基于自適應(yīng)學(xué)習(xí)的數(shù)字教材構(gòu)建路徑探索

李敏怡

摘 要：在移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展和在線教育需求日益旺盛的時代背景下，數(shù)字教材作為重要的數(shù)字教育產(chǎn)品，其用戶數(shù)量呈快速增長趨勢，但數(shù)字教材仍存在著結(jié)構(gòu)體系割裂、內(nèi)容資源功能性單一、個性化需求較難滿足等問題?；谧赃m應(yīng)學(xué)習(xí)構(gòu)建數(shù)字教材，能夠較好地解決現(xiàn)有問題，為數(shù)字教材的發(fā)展提供新的參考路徑。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng) 數(shù)字教材 個性化需求

科技發(fā)展和社會進(jìn)步開啟了教育信息化2.0時代，數(shù)字教育出版成為教育出版單位轉(zhuǎn)型升級的重要方向之一。黨的十九屆五中全會審議通過的《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》，提出“建設(shè)教育強(qiáng)國”，“建設(shè)高質(zhì)量教育體系”，“發(fā)揮在線教育優(yōu)勢，完善終身學(xué)習(xí)體系，建設(shè)學(xué)習(xí)型社會”[1]，首次明確了在線教育在建設(shè)高質(zhì)量教育體系中的重要地位。

在政策的持續(xù)支持下，數(shù)字資源和教學(xué)平臺作為在線教育的重要支撐和組成部分，讓大多數(shù)紙質(zhì)教材出版單位都以數(shù)字教材作為其數(shù)字出版轉(zhuǎn)型方向之一，而數(shù)字教材的載體從教材配套光盤向電子書包、智慧課堂發(fā)展，并在政策和市場的合力作用下，在廣東、河南、北京等地進(jìn)入教學(xué)一線?，F(xiàn)階段數(shù)字教材通過將音頻、視頻、文檔、圖片等多媒體資源嵌入教材內(nèi)容中，賦予了教材多媒體性、互動性等新特性，但在開放性、時效性、自適應(yīng)等方面，仍然未能很好地滿足信息化教學(xué)應(yīng)用和個性化學(xué)習(xí)的需求。

本文從用戶需求的角度出發(fā)，對目前數(shù)字教材存在的問題進(jìn)行分析，提出基于自適應(yīng)學(xué)習(xí)構(gòu)建數(shù)字教材的新路徑，為數(shù)字教材的發(fā)展提供參考。

一、目前數(shù)字教材存在的問題

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)在教育信息化發(fā)展進(jìn)程中不斷產(chǎn)生深刻影響，數(shù)字教材經(jīng)歷了多個階段的迭代，已經(jīng)從最開始的紙質(zhì)教材數(shù)字化、多媒體數(shù)字教材，發(fā)展到集教材、數(shù)字資源、學(xué)科工具于一體的平臺數(shù)字教材。從數(shù)字教材的用戶需求來看，教師的需求是獲取基于教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)原理建構(gòu)的教學(xué)資源，而學(xué)生的需求是自學(xué)、互學(xué)、交流以及即時反饋。然而，現(xiàn)有數(shù)字教材在結(jié)構(gòu)體系、內(nèi)容資源方面存在著一些問題，與教師和學(xué)生的需求存在一定的偏差，并直接導(dǎo)致了數(shù)字教材服務(wù)平臺活躍度低、適用性不強(qiáng)等情況。

（一）數(shù)字教材的結(jié)構(gòu)體系存在一定割裂性

教材是知識的物化載體，也是最重要的課程資源之一。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求編寫的教材，其精髓是教材的知識結(jié)構(gòu)體系，也就是教材知識內(nèi)容之間的主要內(nèi)在聯(lián)系。教材是學(xué)生獲得知識的重要源泉之一，是教師進(jìn)行教學(xué)的主要依據(jù)。[2]數(shù)字教材作為“教材”，也應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的功能。然而數(shù)字教材由于其“數(shù)字”的特性，其結(jié)構(gòu)體系往往通過平臺搭建。當(dāng)不同表現(xiàn)形式的數(shù)字資源在平臺上同時呈現(xiàn)時，如果缺乏知識圖譜讓這些資源產(chǎn)生內(nèi)在聯(lián)系，就會導(dǎo)致數(shù)字教材的“結(jié)構(gòu)體系”出現(xiàn)一定的割裂性，從而影響學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成和教師教學(xué)過程的實施。以北師數(shù)字教材為例，該產(chǎn)品以北師大版紙質(zhì)教材為基礎(chǔ)，為師生提供數(shù)字化資源，將語音評測等技術(shù)與學(xué)科知識的學(xué)習(xí)融合，兼具測評和互動功能。但在北師數(shù)字教材的服務(wù)體系中，學(xué)生學(xué)習(xí)功能與教育教學(xué)資源相對獨立，這在一定程度上形成了結(jié)構(gòu)體系的割裂，不利于數(shù)字教材成為互聯(lián)互通的開放式教與學(xué)的空間。

