教育数字化转型视域下新形态数字教材的应用场景及建设路径

2025-02-19赵丙勋袁华莉

出版科学 2025年1期

[摘要] 从满足学生“自适应学习”“沉浸式学习”“智能辅导”及教师“学生学情分析”“资源智能推荐”“智能教学助手”等角度出发，阐述教育数字化转型视域下数字教材的“数据层”“服务层”“应用层”三层架构模型。依托“知识图谱”“环境感知”“人工智能”“云计算”等核心服务，通过“效能类”“信息类”“情景类”“评价类”“认知类”五类功能工具构建数字教材的高内聚松耦合的功能应用体系。使教材数字化从资源富媒体化、信息组织数字化，进一步向以知识工程为基础的智能化转变。数字教材应该适应教育信息化转型发展的需要，在以提供教学内容为主的基础上，发展成为提供更具教育教学价值的功能和工具系统。

[关键词] 数字教材新形态教材教育数字化数字化转型智能教材

[中图分类号] G237 [文献标识码] A [文章编号] 1009-5853 （2025） 01-0055-11

The Application Scenarios and Construction Paths of the New Form of Digital Teaching Materials from the Perspective of Educational Digital Transformation

Zhao Bingxun Yuan Huali

（PEP Digital Publishing Corporation Limited， Beijing， 100081）（Educational Research Institute of the People’ s Education Press，Beijing， 100081）

[Abstract] From the perspective of meeting the needs of students’ adaptive learning， immersive learning， intelligent tutoring， and teachers’ analysis of students’ learning situation， intelligent recommendation of resources， and intelligent teaching assistant， this paper expounds the three-tier architecture model of digital textbooks from the perspective of digital transformation of education， namely， the “data layer” “service layer” “application layer” . Relying on core services such as “knowledge mapping”" “environmental perception” “artificial intelligence” “cloud computing”， a highly cohesive and loosely coupled functional application system for digital textbooks is built through five functional tools， namely “effectiveness” “information” “scenario” “evaluation”“Cognition” . Make the digitalization of teaching materials change from rich media of resources and digitalization of information organization to intelligence based on knowledge engineering. Digital teaching materials should meet the needs of the transformation and development of education informatization， and develop from providing teaching content as the main basis to providing functions and tool systems with more educational and teaching value.

[Key words] Digital textbooks New form textbooks Digitalization of education Digital transformation Intelligent textbooks

2020年9月，联合国教科文组织发布了《教育数字化转型：学校联通，学生赋能》决议。同一时间，欧盟委员会发布了《数字教育行动计划（2021—2027年）》，提出“发展高绩效数字教育生态系统”和“提高数字化转型的数字技能和能力”两大战略及十三项行动计划。2021年8月，经教育部批复同意上海成为国家教育数字化转型试点基地。世界各国教育部门纷纷出台一系列教育数字化发展战略和实施计划，全方位大力推动教育数字化转型。以大数据、云计算、人工智能等为代表的技术创新和迭代进入快车道，教育数字化转型已成为教育发展的重要方向。教育数字化转型的核心目标之一，是形成个性化、智能化的教育新生态[1]，实现学生的自适应学习。数字教材作为数字化环境下开展教学活动的基础资源和载体，既是教育数字化转型的必然产物，又是教育数字化转型的关键环节和有力抓手[2]。《义务教育课程方案（2022年版）》在“教材编写”部分明确提出“要充分利用新技术优势，探索数字教材建设”[3]。当前，我国基础教育数字教材建设基本上都是以纸质教材为蓝本，配套多媒体资源和学科工具[4]，内容呈现和交互方式单一，不具备教材内容的解构和建构功能，很难满足教育数字化转型指向的个性化、智能化教学需要[5]。故此，探索、设计和开发新形态数字教材，以响应未来教育对个性化学习及教学的发展要求，是数字化时代高质量教材建设的关键。本文在教育数字化转型视域下，从响应教学数字化转型升级需求的视角阐释新形态数字教材的核心应用场景，并基于此探讨新型数字教材的架构模型和建设路径。

1 基于教育数字化转型升级需求的数字教材演进历程

数字教材自产生以来，其形态和功能特征演进受到技术的发展和数字化教学范式及教学观念更迭的双重驱动。其中，技术的更新为数字教材的发展演进提供了想象力，是催生不同形态数字教材的外在动力，数字化教学范式更迭下的应用逻辑转变及教学观的转变是推动数字教材形态演进的内在动力，也是数字教材的价值指向。

