促进深度学习的数字教材开发与创新应用研究

［摘 要］ 数字教材作为教育数字化的重要组成部分，具有信息量大、交互性强、个性化教学等优势，为学习者在学习过程中实现深度学习提供了有力支持。通过分析数字教材典型特征，提出了针对学习过程的深度学习理念，结合知识图谱的内容构建、情感交互设计、智能跟踪评价实现等方面，探讨了数字教材与深度学习理念融合方式，围绕教材促进深度学习的需要构建了开发路径，并探索了其在教学中的创新应用方式，旨在为数字教材的建设及教学应用提供新的思路和方法。

［关 键 词］ 深度学习；数字教材；开发；创新应用

［中图分类号］ G714 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）19-0109-04

数字教材是适应数字时代教育教学的新型载体，依托数字化手段，推动着教与学迈向数字化、智能化和个性化时代。数字教材的出现极大地革新了传统学习方式，通过丰富的多媒体资源、灵活的学习方式和个性化的学习体验，将传统纸质教材转化为互动式、智能化的数字内容，通过智能推荐、自适应学习等功能，满足不同学习者的学习需求和能力差异，提供个性化的学习路径和学习资源，极大地激发了学习者的潜能和创造力。数字教材建设与应用推动了学习方式的转变和教育模式的创新，是撬动课堂教学改革的重要支点和教育数字化转型的重要抓手[1]。

一、数字教材典型特征与应用现状分析

数字教材是以数字形态呈现，整合了图文、音视频、虚拟仿真、VR/AR等多种资源形式，并能够有效开展个性化学习、多元交互、智能评价的教材形式，是对传统教材的全面升级。不仅转变了学生的学习方式，有效提升了学生的学习体验，还为教师提供了丰富的教学资源和灵活多样的教学方法。

（一）数字教材典型特征分析

与传统教材相比，数字教材在内容呈现方式、资源整合、交互方式、学习方式和学习分析功能等方面有着突出的优势，使数字教材在教育领域具有广泛应用前景和巨大发展潜力。

1.内容数字化：数字资源的整合

数字教材整合了丰富的多媒体资源，文本和图像作为基础资源以数字形式呈现，不仅方便学习者阅读、复制和搜索，还允许通过超链接、注释等功能增强学习体验；数字教材还可以整合音视频、3D展示等学习资源，为学生提供更加生动、真实的学习体验，激发他们的学习兴趣；动画、仿真模拟也是数字教材中重要的多媒体元素，它们能够模拟复杂的过程、抽象的概念或微观世界，帮助学生全方位、多角度地感知和理解内容。这些数字化元素和功能共同构成了数字教材全景内容的呈现方式，为学生提供了更加生动、有趣、有效的学习体验。

2.交互多元化：促进深度学习的互动

交互多元化是数字教材促进深度学习的重要手段，它改变了传统教材单一、线性的信息传播模式，转变为多层次、多通道的交互模式，极大地增强了学习者与教材的互动与联系。数字教材的交互方式可以分为人—内容、人—人、人—机三种类型，通过文本标注、笔记、挑战任务学习等方式实现了人—内容的交互；通过讨论、互动问答、协作学习等方式实现学习者之间、学习者与教师之间的人—人交互；通过测验、作业、仿真实验等方式实现了人—机交互。多元化的交互有助于学习者从不同的角度和深度去理解和掌握知识，从而促进深度学习。

3.学习个性化：学习路径的智能推荐

数字教材可以利用智能推荐相关技术，采用学习过程分析、用户行为跟踪等方式，收集用户的学习习惯、兴趣偏好、知识水平等信息，对学生的学习需求、能力和状态进行全面评估。基于评估结果量身定制适合学习难度的内容，推荐相应的学习资源，从而形成个性化、智能化的学习路径。学习过程中，基于学习进度的追踪，系统可以为学生提供实时的效果评估、难点提示、学习方法的反馈和调整建议。通过这些个性化的反馈和建议，学生可以更加高效地规划自己的学习路径，调整学习策略。

