电子课本教学资源的设计和开发

摘　要：电子课本取代纸质课本进入课堂具有重要的理论意义和现实意义，但电子课本教学资源的规范和标准已经成为电子课本开发和推广的瓶颈。本文根据现代教育理论，参照正在制订的电子课本标准，结合实例对电子课本教学资源的设计和开发作初步的理论探索。

关键词：电子课本；标准；设计；开发

　　一、 电子课本的内涵及国内外研究现状
　　电子课本的出现是教育信息化走进课堂的体现，当前国内外研究学者对电子课本还没有一个统一的定义，很多人把电子课本和电子书混为一谈，认为将纸质课本转变成电子文档，再加上电子阅读器，就成为电子课本，其实这仅是简单的“教材搬家”。电子课本是一个基于全新产品的组合概念，在WIKIPEDIA里电子课本被称为Digital Textbook，它的功能有五大块，即基本功能是教和学（Teaching and Learning Function），在此基础上还有资源管理功能（Resource Management Function）、学习管理功能（Learning Management Function）、互动功能（Interactive Function）以及助学功能（Learning Assistance Function）。我们认为电子课本不但包括电子教材，同时还应提供学习资源、笔记记录、练习巩固、测试评价等学习支持，而且每部分内容应有机地结合起来，也就是说要把传统的课堂教学与学习中的部分环节整合到电子课本中，以实现教学资源数字化，教学活动多媒体化，评价反馈及时化，学习控制智能化。电子课本的核心思想是通过提供学习支持，创设一种新型的学习环境，把学生从灌输式的教学中解放出来，从课后孤独的学习情境中解救出来，使教学和学习的方法产生变化，从而达到优化教学，提高学习效率的目的。
　　目前，国内外有关电子课本的理论研究还处于初级阶段。早在2002年，我国就试行推广电子课本，当时的电子课本，只是简单的书本搬家。直到2009年开始，随着新技术的发展与硬件设备价格的降低，电子课本的教学承载能力在不断提高，国内一些出版单位、IT
公司陆续启动了电子课本的研发项目，并提出电子课本的新内涵：教育内容+移动终端+服务平台。在此背景下，教育部门开始关注电子课本。2010年全国信标委和教育部着手电子课本有关标准的制定，同年上海市教委提出将在五年内推广电子课本，电子课本的研究开发工作进入了新的阶段。在国外，电子课本的研发和推广取得一定成效的主要有日本、美国、新加坡、韩国等国家。
　　二、 电子课本教学资源的技术分析
　　当前的电子课本，已经融合了数字出版、多媒体、电子阅读器、互联网、无线通信等前沿科技，产品的硬件指标和软件开发水平都已经日趋成熟。但由于产品都是由专门的公司开发，在方案设计上很少考虑到课堂教学因素和教学环节，因此在适应课堂教学等方面还存在着一定的缺陷，造成这一现象的原因在很大程度上是由于目前缺乏指导电子课本设计的理论模式与标准，在内容上还没形成统一的规范与标准。总之，适合的软件平台和技术、产品硬件指标已经不是制约产品发展的关键问题，而标准的制定已成为电子课本开发与推广的瓶颈。
　　2010 年11 月，全国信标委联合教育部在上海成立“电子课本与电子书包”标准专题组，负责制定电子课本与电子书包的行业标准、国家标准，并积极推进国际标准化工作。目前电子课本标准化工作已经初步完成，进入产品研发阶段。
　　该标准主要包含电子课本信息模型、电子课本包装规范、电子课本元数据、电子课本XML绑定与扩展等部分。