20世纪90年代开始，随着个人终端的兴起及互联网技术的发展，远程学习共享成为可能，信息技术在教学中的应用以促进数字资源的便捷传播和共享等为主。为顺应教育信息化资源建设需要，以图片或PDF格式呈现纸质教材图文内容的静态数字教材得以研发。如人民教育出版社于2002年推出了我国最早的手持式“人教电子教材”，实现了教材的载体数字化。随着教育信息化的推进，信息技术在教学中的应用场景不断拓展和深化，以数字化资源和工具应用为特征的课堂多媒体教学成为信息技术与学科教学整合的主要模式，教师成为多媒体环境下数字资源和工具应用的核心主体。作为数字化教学的基础性资源，数字教材的核心应用场景随之从师生资源共享和自主阅读扩展到课堂教学。以富媒体资源和教学互动工具为核心成为这一代数字教材的主要特征。目前，国内中小学数字教材的研发基本上采用这一形态，即以纸质教材为蓝本，配套富媒体资源和学科工具。随着国家教育数字化战略的深入推进，信息技术尤其是人工智能等新兴技术推动着教育教学进入生态重塑新阶段，泛在化学习、个性化学习、场景化学习、人机协同学习等新型学习方式成为趋势，教学内容和服务供给更加强调个性化、精准化和智能化。作为教学的关键要素，数字教材逐渐向贯穿教与学全过程的新形态数字教材发展[6]。

新形态数字教材是适应教育数字化转型升级需求而产生的，服务于智能时代数字化教学新范式，是构建未来个性化、智能化教育新生态的基础。相较于传统数字教材的基础性资源和辅助教学定位，新形态数字教材是教学情景、教学内容和教学方式的复合体，应具备更强大的教学策略实现、学习路径规划和学习服务支持功能，在内容组织与呈现、人机交互、个性化推送等方面呈现出更加明显的智能化优势。本文认为，新形态数字教材是以国家课程标准和教学大纲为依据，以促进学生个性化发展为目标，以新一代人工智能与知识工程技术[7]为支撑，集数字化内容、教与学工具、教学策略、学习路径等于一体，能满足智能时代个性化教与学需要的新型教材。

2 教育数字化视域下新形态数字教材应用的核心场景

教育数字化转型，作为教育信息化深化演进的高级阶段，是一场由技术驱动的教育变革创新，其核心在于通过教育领域全要素、全流程、全业务的数字化重构和升级[8]，形成开放、个性、智能的教育生态，从而促进教师和学生的全面发展。丰富交互模式，重组教学内容，重构教学流程，革新教学模式，重塑学习生态，实现教育内容和服务的智能化、个性化供给，是教育数字化转型的必然要求。因此，教育数字化转型的实质远超于既有教育场景下数字技术的浅层次应用，它要求探索并开辟教育应用的新场景[9]，实现技术与教育深度融合的新境界。在教育数字化转型过程中，数字教材作为教育教学活动的核心载体和数字化转型的关键要素，需要在不断深化和拓展其应用场景的过程中彰显育人价值，继而赋能教育高质量发展。

数字教材应用的核心场景紧密关联于教与学的互动实践。当前，大数据、人工智能等技术突破性发展，为教材服务教学场景增加了新的想象力。为充分发挥数字教材的育人效能，必须围绕学习、备课、授课等核心教育活动，通过技术赋能，不断深化和拓宽其应用场景，使之从沉默的“教师”升级为动态的“智能导师”[10]和“智慧伙伴”，进而为学生的个性化学习和教师的智慧教学提供有力支撑。具体而言，新形态教材作为教育数字化转型的关键要素和核心载体，需要紧紧围绕教师和学生的数字化教学活动场景，在学生个性化学习和教师智慧教学的具体应用场景中，推进教学流程重构和生态重塑。

2.1 新形态数字教材满足学生学习场景的要求

学习是学生主体在教学实践中通过与周围教师、同学及教学信息资源等的相互作用获得知识、技能和价值观的活动。教材是学习活动的主要依据，从学生角度看，教材包括学习兴趣培养激发功能、学习活动指导功能、学科内容展示和教材内外知识衔接功能、总结拓展和综合学业评价功能等[11]。学习路径是学习活动的主线，通过学习路径规划来制订学习目标，创建个性化学习场景，构建新型学习形态[12]。

