大学数学数字教材建设研究

冯 颖

（西南交通大学，四川 成都 611756）

教育信息化改变了知识的呈现和传播方式，多元化、智能化、交互式的数字教材在数字资源建设，尤其是线上学习和移动阅读中发挥着积极作用，使学习更具开放性、灵活性和多样性。

高等院校非数学类专业的数学基础课程统称为大学数学，涵盖高等数学、线性代数和概率论与数理统计等，是面向理、工、经管等本科专业开设的重要公共课程。大学数学课程的学习有利于扩展学生的数学知识面，提高抽象思维、逻辑推理和空间想象能力，对培养大学生的数学素养和创新思维具有重要意义。建设大学数学数字教材，完善教育信息化中教学资源建设是推动大学数学教材改革与发展的重要课题。本文在分析大学数学数字教材建设的意义和现状的基础上，探究了数字教材建设的思路和路径。

一、大学数学数字教材建设的意义

当前，教育信息技术、媒体技术、网络技术的快速发展使学习方式发生了巨变，传统的课堂讲授正逐步与慕课、SPOC、翻转课堂等数字化教学模式相融合。学生获取知识的途径不囿于纸质的图书或教材，更多地将依靠数字化学习资源。以信息技术和现代教育技术为基础的教学内容、教学方法和教学模式的改革势在必行。数字教材的设计与开发顺应了时代的发展，满足了多层次、多元化、个性化的教学要求，是教学资源建设的重要内容，对有效推动教学改革具有重要意义。

（一）开发优质数字资源，推动教学模式改革

《教育信息化2.0 行动计划》明确指出，教育信息化是教育现代化的基本内涵和显著特征，以教育信息化支撑引领教育现代化，是新时代我国教育改革发展的战略选择，对于构建教育强国和人力资源强国具有重要意义。完善数字教育资源公共服务体系，探索资源共享新机制，提升数字教育资源服务供给能力，有效支撑学校和师生开展信息化教学应用[1]。《中国教育现代化2035》强调加快信息化时代教育变革，充分利用现代信息技术，加强课程教材体系建设，创新教育服务业态，建立数字教育资源共建共享机制[2]。大学数学理论经典，应用广泛，高校以人才培养和教学改革为目标，开发高质量的数字教材，不仅是教育信息化发展的外部驱动，也是课程教学创新的内生要求。基于传统教育出版优势，以纸质教材为蓝本，开发、应用优质数字教育资源，建设配合线上、线下教学的数字教材，连接第一课堂和第二课堂，打造新型“教与学”文化氛围，充分发挥教育信息化在教育改革和发展中的引领作用，助推数学教育理念和教学模式的改革，满足信息化教学新需求。

（二）契合移动学习特征，有效延伸课堂教学

数字教材，也称为“电子教材”“电子书”，是指集合了教科书、音声、静物画、动画和影片等多种表达方式的多媒体信息形态教材，是符合课程目标要求，有利于组织学习活动，遵循学生阅读规律，按图书风格编排的电子读物[3]，也是依托信息技术，把课程知识以更加直观、生动、全面的方式展示给学习者，让他们获得更有效学习的一种认知途径。教师将数字资源有机融入课堂教学，丰富教学内容，完善课程设计和实施，围绕教材组织研学，引导学生深度学习。学生利用数字资源进行课前预习、课后复习与测试、在线交流讨论，开展个性化的自主学习。数字教材兼具开放性、富媒体性、交互性等特征，突破了现实教学空间和时间的阻碍，建构了联结课堂知识与课外知识的渠道与路径[4]，有效延伸课堂教学，契合移动学习处处可学、时时可学的特点，在线上学习的资源建设中发挥着不可或缺的作用[5]。

二、大学数学数字教材建设的现状

回顾我国数字教材发展历程，信息技术发展和教育教学环境改善为数字教材建设带来了新的机遇和挑战。大学数学教材的出版在经历纸质教材、新形态教材的过渡中，逐步实现向教学与信息技术深度融合的数字教材的转变和发展。正确认识大学数学数字教材的出版现状和面临的主要问题，对于厘清建设思路，剖析建设要素，推广和普及数字教材具有重要意义。

（一）教材内容形式局限

目前，在大学数学的教学用书中纸质版教材仍然占据主导地位，新形态教材也是通过在纸质教材的正文旁设置二维码扫描，链接到配套的数字化教学资源或在线学习平台访问学习。数学教材的电子书以纸质教材的数字化居多，属于静态数字教材，延续了传统数学教材以定义、定理、证明、例题四部曲为框架，注重理论深度、体系完整和推理严谨。电子资源除教学视频外主要是教学课件、习题讲解、测试题库等文档资料，数字化、媒体化程度不足，缺少能够支持不同学习层次、学习风格和学习习惯的富媒体资源，无法充分满足学习者个性化的学习需求。

