字化不仅是一种技术，更是一种生存方式。数字化给人类带来一种全新的学习、生活和工作方式，我们已经走进了数字化生存时代。以教学活动为例，数字化教材已成为教师和学生进行数字化学习的重要媒体，也成为新课程改革实现突破的有效途径，国家期望通过对数字化教材建设的宏观指导来实现教育质量的快速提高。早期数字化教材的功能局限于呈现内容的数字化，既没有超越数字阅读的需求，也没有为数字化教学提供支持[1]13-20。当前数字化教材的研究和实践主要集中在功能设计与技术运用等方面，仍然存在内容缺乏总体设计、过度炫耀数字化技术、不能满足学生的个性化需求、学习工具对学习支持不足、学习活动相对单调、深度交互不足等问题。同时，还缺乏对数字化教材特征和设计开发原则等的深入研究，没有把信息技术、教育理论与学科知识有机融合，开发出真正意义上的数字化教科书[2]19-25。在数字化教材研究与实践的现状中发现问题，从数字化教材的内涵与类型分析中探寻它的基本特征，进而挖掘数字化教材的设计开发原则，并用这些原则去指导数字化教材的开发工作，在理论与实践上具有迫切性，且意义重大。

一、数字化教材的内涵与类型

数字化教材的内涵本质规定了数字化教材的基本特征，而对数字化教材类型的精准分析与刻画，既有利于凸显数字化教材的特征，又便于我们对这些特征进行研究、梳理与表达。

(一)数字化教材内涵的本质

由于学者们学科背景的差异，对数字化教材内涵与本质的探寻往往具有不同的视角，便出现了诸如数字教材、电子教材、电子书包、电子课本、数字课本、电子教科书、数字教科书等不同的名称。目前还没有一个被大家认可的或公认度高的统一名称，影响了学界对数字化教材本质的深入认识与把握，需要在深入分析众多概念、内涵的基础上，进行辨别与去伪存真的研究。

罗蓉认为，电子教材是以印刷教材为依据，以信息技术为工具开发的具有文字、声音、图形和图像等要素、整合课件与网页的教学软件[3]75-78。陈桄等从电子教材开发的视角出发，认为电子教材是一种遵循学生阅读规律、利于组织学习活动、符合教学目标要求、按照图书风格编排的电子书或电子读物[4]28-32。庄科君等认为，电子教材是依据教学大纲，以信息技术为工具开发的、有助于教师和学生开展课堂教学活动的、系统化多媒体教学材料[5]21-24。毕海滨则认为，数字化教材是指符合国家课程标准，在纸质教材内容的基础上，嵌入丰富的教育资源，能够在多种媒体上运行的一种新型数字化产品[6]13-15。吴永和等认为数字教科书是集中了学校教学和学习领域的数字化教学资源，将教学需要的教材、教辅、工具书等按照科学的结构整合而成的综合教学资源包[7]17-28。

由上可见，学者们从不同的角度认为数字化教材是教学软件、电子书、电子读物、多媒体教学材料、数字化产品和教学资源包等。这些观点有其合理性，但也有失偏颇。对数字化教材的界定应该把握以下三点：一是明确数字化教材的最本质特征是“教材”，是一种新型的、以数字化形式呈现的教材，它不是电子书，也不是一般意义上的数字化产品。二是突出技术支持下的新型教学的特点和需求，比如各类支持学习的工具、学习平台等。三是遵循数字化学习材料的视觉特性和学生的认知心理规律。因此，在借鉴学者们研究成果的基础上，从数字化教材的教育功能、使用对象和信息技术特点出发，我们认为数字化教材是以印刷教材的知识体系为框架，依据教学设计的理论与方法，以提升学生学习绩效为目标，对知识内容进行科学设计，充分体现信息技术多媒体性、交互性、智能性和开放性等数字化特征的新型教材。