2.1.1 自适应学习

数字教材多模态的表征方式可以使知识以多种表现方式呈现，满足不同阶段个性学习者的多层次学习需求。近年来信息技术不断发展，为个性化学习创造了必要条件。2018年4月，教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》提出，要探索在教育信息化背景下实现差异教学、个性学习、精细管理、智能服务的典型途径。人工智能、大数据等智能技术已经为学生个性化学习服务的快速实现提供了有效基础支撑，能够根据每个学生的个性特征，为学生提供个性化学习服务。

学习资源智能推荐。随着智能技术的快速发展，数字教材通过记录学生的课堂行为、学习习惯、师生或生生互动的过程等，获得大量即时性的行为数据、个性表现与评价信息数据，通过对这些数据的智能分析，能够描绘出学生个体的学习特征。根据学生的个性特征，利用教材推荐算法将之与教材资源使用特征进行匹配，为学生自动推荐适恰的学习资源。个性化学习推荐有利于贯彻因材施教理念，充分挖掘学生个体的潜能，促进学生的个性化发展。

学习路径智能规划。学习路径指为达成某一学习目标而设计的学习任务、学习资源或学习活动的组织序列。学习路径规划指设计学习路径的具体方案。在传统教材中的学习路径规划通常依据教材对知识点的组织顺序而定，所有学生遵循同样的学习路径，存在个性化和动态性不足的弊端。智能教材实现了基于知识图谱技术对内容的碎片化拆分，支持对拆分的离散内容的识别及重组。一方面，根据学生的学习进度动态展现后续的学习内容，例如，学生根据函数方程填写表格数据，教材能够在坐标系上自动描点，自动生成函数图像；教材根据人机对话的进度，同步显示对话文本等，数字教材可以根据学生的思维过程，动态分步骤展示内容（包括试题的解析过程等）。另一方面，智能化教材可以依据学生知识点掌握情况以及知识点之间的关系，自动选择最优的个性化学习路径并实现持续的动态调整，此处的调整并非调整具体内容，而是调整内容的逻辑顺序以适应学习者认知水平。进行学习路径规划，要基于知识图谱厘清学科知识点之间的关系，例如顺承关系、递进关系、包含关系、依赖关系、因果关系等[13]。新形态教材可以将学生的知识点掌握情况与知识图谱进行关联，并以一定的方式可视化呈现，比如用不同颜色或不同形状表示学生的知识点掌握情况。

2.1.2 沉浸式学习

随着信息技术的发展，对于沉浸式学习的理解与应用融入了更多技术因素。沉浸式学习是建立在虚拟现实等技术基础上的一种身临其境的学习新形态。它通过虚拟现实、增强现实和混合现实等技术，为学习者提供接近现实情况或真实情境的虚拟化学习环境。学习者借助眼睛和手之外的其他身体感官系统参与学习过程，并且全过程安全、真实。沉浸式学习为学生营造接近真实世界的学习情境，使学生沉浸于其中而不受其他因素的干扰，以获得更深刻的学习体验。

学科教学过程中往往会遇到一些抽象的、微观的知识点或存在操作风险的实验等各类难以直观展示的内容，例如，高速碰撞、弹性形变等变化很快的物理现象，植物发芽、生长等变化很慢的现象，微观分子结构模型及化学反应现象，宏观宇宙地球模型，不宜直接观察的生物结构模型等。利用高速拍摄、延时拍摄技术展示物体的碰撞过程及种子发芽过程，利用3D技术展示生物体内部结构、宇宙地球及分子结构，使学生可以多维度了解事物的宏观及微观结构；利用虚拟仿真技术，模拟一些危险有害的实验，让学生更加精准地掌握实验操作技巧和体验实验操作流程，使不具备实践环境学校的学生能够获得实践机会。利用H5语言强交互、多模态实现历史动态地图、地理动态地图、数学模型等动态展示。基于信息技术创建的多种虚拟教学模型和教学场景，突破了传统课堂或学校实验室空间、资源和能力的限制，为学生带来了完全沉浸或半沉浸的学习体验。数字教材利用虚拟现实技术结合其他科学技术，生成与真实环境在视觉、听觉、触觉等方面高度近似的数字化教学环境，能使学生产生身临其境的感受和体验，提升学习的效率和效果。

