信息化学习的电子教材创新及开发

信息与通信技术的迅速发展推动了社会信息化进程。随着现代信息与通信技术普及到世界的各个角落以及人们工作和生活的各个方面，一个以现实世界为蓝本的数字化世界随即产生并迅速涨大。当人们广泛使用和逐步融入数字化世界后，数字化世界也就演化成了“活化”的虚拟世界。这一演化过程就是社会信息化的过程，也是一个耦合的过程。随着数字化世界的迅速涨大及其与现实世界的逐步耦合，社会信息化将凸显出两个基本特征:信息急剧增长和生活节奏加快。社会信息化不仅对人们的生活方式带来巨大的变革，也对教育型态与教学方式带来根本性的冲击。教材是智慧学习环境的基本要素(黄荣怀等，2012)，教材改革是推动教育教学发展的关键环节。教材有广义和狭义之分，狭义的教材主要指教科书，是根据各科教学大纲(或课程标准)编写的教学用书(顾明远，1990)。在传统以纸质教材为主的教材体系中，教材更多的是学科知识体系的浓缩和再现，教材的核心内容是各门学科中的基本知识结构，并强调学科之间的界限。基于这种教材的教学在培养学生的个性化能力和创造性能力方面存在明显不足，且无法整合课程目标的多维性和教学对象的差异性。因此，电子教材作为一种新型数字化学习资源，越来越得到人们的关注，并被提上教育教学改革的日程。电子教材是一类遵循学生阅读规律、有利于组织学习活动、符合课程目标要求、按图书风格编排的电子书或电子读物。从教育教学应用情境来看，电子教材应具有结构化呈现、媒体可操控性、作业功能、笔记功能、管理功能等五大功能特征(陈桄等，2012)。然而，无论是教材的设计者、开发者、研究者还是教材的使用者，对新时期电子教材的设计理念和开发方法等问题至今尚未达成共识，也未找到突破口，电子教材的设计与开发面临巨大挑战。电子教材设计面临的三大挑战

1.应对从传统学习方式向信息化学习方式变革的需要

中国互联网络信息中心(CNNIC)2012年的《第29次中国互联网络发展状况调查统计报告》显示，截至2011年12月底，中国网民规模达到5.13亿，年龄在10-29岁之间的用户群体互联网使用率保持高速增长，从2007年的27.3%上升到69.4%(CNNIC，2012)。社会信息化将改变人们的知识观和学习观，从而引发学习方式变革的需求。新的知识观不再限于仅仅知道“是什么”和“为什么”，更侧重于知道“在哪里”和“怎样做”;知识的来源也得到拓展，书本知识的作用将越来越有限，直接来自工作和生活中的经验知识或隐性知识的作用将更加凸显。传统学习方式以知识精加工为主，即“学习者在规定的时间内，按照统一要求和预设的知识单元顺序，逐个达到规定测试要求，对所学内容进行全面掌握的过程”(黄荣怀等，2010a)，将面临巨大挑战。

人们普遍认为新型学习方式将是信息化学习方式，而信息化学习方式将以知识贯通式学习为主。所谓知识贯通式学习，就是学习者在规定的时间内，在同一学习目标下从了解知识来源和知识结构出发，逐步掌握关键性知识内容，对所学内容进行整体掌握的过程(黄荣怀等，2010a)。在贯通式学习方式中，学习者的学习路径是差异化的，既有线性的路径，又有从点到面或从整体到局部的学习路径。学习方法灵活，更有利于创新能力的培养。学习内容必将超越传统意义上的教材:它关注知识单元之间的联系超过知识单元本身，关注书本知识与现实世界的联系超过书本知识本身，关注对问题语境的界定和问题定义超过如何解决该问题本身。在信息化学习方式中，学习的内容不再局限于传统教材的知识迷宫或知识迷宫已经被彻底打破，学习过程不再仅仅是匹配问题，而更多地转向如何理解问题情境、如何界定问题、如何提出问题、从何处寻找解决问题的途径等。信息化学习方式具有以下特征:①知识迁移能力和良好学习习惯的养成是知识贯通式学习的基本目标之一;②问题导向是知识贯通式学习方式的起点，没有问题，就没有思考，也就没有知识的联结，当然也难发生深层学习;③开放课堂是知识贯通式学习方式的先决条件;④信息技术和工具的有效使用是知识贯通式学习方式的重要手段;⑤社会交互是知识贯通式学习方式不可或缺的环节。

