大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材建設(shè)研究

馮 穎

（西南交通大學(xué)，四川 成都 611756）

教育信息化改變了知識的呈現(xiàn)和傳播方式，多元化、智能化、交互式的數(shù)字教材在數(shù)字資源建設(shè)，尤其是線上學(xué)習(xí)和移動閱讀中發(fā)揮著積極作用，使學(xué)習(xí)更具開放性、靈活性和多樣性。

高等院校非數(shù)學(xué)類專業(yè)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程統(tǒng)稱為大學(xué)數(shù)學(xué)，涵蓋高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)和概率論與數(shù)理統(tǒng)計等，是面向理、工、經(jīng)管等本科專業(yè)開設(shè)的重要公共課程。大學(xué)數(shù)學(xué)課程的學(xué)習(xí)有利于擴展學(xué)生的數(shù)學(xué)知識面，提高抽象思維、邏輯推理和空間想象能力，對培養(yǎng)大學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維具有重要意義。建設(shè)大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材，完善教育信息化中教學(xué)資源建設(shè)是推動大學(xué)數(shù)學(xué)教材改革與發(fā)展的重要課題。本文在分析大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材建設(shè)的意義和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探究了數(shù)字教材建設(shè)的思路和路徑。

一、大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材建設(shè)的意義

當(dāng)前，教育信息技術(shù)、媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展使學(xué)習(xí)方式發(fā)生了巨變，傳統(tǒng)的課堂講授正逐步與慕課、SPOC、翻轉(zhuǎn)課堂等數(shù)字化教學(xué)模式相融合。學(xué)生獲取知識的途徑不囿于紙質(zhì)的圖書或教材，更多地將依靠數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。以信息技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)為基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革勢在必行。數(shù)字教材的設(shè)計與開發(fā)順應(yīng)了時代的發(fā)展，滿足了多層次、多元化、個性化的教學(xué)要求，是教學(xué)資源建設(shè)的重要內(nèi)容，對有效推動教學(xué)改革具有重要意義。

（一）開發(fā)優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源，推動教學(xué)模式改革

《教育信息化2.0 行動計劃》明確指出，教育信息化是教育現(xiàn)代化的基本內(nèi)涵和顯著特征，以教育信息化支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化，是新時代我國教育改革發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，對于構(gòu)建教育強國和人力資源強國具有重要意義。完善數(shù)字教育資源公共服務(wù)體系，探索資源共享新機制，提升數(shù)字教育資源服務(wù)供給能力，有效支撐學(xué)校和師生開展信息化教學(xué)應(yīng)用[1]?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》強調(diào)加快信息化時代教育變革，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，加強課程教材體系建設(shè)，創(chuàng)新教育服務(wù)業(yè)態(tài)，建立數(shù)字教育資源共建共享機制[2]。大學(xué)數(shù)學(xué)理論經(jīng)典，應(yīng)用廣泛，高校以人才培養(yǎng)和教學(xué)改革為目標(biāo)，開發(fā)高質(zhì)量的數(shù)字教材，不僅是教育信息化發(fā)展的外部驅(qū)動，也是課程教學(xué)創(chuàng)新的內(nèi)生要求?；趥鹘y(tǒng)教育出版優(yōu)勢，以紙質(zhì)教材為藍本，開發(fā)、應(yīng)用優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源，建設(shè)配合線上、線下教學(xué)的數(shù)字教材，連接第一課堂和第二課堂，打造新型“教與學(xué)”文化氛圍，充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的引領(lǐng)作用，助推數(shù)學(xué)教育理念和教學(xué)模式的改革，滿足信息化教學(xué)新需求。

（二）契合移動學(xué)習(xí)特征，有效延伸課堂教學(xué)