（二）數(shù)字教材的內(nèi)容資源功能性單一

數(shù)字教材的內(nèi)容資源形式一般包括圖片、文本、音頻、視頻、動畫等。盡管這些資源能提高教材的可讀性，但也導(dǎo)致數(shù)字教材容易成為基于紙質(zhì)教材的多媒體讀物，難以滿足不同層次、不同場景下教師教和學(xué)生學(xué)的實際需求。數(shù)字教材作為課程教學(xué)資源，不僅應(yīng)具備閱讀性和教學(xué)性，還應(yīng)具有關(guān)聯(lián)性、開放性、交互性[3]，以滿足認(rèn)知領(lǐng)域、情感領(lǐng)域、動作技能領(lǐng)域的教育目標(biāo)的各層次要求。以廣東省中小學(xué)數(shù)字教材為例，這是全國第一大單政府采購義務(wù)教育階段學(xué)生數(shù)字教材項目，其應(yīng)用平臺內(nèi)聚集了廣東省內(nèi)使用的各版本教材的數(shù)字化資源。這些資源多圍繞紙質(zhì)教材內(nèi)容進(jìn)行多媒體資源研發(fā)，譬如語文學(xué)科加入生字詞注釋、情景視頻、語音誦讀等，數(shù)學(xué)學(xué)科加入公式證明推導(dǎo)視頻等。經(jīng)過一年多的應(yīng)用推廣，平臺日活躍用戶為數(shù)千人次，課內(nèi)課外的使用率都較低。據(jù)調(diào)查，其部分原因在于，教師們普遍認(rèn)為平臺內(nèi)的數(shù)字教材更適合于閱讀，不太適合在課堂上使用;家長們則大多因為傳統(tǒng)觀念習(xí)慣使用紙質(zhì)教材等原因也不鼓勵學(xué)生在家使用。

（三）數(shù)字教材在滿足個性化需求方面較為欠缺

大部分提供數(shù)字教材的服務(wù)應(yīng)用平臺都有資源修改和自定義模式，以滿足教師特色化的教學(xué)需求和學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求，但其基本做法是給教師提供有限的基礎(chǔ)資源、利用可編輯功能進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，給學(xué)生提供教師修改或自行設(shè)計的作業(yè)等。在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們可在任何時間和地點便捷地獲得大量的知識，他們迫切需要的是從海量知識中選擇出適合自己學(xué)習(xí)和使用的內(nèi)容。顯然，數(shù)字教材服務(wù)應(yīng)用平臺具備的這種簡單的編輯修改功能與用戶需求之間的矛盾突出。四川省教育資源公共平臺中的中小學(xué)數(shù)字教材，其主要形式為電子版的教材、課件、練習(xí)材料等，這些純粹的數(shù)字資源無法滿足師生個性化需求。

二、自適應(yīng)學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及其系統(tǒng)構(gòu)建

（一）自適應(yīng)學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

自適應(yīng)學(xué)習(xí)，也稱為自適應(yīng)教學(xué)，是一種通過使用計算機(jī)算法調(diào)整與學(xué)習(xí)者的互動方式，并提供定制的資源和學(xué)習(xí)活動，以滿足每個學(xué)習(xí)者個性化需求的教育方法。在自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者參與測試、完成任務(wù)和實踐項目，計算機(jī)會根據(jù)學(xué)習(xí)者測試、任務(wù)和實踐的結(jié)果得出其學(xué)習(xí)需求，以此調(diào)整教學(xué)材料的組織與呈現(xiàn)方式，確保學(xué)習(xí)者接受到合適的教學(xué)。實現(xiàn)該學(xué)習(xí)方法的技術(shù)涉及多個研究領(lǐng)域，包括計算機(jī)科學(xué)、人工智能、教育學(xué)、心理學(xué)和腦科學(xué)等。自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠為學(xué)習(xí)者提供更精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)資源、更高效的學(xué)習(xí)方法，在移動互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下，這是教育知識服務(wù)行業(yè)從內(nèi)容平臺服務(wù)向個性化知識服務(wù)發(fā)展的方向。

（二）自適應(yīng)學(xué)習(xí)的系統(tǒng)構(gòu)建

自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)通常被劃分為單獨的組件或“模型”。盡管不同系統(tǒng)的組件或模型組合形式有所不同，但是大多數(shù)系統(tǒng)都包含以下部分或全部組件：專家模型、學(xué)習(xí)者模型、教學(xué)模型和教學(xué)環(huán)境。