(二)数字化教材的类型

数字化教材自产生以来，其形态与功能随着技术的进步而不断变化，使得数字化教材产生各种各样的分类方式。胡畔提出的数字化教材有三种发展形态：静态媒体数字化教材、多媒体数字化教材及富媒体数字化教材[8]93-98+106。按使用对象可分为课堂教学型、自主学习型数字化教材；按传播形态可分为离线型、在线型数字化教材；按交互与智能化程度可分为导航型(无交互)、交互型、智能型数字化教材等。而按内容呈现的形式可分为文本型、文本图片型、多媒体超文本型和虚拟环境型数字化教材。本研究主要在此种分类的基础上对数字化教材的类型加以剖析。

1.文本型数字化教材

20世纪80年代，随着Windows和Word软件的推出，文字处理技术逐渐成熟，便于把印刷教材转换成Word文档，方便了印刷教材内容的后期再使用。它主要强调印刷教材内容的数字化转换与呈现，成为数字化教材的最初形式。这类数字化教材制作简单、携带方便、转换容易、成本低廉，在教学中便于使用与推广，是最早出现的纯文本型数字化教材。

2.文本图片型数字化教材

到20世纪 90 年代后期，多媒体技术与网络技术的出现促进了数字化教材的发展。数字化教材在文本内容的基础上，主要以图形、图像等静态媒体作为知识内容的主要呈现形式，克服了纯文本呈现知识内容形式比较单调的缺陷。这类数字化教材具有检索方便、更新及时、易于传播等特点，尤其适合人文社科类文献的数字化存储、检索与阅读。但由于媒体形式简单、缺乏交互性，文本图片型数字化教材在知识呈现及使用体验等方面相对于纸质教材并无明显优势[8]93-98+106。

3.多媒体超文本型数字化教材

进入21世纪，随着互联网与多媒体技术的进一步发展，人机交互日渐成熟，出现了基于HTML/Web页面的多媒体数字化教材。HTML由于具有超文本特性和多样的交互性而受到学生的喜欢。此类教材能够支持丰富的动态媒体和灵活的排版布局，可便捷地应用于各类网络教学平台，有效支持在线协作学习与网络教学[8]93-98+106。

4.虚拟环境型数字化教材

运用虚拟现实技术可以构建虚拟教学情境，为学生的学习提供近乎真实的学习环境，以增强学生学习的真实感，丰富学生的学习体验，促进学生的有效学习，提高学生的获得感。数字化教材构建的虚拟教学环境为知识的表达、推送、检测提供了众多的方法与路径，也能记录和分析学生的学习过程。教师可通过对学生课程学习情况、测评结果等的实时记录，进行实时评价，并能为学生提供个性化的学习方案，有效开展个性化教学。

二、数字化教材的基本特征

从教学功能上来讲，数字化教材应该具有媒体操作、记笔记、屏幕录制、写作业和教学管理等功能；从学习支持工具方面来看，其应该具有学习导航、书签标记、内容搜索、自动测评、语音识别、虚拟学具等功能。数字化教材的特征可以从其类型、功能、呈现方式、学习工具和交互等不同的角度加以挖掘与提炼。我们综合各类数字化教材的本质内涵与特性，可以从知识表达、界面呈现和技术支持三方面来阐述数字化教材的基本特征。

(一)数字化教材的知识表达特征

知识是数字化教材的核心要素，是教学活动开展的依据。知识有其自身的特点，其系统性、框架性等重要特征在印刷教材中能得到充分体现。数字化教材中的知识可通过信息技术实现动态更新和在线共享，知识的表达能够充分利用多媒体特征实现知识的可视化。

1.知识内容的选择体现国家意志是数字化教材的首要特征

印刷教材的内容选择和编排以课程标准为依据，在开发过程中，教材开发者已经充分考虑了教学活动的规律性，考虑了学生的认知特点及教师的教学策略等多种因素，并且经过众多专家的严格论证，在教学实践中经历了长时间的实践检验与完善，形成了较为科学的教材体系框架。因此，数字化教材的开发也应以印刷教材的内容框架为基础，遵循印刷教材内容的逻辑体系，按照教学顺序、学科特点及教师的教学实际来开发数字化教材[6]13-15。但如果仅仅是将印刷教材内容进行数字化，那就失去了开发数字化教材的意义。数字化教材知识内容的选择在“国家定义”(即体现国家意志、反映社会主流文化、满足教育实践需要)的基础上，显然还有“个人定义”(即知识的动态生成性、共享性和个性化需求)的特征与可能性[9]39-41。可以说数字化教材既要遵循印刷教材的内容框架、教学理念，保持印刷教材的严肃性、原则性、系统性和科学性，还要将相关教学资源、学习工具和作业设计等综合地呈现在师生面前[6]13-15。