數(shù)字教材，也稱為“電子教材”“電子書”，是指集合了教科書、音聲、靜物畫、動畫和影片等多種表達方式的多媒體信息形態(tài)教材，是符合課程目標(biāo)要求，有利于組織學(xué)習(xí)活動，遵循學(xué)生閱讀規(guī)律，按圖書風(fēng)格編排的電子讀物[3]，也是依托信息技術(shù)，把課程知識以更加直觀、生動、全面的方式展示給學(xué)習(xí)者，讓他們獲得更有效學(xué)習(xí)的一種認(rèn)知途徑。教師將數(shù)字資源有機融入課堂教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容，完善課程設(shè)計和實施，圍繞教材組織研學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。學(xué)生利用數(shù)字資源進行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)與測試、在線交流討論，開展個性化的自主學(xué)習(xí)。數(shù)字教材兼具開放性、富媒體性、交互性等特征，突破了現(xiàn)實教學(xué)空間和時間的阻礙，建構(gòu)了聯(lián)結(jié)課堂知識與課外知識的渠道與路徑[4]，有效延伸課堂教學(xué)，契合移動學(xué)習(xí)處處可學(xué)、時時可學(xué)的特點，在線上學(xué)習(xí)的資源建設(shè)中發(fā)揮著不可或缺的作用[5]。

二、大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材建設(shè)的現(xiàn)狀

回顧我國數(shù)字教材發(fā)展歷程，信息技術(shù)發(fā)展和教育教學(xué)環(huán)境改善為數(shù)字教材建設(shè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。大學(xué)數(shù)學(xué)教材的出版在經(jīng)歷紙質(zhì)教材、新形態(tài)教材的過渡中，逐步實現(xiàn)向教學(xué)與信息技術(shù)深度融合的數(shù)字教材的轉(zhuǎn)變和發(fā)展。正確認(rèn)識大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材的出版現(xiàn)狀和面臨的主要問題，對于厘清建設(shè)思路，剖析建設(shè)要素，推廣和普及數(shù)字教材具有重要意義。

（一）教材內(nèi)容形式局限

目前，在大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)用書中紙質(zhì)版教材仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，新形態(tài)教材也是通過在紙質(zhì)教材的正文旁設(shè)置二維碼掃描，鏈接到配套的數(shù)字化教學(xué)資源或在線學(xué)習(xí)平臺訪問學(xué)習(xí)。數(shù)學(xué)教材的電子書以紙質(zhì)教材的數(shù)字化居多，屬于靜態(tài)數(shù)字教材，延續(xù)了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教材以定義、定理、證明、例題四部曲為框架，注重理論深度、體系完整和推理嚴(yán)謹(jǐn)。電子資源除教學(xué)視頻外主要是教學(xué)課件、習(xí)題講解、測試題庫等文檔資料，數(shù)字化、媒體化程度不足，缺少能夠支持不同學(xué)習(xí)層次、學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)習(xí)慣的富媒體資源，無法充分滿足學(xué)習(xí)者個性化的學(xué)習(xí)需求。

（二）教學(xué)設(shè)計融合不夠

數(shù)字教材重視視頻、音頻、動畫等多媒體資源的建設(shè)，力求知識呈現(xiàn)的生動性和可視化，但對內(nèi)容體系的教學(xué)設(shè)計考慮不足。數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)相對其他學(xué)科具有特殊性，抽象的理論內(nèi)容，特定的數(shù)學(xué)術(shù)語、符號、公式和圖表，豐富的計算、推理、建模和實驗等，都提高了數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的難度。加之在線學(xué)習(xí)中碎片化、自主化的閱讀特點，使學(xué)習(xí)者利用電子設(shè)備進行數(shù)字教材的學(xué)習(xí)并不輕松。因此，從教材體系向?qū)W生體系轉(zhuǎn)變，以問題為基礎(chǔ)，以探究為導(dǎo)向，融合先進的教學(xué)設(shè)計是大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材建設(shè)不可回避的問題。