（二）数字教材应用现状分析

虽然数字教材在学习方式和教学方面有着显著的优势，但目前由于技术实现方式、资源建设、教学理念、学习习惯等方面的影响，当前并没有在学校大规模应用。第一，技术实现方面，由于设计理念、平台融合、软件功能等方面的问题，使数字教材建设处于探索融合阶段。第二，资源建设方面，由于缺乏高质量的数字资源，如虚拟仿真、增强现实、数字孪生等，这会影响数字教材建设和教学应用效果。再次，教学理念方面，部分教师对数字教材的接受度和使用意愿不高，他们更习惯于使用传统纸质教材进行教学。此外，一些教师对数字技术掌握程度有限，也影响他们使用数字教材的积极性。最后，学习习惯方面，受多年来阅读、视听学习习惯影响，学习者一时难以适应数字学习方式，缺乏必备信息技术素养和技能，这就需要加强师生信息素养教育和培训。虽然目前数字教材的发展面临着一些挑战和问题，但随着技术的不断进步和教育理念的不断更新，其发展前景仍然非常广阔。

二、深度学习理念在数字教材中的应用

针对学生学习过程，深度学习理念是一种基于理解的学习方式，是指学习者在理解的基础上，能够批判地接受新知识、新思想，并与原有认知结构相融合，在众多的思想间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中去，做出决策和解决问题的学习[2]。在深度学习中，学习者积极主动地探索和思考，而非被动地接受知识。深度学习理念为数字教材的设计与开发提供了新的思路和方法，而数字教材的应用又为深度学习的实现提供了有效的平台。为促进学习者深度学习，数字教材设计应从教学内容设计、互动方式设计、评价反馈设计等方面充分体现深度学习理念。

（一）应用知识图谱构建教材内容体系

知识图谱在数字教材构建中扮演着至关重要的角色。作为一种图形化结构，它能系统地表征知识体系中实体间的复杂关系、属性及概念。通过知识图谱，数字教材的知识体系得以清晰、直观地展现，帮助学生深入理解知识间的内在联系和逻辑架构[3]。此外，知识图谱还利用智能检索等技术，自动分析学生学习能力与知识之间的关系，提供更为个性化和智能化的学习路径。

数字教材内容构建主要包括图文内容和数字资源两部分，其中针对图文内容的知识图谱构建按照学习方式可采用定制和个性化构建两种方式。定制方式通过学科知识内在关联关系建立定制的知识图谱，帮助学生更好地理清知识体系，熟悉概念间的逻辑关系，深化对特定知识点的理解，建立对知识的整体认知。个性化方式依托数字教材平台系统，利用人工智能技术分析学生的学科水平和学习历史，为每个学生生成智能化、个性化的学习路径。学习过程中可通过数据分析学生的强项和薄弱点，从而调整内容的难度和深度，提供更加符合个体需求的学习路径。学生亦可以根据自身需求在知识图谱上探索，深入学习感兴趣的领域。数字资源部分，可以基于知识图谱的分析，为学生推荐相关的学习资源。知识图谱的应用使得数字教材更贴近学生的个体差异，提供更为个性化和智能化的学习体验。

（二）基于情感交互的深度学习方式设计

通过结合人工智能、大数据分析等相关技术，可以实现数字教材更加个性化、智能化的学习交互，为学生提供更加高效的学习体验。为充分发挥数字教材中交互设计中的价值，设计更加符合用户需求的数字教材，依据情感交互理论[4]，从学习者的情感需求和学习过程出发，数字教材的交互可以分为感知交互、认知理解交互、行为决策交互、反思评价交互四个方面。

感知交互主要是教材内容的交互，通过与图文知识、学习情境、音视频、虚拟仿真等资源的交互开展知识的初步学习。教材开发过程中还可以利用人工智能的图像识别技术，通过对学生拍照上传的图片进行识别与分析，获取教材中相关知识点的解释和说明，让学生更加直观地理解知识。

认知理解交互层面在学习过程中起到了至关重要的作用。传统的学习方式往往只强调单向知识传授，而忽视了学生与学习材料之间的双向互动。通过设计学习互动环节，如设计问答、交流讨论、随堂测验等方式，深化对相关知识的理解，提高学习效率；同时可以利用自然语言处理技术，实现学生与教材之间的语音交互，智能回应学生学习过程中面临的问题。这种互动不仅有助于深化学生对知识的理解，还能提高他们的学习效率。