2.1.3 智能辅导

为学生辅导、答疑一直是教学过程中的重要任务之一。但教师在面对众多学生进行辅导与答疑时，任务量繁重，费时耗力。随着自然语言理解、图文识别等智能技术的发展与应用，一些新兴的技术手段可以辅助教师进行辅导与答疑，从而减轻其工作负担。可汗学院基于大语言模型开发的人工智能教学系统可以辅导学生学习数学、科学和人文学科。例如，它可以解释二次方程式，并创建数学问题进行练习等。但这个系统只是第一阶段—人工智能将开启更多的学习机会。人工智能能够捕捉到教师教学的有效之处，能为每一个有需要的人提供补充教学。

2.2 新形态数字教材满足教师教学场景的要求

课堂教学是教育教学的主阵地。数字教材不同于普通电子书，核心任务是满足信息化环境下课堂教学的需要。完成课程标准要求的教学实施是数字教材设计的根本出发点，能够支撑基础的教学实施是数字教材设计的主要依据之一 [14]。《中小学教师信息技术应用能力标准（试行）》指出，在应用信息技术优化课堂教学、转变学习方式时，要“设计有效实现学习目标的信息化教学过程”。智能技术可以为教学提供全场景的支持服务。数字教材辅助教师教学涵盖了备课、授课、辅导等多个典型的教学活动场景，实现了基于学情大数据的授课资源的智能推荐、教学设计方案的自动生成、智能教学助手的辅助教学、智能辅导与答疑、课堂教学过程视频的常态化录制回放与知识结构化分析等功能。数字教材要在一定程度上减轻教师教学的负担，提高教师教学的有效性和针对性。

2.2.1 学生学情分析

学情分析，即学习者特征分析，是教师为了获取有效开展教学所需的各类信息和依据，对影响学生学习的各种因素进行诊断、评估与分析的准备活动，包括学生基础信息、学业信息、行为信息、心理信息、生理信息等内容[15]。教材是教师和学生在教学中使用最频繁的教学材料，是学情数据采集最理想的载体之一，借助大数据分析及智能感知分析技术，通过深度挖掘学生使用数字教材的学习行为数据，全面准确解析学生学情，自动生成对应到教材知识单元的精准的学情分析报告，可供教师在用数字教材备课时参考。精准的学生学情分析，为因材施教提供基础条件，不但可以提高教学质量、减轻学生学业负担，而且尊重学生的个体发展差异。大数据学情分析能够弥补传统学情分析经验化、模糊、粗略的不足，为教师的教学设计提供科学精准的全方位数据支撑。

2.2.2 教学资源智能推荐

教学资源准备是教师备课中最需要、最耗时的核心工作之一。互联网时代教师常用的资源获取途径之一是网络搜索。这种方式难以搜索到合适、优质的教学资源，符合学生学习水平、具有学科教学特色的资源更是凤毛麟角。利用智能技术可以实现跨学科教学资源的智能化推荐，即通过收集、分析教师在教学中的资源应用行为，发现其个性化需求与兴趣特点，结合教师地域性差异、资源的受欢迎度，将教师可能感兴趣的资源自动推荐给他们。教学资源的智能推荐功能与一般的搜索引擎不同，是通过分析教师资源使用特征，主动提供满足教师个性化需求的资源，有效解决教师不能准确描述自己需求的不足。

构建教学资源智能推荐策略如下：系统利用计算机深度学习技术，根据教材内容资源数据特征分析建立资源特征模型；通过教师使用资源习惯、教师的个性特点建立教师相似度特征模型；系统利用归并排序算法，分析特征教师对特征资源高频使用关系，建立教师应用资源特征模型库；依据教师应用资源特征模型库，为目标教师推荐相关教学资源。例如语文老师讲《咏梅》这一课，系统根据资源特征推荐音乐学科关于梅花的歌曲、生物学科关于梅花的生活习性资源等，并根据教师特征推荐其他同特征教师在讲授《咏梅》时使用的高频资源，对这些推荐资源进行归纳并排序推荐给教师。教学资源推荐策略有多种实现方法，如北京师范大学学习元平台主要采取排行、关键词、新资源、关联规则、好友推荐等推荐策略，对各种策略进行加权计算后实现教学资源的个性化推荐。

