摘要：对数字教科书的文献分析显示，国外数字教科书的发展主要有两条途径：一条是将数字教科书看作对传统教科书的简单替代，并在有限的范围内对教学资源进行丰富和拓展；另一条是以学生为中心，在厘清学生的认知特点、学习规律和与数字教科书间相互作用的基础上，运用恰当的数字手段满足学生个性化的学习需要。数字技术的发展只是教科书发展的外部原因，而其核心仍是对学生认知规律能够进行准确刻画的学习理论。

　　关键词：教材开发；数字教科书；文献研究

　　中图分类号：G423.3文献标志码：A文章编号：1000-0186（2015）09-0117-06

　　迅猛发展的信息技术正在改变人类社会的生存方式，无论是生产、消费还是娱乐都与信息技术紧密相关。人类生存的外部世界直接影响到人们思考的方式。随着信息技术的不断成熟，它对于人的思维方式和学习方式也产生了越来越重要的影响。教育的核心地带———教学不可避免地处于信息技术施加影响的范畴。教学的核心资源———教科书同样面临信息技术的猛烈冲击。世界各国均对数字教科书的研究密切关注，在2010年首部平板电脑问世之际，美国教育部就指出：能否利用信息网络技术为“数字一代”（成长于网络信息时代的青少年）创造出使其乐于参与、满足其个性化学习需要的教科书将是教育研究者所面临的一个巨大挑战。美国无疑引领信息技术发展的方向，2009年5月6日，美国加利福尼亚州州长阿诺德？施瓦辛格发起“免费电子教科书计划（Free Digital Textbook Initia-tive）”。而韩国作为我们的近邻，则宣称要在2015年全面普及数字教科书。本研究将聚焦国外数字教科书的相关研究，希望能够梳理出一些研究的方向和结论，为我国数字教科书的研究与开发提供借鉴与启示。

　　本文选取了自2000年至今的以数字教科书作为研究主题的典型期刊或会议论文作为分析对象，通过对文献具体内容的归纳，发现围绕数字教科书进行的研究主要关注三个问题：如何将传统教科书更好地进行数字化处理？在教学当中，数字教科书能否提升学生的学习效果？与传统教科书相比，数字教科书具有哪些优势？

　　从对文献分析的结果可以看出，当前的研究主要将传统教科书、学习理论以及课程等主题作为主要的切入点，通过传统教科书与数字教科书的比较研究来评估数字教科书是否能够满足学习和课程的需要，进而对上述三个问题进行回答。在这些研究中，部分研究注意到数字教科书的设计应与具体学科的特征相结合（如科学类和阅读类数字教科书）；另一些研究不仅关注学生的学习需要，而且从学生和课程出发，关注在教学活动中数字教科书的表现；少量研究将数字教科书的研制与学生的认知理论联系在一起，认为数字教科书的发展需要以学生的认知理论作为基础。此外，其他一些研究则侧重数字教科书的技术发展，研究如何将网络技术应用于数字教科书的开发当中。

　　一、数字教科书研究回顾

　　20世纪90年代中期，经过数字化处理的教科书通过CD光盘的形式被带入课堂，其内容安排以及排版形式完全按照纸质教科书进行，仅将图片等替换为动画或视频，进行有限的资源拓展。许多研究开始关注此类的数字教科书是否能够替代传统教科书。Berg等人认为此种数字教科书对于知识学习还不能提供应有的便利。^［1］Woody认为在大规模选用该种数字教科书之前，仍然需要对其各种使用方式进行评估，确保数字教科书的使用能够真正帮助学生进行学习和发展。^［2］

　　由于普遍认为大学生群体是数字教科书使用的最广泛群体，研究者于是将大学生作为研究对象，在对其进行的数字教科书和传统教科书使用效果的对比研究中发现，尽管数字教科书提供了更为丰富的补充资源并且更容易进行内容搜索，但学生仍然更喜欢传统教科书。［1-9］在对科学类数字教科书的使用调查中发现，学生认为目前的数字教科书没有提供更加优于传统教科书的内容组织和安排，并且长期阅读会更容易造成眼部的不适。^{［5］［8］}正如Coyle所指出的，目前的数字教科书只是对传统教科书的数字化处理，而非关注如何开发和使用新技术来帮助学生学习。^［5］大多数数字教科书只是纸质教科书的简单集合，但这并不是应有的最优形式。此外，研究者还发现学生并不是自然地就知道该如何正确和有效使用数字教科书，个体已有的成熟阅读习惯和思维方式或许对数字教科书的使用造成了较大的障碍。