（二）教学设计融合不够

数字教材重视视频、音频、动画等多媒体资源的建设，力求知识呈现的生动性和可视化，但对内容体系的教学设计考虑不足。数学学习相对其他学科具有特殊性，抽象的理论内容，特定的数学术语、符号、公式和图表，丰富的计算、推理、建模和实验等，都提高了数学学习的难度。加之在线学习中碎片化、自主化的阅读特点，使学习者利用电子设备进行数字教材的学习并不轻松。因此，从教材体系向学生体系转变，以问题为基础，以探究为导向，融合先进的教学设计是大学数学数字教材建设不可回避的问题。

（三）教学服务支持不足

推广数字教材要从提高用户体验入手，良好的用户体验是促进使用者完成有效学习的关键因素。数字教材的互动性由教材内容和数字平台共同支撑，一方面是学习者与学习者之间，以及学习者与师者之间的交流互动；另一方面是在线练习、测试，帮助学习者了解自身知识掌握情况，方便教师及时调整教学内容。此外，学生在使用数字教材时，能够动手操作，直观体验，这也是数学类数字教材的突出特征。纵观大学数学类数字教材，缺少有效的教材服务平台，无法充分发挥数字教材的交互式体验功能，影响了数字教材的整体使用率。

三、大学数学数字教材建设的思路

针对数学课程理论性强、内容抽象等特点，数字教材在内容设计上要以课程教学目标和要求为主，遵循基础性、科学性、系统性原则，与纸质教材内容紧密联系；加强教学设计，突出知识的建构和呈现方式，科学引导学生将碎片化的学习与系统性的学习相结合，提高学习效率。

（一）以一流课程建设为导向

2019 年教育部实施一流课程建设，旨在打造具有“两性一度”，即高阶性、创新性和挑战度的金课。课程改革以教材建设为始点，最终指向金课建设。坚持以学生学习为中心，以能力培养为导向，在保证知识框架完整、内容体系科学的基础上，数字教材突出“创新性、时代性、典型性、适应性、趣味性”，注重线上、线下教学资源的有机融合和对学生创新思维能力的培养。由教材建设协同教学模式改革，打通混合式教学的壁垒，将学生引向深度学习。

（二）以资源建设为抓手

相对于纸质教材，数字教材更具有富媒体特征，因此资源设计是数字教材建设的核心内容，也是教材建设的重要抓手。内容丰富、形式新颖、应用性和扩展性的教学资源对于理论抽象、逻辑严密、以计算论证为主的数学学习来说尤其重要，不仅能生动、精准地展现知识点，拓展获取知识的路径，而且有助于学生加深对知识内涵的理解，激发学生对未知的探究和学习兴趣。

（三）以互动功能为突破

社会建构主义学习观认为，学习是借助沟通行为得以建构知识。数字教材建设要重视交互式学习功能的实现，提供有效的自检、自测平台，帮助学生及时发现学习中的问题，增强在线学习的参与感。同时，搭建方便的交流和讨论平台[6]，实现师生之间、生生之间的多维互动，减少学习中的“孤独感”，营造良好的学习氛围，提升自主学习的效果。

四、大学数学数字教材建设的路径

数字教材建设的关键不仅在于信息技术层面和教材表现形式的突破，更在于能够有效支持学习活动、学习内容和学习交流等方面的设计与实现。数字教材建设的路径包括内容构建、交互式设计、资源整合和平台开发等方面。

（一）优化教材体系设计，服务教学内容需求

在保持大学数学教学知识基本框架和结构的同时，数字教材内容的编排应适用和采用符合知识点之间逻辑关系的“立体式”构架模式，优化内容结构，打破纸质教材单向化、平面化、线性化的内容编排方式。基于信息技术，设计方便学生获取知识的路径，实现知识点之间的自由跳转，学习者能够根据自身学习需要在相关知识点之间便捷切换。借鉴国内外优秀数学教材编写经验，在写作风格上采用通俗易懂、言简意赅的形式[7]。同时，注重启发性、探索性，以问题为导向，引导学习者深入探究，让学习者在获得知识的过程中达到更好的学习效果。