2.2.3 教学方案自动生成

教学设计是根据课标要求，结合教学对象的特点，将教学诸多要素合理有效安排，确定合适的教学方案的设想和计划。教学方案是教学设计活动的结果呈现，一个完整的教学设计活动通常包括明确教学目标、选择教学内容、设计教学活动、准备教学资源、选择教学媒体、设计评价标准等。在传统的教学设计过程中，教师需要花费大量不必要的时间和精力去撰写文案，收集和准备教学资源。智能教材能够对教材内容进行拆分和离散识别，实现教材内容模块化，利用知识图谱技术、大数据技术挖掘并分析教师的授课情境、学习者特征、授课内容等背景信息，基于深度学习和自然语言理解等智能技术，实现学科知识点与教学目标、教学重难点、教学资源、教学活动等信息的智能匹配，并在此基础上对教材内容进行解构重组，自动生成教学方案。教师在初步生成的教学设计方案基础上，可以根据个性化教学需求对方案各模块的内容信息进行修改。修改后的教学设计方案能够有效支持教学过程的实施及活动的开展，有效减轻教师的工作负担。需要说明的是，教材的内容重组是针对不同教师形成的个性化教学方案，教材本身预设的教学策略和逻辑并没有改变。

2.2.4 智能教学助手

智能教学助手在数字教材领域的进一步应用和发展为教师教学提供了有效的帮助与支持。智能教学助手能够通过自然语言模拟人类对话，深层次理解教师需求并能够帮助教师更好地组织和开展教学活动。智能教学助手的核心特征是对话式交互与智能性服务。从根本上说，智能性服务是基于智能技术而开展的课堂教学服务，旨在帮助教师完成一些重复性的或通过常规教学手段难以完成的工作。如语言类学科的范读和带读。语文和英语等语言类学科在教学过程中常涉及字词的发音和文章段落的朗读等环节。传统教学过程中，一般由教师为学生进行示范朗读，但有时会出现个别教师发音不标准的问题。智能教学助手可以代替教师进行朗读，为学生提供标准化的示范。又如抽象知识点的讲解。物理、化学、生物等自然学科常涉及抽象、微观、难以理解的知识点，通常需要借助图片、视频、实物或虚拟现实场景等方式辅助教学。智能教学助手可以为教师课堂教学提供智能化服务。当教师为学生讲解某一抽象知识点时，智能教学助手可自动调取相关教学资源，并以虚拟教师的方式对知识点进行原理与过程的直观展示，降低学生的理解难度。

3 新形态数字教材的架构模型及研发路径

数字教材作用的核心场景是其功能架构和研发的起点与依据。教育数字化转型视域下，新形态数字教材以学生个性化学习和教师智慧教学为核心作用场景，并作为教育新生态构建的基础性要素无缝对接各级各类教学系统。此外，作为面向全国大范围供给的数字化公共服务产品，数字教材还应满足学校类型多样、教学模式多元、教育主客体关系复杂、教育数据多元异构[16]等不同的场景需要。故此，开放性、沉浸性、个性化、智能化，是新形态数字教材建设的核心特征与价值指向。开放性，即新形态数字教材应建立功能和数据标准，支持与各级系统间的互操作，以及各类数据的无障碍流通。沉浸性，即新形态数字教材需提供多模态的内容表征方式，支持人机的多元化互动等。个性化，即新形态数字教材应具备灵活的知识组织结构，可根据用户画像实现内容和服务的个性化重组、多元化表达和针对性推送。智能化，即新形态数字教材应内嵌人工智能引擎，智能感知并理解师生个性化需求，以符合用户特点的方式提供自动化、智能化服务。基于以上对教育数字化转型视域下新形态数字教材应用诉求和建设特征的分析，本文构建了新形态数字教材松耦合的三层结构模型，如图1所示。

3.1 数据层

数据层提供数据的结构化存储、管理和检索。其中，用户数据指用户的基本信息及用户行为数据；内容数据指课程内容数据及对内容标签化的知识点数据；教学数据指教学进度数据及教学评价数据；信息数据是描述教材的基本信息数据及章节目录数据。数据结构标准化是新形态数字教材提供个性化服务与实现跨系统数据流转的基础。