　　总之，尽管教师与学生对数字教科书的前景抱有乐观的态度，但是数字教科书的发展还有很大的空间，如何设计出具有最优使用体验的数字教科书将是一个巨大挑战。因此，越来越多的研究者开始考虑如何将数字教科书与学生的学习特点进行整合，开始尝试理解学生与数字教科书间的相互作用，试图以此为基础，使得数字教科书能够为读者提供体现其个性化需求的、不同于传统教科书的建构式学习体验。

　　二、数字教科书研究的新进展

　　根据上述认识，加之考虑到固有阅读习惯对使用者的影响，研究者逐渐将数字教科书的应用对象变为中小学阶段的学生，尤其以小学阶段的研究居多，这一年龄段的青少年正好成长于网络信息技术飞速发展和大规模应用的年代，是“数字的一代”，对电子资源的接受能力往往更强。^［11］

　　（一）数字教科书的开发基础

　　研究者在数字教科书的研制过程中摒弃了以往复制传统教科书的做法，首先在理解课程内容、教学要求和学生认知特点的前提下，构建出能表征学生知识理解和认知发展的学习模型，［8］在这个基础上利用数字技术特有的优势开发出符合学生学习规律和认知特点的教科书，并在教学实践当中进行修正，如图1所示。^{［6］［10］［16］}在开发与具体学科内容相结合的学习模型的同时，Domagk等人提出了基于多媒体环境下的一般学习理论，强调“交互作用（interactivity）”对于数字环境中的学习的重要作用，并给出了多媒体交互作用的整合模型（INTERACT，图2），它能够为具体学科下的多媒体交互教学提供设计依据，为研究电子环境中学生的学习、讨论提供信息，为数字教科书的设计提供框架。在基于计算机的多媒体学习情境下，模型中的“交互作用”是在学习者和多媒体学习系统之间进行的，学习者的行为依赖系统的行为并将系统作为交互媒介，在这个过程中没有主动和被动之分，交互是双向的，这个定义强调学习者和系统间的动态关系。［8］

　　INTERACT模型的出发点是“学习环境（learningenvironment）”，其中既包括指导教师的教学策略，也包括针对学习者的“脚手架”式学习策略。“学习环境”与“行为活动（behavior-alactivity）”双向连接，表明学生的行为会受到教学策略以及学习策略的影响；同时，作为显性的表达方式，学生的“行为活动”在反馈给电子学习系统时，系统需要根据学习者的特点进行相应调整。“学习环境”还会影响学生的“（元）认知活动（metacognitive/cognitive activity）”和“学习情感与动机（motivation/emotion）”，由于认知和动机等都是隐性变量，“学习环境”无法直接根据其做出调整，但二者会通过“行为活动”反映出来，因此学习系统对它们的反馈也是通过“行为活动”而做出的。在INTERACT模型中，一个关键的要素便是学生的“心智模型”。此处，“心智模型”既指学生带入学习活动当中的已有知识结构，又指学生从学习活动中所获得的新知识。已有的知识结构，既指学习者在认识论层面的知识，也指学生所持有的具体知识，它们共同影响着认知活动，也决定着学习者的动机和情感状态，而学习者的动机和情感将会影响他对学习的热情与参与程度。

　　INTERACT模型是对“交互作用”的解构说明，强调“交互”是由图2中各个部分的相互联系构成的。INTERACT模型的特点是利用学生的“行为活动”来推测行为所具有的认知意义，为教学提供便利，例如可根据学生的行为推断其认知特点，并根据这些特点来制定相应的教学策略和学习策略等。［8］

　　（二）数字教科书的开发框架

　　怎样将学习模型应用于数字教科书的开发当中？研究者在对学生的学习规律进行研究时发现学生普遍想要与数字教科书中的资源进行交互，并且希望拥有符合自己个性化学习的教科书。^［6］但如何评估教科书与学生交互的质量，以及是否满足了学生的个性化需求？Berg等人提出了“使用性（usability）”和“功能性（functional-ity）”两个衡量指标，这也是衡量数字教科书能否大规模使用的标准。^［1］那么，又如何将“使用性”和“功能性”两个指标落实于数字教科书的开发当中？

　　为此，研究者提出利用“情境化（contex-tualization）”“个性化（personalization）”和“外表化（externalization）”三个要素来具体体现数字教科书的“使用性”和“功能性”要求，使得所开发的数字教科书能够促进学生的认知发展。^［6］［8］^{［13］［14］}“情境化”是指为了帮助和增进学生的阅读理解能力，多媒体和交互控件应当基于学生的需要在特定的情境下进行开发，如嵌入式多媒体、语音文档、热键和用户可控的交互活动等。^{［10］［13］}［15-17］“个性化”是指学生能够在学习的过程中进行个性化的记录来满足他们个体的需要，这些记录依赖情境，并且成为教科书的有机部分，如电子注释、书签和内容搜索、学习进程追踪等。^{［3］［4］［6］12］}“外表化”是指学生能够在学习发生时将他们的想法和感受通过外显化的方式表达出来，从而拓展他们的社会交互，如对笔记进行分享，建立家庭和学校间的联系，使得数字教科书更具便携性而方便学生随时随地进行学习。 ^{［8］［14］}