2.知识内容的动态更新和开放性是数字化教材的第二个特征

印刷教材由于受到容量和表达形式的限制，知识内容的更新比较困难，呈现的内容数量也受到限制[10]60-67。因此，数字化教材要想达到优质教材的水平和要求，知识内容的呈现状态必须有所突破，实现动态更新与充分共享。同时，数字化教材还应对教师、学生进行开放，推动实现教学资源和学习经验的师生共建共享。

3.对知识内容进行可视化表达是数字化教材的第三个特征

用文字、语言来表达的知识是线性的、抽象的，学生不易理解；而用多媒体可视化的形式来表达的知识内容是立体、多维的，也是具体、形象的，学生容易掌握。当知识需要通过多媒体来存储、呈现和传播时，可视化便成为一种重要的形式和途径。数字化教材的知识可视化“将多种媒介恰当地利用起来，形成集文字、声音、图像和动画为一体的可视化信息表征方式”[11]8-12。也就是说，数字化教材中知识表达的可视化是可行的，知识表达的重点是既要基于学生的经验，又要符合源于印刷教材的可阅读性和可教学性，使数字化教材成为既能有效教又能有效学的教材。

(二)数字化教材的多媒体界面呈现特征

数字化教材呈现知识内容的基本单元是多媒体界面，它具有自己特有的结构特征和视觉特征。所以，数字化教材的开发应该建立在界面结构特征、浏览视觉特征和阅读行为偏好等基础之上。没有以多媒体界面结构特征、视觉特征作为指导而开发的数字化教材，就不能很好地体现多媒体界面的规律性，不能适应学生阅读数字化教材时的行为偏好，将会影响基于数字化教材的学习效果。数字化教材也就发挥不了应有的作用。

数字化教材的界面大多由文本—图片、文本—动画等多媒体元素构成。由基于文本—图片构成的多媒体界面的结构特征主要表现为：左图右文结构对文本而言是最优结构，对图片而言是最劣结构；上图下文结构对文本而言是最劣结构，对图片而言是最优结构；右图左文结构和下图上文结构，它们都没有明显的优势与劣势[12]99-103。由基于文本—动画构成的多媒体界面的结构特征主要表现为：对文本而言，上文下画结构是优先选择的结构形式；对动画而言，上文下画结构是最优结构，上画下文结构也是可以考虑选择的结构方式[13]118-122。左文右画结构和左画右文结构对浏览者都不具备吸引力。

在教育类知识内容组成的多媒体界面中，学生浏览这些界面时表现出的视觉特征主要有：教育类多媒体界面的第5区域为注视热区，第1区域为首次注视点最多的区域，浏览多媒体界面的视线轨迹大致为从左上角到右下角[14]61-64。这些特征为我们设计数字化教材的多媒体界面提供了指导与参考，成为科学安排多媒体元素的重要依据。

(三)数字化教材的技术支持特征

数字化教材需要信息技术的强力支持，如何实现适度而有效的交互、个性化的推送和智能测评，并拥有丰富的教学资源是数字化教材设计与开发的重点。其技术特征主要表现在数字化教材具有多样化的交互、智能测评与个性化推送等方面。

1.数字化教材支持多样化的交互

学习过程中的有效互动能够提升学生学习关注度和参与感，是保证课堂教学质量的关键。重视学生在问题解决过程中的参与度，给予学生更大的展示机会和成功的体验，可以提升自我效能感[15]134-138。数字化教材通过各种在线交互工具，可以让师生实现网上远程交流与互动，进行问题探讨与合作学习，有效实现师生间交互、学生间交互和人机间交互，从而构建丰富多彩的数字化学习环境[6]13-15。

2.数字化教材支持智能测评与个性化学习

数字化教材可以在大数据的基础上，通过智能导师系统、题库系统提供智能测评功能，教师可以随时考察学生的学习情况，进而选择合适的教学策略、调整后续的教学过程。学生也可以进行自测，了解自己的学习情况，便于进行反思与自我评估。基于数字化教材智能评估的测评结果，结合对学生特征、学习过程数据的分析，教师可以实现有针对性的教学内容推送和学习策略推荐，实现学生的个性化学习。