（三）教學(xué)服務(wù)支持不足

推廣數(shù)字教材要從提高用戶體驗入手，良好的用戶體驗是促進使用者完成有效學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素。數(shù)字教材的互動性由教材內(nèi)容和數(shù)字平臺共同支撐，一方面是學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間，以及學(xué)習(xí)者與師者之間的交流互動；另一方面是在線練習(xí)、測試，幫助學(xué)習(xí)者了解自身知識掌握情況，方便教師及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。此外，學(xué)生在使用數(shù)字教材時，能夠動手操作，直觀體驗，這也是數(shù)學(xué)類數(shù)字教材的突出特征。縱觀大學(xué)數(shù)學(xué)類數(shù)字教材，缺少有效的教材服務(wù)平臺，無法充分發(fā)揮數(shù)字教材的交互式體驗功能，影響了數(shù)字教材的整體使用率。

三、大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材建設(shè)的思路

針對數(shù)學(xué)課程理論性強、內(nèi)容抽象等特點，數(shù)字教材在內(nèi)容設(shè)計上要以課程教學(xué)目標(biāo)和要求為主，遵循基礎(chǔ)性、科學(xué)性、系統(tǒng)性原則，與紙質(zhì)教材內(nèi)容緊密聯(lián)系；加強教學(xué)設(shè)計，突出知識的建構(gòu)和呈現(xiàn)方式，科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生將碎片化的學(xué)習(xí)與系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)相結(jié)合，提高學(xué)習(xí)效率。

（一）以一流課程建設(shè)為導(dǎo)向

2019 年教育部實施一流課程建設(shè)，旨在打造具有“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的金課。課程改革以教材建設(shè)為始點，最終指向金課建設(shè)。堅持以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，在保證知識框架完整、內(nèi)容體系科學(xué)的基礎(chǔ)上，數(shù)字教材突出“創(chuàng)新性、時代性、典型性、適應(yīng)性、趣味性”，注重線上、線下教學(xué)資源的有機融合和對學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。由教材建設(shè)協(xié)同教學(xué)模式改革，打通混合式教學(xué)的壁壘，將學(xué)生引向深度學(xué)習(xí)。

（二）以資源建設(shè)為抓手

相對于紙質(zhì)教材，數(shù)字教材更具有富媒體特征，因此資源設(shè)計是數(shù)字教材建設(shè)的核心內(nèi)容，也是教材建設(shè)的重要抓手。內(nèi)容豐富、形式新穎、應(yīng)用性和擴展性的教學(xué)資源對于理論抽象、邏輯嚴(yán)密、以計算論證為主的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)來說尤其重要，不僅能生動、精準(zhǔn)地展現(xiàn)知識點，拓展獲取知識的路徑，而且有助于學(xué)生加深對知識內(nèi)涵的理解，激發(fā)學(xué)生對未知的探究和學(xué)習(xí)興趣。

（三）以互動功能為突破

社會建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)是借助溝通行為得以建構(gòu)知識。數(shù)字教材建設(shè)要重視交互式學(xué)習(xí)功能的實現(xiàn)，提供有效的自檢、自測平臺，幫助學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中的問題，增強在線學(xué)習(xí)的參與感。同時，搭建方便的交流和討論平臺[6]，實現(xiàn)師生之間、生生之間的多維互動，減少學(xué)習(xí)中的“孤獨感”，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，提升自主學(xué)習(xí)的效果。

四、大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材建設(shè)的路徑

數(shù)字教材建設(shè)的關(guān)鍵不僅在于信息技術(shù)層面和教材表現(xiàn)形式的突破，更在于能夠有效支持學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)交流等方面的設(shè)計與實現(xiàn)。數(shù)字教材建設(shè)的路徑包括內(nèi)容構(gòu)建、交互式設(shè)計、資源整合和平臺開發(fā)等方面。