数学文化和素养的培育在教材设计中应得到充分的体现。将数学科学曲折的发展历程，数学家的研究工作与杰出贡献，不畏艰险、勇攀高峰的科学精神，数学的广泛应用，数学中的美学以及相关知识的产生背景和来龙去脉等图文并茂地融入与渗透到知识点的学习中，提高电子教材的生动性和趣味性。

数字教材既要继承纸质教材知识体系的完整性和系统性，也要兼具实用性和灵活性。设计“知识导图”“疑难解答”“章目总结”等内容模块，在习题的选择上注重题目类型和难度梯度，设计针对不同学习目标、学习阶段的自测题、思考题、复习题等各类习题。对于数学学习中的关键部分——“证明”和“解答”，采用可隐蔽式的设计方式，方便学习者根据自己的实际需要选择展开或隐藏。

（二）增加演示交互设计，提升用户学习体验

交互式演示是数字教材相对纸质教材的一个亮点。对抽象的知识点设计交互式演示，通过引导学生观察、动手操作、实验，生动化、形象化地展现知识点，有效降低理论抽象的难度。例如在定积分的概念中，关于曲边梯形面积求解的“分割、近似、求和、取极限”，设计让学习者通过自由增加分割小曲边梯形的个数，即刻体验分割的加细对面积近似的影响。又如，在研究平面曲线在某点的切线问题时，学习者可以反复拖动曲线上的点以形成割线，直观感受割线对于切线的逼近效果。真实的体验能够激发学生的学习热情，最大限度地降低知识的抽象性，帮助学生生动形象理解知识。

数字教材具有社交学习功能，设计对应教学内容的测试题，采用自动判解的方式即时反馈结果，有效改善形成性评价效果。数字教材还应提供类似纸质教材打草稿、标注、学习记录和笔记分享等功能，以提升学生的专注度和沉浸感。在学习中遇到困难时，可在线与作者、教师或其他读者讨论交流。此外，教材提供关键词的中英文注释，具备文字段高亮、笔记、书签、拷贝等功能，并在联网状态下可链接至搜索引擎或在线字典进行检索，体现数字教材云服务的思想，有效提升学习体验。

（三）整合富媒体资源，丰富内容呈现形式

电子资源的建设不是对各种图片、动画、视频、文字资料等多媒体素材的简单罗列，而应着力于以学生学习目标和学情为出发点，系统整合并富有表现力地展示适应课程学习的特色资源，实现知识与媒体之间的融合，有助于学习内容的纵深延展，满足学习者多样性、差异性的需求。

作为数学学习的重要参考——图形的演示，对阴影和线条进行分类处理，采用三维格图、侧空间图等动态演示，增加立体感和层次感。在知识的展示效果上，美观的图形、规范的数学公式编辑能够增强教材的可视化效果，有利于学习者阅读。同时，电子教材具有丰富的学习功能，在基本知识点和内容后附带微课教学视频、学习资源链接，方便阅读和听课相结合。将资源学习与教学过程相结合，打造真实课堂学习的体验感，丰富电子教材的呈现形式。

（四）开发智能阅读平台，完善教材使用功能

在线学习的主要设备为智能手机、平板电脑、电子书等，通过在移动终端上安装应用程序来实现阅读学习活动。数字教材作为一种数字出版产品，其使用和运行要依靠智能化的软件或平台，关联文本、视频、音频、图像、动画等多种信息，形成具有交互性、多样性和集成性的电子阅读资源。建设支撑数字教材稳定运行，响应速度快，同步其他设备，适合人机交互的教材学习平台，能够根据学习者的学习习惯、学习轨迹、学习风格等推送个性化的学习资源。依托平台采集并存储学习者使用教材的过程数据、交互数据、结果数据，智能化分析评估学习情况，方便教师及时掌握学情，有效提高教学水平。搭配移动教学管理平台，辅助教学活动开展，促进教学模式改革，实现教育内容和服务平台为学生提供个性化学习支持和保障的需求。此外，教材平台支持学习资源实时动态更新，方便数字教材开发再版。

五、结论

纸质教材到数字教材的转型是一场深刻的变革，具有划时代的意义。数字教材的出版不是对纸质教材的否定，更不是对纸质教材的替代，而是延伸与扩展，数字教材建设也成为课程教材改革的必然趋势，它的研发设计、呈现形态和出版模式等还存在广阔的发展空间。当前，大规模线上教学正走向常态化，成为教育的重要模式，与之相应的数字化学习资源，特别是兼具环保、绿色、经济特性的数字教材，其需求量将大幅上升。大学数学数字教材建设应抓住新的契机，加快开发与应用，在推广和使用过程中不断改进、完善，促进教师的因材施教、学生的个体学习和教学的创新改革。