　　Kim等介绍了其所提出的数字教科书系统，该系统以学生“交互”学习理论为开发的基础，将“情境化”“个性化”和“外显化”三个要素的具体内容整合于模型当中（图3），强调数字教科书的各项功能与学习者间的互动性，强调学生以数字教科书为平台，通过“人—机、人—人”的方式对学习情况进行互动，从而提升学习者的学习效能。^［15］研究者以韩国教育和研究信息服务中心（KERIS）为依托，组织课程专家、学科专家以及网络计算机专家等形成专门的研发团队，通过对课程内容、教育目标以及可实现的技术手段等进行综合考量，通过对不同阶段学生进行访谈和问卷调查等形式了解其认知的具体特点，形成了从学习理论到外部功能相互一致的数字教科书框架。

　　多媒体交互控件能够为学习策略提供支撑，而这些学习策略能够促进学生对知识的理解。学生可利用“笔记工具”在学习的过程中根据自身的需要进行个性化的记录，这些记录将成为数字教科书的一部分。^［3］“学习管理系统”是专门依据个体的认知规律而设计的，能够帮助学生按照自身的认知和学习特点来安排知识的学习和复习等活动。此外，学习者还可通过“学习管理系统”和“评估工具”等进行在线互动，使得学生能够通过与同伴的合作与讨论等方式进行学习，同时训练了学生的交流与表达等技能。

　　（三）数字教科书的开发实践

　　以上的内容和功能需通过数字教科书的用户界面（User’sInterface）表征出来，用户界面的设计是数字教科书开发的关键步骤。多位研究者对用户界面的设计进行过研究，Hourcade等人表明许多儿童还不能区分鼠标的左右键，因此建议对于儿童的数字教科书而言，用户界面应当采用形象化的大图标设计思路，这样的界面能够更加方便地将儿童带入学习的内容当中，并且能够激发学生的兴趣，降低阅读原有的难度。为此，研究者设计了三款数字教科书的用户界面，发现不同的用户在不同的情境下喜好不同的用户界面。^［11］Revelle等人同样开发了可视化的数字教科书用户界面来支持儿童学习对数据的搜索，采用提问和“脚手架”式的界面，学生能够进行超出其原有能力的数据搜索行为。^［16］

　　此外，一些研究者^{［7］［14］［17］}检验了一系列新的用来支持儿童间合作学习的用户界面，虽然研究结果显示目前的界面开发仍有进一步改进的空间，但同时也取得了相应的进展和成果。例如，Larson调查了数字教科书如何在线为学生提供更多的机会来分享他们的思想，并表达他们的观点。结果显示学生在线的讨论促进了他们建构式学习的发展，学生富有内涵和意义的讨论反映了他们在真实和虚拟世界中获得的知识和能力。这些研究都表明“社会交互”和“脚手架”式策略都是数字教科书不可缺少的部分。^［14］因此，“社会交互”和“脚手架”式策略是数字教科书在用户界面中所必须嵌入的功能。

　　作为比较成熟的数字教科书产品，韩国教育学术情报院的研究者展示了所开发的数字教科书的用户界面（图4）。该数字教科书在韩国进行了大量的试验与调试工作，在试验的过程中不断解决暴露出来的设计缺陷与不足，逐渐使得所开发的数字教科书能够广泛地适合普通学生的使用，并且按计划将于2015年前后在中小学中推广使用。三、对我国数字教科书开发的启示

　　根据以上对文献的梳理和回顾，可以看出数字教科书的发展主要有两条途径：一条是利用数字媒介来替代传统的纸质媒介传播知识，将数字教科书看作是对传统教科书的简单替代，并在有限的范围内对教学资源进行丰富和拓展；另一条是以学生为中心，用数字技术来满足学生学习的个性化需要。在厘清学生的认知特点、学习规律和与数字教科书间相互作用的基础上，在数字教科书中运用新的数字手段满足学生个性化的学习需要。采取第一种途径的研究较多，但结果均表明数字教科书在实际的使用过程中并未对学生的学习和教师的教学具有促进作用，相反学生更加倾向于对传统教科书的使用。因此，研究者开始逐渐转向后一条途径来开发数字教科书。从目前的研究结果看，学生对此类数字教科书表现出了浓厚的兴趣，而且能力和知识均得到了提升。为此，本文总结出以下三点，希望对我国数字教科书的开发工作有所启示。