2.应对富媒体时代高用户体验的需求

工业和信息化部数据显示，截至2011年11月底，全国3G用户规模达到1.19亿，中国3G发展开始进入高速增长阶段(CNNIC＆ELI，2012)。美国新媒体联盟2012年的《地平线报告(2012高等教育版)》，预测在2012-2013年之间，移动应用程序和平板电脑在高等教育中的应用将成为主流(NMCHorizonReport，2012)。移动终端设备和网络技术的快速发展和推广应用促使传统单一的媒体形态向富媒体转变。富媒体技术是主要应用视频、音频、图像、文本、动画等多种丰富媒体及其交互性的信息传播技术，将逐步取代了超媒体技术与多媒体技术。富媒体增加了交互性的概念，提高受众的参与度，从而改善教学产品的用户体验。用户体验(UserExperience)是指用户在使用产品或享受服务过程中建立起来的心理感受，涉及人与产品(包含产品提供的服务)交互过程中的所有方面(韩梦怡，2012)。富媒体时代下的高用户体验具有如下特征:强调媒体性和交互性的有机统一;从注重多媒体资源单向呈现向强调数字化媒体的交互体验发展。

1964年，媒介研究者麦克卢汉在《理解媒介》中就宣告，图像时代已经来临。图像时代带来的最重要的变化是“图像人”的诞生，基本特征之一是阅读图像的兴趣大大超过了阅读文字的兴趣，图像取代了文字成为建构心智的主要资源。与印刷时代相比，图像时代的儿童把原先用于文字阅读的时间更多地用于电视、电影、电脑游戏和卡通漫画的观看中。人们的阅读习惯正在发生嬗变，从对习惯于文字语言的阅读到对图像语言的阅读依赖(李政涛等，2009)。伴随着计算机和互联网成长起来的新一代学生通常被称为“数字土著”(digitalnative)或“网络一代”(netgeneration)(Bennettetal.，2008)，他们具有很强的快速信息检索能力，更擅长同时处理多种任务，喜欢寻求新异刺激，但也存在注意力不容易集中等诸多问题(Small＆Vorgan，2008)。年轻人的大脑往往最易受到数字技术的影响，同时对数字技术也最为敏感。在这种背景下，如何让学习者轻松有效地投入学习，对媒体进行直接操控，从而获得比传统教材更为个性化、沉浸式的阅读体验是电子教材设计人员亟待解决的问题之一。

3.应对教学设计有效性和开发过程专业性的要求

纸质教材与网络课程在功能特征和表现形式上与电子教材有明显不同，且开发方法和团队规模也有显著不同。纸质教材开发主要由作者(学科专家)和编辑共同参与，香港学者黄显华等人(2005)提出典型的教材设计模型，包括建立教材目标、媒介的选择、教科书内容编写、作者修订及外部编辑、产出等阶段，在教科书内容编写时需考虑教科书课文的编写、印刷式样设计、图表设计三方面。黄荣怀等(2010b:11)提出网络课程开发“三五模型”，以学习活动为中心，开展教学设计，从项目角度分析网络课程开发过程，并将其分为规划、设计、开发、测试和5个阶段，要求项目每个阶段完成特定的工作，并生成相应的文档。一个网络课程开发团队主要包括六类人员:项目负责人、课程负责人、主讲教师、教学设计人员、媒体制作人员、技术开发人员(黄荣怀等，2010b:28)。

电子教材的生产方式和生产过程将发生巨大变化，面临学习方式不确定性、跨平台互操作、内容衰减或偏移等新老问题。首先，学习方式不确定性，数字一代学生的学习风格、学习兴趣、学习能力以及学习场所等存在不确定性，如何为不同类型学习者提供学习材料、设计学习活动是电子教材内容组织和学习策略设计需要解决的重要问题。其次，跨平台互操作，学习终端设备日新月异，电子教材开发需要解决网络设备与不同终端设备之间的互操作性问题以及同步和更新等问题。第三，开发过程中内容衰减或偏移，“课程标准到教材编写之间的落差”很早就被学者看作课程改革时会出现的与“成型教材和课堂教学”并列的两个落差之一，需要学术讨论来解决(钟启泉，2003:4)。可以预见，未来电子教材研发如同制作一部电影“大片”，需要众多工作角色承担不同的任务分工，类似于出现导演、音效制作人员、视频编辑人员、制片人等不同的成员，协作完成一本电子教材的创作。团队规模增大，对每位成员的专业性要求更高，而不同专业背景往往秉持不同的思维方式，如何保证开发团队有效沟通、交付符合预期的成果，确保课程目标、学科内容和学习方式之间的一致性成为协同开发时的重要问题。