3.2 服务层

服务层（逻辑算法层）是新形态数字教材核心业务逻辑和算法的实现层，接收来自数据层的数据，根据业务规则进行计算、分析和决策，并将处理结果返回给应用层。本层提供知识图谱、环境智能感知、云计算、AI发音、AI识别等基础性服务与功能支撑。其中，知识图谱、环境智能感知和生成式人工智能是新形态数字教材区别于以往数字教材最显著的特征，确保了数字教材服务的智能化、个性化升级。

知识图谱服务，旨在构建知识内容的语义网络，实现学科间知识融合。现代的学科分类造成知识间联系割裂和内在逻辑缺失，跨学科知识融合是重要的补救措施，也是新课标的关键理念和教育发展的必然要求。作为课程标准的具体化体现，新形态教材利用识别引擎完成语音、文字、图片等识别，结合资源的关键词匹配对应的知识点，将知识结构化并利用语义网络自动形成教材知识图谱，打破了学科间的壁垒，将知识融通与联系起来，实现理论与实践、历史与现实的联通。如地理学科的“跟着航海家发现地球”学习活动，需要把历史上的航海探险事件与地理知识关联起来，让学生了解航海探险发现地球上陆地和海洋整体结构面貌的过程，这就涉及历史、科技、文化、地理、环境、政治等不同学科的知识。新形态数字教材通过知识图谱服务，可以实现地理、历史、科学、文化等相关知识的跨学科整合，帮助学生更全面深刻地理解和感受知识间因果关系并建构知识体系。

环境智能感知服务以光传感器、GPS定位、磁力计、陀螺仪等硬件传感设备的智能感知数据为基础，实现对教学环境、教学场景、教学情境等的智能感知，旨在提升数字教材服务的针对性、沉浸性和智能性。结合智能感知与智能知识计算，使新形态教材具有知识针对性、环境适应性、情景匹配性的特点。教学环境主要指学习的时空、设备参数等硬件条件，如温度、方位、光照强度、空间大小等。教学场景指教师教学采用的方式和手段，包括讲授型、讨论型、实验型等。教学情境是教学过程中为实现特定教学目标而创造或设定的一系列任务情境或物理条件，如在某特定湿度、温度和受力作用下的物体运动分析。通过智能感知，将知识内容叠合感知情景，新形态数字教材可以自动采集外部数据，自动适配教学资源及工具，实现内嵌虚拟实验，将知识情景信息清晰地呈现还原[17]，使教材从单一知识载体向更为多元化和互动性的教育工具转变，实现生动教学和有效学习的目标。

生成式人工智能服务，提供内嵌教育专用大模型和外接通用大模型，为师生提供教学智能体服务，如语音识别、跨模态内容生成、智能问答、机器翻译等，通过人机协同更好地支持学生的个性化学习和教师的智慧教学。新形态数字教材建设以培养学生核心素养为旨归，利用智能技术为人的核心素养发展服务。新形态数字教材开发根据学生核心素养发展的差异，在不同学段学科中选择不同的技术手段和智能体形式促进各类学生核心素养发展，通过多模态的呈现形式为不同个体提供差异化服务，推动学生核心素养的发展[18]。

3.3 应用层

应用层处理用户的请求和响应，协调不同模块之间的交互，是实现数字教材整体功能的关键。新形态数字教材的核心要满足不同区域教师教学和学生学习的需要，给教师和学生带来优质的、个性化的教和学体验，具备知识搜索、标引、推荐、组织、加工、演示等多项功能。内容组织灵活化、功能工具开放化、学习体验沉浸化、资源推送个性化、学习服务智能化是新形态教材的核心特点。