1.專家模型

專家模型是指儲存需要教學(xué)的材料的模型。它可以直接記錄一系列問題的解決方法，也可以儲存課程和教案，甚至可以通過教學(xué)方法論來說明問題的解決方法。在某些不包括專家模型的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，一般會將這些功能合并到教學(xué)模型中。

2.學(xué)習(xí)者模型

學(xué)習(xí)者模型是指跟蹤和了解學(xué)習(xí)者的模型。在自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，確定學(xué)習(xí)者知識與技能水平的最簡單方法就是利用計算機(jī)進(jìn)行自適應(yīng)測試，先根據(jù)學(xué)習(xí)者可能的知識與技能水平推斷其可接受的難度等級，然后選擇相應(yīng)難度的問題向?qū)W習(xí)者提問，再根據(jù)他們的答案調(diào)整對學(xué)習(xí)者的評價。計算機(jī)自適應(yīng)測試算法是比較容易實現(xiàn)的，其執(zhí)行的操作本質(zhì)上是二分搜索，先通過專家分析、實踐或兩者結(jié)合，基于難度匯總和評估大量問題的難度等級，然后系統(tǒng)總是向?qū)W習(xí)者提出一個問題，該問題的難度等級介于由計算機(jī)確定的學(xué)習(xí)者的最高和最低知識與技能水平之間;接著根據(jù)回答結(jié)果，不斷調(diào)整對學(xué)習(xí)者的評價與相應(yīng)的問題難度等級，如果測試者回答正確，則重新分配最小值，如果測試者回答錯誤，則重新分配最大值。在具體實踐中，還可以對學(xué)習(xí)者模型進(jìn)行編程，基于教育理念分析錯誤的答案，以進(jìn)一步識別學(xué)習(xí)者的薄弱點。

3.教學(xué)模型

教學(xué)模型是指按需傳送教學(xué)材料的模型，一般將可實現(xiàn)的最佳教學(xué)工具和最適當(dāng)?shù)慕處熃虒W(xué)建議相結(jié)合。教學(xué)模型的復(fù)雜程度在很大程度上取決于學(xué)習(xí)者模型的復(fù)雜程度。在包含計算機(jī)自適應(yīng)測試的學(xué)習(xí)者模型系統(tǒng)中，教學(xué)模型將對課程進(jìn)行排名，并與問題的難度等級排名相對應(yīng)。當(dāng)學(xué)習(xí)者的水平基本確定后，教學(xué)模型將提供相適應(yīng)的課程。教學(xué)模型可以設(shè)計用于分析學(xué)習(xí)者的薄弱點集合并相應(yīng)地制訂課程計劃。例如，當(dāng)學(xué)習(xí)者模型監(jiān)測到錯誤答案時，某些系統(tǒng)會以“提示”的形式提供反饋，如當(dāng)學(xué)習(xí)者犯錯時，會彈出諸如“仔細(xì)觀察數(shù)字的符號”等有用的建議。

4.教學(xué)環(huán)境

教學(xué)環(huán)境是指自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中實現(xiàn)交互功能的用戶界面。根據(jù)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境和領(lǐng)域的不同，其教學(xué)環(huán)境有所不同。在自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的用戶界面中，學(xué)習(xí)者模型、教學(xué)模型和專家模型將會實現(xiàn)整合，以滿足個性化的學(xué)習(xí)需求。

三、以自適應(yīng)學(xué)習(xí)構(gòu)建數(shù)字教材的實踐

基于自適應(yīng)學(xué)習(xí)方式構(gòu)建的系統(tǒng)，目前大多應(yīng)用于教育領(lǐng)域中的測評及商業(yè)培訓(xùn)，也逐漸被設(shè)計成應(yīng)用程序引入整體課程。下面以中小學(xué)數(shù)字教材體系建設(shè)為例，說明基于自適應(yīng)學(xué)習(xí)構(gòu)建的數(shù)字教材及其網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺。

新冠肺炎疫情使線上教學(xué)在中小學(xué)教學(xué)中得到大規(guī)模實踐，混合式教學(xué)逐漸成為一種備受推薦的教學(xué)方式。如圖1所示，基于自適應(yīng)學(xué)習(xí)構(gòu)建的數(shù)字教材及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，正是適用于混合式學(xué)習(xí)模式的課程和滿足個性化學(xué)習(xí)需求的平臺，也是中小學(xué)數(shù)字教材建設(shè)的新模式：教師可依據(jù)教學(xué)內(nèi)容的知識類型、教學(xué)目標(biāo)來靈活選擇不同的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方法;學(xué)生可依據(jù)自己的認(rèn)知方式、知識儲備狀態(tài)，選取不同的學(xué)習(xí)與交流方式，來達(dá)到教學(xué)效果的最優(yōu)化。