面向信息化学习方式的电子教材开发过程教材是课程开发的一种阶段性产品，是系统级的教学设计成果。教学系统设计一般包括分析、设计、开发、实施、评价五个阶段。众多设计模型常采用这一基本框架，并反映特定情境的要求，如网络课程开发“三五模型”强调了活动设计、项目管理和质量保证，还有传统的多媒体课件开发，其开发过程可以概括为概念、设计、准备素材、集成、测试、发行等六个阶段(黄荣怀，1996)。为了使教育产品既能高效地支持用户的学习和表现，又能让用户满意，用户中心的设计与开发一般要包含用户研究、情境分析、迭代设计等主要组成要素(康翠等，2010)。电子教材的设计与开发不仅需要明确宏观的工作框架和工作任务，作为一种基于专业知识协同开发的实践活动，还需要包括建构和传递复杂见解的方法。知识可视化(赵国庆等，2009)通过视觉表征改进知识的创造和传递为设计领域提供了重要参考，譬如面向复杂认知技能训练的四要素教学设计模型(4C/ID)(VanMerrinboer＆Kir-schner，2007)，以图示的方式展示了学习任务、支持性信息、程序性信息与部分任务练习四大要素的设计流程及操作方法，使其设计思想更容易被理解。为了应对电子教材设计的三大挑战，在分析电子教材开境的基础上，本文面向信息化学习方式的需求，基于知识贯通式学习理念，提出了电子教材的开发过程，如图1所示。

电子教材开发过程包括需要分析、学习设计、媒体开发、作品四个阶段。在内容分析、学习者分析的基础上绘制知识图、设计学习路径。用户体验设计围绕产品原型多次迭代进行，包括结构和交互设计、呈现界面设计等。在作品原型通过审定之后，进行批量的媒体制作、内容封装和作品。电子教材开发已经不是个体能够独立完成的，需要团队和多方利益相关者的参与，形成性评价以产品原型、用户测试等方式内隐到每项工作的设计和执行中，贯穿整个开发过程。

1.需要分析阶段

内容分析和学习者分析是并行的工作。内容分析的主要任务是表征课程的能力结构和学习目标，分析课程的核心知识模块及典型知识类型，分析知识模块之间的关系，明确知识对于课程目标实现的重要程度以及学习的难度。学习者分析包括先前经验和能力水平、学习风格、人口统计学特征以及使用情境等四个方面，它们分别作为知识图绘制、学习路径设计和用户体验设计的基础数据，用于划定知识范围、设计个性化学习路径、影响交互方式和界面风格等。

2.学习设计阶段

知识图绘制是在内容分析的基础上依据绘制规则表征知识之间的关系，明确知识的层次以及与教学目标的紧密程度，形成内容组织的基本方式。知识图绘制是学习路径设计的基础。学习路径设计的任务是根据课程内容和学习者特征选择学习方式，形成学习路径图，设计学习活动和媒体呈现，促进认知参与和知识建构。可视化知识结构和可选择的学习路径有利于保证课程目标、教材内容、学习方式的一致性。

3.媒体开发阶段

用户体验设计是一个反复评审的迭代过程，通过作品原型的多次修正，结构化内容呈现，形成优良的交互机制和使用体验。交互是连接内容分析、学习设计与呈现界面设计的桥梁，采用“图书”的基本隐喻，设计电子教材的结构、导航系统和任务操作流程。呈现界面设计主要包含界面组件设计、视觉效果设计、版式设计等。内容封装则要根据跨平台、适应多终端的需要选择合适的封装方式。