　　（一）理解数字教科书与传统教科书的根本区别

　　传统上，教科书被当作文本教学资源来使用，无论采用讲授还是探究的教学策略，教师都要首先对教材内容进行加工和重构，然后主导或引导学生完成对知识的学习。在这个过程中，教科书是教学活动的被动参与者。最初的数字教科书的开发便是在这种观点指导下进行的，试图单纯地利用电子媒介替代纸质媒介，对传统教科书进行简单的数字化复现和资源拓展，但这样的数字教科书并未发挥出数字技术的潜在优势，也并未对学生的学习产生更有益的影响，反而由于学生已有的阅读习惯和电子设备自身的缺陷导致了学生的消极反应。

　　基于此，为了开发出符合时代要求的数字教科书，就必须拓展对教科书功能的认识，从根本上对传统教科书和数字教科书进行区分。对于数字教科书而言，网络技术的嵌入是其最主要的特征之一，最大的优势便是能够进行即时交互（人—机交互、人—人交互），而这正是进行建构主义学习的重要途径之一，学习者通过与学习内容、学习环境的交互，以及和同伴的即时交流来建构和修正自己的知识框架，而这些也正是当下的数字技术能够实现的功能。因此，与传统教科书相比，数字教科书不再是教学活动的被动参与者，而是学生构建知识、开展学习的主动参与者和引导者，更加密切地参与和影响着学生对知识的建构过程，为教师提供了更多的手段来影响学生的学习，同时也将学生的学习从课堂拓展到随时随地。数字教科书是整合了教学策略、知识内容、合作交流的个体学习平台。在它的影响下，教师、学生和课堂的关系需要重新被考虑，它所提供的学习环境使得以学生为中心的个性化学习成为可能。

　　（二）认清数字教科书开发的核心所在

　　从将教学内容制成CD带入课堂开始，数字技术的创新一直是数字教科书不断发展的强大推力，从个人计算机和网络的出现到今天各种移动网络设备的普及，数字教科书的外显特征愈发精致，但以上的研究结果却指出单纯依靠技术创新的数字教科书无法被学生和教师普遍接受，主要原因在于：教科书的本质是为了帮助学习者更好地建构知识和提升能力，而要实现这一目标，就必须对学生的认知规律以及课程内容本体具有深刻的认识，并理解二者之间的相互作用，只有在这些前提下，所开发的教科书才能实现最初的目的。鉴于此，数字技术的发展只是促进教科书发展的外部原因，而其核心仍是对学生认知规律能够进行准确刻画的学习理论，并且该学习理论必须和具体的学科知识相结合，一般意义上的认知理论无法对学生的学习、教师的教学和教科书的研制进行有效的指导。只有以成熟的学习理论为核心，围绕学习理论对数字教科书开发所提出的要求来选择和开发相应的数字技术，才能实现二者的有机整合，才能使得开发出的新技术能够真正满足学生的认知需要，这样的数字教科书才能获得长久的生命力，才能够被广大师生所接受。

　　（三）利用新技术缩短数字教科书的研发周期

　　数字教科书的开发并非一蹴而就，虽然最初的数字教科书是在已有研究成果的基础上开发而成的，但其中的某些设计仍不可避免地与学生、教师的实际需求有相当的距离，因此与传统教科书一样，需要不断地修订与完善，这既包括对数字教科书核心学习理论的改进，也包括对用户体验等技术层面的改善。传统教科书的修订往往需要通过发放调查问卷，与教师和学生座谈等方式收集信息，不仅耗费人力、物力，并且存在收集周期长、信息内容不全面、质量不佳等问题，不利于对教科书进行及时、准确的改进。与之相比，数字教科书是以互联网为载体的新型教学资源，这使得开发者及时获得反馈信息具有可能性。结合当前网络技术飞速发展的时代背景，开发者需要在设计数字教科书之初便考虑如何利用“大数据”“云计算”等手段来同步收集和分析教师、学生在使用教科书时的行为数据（如教师学生间的交互，学生之间的交互，学生的习题作答表现等）以及对教科书的直接意见等，这些技术的出现极大地拓展了数据收集的样本范围，同时也改进了分析的方法，使得结果更加准确，从而能够更为全面和准确地发现数字教科书可能存在的问题，使得研发者及时组织人员研究相关问题，更好地改进数字教科书质量成为可能。

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　　(责任编辑：刘启迪)