行为决策交互方面，学习者依据个人学习需求和学习过程体验做出对应的决策和行为。利用知识图谱和系统数据反馈，学习者更加科学地制订学习计划，调整学习方法，并定制个性化学习路径。如根据知识图谱提供的知识结构视图，学习者可以了解不同知识点之间的关系和联系，而系统数据反馈则可以提供学习进度、成绩和偏好等信息，从而指导他们更加有效地安排学习进度和策略。

反思评价交互强调用户的主动思考和自我评价，在数字教材中，反思评价交互的体现包括学习笔记、学习报告和自测练习等元素的设计，通过借助大数据分析和智能管理功能，帮助用户对自己的学习过程进行反思和评价，发现不足之处，并及时调整学习策略。

基于情感交互构建的数字教材多层次的深度交互方式，创造出了更富活力和个性化的学习环境，打造了数字教材的学习生态，推动了学生与知识的深度互动，但也需要不断地探索和实践，完善和优化数字教材的互动性设计和应用。

三、促进深度学习的数字教材开发路径

数字教材具有多样化的内容形式，舒适的阅读体验，更高的交互性、个性化学习支持和便捷的更新方式等特点，决定了数字教材开发是兼顾内容设计和学习过程设计的系统性工程。根据数字教材特征分析，结合学生学习及教学应用方式，数字教材开发可以分为课程设计、资源建设与交互开发、学习支持系统设计、教学应用与更新四个方面，如图1所示。

首先是课程设计，包括教学目标确定和内容设计。教学目标是教材设计的核心，它决定了教材内容的选择、组织和呈现方式。数字教材应明确深度学习目标，确保教材内容与学习者需求及课程要求一致，以引导学习者进行深入思考和探究，从而为深度学习打下基础。内容设计是数字教材开发的关键环节，主要是教材内容的整体规划，包括课程结构设计、知识点选取、内容深度和广度等。设计过程中，应注重知识的内在逻辑和结构，注重知识的理解和应用，而不仅仅是记忆，通过设计真实、复杂的问题和任务，鼓励学习者运用所学知识解决实际问题，培养其深度思考和创新能力。同时，使用适当的视觉和设计元素，如思维导图、概念图等，以直观的方式呈现知识结构，帮助学习者建立知识框架。

其次是资源与交互设计，包括课程资源开发整合和交互功能设计。多样化的课程资源开发，可以提供多样化的学习体验，帮助学生更加高效地开展学习，因此需要针对课程内容开发音视频、动画、VR/AR等资源，生动形象地呈现知识内容，激发学习者的学习兴趣。同时根据学习需要，围绕知识点将多种资源进行有机整合，提高学习者跨媒体学习能力。为能够促进学习者与教材之间的互动，提高学习者的参与度和学习效果，需要围绕感知交互、认知理解交互、行为决策交互、反思评价交互四个层次开展交互设计，同时引入人工智能、虚拟现实等技术，进一步提升数字教材交互体验和学习效果。

再次是学习支持系统功能设计，包括学习路径和数据分析反馈设计。学习路径设计主要是基于知识图谱的定制式和个性化学习路径设计。定制式学习路径需要根据学习者的个体差异和需求，围绕知识点间的关系设计出不同的相对固定的学习路径。个性化学习路径需要通过分析学习者的学习行为和表现，智能推荐适合的学习资源和方法，引导学习者逐步深入探究知识[5]。数据分析反馈也是数字教材的重要功能，通过建立评价模型，收集、分析学习者学习数据，对学习者开展诊断性和过程性评价，帮助教师和学习者了解学习状况和效果，根据反馈调整学习策略和方法，同时有助于优化教材设计和改进教学内容。

最后是应用与更新。数字教材不仅仅支持个性化自主学习，更应该能够在课堂教学中持续发挥其价值。为能够有效关注学生课堂活动参与度及学习效果，需要整合当前课堂交流互动工具，如签到考勤、小组活动、随堂测验等功能，以优化课堂教学流程。随着知识更新和技术发展，开发者应定期检查教材内容的时效性和准确性，根据用户反馈和学习需求的变化，不断优化教材设计和功能开发，并通过应用、评估与反馈持续更新维护，以保证教材的有效性和竞争力，满足学习者不断变化的需求。