新形态数字教材要满足教育数字化转型的需要，需具备五类基本功能工具。第一，效能类功能工具。如备课功能，新形态数字教材建设强调利用技术手段强化内容的价值与表达，教材内容通过模块式组织，每个模块具有相对完整的功能或主题，能够单独抽取和重新组合，帮助教师高效备课，节省时间和精力。又如作业评判功能，习题的自动化评判工具可以快速给出客观题的答案和部分主观题的分析，减轻教师的批改负担。同时，可以及时给学生提供学习评估和反馈，让学生了解自己的学习情况，及时调整学习策略。第二，信息类功能工具。教师可以通过教育信息类工具快速搜索并获取丰富的教学素材，丰富教学内容，提高教学质量。能够方便地整合各种资源，根据教学需求进行个性化的教学设计。另外，教育信息类工具可以提供个性化的适应性学习服务，包括学习路径规划、学习资源推荐等。学生可以利用信息类工具获取各种学习资源，满足个性化学习需求。第三，情景类功能工具。教师可以利用教育情景类工具创设各种逼真的教学场景，如历史事件重现、科学实验模拟、文学作品场景还原等，使抽象的知识变得更加直观、生动，提高学生的学习兴趣和参与度。为教师提供多样化的教学方法选择，满足不同教学内容和教学目标的需求。生动有趣的教育情景可以吸引学生的注意力，激发他们的学习兴趣。例如，在虚拟实验室中进行科学实验，学生可以更加直观地观察实验现象，提高学习的积极性。学生在情景中扮演不同的角色，参与各种活动，增强了学习的参与度和主动性。可以培养学生的多种综合素质，如团队合作能力、沟通能力、创新能力、批判性思维等。例如，在小组合作的情景中，学生需要与他人协作、交流，共同完成任务，培养了团队合作和沟通能力。第四，评价类功能工具。利用人工智能技术提供教材内容的朗读、作答试题的评判、口语发音（英语和语文）的评价等，为学生提供实时的过程性评价，帮助教师了解自己的教学效果，通过学生的测试成绩、作业表现、课堂参与度等多方面的数据反馈，教师可以明确教学中的优势和不足，以便及时调整教学策略和方法，提高教学质量。根据学生在特定知识点上的薄弱环节，教师可以有针对性地进行复习强化或调整教学内容的深度和广度。教师可以通过教育评价类工具收集的反馈信息，反思自己的教学过程和方法，促进自身的专业成长。例如，对比不同教学方法下学生的评价结果，教师可以尝试新的教学方法和手段，提升教学技能。学生可以通过评价结果了解自己的学习状况，包括知识掌握程度、学习能力、学习方法的有效性等。这有助于学生认识自己的优势和不足，明确自己的学习目标和努力方向，帮助学生调整学习策略。第五，认知类功能工具。该类工具能提升教师的教学理解，加深对教学内容的认知。教育认知类工具可以提供多种视角和分析方法，帮助教师深入理解学科知识的结构和内在逻辑，以便更好地传授给学生。优化教学策略，根据学生的认知特点设计教学活动。例如，利用认知负荷理论，教师可以合理安排教学任务的难度和复杂度，避免学生因认知负担过重而产生学习困难。可以促进学生的自我认知和反思。教育认知类工具可以引导学生分析自己的学习过程和思维方式，发现问题并及时调整学习策略，培养学生的自主学习能力和批判性思维。对于在某些学科或知识点上存在认知障碍的学生，教育认知类工具可以提供针对性的辅导和支持，帮助学生突破学习瓶颈。

新形态数字教材需要充分适应终端多元化和场景复杂化的特点，既可以以独立形态，如独立的App、微信小程序等为各终端提供应用，又可以以上层应用为接入方式，提供SDK程序包，将数字教材嵌入国家智慧教育云平台等第三方教育平台供用户使用，并根据第三方平台的需要个性化配置功能和工具，还可以以中层服务为进入方式，提供API数据接口对接第三方平台，给第三方平台提供更加个性化的数据服务。

新形态数字教材建设以服务教育生态为核心目标，提供资源、数据、应用和服务的核心支持。新形态教材应具备专业化、系统化的知识服务能力，可以根据需要为教育生态的其他应用系统提供积木式组件服务。高内聚松耦合架构，各个层次的职责明确，降低了层与层之间的依赖关系，便于维护和扩展。可维护性好，当业务需求发生变化时，可以只修改相应的层次，而不会影响其他层次；可扩展性强，新形态数字教材能够方便地添加新的功能、组件或服务，以适应不断变化的业务需求和技术发展，而不影响整个系统的架构。

4 新形态数字教材建设的未来之路

新形态数字教材不仅是技术驱动的教材多模态转变，更是应用逻辑更迭驱动的教材理念、思维、价值取向的转型，面临着理论、技术、人才等多方面的挑战。在数字化转型新时期，要实现其可持续发展，需强化基础理论研究、健全技术标准、培养专业队伍，使之有效服务于教学数字化转型。