4.作品阶段

将电子教材与后台数据库建立联系，做好网络服务器端的部署，保证电子教材应用的可靠性和可接入性。总结性评价对于修订电子教材、积累开发经验有重要作用。知识图绘制贯穿内容分析、学习路径设计和用户体验设计，学习者分析结果又作为绘制知识图、学习路径设计和用户体验设计的前提，使得此电子教材开发过程不仅仅是设计与开发的工作框架，也是一套有逻辑关联的、可操作性的技术过程。首先，开发过程通过可视化方法绘制知识图绘制、学习路径图，为不同环节建立明晰的输入输出关系，同时，图示化的开发过程可作为深度合作沟通的中介，避免课程目标或学科内容的衰减或偏移。其次，开发过程将知识贯通式学习作为设计的基础，绘制知识图以明确关键知识，确保知识的完备性及与课程目标的紧密联系，通过学习路径设计保证关键问题、个性化需要，从而真正实现学习效果和用户体验两个维度的开发目标。下文将着重探讨对电子教材设计具有特殊意义的三个关键环节，即知识图绘制、学习路径设计和高用户体验设计。

知识图绘制和学习路径设计课程标准(教学大纲)是各科教科书编写的依据，规定了某一学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议等，其中内容目标是主体，明确学生应该掌握的知识(概念、原理、法则等)和技能等学科内容(钟启泉，2003:378)。知识图是一种以知识点为基本单位，对特定课程的学科内容的结构化表征，因此也被称为课程知识图。绘制知识图是在课程目标和知识选取的基础上，根据绘制规则(表一)将学科内容图示化。学科内容划分为三级知识层次，最低层是概念、事实、原理等知识类型，在常规学科内容的知识类型基础上，增加实例类型的知识点(包括典型工作任务、问题解决任务情境等)，它为活动任务设计奠定基础，为知识内容与现实世界建立联系提供可能。三种关系类型表达逻辑和学习顺序上的包含关系、前提条件(依赖关系)、关联关系，用线段的方向和不同线端表示。根据知识内容与课程目标的紧密程度，分为高、中、低三种类型，用不同线型表示。在知识图绘制的过程中，绘制规则也可以提示绘制者增加或删除知识点或关系，因此，知识图也可以看作是一种可视化的知识分析工具，保证知识的完备性。知识图绘制可以采用“自上而下”和“自下而上”两种思路，前者是从课程目标细化内容，后者是基于现有资源进行知识点归纳和整理。

学习路径图是为了达到课程目标，按照学习者认知规律，为不同学习者设计的一系列可能的个性化学习线索的图示化表征。学习路径图可以丰富学习主题、梳理学习顺序、明确活动任务，使学习者能够以多种路径切入学科内容知识，它在宏观层次上提供了多种学习方式的可能性。图2和图3分别是一种针对专科层次远程学习者《Photoshop图像处理》电子教材的知识图和学习路径图。比较知识图和学习路径图，知识图重在细化学科内容的知识点及其关系，学习路径图中则根据特定的组织策略将知识内容和具体任务或主题聚合，形成多层次内容粒度。

知识图和学习路径图以类似“工程制图”的形式，展示了课程核心知识及教材内容的组织方式，为不同角色的参与者把握和商讨学科内容和教材设计思路提供了基础。与课程标准(教学大纲)中列表形式的学科内容呈现方式相比，知识图更加强调知识之间的关联，增加实例知识类型有利于联系学习与工作两个领域。学习路径图在宏观上约束了学习方式(基于知识顺序的学习、基于任务/项目/问题的学习、测试引导的学习等)和内容粒度，是教材设计的蓝图。将以上设计成果落实到作品原型的结构与交互设计时，离不开活动设计、媒体设计等，忽视这部分任务容易导致电子教材仅仅是富媒体化的纸质教材。单元活动包括:活动名称、学习目标、知识点、重难点、学习策略、学习过程、活动评价等(黄荣怀等，2010a)。从教材设计角度，教材要对单元活动的实施提供多种支持:任务描述与分析、重难点提示、资源工具等，并为最低层知识点的学习提供丰富的例子、问题、练习等。不同层次的活动促进学习者与内容的深度交互、学习者之间的良好互动。富媒体化是电子教材的显著优势之一，它为促进主动意义建构和良好学习体验提供了可能性。媒体设计不是简单图解，而是通过视、听、触等多种信息刺激和图像/言语不同表征方式促进概念理解，超越从通道角度选择和设计多媒体呈现，关注表征的内容、教学意图和情境等(刘儒德等，2007)，是电子教材中多媒体设计的关键。