3.数字化教材拥有丰富的教学资源

相比印刷教材，数字化教材拥有丰富的教学资源，也是其一大特色。数字化教材配套的资源主要是以印刷教材的知识框架为基础，在相应位置放置各类图片、图形、图像和图标，实现教学内容的形象化、生动化呈现。同时，以超链接的形式获取数字化教材之外的相关资源，在满足个性化资源需求的同时，也丰富了数字化教材的教学资源，解决了印刷教材知识无法更新、信息容量小等问题。

三、数字化教材的开发原则

从纸质教材到数字教材的转变，不仅是教材的转变，更是知识观和学习理论的发展[16]1-7。如何开发数字化教材，是将数字化教材有效融入智慧课堂亟待解决的问题。数字化教材的设计与开发需要学习理论、教学设计原理的指导，需要符合学生的认知规律、知识的内在特点和教学规律，更需要符合多媒体界面结构特征和视觉特征的众多设计原则，以此为基础才有可能实现数字化教材的科学设计与开发。

(一)数字化教材知识内容的选择原则

众所周知，教材是教学活动实施的主要载体，是学生学习知识的重要介质，无论是印刷教材还是数字化教材，其内容的选取是最核心的。数字化教材知识内容的选择原则是内容框架遵循“国家意志”，内容扩展遵循“个人需要”。

教科书作为一种特殊的文本，是国家意志、民族文化、社会进步和科学发展的集中体现，是实现培养目标最直接的载体[17]92-97。国家作为国民教育的主体，关注教材传播的意识形态对学生的影响，事关国家、民族的统一和稳定[18]84-87。数字化教材具备与印刷教材一样的价值取向，即通过规范受教育者的知识获取来参与社会管理，有效传达主流意识形态，促进儿童、青少年的个性化和社会化[19]42-47。数字化教材中的知识信息是其存在的根本，而这些知识信息的框架是以印刷教材为基础的，强调知识逻辑上的系统性，体现国家的教育目标，凸显数字化教材的“国家意志”。

基于网络的数字化教材可以实现知识内容的扩展，这是数字化教材与印刷教材的重要区别。但这种知识的扩展具有关联性和开放性。关联性是指扩展知识要与主体知识之间具有关联特征，帮助学生建构系统的、完整的知识体系；开放性则指数字化教材的应用需要依托网络资源，为知识的扩展提供一个开放的平台环境[20]90-96。数字化教材知识内容的扩展主体是教师和学生，由于众多教师和学生的背景不同，他们对知识内容的扩展就会体现出无限的个性化。所以，数字化教材的知识选择，是知识的“国家意志”与“个人需要”的共存、共生，是双方达到和谐共处的一个动态过程。一方面，国家要运用信息技术确保数字化教材中知识的系统性、健康性和安全性；另一方面，信息技术的发展又使得满足“个人需要”的知识需要成为可能。数字化教材既需要印刷教材中知识内容的系统性、国家性，又需要教学资源的丰富性、扩展性，做到知识内容的系统性与扩展性并重。

(二)数字化教材知识内容的呈现原则

数字化教材中知识的可视化包含两方面：一是用图形、图像等多媒体来呈现知识内容，降低学习内容的抽象程度和学习难度；二是用绘制知识图的方法把知识内容间的内在关系可视化，帮助学生厘清知识间的相互关系，设计学习路径，实现知识结构的重构。

知识内容是数字化教材的核心，而知识内容的多媒体表达是其区别于印刷教材的根本特征，也是其存在并迅速发展的前提。所以，数字化教材中的知识内容要根据学生的特点、知识内容的特性进行多媒体化的呈现，并使知识内容的传授与学生的接受处在一个恰当的情境中，让学生顺利、多视角地在符合生活情境的状态下获取知识的本质，并在大脑中还原知识的原貌。数字化教材除了使学生的学习更加方便与快捷外，更要在信息呈现的广度与深度方面下工夫[21]80-86。