4.1 加强基础理论研究，引领方向与深化认知

信息技术的不断进步和人工智能的快速发展，改变了知识存在的样态和教学活动模式，大量的重复性知识记忆和数理计算的必要性已经不大，教师和学生完全可以在各种AI工具和云计算的辅助下，开展更具想象力和创造性的教学活动，所以，教材的功能和定位也在不断发展。如何实现新技术和教育教学深层次融合，迫切需要进一步加强对教材理论的研究。新形态数字教材应着重加强技术理论应用研究与工程实践探索与创新，借助实证研究方法推动技术理论实践与新技术发展的紧密契合，通过应用实践来促进传统经验与先进理论研究成果的快速对接，寻求关键理论研究突破，以构建完善数字化转型背景下教与学的理论建构[19]。教学价值是教材的核心价值，如何让技术赋予新形态教材更大的教学价值是需要谨慎研究的课题，不是简单的技术问题。因此，数字教材开发团队不但要保持对新技术的敏感性，更要加强教材理论的学习和研究，实现技术嵌于知识的流畅、知识附于技术的融合[20]。

4.2 建设完善技术标准，促进规范与融合发展

数字教材具有天然的技术属性，如不加以约束，容易成为技术的附庸。信息技术可以使人们更高效地进行资源的协调、优化、配置和利用，提高社会劳动生产率。从这个角度来说，信息技术应用于数字教材是没有障碍的，但是可用不等于适用。数字教材在内容上要充分体现课程标准的要求，《义务教育课程方案（2022版）》对教材编写有一些明确要求，如内容选取要“基于核心素养精选素材，确保内容的思想性、科学性、适宜性与时代性”，教材编制要“创新体例，吸收学习科学的最新成果，强化内容间的内在联系”，要“加强情境的创设和问题的设计，引导学习方式和教学方式的变革”等。信息技术的应用要符合不同阶段学生的认知水平，同样的试题作答，低年级用涂写、连线、选择的形式比较合适，中、高年级用拖拽、解答、画图、填空的形式更适恰。所以，技术标准不但需要通用的格式标准，如国家新闻出版署颁布的GB/T 41469-2022《数字教材中小学数字教材元数据》国家标准，还需要和课程标准对应的技术应用标准来明确约束和规范新形态教材的技术应用形式，规定信息技术在不同阶段的教学活动中的准入类型、呈现形式、功能边界等，明确规定哪些技术可以为数字教材建设服务以及其服务的功能边界，从而适时适度地应用技术[21]。

4.3 多方联动，培养专业队伍

新形态教材的开发难度和复杂性远远高于纸质教材的开发。比如，将纸质教材的编写看作一个作家完成的一部著作，那么新形态数字教材开发相当于将这部著作拍摄成一部电影。数字教材的开发是纸质教材的再升级过程，需要一系列专业人员分工协作才能完成，需要学科编辑（相当于编剧）、产品设计（相当于电影导演）、UI设计（相当于艺术设计）、多媒体制作（相当于演员）、技术开发（相当于拍摄剪辑）等众多专业开发人员共同参与。新形态教材的多模态化是表象，更深层次是根据教育信息化转型的需要对教材内容进行的二次创作，是纸质教材的“艺术”再呈现，任何一个环节的缺失或不完善都不可能造就这一部“大片”。所以，传统出版企业要加强科技素养人才的建设，一方面，出版企业要加强和科技企业、高校、研究机构的合作，利用他山之石完成基础的技术积累；另一方面，出版企业要参与科研院所高级技术人才的培养计划等，加强数字技能型人才队伍的建设，包括专业人员的引入，尤其是需要熟悉信息技术及教育教学业务的复合型人才，为新形态教材建设提供人才保障。

5 结语

基于人工智能等技术的新形态数字教材，是教育数字化转型的核心要素之一，是教育新生态的基础，为促进教育公平、课堂教学大规模因材施教提供可能。新形态数字教材建设必须紧紧围绕教学数字化转型升级过程中师生应用的核心场景彰显育人价值。教材建设为国家事权，作为教材体系的重要组成部分，数字教材建设必须以服务教育强国、助力教育现代化为使命，不断加强基础研究，加快相关标准研制，组建教材建设共同体，共同推动数字教材建设事业的发展。

注释

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