　　1. 信息模型（Content Model）：定义电子课本内容表征的概念模型与逻辑层面的信息模型。在概念模型中要求内容元素能够兼容E-Publishing领域与E-Learning领域的泛在资源；电子课本信息模型自底向上分为微资源体（item）层、聚合内容体层、行为操作层三层结构。通过对资源进行符合教育特性的模块化包装，并从电子课本角度，对新的模块进行分类、重组、集合。在信息模型的第三层，引入电子课本应用特有的行为操作定义，完成对资源内容层次的互操作。
　　2. 内容包装（Content Packaging）：参考EPUB标准系列与SCORM标准等，定义电子课本的一系列资源如何封装在一个单独的容器内，并结合富媒体与多媒体技术，被电子课本阅读器所识别读取。电子课本元数据参考引用IEEE 1484.12.1-2002 Learning Object Meta-data (LOM)标准和IEEE 1484.12.3 关于可扩展标识语言(XML)绑定学习对象元数据数据模型的草稿标准，以及Dublin Core Metadata（缩写：DC）元数据标准。
　　3. XML绑定和实践指南：提供一种基于严格一致或一致的XML 绑定的方法和实例,以及如何在电子课本阅读终端使用严格遵循电子课本标准要求的相关资源进行互操作的实践指南。
　　三、 电子课本教学资源的分析与设计
　　(一) 需求分析
　　电子课本取代传统的纸质课本，其应用的核心场所还是课堂。为此，笔者参加了“电子课本与电子书包”标准专题组前期的需求调研，调研的对象包括苏州、北京、上海等地方的一线教师、学生、学科专家以及一些和教育相关的机构，如电教馆、出版社等。这些电子课本潜在使用者的需求可大致概括为以下四点：第一，电子课本资源能够重复利用，一些学校多年积累的电子资源可以直接用于电子课本或者说能够和其他资源共同组成电子课本资源。第二，使用的技术壁垒要低，操作简单易学。如果中小学的一线教师和学生不能很快熟悉并使用电子课本，那么将电子课本推进课堂的愿望只是句空话。第三，电子课本资源和教学大纲要紧密结合。电子课本资源的目的就是为了教学，一线教师偏爱和教学大纲结合紧密的资源，从而提高他们的教学效率。第　　四，交互性强。如果仅仅是将纸质课本电子化，没有丰富的人-人交互和人-机交互，那么电子课本和传统的纸质课本只是形式上的转变。
　　(二) 电子课本教学资源设计的若干原则
　　电子课本教学资源的开发是一个系统的工程，同时也是一个动态调整的过程，它集研究、建设、应用于一体，涉及的环节众多。笔者认为电子课本教学资源的设计开发应遵循如下原则：
     1. 课堂教学的方式仍然是学习最基本的方式，教师在课堂教学中仍起着不可替代的作用。电子课本要探索的是如何运用新技术更好地改善教师的教学方式和学生的学习方式，以提高教师的课堂教学效率，进而提高学生的综合学习能力。
     2. 电子课本以相应的文字教材为蓝本，应遵循教 学内容组织和表述的系统性、整体性和循序渐进等原则，有着明确的教学目标和学习目标。电子课本可实现网络化知识组织结构，但要注意知识关联的合理程度与优化程度，以符合认知心理学的学习迁移理论。
     3. 教和学的配合，教师的主导性和学生的主体性相结合是电子课本的基本要求。要有利于教师构建良好的教学情境，同时也要为学生的自主学习、探究学习创设情境，体现先进的教学理念，使教和学的形式多样化。
     4. 界面设计上要遵循清晰性和流畅性原则。导航清晰，交互设计合理。视听效果要符合学生的认知心理特征，并兼顾美学效果。
(三) 电子课本教学资源模型的设计
　　根据教育部“电子课本与电子书包”标准专题组提出的电子课本标准的信息模型，结合前面的需求分析和设计的若干原则，我们提出以下电子课本资源设计模型，如图1：
　　　