知识结构是一种以知识点为基本单位，对特定学科内容的结构化表征，因此也被称为课程知识图。通过绘制知识图可以帮助学生深入理解课程内容的内在逻辑关系，实现知识结构的内化与构建。以知识间关系的图示化为基础，根据学生的学习特点和认知规律，为不同学生设计一系列可能的个性化学习路径，使学生能够以多种路径切入学科内容知识，在宏观层面上提供多种学习方式的可能性。学习是一种被引导的过程，数字化教材不仅要提供适合学生自主学习的数字化资源，还要提供清晰的学习路径来引导学生的学习行为，满足交互学习与及时反馈的需求[22]107-112。可以设计差异化的学习路径、提供帮助说明、使用进度条或以其他形式展示当前的学习进度[23]27-33，使学生深刻理解知识点间的逻辑关系。所以，数字化教材知识内容的呈现在原则上要遵循“内容呈现实现多媒体化，知识结构实现可视化”。

(三)数字化教材学习工具的内嵌与运用原则

学习工具是数字化教材的重要组成部分，是支持自主学习和课堂教学的工具，应该具有较强的交互性与通用性。面向自主学习时，数字化教材通常以移动学习终端为载体，相应的学习工具主要有书签、目录导航、笔记记录、内容搜索、屏幕录制等；面向课堂教学时，主要有两类学习工具，即通用型工具和学科型工具，主要包括词典翻译、自动测评、语音识别、几何画板、虚拟学具等[8]93-106。可见，通用工具主要是教师在教学时使用的，学科工具既可支持教师教学，也支持学生的自主学习。不管是哪类学习工具都应该支持学习交互，为学生的深度学习、协作学习服务。

在传统教学中，印刷教材与教学环境是可以分离的，但数字化教材在传播知识的同时，它也是知识赖以传播的环境，其教材属性与环境属性是融合在一起的，是不可分离的。所以，为了增强数字化教材的适用性，就必须保持学习工具的通用化属性，以方便学生更快地适应不同类型、不同版本的数字化教材。数字化教材中学习工具的通用性主要表现在三方面：一是面向学生资源管理的学习服务工具，可以对学习内容进行组织管理，如学习内容的统计与分析工具；二是面向学生学习课程和学习计划的服务工具，如学习课程推荐、导学功能和课程学习计划工具等；三是面向学习结果和教师服务工具，如大数据分析和整合、教师备课工具等[9]39-41。由此可见，数字化教材中学习工具的内嵌原则是支持学习交互，学习工具的运用原则是实现操作的通用化。

(四)数字化教材界面的结构与设计原则

既然多媒体界面在结构和视觉方面有其特点与规律性，那我们在设计数字化教材的多媒体界面时，就应该遵循这些规律和特征，并且依据这些规律和特征提炼出相应的数字化教材的开发原则，来指导数字化教材的设计与开发。有研究表明，可以根据多媒体元素所表达知识内容的重要程度，把它们安排到恰当的区域，尽可能地符合浏览者的认知规律，实现多媒体界面功能的优化，科学地安排知识内容的呈现顺序和起始点，即教学的起点内容建议安排在第1区，重点内容安排在第5区[14]61-64。此即数字化教材的知识内容与界面结构一致性原则。当多媒体界面以文本为主来呈现教学内容时，建议采用左图右文结构，尽量避免上图下文结构；如果教学内容是以图片为主来进行呈现时，则建议采用上图下文结构，避免左图右文结构[12]99-103，此即文本/图片相宜原则。在文本—动画类多媒体界面结构中，对文本而言，上文下画结构是应该被优先选择的结构形式；对动画而言，上文下画结构是最优结构[13]118-122，此即文本/动画俱佳原则。这些原则对数字化教材的设计与开发具有指导意义与实践价值。

总之，尽管数字化教材已经发展成为一种新型的教材，具有许多与印刷教材截然不同的特征，但它的本质仍然是“教材”，是“教科书”，其开发应遵循教学设计的基本原理与方法，对重要知识内容的选择和组织还应该以印刷教材为基础。数字化教材要真正有效地应用于教学，还需要不断研究数字化教材的基本理论、数字化教材的特征等基本问题。