（一）以專家模型引導(dǎo)解決數(shù)字教材結(jié)構(gòu)體系的割裂性

數(shù)字教材體系需要具備課程概覽、教學(xué)資料、課程交互、課程評估等功能模塊，將自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的專家模型內(nèi)嵌于課程概覽，即課程宏觀信息的基礎(chǔ)性總體描述等，可以幫助學(xué)生了解學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)目的，掌握學(xué)習(xí)方法，摸清學(xué)習(xí)脈絡(luò)，確保學(xué)習(xí)高效順利開展。教師建立課程需要基本信息、教學(xué)日志、課程大綱、考核要求、教學(xué)目標(biāo)等基本內(nèi)容，基于這些信息設(shè)立的問題庫及解決方案，也將涉及其他幾個功能模塊，使各模塊之間互交互聯(lián)。

（二）教學(xué)模型是數(shù)字教材體系的核心部分

教學(xué)模型是整個數(shù)字教材體系的核心內(nèi)容，其教學(xué)資源是學(xué)生線上線下學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)部分，可以由數(shù)字教材提供商提供，也可以由教師根據(jù)教學(xué)需求自行開發(fā)制作，主要包括四個方面：教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課件、微課、擴(kuò)展資源。教學(xué)內(nèi)容是課程的主體部分，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)安排，按照章節(jié)或?qū)ｎ}的模式進(jìn)行資料整合。教學(xué)課件是教師在課堂上使用的多媒體資源，例如文字文檔、演示文檔、音視頻等教學(xué)相關(guān)資源，幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，并在課后及時復(fù)習(xí)和掌握課堂上的教學(xué)內(nèi)容。微課是教師進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的主要教學(xué)手段，由學(xué)生在課前和課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)時使用，可以由教師自主創(chuàng)作，也可以引用現(xiàn)有的在線課程進(jìn)行資源改造。擴(kuò)展資源是教師根據(jù)教學(xué)的需要，進(jìn)行案例、資源、參考資料等方面的擴(kuò)展。

課程交互可以促使最佳的教學(xué)工具和最適當(dāng)?shù)慕處熃虒W(xué)建議相輔相成，它是教學(xué)模型的精髓所在，是能夠促進(jìn)學(xué)生能力提升以及高階思維培養(yǎng)的重要手段。通過課程交互，將最適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)建議結(jié)合最佳教學(xué)工具營造出師生學(xué)習(xí)共同體，激發(fā)學(xué)生的參與熱情，達(dá)到由學(xué)習(xí)知識向培養(yǎng)能力的轉(zhuǎn)變。利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺中的課程論壇和討論組快捷實現(xiàn)課程交互功能，其中課程論壇以班級交互為主，能進(jìn)行師生之間、學(xué)生之間的討論交流;討論組適用于小組協(xié)作探究，通過知識的分享，促進(jìn)彼此的能力提升。平臺會記錄下師生的討論和交流過程，這些行為會作為分析學(xué)生學(xué)習(xí)薄弱點的依據(jù)之一，以制訂合適的課程學(xué)習(xí)計劃。

課程評估是數(shù)字教材有效應(yīng)用的重要標(biāo)準(zhǔn)，是評價中小學(xué)學(xué)科課程教學(xué)效果的重要指標(biāo)，它既保證了課程重難點和課程精髓都能夠在數(shù)字教材體系中呈現(xiàn)，也保證了教學(xué)模型中的課程排名與專家模型中的問題難度等級排名相對應(yīng)。

（三）學(xué)習(xí)者模型有助于實現(xiàn)個性化需求推送

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺提供了主頁工具、知識圖譜、資源工具、作業(yè)工具、答疑室、討論區(qū)、成績冊、個人空間、多人協(xié)同、練習(xí)與測試等工具，幫助師生搭建教學(xué)環(huán)境，實現(xiàn)資源共建共享。在數(shù)字教材體系中，嵌入學(xué)習(xí)者模型的計算機(jī)自適應(yīng)測試算法，可以對學(xué)生進(jìn)行評估，再借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺內(nèi)的資源管理功能，使教學(xué)模型中的課程資源實現(xiàn)按需推送，滿足個性化的學(xué)習(xí)需求。

四、結(jié)語

在移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展和在線教育需求日益旺盛的今天，數(shù)字教材作為重要的數(shù)字教育產(chǎn)品，其用戶數(shù)量呈快速增長趨勢，但從用戶需求的角度來看也存在著一些問題?；谧赃m應(yīng)學(xué)習(xí)構(gòu)建數(shù)字教材，為數(shù)字教材的發(fā)展提供了新的參考路徑，有望成為教育知識服務(wù)行業(yè)滿足個性化知識服務(wù)的發(fā)展方向。

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（作者單位系廣東教育出版社）