　　图中多边形表示电子课本中的微资源体，为最小的知识单元，不可再分。可以是教师自己制作的资源，也可以是已经存在的其他资源，比如课本中的某个定义、例题、问答题等。图中的小圆表示由微资源体组成的聚合体，而聚合体还可以继续重组为更大的聚合体。这样教师可以根据实际需要对教学资源进行重组和设计，形成个性化的课本或教案。图中的虚线箭头表示相对于资源的操作行为，如超链接、注释、调用工具、调用服务等，以实现教学任务。这样的学习资源结构模型提高了资源的利用率，人-人和人-机交互性强。
　　下面笔者以上海市九年级化学第四章某节为例进行的资源模型设计。教材中的教学内容包括知识点（如定义、实验现象、方程式等）、问答题、学生讨论条目等，它们都是不可再分的微资源体。从聚合体角度看，思考与讨论、教学实验、资料库、拓展视野、思考与复习等即属于聚合体。这样，对不同的微资源体可以形成聚合体，不同的聚合体重组形成了最终的电子课本教学资源（见表1）。
　　表1 化学课本某小节电子课本资源模块化划分
　　

　　四、 电子课本教学资源部份功能模块实现案例
　　由于电子课本资源涉及到丰富的人机交互，笔者选取了JavaScript脚本语言作为主要的开发语言，利用HTML DOM编程的灵活性精确控制教学资源元素，从而实现丰富的教学功能和开放的教学设计。为了优化电子课本资源的界面表现力，开发过程还涉及到CSS、HTML语言以及jquery框架和Ajax技术。以下为化学课本几个具有代表性的资源模块的实现：
　　(一) 思考与讨论模块
　　思考与讨论模块为一个聚合体，组成部分的微资源体包括讨论主题、讨论过程、讨论结论。按照电子课本的需求分析和设计思路，每一个小的微资源为相互独立的知识点，教师可以根据自己的教学需求重新排列每个知识点、可以增加知识点、也可以删除知识点，同时提供一些完成教学活动必需的行为支持，如标注。下图为思考与讨论模块的功能实现图。该模块分为两个活动区（如图标号2、3），左侧为讨论进行区，控制思考与讨论活动的进行；左侧的知识单元可以移到右侧“我的讨论库”，从而收集个性化或者特定的知识集合，完成个性化学习和教学。每个知识点可以拖动重排（标号1），类似iGoogle个性化主页，标号7、8、9完成知识点右移库、删除、添加功能，标号4、5、6作为电子课本辅助工具，可以实现选择讨论主题、知识点展开和收起、标注等功能。

　　　　
　　(二) 课文学习模块
　　类似思考与讨论模块，课文学习模块也分为左侧的课文学习活动区和右侧个性化学习库。组成课文的知识点或者资料库为一个基本模块，可以实现拖动重排和重组（如图中1、2、3、10）。对于每个知识点，使用者可以动态增加或者删除教学内容（如图中4、5）。另外6、7、8、9还分别提供了标记难度、弹出详细解释、内容展开如收缩、注释等辅助教学功能。
　　
　　(三) 其他模块的开发
　　电子课本中其它常规的部份如课堂实验、课后习题等模块，同样要让使用者体验到电子课本资源开放的可设计性、丰富的交互性、较高的可重用性等。由于篇幅的限制，其实现方法暂不赘述。
    最后，我们对以上开发的各教学资源模块进行了试用，在实际的课堂中去评价和验证它的教学功效。初步得到了“电子课本与电子书包”标准专题组的认可，并给出了修改意见。我们将基于专家意见和实践反馈情况进行迭代开发，不断完善系统功能。
五、 结束语
　　目前，电子课本的国家标准、国际标准还没有最后制定。电子课本要取代传统的纸质课本进入课堂还有很长的路要走。然而，电子课本取代纸质课本将成为一种必然趋势，如何走得更好、更快，关键的是要在理论模式的指导下，按照一定的标准和规范逐步建设与推广。本文对电子课本教学资源的设计和开发在框架上作了初步的探索，最后实现的各教学资源模块也仅作为电子课本的演示模型。在后续的研究中将实现完整的电子课本教学资源的开发并试用，并在此基础上不断完善，希望能为电子课本教学资源的设计和开发提供借鉴。
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