电子教材呈现的高用户体验设计随着技术的发展，人们对电子产品的要求日益提升，更加关注产品的用户体验是否良好。对于电子教材而言，良好的用户体验是促进使用者完成有效学习的关键因素，目前交互设计领域对于用户体验的界定并不完全一致(Nielsen-Nor-manGroup，2012;Mkel＆Fulton，2001;Hassenzahl＆Tract-insky，2006)。但从已有的界定中可以看出，用户体验强调的是用户与产品(或系统)的交互，尽管它是一种在用户使用产品过程中建立起来的主观感受，但是对于一个界定明确的用户群体来讲，其用户体验的共性是能够经由良好设计实验来认识到的。基于已有研究，用户体验是指学习者在与教学产品交互过程中，由产品自身特征引发的心理状态，包含对产品易用、有用等的满意程度，以及愉快、成就感、创意等心理感受。电子教材集合了内容材料和软件载体两个方面，所以电子教材的用户体验主要体现在学习设计和媒体开发两个阶段:学习设计阶段重在增进理解、认知参与和激发学习动机;媒体开发重在降低记忆负荷、创造自然的交互、增强视觉吸引力。本文中用户体验设计特指设计和优化媒体开发阶段的用户体验。

实现高用户体验的前提是明晰用户体验包含的要素。典型的用户体验要素模型有:Morville(2004)提出用户体验蜂窝模型，将用户体验划分为有用性、可找到性、可获得性、满意度、可靠性五个因素;Garrett(2008)将基于Web的用户体验的要素从抽象到具体划分为战略层、范围层、结构层、框架层、表现层五个层次。结合电子教材的设计要素模型，从降低记忆负荷、增进满意度和情感体验出发，电子教材用户体验设计核心要素被提炼为易用性(Easy)、吸引力(En-gaged)、有效性(Effective)(简称3E):①易用性，一方面工作的速度快和精确性高，让学习者集中注意力于学习任务，产生愉悦感，另一方面从使用角度实现学习者轻松学习，让传统的正式学习与非正式学习实现更有效的融合;②吸引力，任务流程和界面美观怡人、激发兴趣，让学习者真正投入到学习活动中;③有效性，从功能角度实现了学习者的目标，让学习者感到自信。在实际开发时，用户体验设计的3E要素将贯穿于整个媒体开发过程中，通过对产品原型进行不断用户体验测试与修订，完善各设计要素。本文从高用户体验出发，针对电子教材的关键设计要素提出了三条设计原则。

1)结构与流程设计要遵循“图书”的隐喻和用户的阅读习惯。对于电子教材而言，要遵循其图书的基本属性，兼顾学习者已经形成的网络使用习惯，既要保持书的框架结构，又兼具灵活、个性化的原则。流程操作方面要在对用户群体细分的基础上，遵循用户的阅读习惯设计流程走向，操作简单、有效、可控，并能够提供及时的帮助信息。例如可以设计差异化的学习路径流程、提供帮助说明、使用进度条或以其他形式展示当前学习进度等。

2)交互设计要遵循易辨识、易触发的原则。电子教材中的交互行为主要是指用户与电子教材中各组件的交互，包括交互按钮、使用提示、输入操作等。具体设计时，这些操作要能够满足用户的心理预期，响应及时，使交互行为能够顺利完成。例如可以将存在交互行为的组件设计为按钮样式，扩大交互区域减少用户误触操作，提示信息放置在不同页面上要保持位置和样式的一致性，使用户易发觉。

3)呈现界面设计要遵循风格明确、配色合理的原则。界面设计主要包括版式布局的设计和视觉设计。版式布局设计是把界面所要显示的内容进行清晰明了分组和排列;视觉设计主要是构图和配色，应该配合主题，突出重点，能够使用户产生视觉上的愉悦。可用、易用是基础，吸引力是重点，过于追求美丽的图片，缺少对关键任务信息的展示，会让学习者在短暂的兴奋之后放弃产品。

小结

电子教材设计开发过程对于实现学习方式变革和完善教学资源开发方法提供了一种思路。规范的流程和设计方法旨在保证设计实现与目标的一致性，使产品具有持久的吸引力。电子教材设计开发过程模型能够引领设计者快速进入创新设计阶段，避开项目操作和实现问题的困扰，更重要的是，可视化的操作过程和阶段性成果表现方式使得电子教材设计不完全依赖于个体经验，易于团队有效沟通，为大规模电子教材设计与开发提供了方法基础。面向信息化学习方式的电子教材设计与开发过程模型提炼于多学科电子教材设计与开发的探索实践经验，将会对未来的电子教材开发过程提供一种新的思路。