四、促进深度学习的混合式教学应用

混合式教学是将在线学习与课堂教学相结合的一种教学模式，基于数字教材的混合式教学可以进一步丰富这种模式，能有效整合各种学习资源和教学辅助工具，重构当前教学流程，开展基于数据的精准教学，促进深度学习的发生，对当前课堂教学带来革命性变化，如图2所示。

课前学生利用数字教材进行自主学习。针对课堂学习任务，学生利用数字教材基于知识图谱的学习路径，通过仿真体验、互动交流、测验作业等方式进行充分的自主学习，亦可以在线与同学远程协作完成项目任务，共同探讨问题、解决难题，培养团队合作能力和问题解决能力。教师根据学生的学习行为、学习结果数据分析等，充分了解学生课前学习情况，及时调整课程内容和学习任务，并依托数据分析明确课程教学难点，有针对性地设计课堂教学活动，为线下课堂的深入学习奠定基础。

课中依托教材开展教学活动。通过课前的自主学习，课堂教学可以摒弃传统以讲授为主的教学方式，通过设计知识强化、主题讨论、分组实践、游戏表演、分享交流等教学活动实现知识内化、技能强化及实践应用，充分体现以学生为中心的教学理念。教学过程中，可以通过数字教材中的随堂测验、课堂讨论、小组协作、小组PK等功能，提升学生的课堂参与度和互动性。同时数字教材评价功能模块可以完整记录学生课堂学习过程，为全面评价学生学习效果及学生发展情况提供了数据支持。

课后依托教材开展多元评价。数字教材通过智能学习环境的多维数据采集和多元辅助学习工具，让评价更为多元、全面，主要体现在评价内容、评价形式、评价对象、评价时机以及评价结果的应用等方面。评价内容涵盖了学生在知识、技能、态度等多个方面的表现，除了对学生的学习成绩进行评价外，还包括对学生沟通能力、合作能力、创新能力等方面的评价；评价形式包括但不限于系统智能跟踪评价、教师评价、同伴评价、自我反思评价等形式；评价对象涵盖了学生个体和群体两个层面，包括学生个体的学习表现以及学生之间的合作和交流等情况。评价时机可以在不同的学习阶段和时间点进行，既可以在学习过程中开展形成性评价，及时了解学生的学习情况，又可以在学习结束后进行总结性评价，评估学生整体学习效果。依托数字教材的评价更加客观、准确，能促进学生全面发展，提高学习质量和教学效果。

五、结束语

数字教材以其融合了先进科技的特性，正逐渐改变着传统教学的面貌。通过人工智能、大数据分析等前沿技术的运用，数字教材不仅提供了更丰富、有效、智能化的学习体验，还是教师开展数字时代教学改革的有力工具，通过教材可以获得学生学习情况的全面数据分析，了解学生的学习需求和困难，进而因材施教，实现精准和有效的教学。数字教材的应用契合了数字时代实际需求，为教与学注入新的生机与活力，将进一步推动教育教学的创新与发展。

参考文献：

［1］ 何曼.国家数字化学习资源中心主任单从凯：人工智能视野下的职业教育变革［J］.在线学习，2023（7）：22-25，80.

［2］ 李欣，徐成慧，葛晓燕，等.基于结构方程模型的医学生统计焦虑影响因素分析［J］.现代预防医学，2020， 47（8）：1443-1446.

［3］ 刘超，黄荣怀，王宏宇.基于知识图谱的新型教材建设与应用路径探索［J］.中国大学教学，2023（8）：10-16.

［4］ 刘英杰，杨雪，马捷.远程学习的情感与认知交互层次塔模型的构建研究［J］.中国远程教育，2008（6）：23-25.

［5］ 吴永和，颜欢，陈宇晴.教育数字化转型视域下的新型教材建设及其标准研制［J］.现代远程教育研究，2023，35（5）：3-11，21.

◎编辑 尹 军

①基金项目：江苏省哲学社会科学研究课题“大数据融媒体背景下深度互动学习模式研究与实践”（项目编号：2019SJA1311）；江苏省职业教育教学改革研究课题“以学生全面发展为导向的高职增值性评价研究”（项目编号：ZYB628）。

作者简介：阚宝朋（1982—），男，汉族，山东临沂人，副教授，硕士，研究方向：数字化教学。

曹顺（1987—），男，汉族，安徽合肥人，副教授，博士，研究方向：大学生思想政治教育。