（一）優(yōu)化教材體系設(shè)計，服務(wù)教學(xué)內(nèi)容需求

在保持大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)知識基本框架和結(jié)構(gòu)的同時，數(shù)字教材內(nèi)容的編排應(yīng)適用和采用符合知識點之間邏輯關(guān)系的“立體式”構(gòu)架模式，優(yōu)化內(nèi)容結(jié)構(gòu)，打破紙質(zhì)教材單向化、平面化、線性化的內(nèi)容編排方式?；谛畔⒓夹g(shù)，設(shè)計方便學(xué)生獲取知識的路徑，實現(xiàn)知識點之間的自由跳轉(zhuǎn)，學(xué)習(xí)者能夠根據(jù)自身學(xué)習(xí)需要在相關(guān)知識點之間便捷切換。借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀數(shù)學(xué)教材編寫經(jīng)驗，在寫作風(fēng)格上采用通俗易懂、言簡意賅的形式[7]。同時，注重啟發(fā)性、探索性，以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者深入探究，讓學(xué)習(xí)者在獲得知識的過程中達到更好的學(xué)習(xí)效果。

數(shù)學(xué)文化和素養(yǎng)的培育在教材設(shè)計中應(yīng)得到充分的體現(xiàn)。將數(shù)學(xué)科學(xué)曲折的發(fā)展歷程，數(shù)學(xué)家的研究工作與杰出貢獻，不畏艱險、勇攀高峰的科學(xué)精神，數(shù)學(xué)的廣泛應(yīng)用，數(shù)學(xué)中的美學(xué)以及相關(guān)知識的產(chǎn)生背景和來龍去脈等圖文并茂地融入與滲透到知識點的學(xué)習(xí)中，提高電子教材的生動性和趣味性。

數(shù)字教材既要繼承紙質(zhì)教材知識體系的完整性和系統(tǒng)性，也要兼具實用性和靈活性。設(shè)計“知識導(dǎo)圖”“疑難解答”“章目總結(jié)”等內(nèi)容模塊，在習(xí)題的選擇上注重題目類型和難度梯度，設(shè)計針對不同學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)階段的自測題、思考題、復(fù)習(xí)題等各類習(xí)題。對于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵部分——“證明”和“解答”，采用可隱蔽式的設(shè)計方式，方便學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的實際需要選擇展開或隱藏。

（二）增加演示交互設(shè)計，提升用戶學(xué)習(xí)體驗

交互式演示是數(shù)字教材相對紙質(zhì)教材的一個亮點。對抽象的知識點設(shè)計交互式演示，通過引導(dǎo)學(xué)生觀察、動手操作、實驗，生動化、形象化地展現(xiàn)知識點，有效降低理論抽象的難度。例如在定積分的概念中，關(guān)于曲邊梯形面積求解的“分割、近似、求和、取極限”，設(shè)計讓學(xué)習(xí)者通過自由增加分割小曲邊梯形的個數(shù)，即刻體驗分割的加細對面積近似的影響。又如，在研究平面曲線在某點的切線問題時，學(xué)習(xí)者可以反復(fù)拖動曲線上的點以形成割線，直觀感受割線對于切線的逼近效果。真實的體驗?zāi)軌蚣ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，最大限度地降低知識的抽象性，幫助學(xué)生生動形象理解知識。

數(shù)字教材具有社交學(xué)習(xí)功能，設(shè)計對應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的測試題，采用自動判解的方式即時反饋結(jié)果，有效改善形成性評價效果。數(shù)字教材還應(yīng)提供類似紙質(zhì)教材打草稿、標(biāo)注、學(xué)習(xí)記錄和筆記分享等功能，以提升學(xué)生的專注度和沉浸感。在學(xué)習(xí)中遇到困難時，可在線與作者、教師或其他讀者討論交流。此外，教材提供關(guān)鍵詞的中英文注釋，具備文字段高亮、筆記、書簽、拷貝等功能，并在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下可鏈接至搜索引擎或在線字典進行檢索，體現(xiàn)數(shù)字教材云服務(wù)的思想，有效提升學(xué)習(xí)體驗。

（三）整合富媒體資源，豐富內(nèi)容呈現(xiàn)形式

電子資源的建設(shè)不是對各種圖片、動畫、視頻、文字資料等多媒體素材的簡單羅列，而應(yīng)著力于以學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)情為出發(fā)點，系統(tǒng)整合并富有表現(xiàn)力地展示適應(yīng)課程學(xué)習(xí)的特色資源，實現(xiàn)知識與媒體之間的融合，有助于學(xué)習(xí)內(nèi)容的縱深延展，滿足學(xué)習(xí)者多樣性、差異性的需求。

作為數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要參考——圖形的演示，對陰影和線條進行分類處理，采用三維格圖、側(cè)空間圖等動態(tài)演示，增加立體感和層次感。在知識的展示效果上，美觀的圖形、規(guī)范的數(shù)學(xué)公式編輯能夠增強教材的可視化效果，有利于學(xué)習(xí)者閱讀。同時，電子教材具有豐富的學(xué)習(xí)功能，在基本知識點和內(nèi)容后附帶微課教學(xué)視頻、學(xué)習(xí)資源鏈接，方便閱讀和聽課相結(jié)合。將資源學(xué)習(xí)與教學(xué)過程相結(jié)合，打造真實課堂學(xué)習(xí)的體驗感，豐富電子教材的呈現(xiàn)形式。

（四）開發(fā)智能閱讀平臺，完善教材使用功能

在線學(xué)習(xí)的主要設(shè)備為智能手機、平板電腦、電子書等，通過在移動終端上安裝應(yīng)用程序來實現(xiàn)閱讀學(xué)習(xí)活動。數(shù)字教材作為一種數(shù)字出版產(chǎn)品，其使用和運行要依靠智能化的軟件或平臺，關(guān)聯(lián)文本、視頻、音頻、圖像、動畫等多種信息，形成具有交互性、多樣性和集成性的電子閱讀資源。建設(shè)支撐數(shù)字教材穩(wěn)定運行，響應(yīng)速度快，同步其他設(shè)備，適合人機交互的教材學(xué)習(xí)平臺，能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)軌跡、學(xué)習(xí)風(fēng)格等推送個性化的學(xué)習(xí)資源。依托平臺采集并存儲學(xué)習(xí)者使用教材的過程數(shù)據(jù)、交互數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)，智能化分析評估學(xué)習(xí)情況，方便教師及時掌握學(xué)情，有效提高教學(xué)水平。搭配移動教學(xué)管理平臺，輔助教學(xué)活動開展，促進教學(xué)模式改革，實現(xiàn)教育內(nèi)容和服務(wù)平臺為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)支持和保障的需求。此外，教材平臺支持學(xué)習(xí)資源實時動態(tài)更新，方便數(shù)字教材開發(fā)再版。

五、結(jié)論

紙質(zhì)教材到數(shù)字教材的轉(zhuǎn)型是一場深刻的變革，具有劃時代的意義。數(shù)字教材的出版不是對紙質(zhì)教材的否定，更不是對紙質(zhì)教材的替代，而是延伸與擴展，數(shù)字教材建設(shè)也成為課程教材改革的必然趨勢，它的研發(fā)設(shè)計、呈現(xiàn)形態(tài)和出版模式等還存在廣闊的發(fā)展空間。當(dāng)前，大規(guī)模線上教學(xué)正走向常態(tài)化，成為教育的重要模式，與之相應(yīng)的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，特別是兼具環(huán)保、綠色、經(jīng)濟特性的數(shù)字教材，其需求量將大幅上升。大學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字教材建設(shè)應(yīng)抓住新的契機，加快開發(fā)與應(yīng)用，在推廣和使用過程中不斷改進、完善，促進教師的因材施教、學(xué)生的個體學(xué)習(xí)和教學(xué)的創(chuàng)新改革。