摘要：随着云计算技术与智能终端的普及与发展，教育云服务与智能学习终端组成的“云计算服务+云终端”模式（简称“云+端”模式）为数字教材开辟了全新的教学场景与学习情境。文章首先介绍了教育云服务体系和“云+端”模式；随后，在深入分析个人学习环境要素与特点的基础上，文章构建了“云+端”模式下面向数字教材的个人学习环境模型，并介绍了其主要功能；最后，文章从终端设备、工具软件、数字教材内容与教育云服务平台四个层面，设计了“云+端”模式下的数字教材学习系统。文章的研究内容对于数字教材系统的设计、开发和学习环境的构建具有参考价值与指导意义。
关键词：数字教材；个人学习环境；教育云服务；云终端
在“互联网+”时代背景下，数字教材作为一种新型的教学资源，是当前推行教学改革、开启智慧教育、提升教学质量的关键环节与核心要素。自教育部在《2013 年教育信息化工作要点》中提出全面启动第二代“人教数字教材”研发以来，人民教育出版社积极开展从小学到高中全部学科的数字教材开发，并在全国范围内加以推广应用。然而，数字教材在应用过程中缺乏有效的支持环境与服务体系，导致出现个性化学习支持不足、学习活动单调、交互方式单一等问题。云计算与智能云终端设备的结合开启了一种全新的互联网应用模式——“云+端”模式。作为一种新兴的IT 服务模式，“云+端”模式在教育领域的应用契合了当前泛在学习与终生学习的理念，改变了学习者获取、整合知识的方式。在“云+端”模式下，数字教材的功能、形态及应用方式得到了极大的拓展与变革，成为构建新型数字化学习环境的重要手段。
一 “云+端”模式下数字教材的新发展
1 教育云服务体系
云计算在教育领域的迁移应用催生了教育云服务。云计算拥有大规模用户和海量数据支撑能力，能够有效整合分散的教育资源，并通过自下而上的虚拟化教育服务将其提供给用户。针对教育资源建设、管理、分发与应用的特点，本研究构建了包括通用服务、教育服务和学科服务的教育云服务体系。
①教育云服务体系以云计算基础设施与平台为支撑，有效关联并集成教育资源与基础应用软件，通过智能云终端设备，向教师、学生、家长和管理人员提供教育信息化服务。
②在通用服务层，云存储服务实现本地数据与云中数据的安全同步、备份和对外共享；应用商店为用户提供在终端上运行的应用程序与内容资源；通信与协作服务支持多种形式的人际互动，包括多媒体通信、统一通信、联合活动的协调以及基于共同对象的协作学习等。
③教育服务层主要提供学习内容管理、学习管理与教育信息管理三大服务。其中，学习内容管理服务以学习对象为基本单元，创建、存储、组装和交付个性化学习内容；学习管理服务主要提供学习者的学习活动与课程管理，包括课程登记与安排、学生注册和考勤、学习进度跟踪、作业与测评、数据分析和报表生成等；而教育信息管理服务的处理对象是与教育管理相关的各种数据和信息。
④最顶层的学科服务与各个学科教学直接相关，如口语语音识别、作文自动评判、数学计算引擎和可视化学习环境等。
⑤在不同学习情境下，用户通过云终端及相关软件来获取相应的教育云服务支持。
2 “云+端”模式
“云+端”模式下的“云”代表连接与教育云服务；“端”也称为客户端或用户端，代表云终端与终端用户。教育云服务一方面将各种资源以虚拟服务的方式按需、动态、弹性地提供给用户，另一方面将互联网客户端软件的计算与存储功能从本地向服务器端迁移。
“云+端”模式呈现出以下特点：①云终端具备多样化的信息通讯手段，可高效、快速地接入和访问教育云服务；②支持多终端、跨平台应用数据同步与教育云服务的无缝衔接；③教育云服务平台能够主动向终端用户推送资源，跟踪用户行为，增强用户粘性。
3 “云+端”模式下数字教材的新发展
数字教材也称电子教材或电子课本，它既是教科书数字化的产物，也是电子书应用于教育领域的产物。“云+端”模式将各类教育资源与服务进行有效聚合，为数字教材提供了全新的功能特性、个性化支持服务与多样化的应用情境，并深刻变革了数字教材的生成与应用方式。具体来说，“云+端”模式下数字教材的新发展主要体现在以下两个方面：
（1）新功能——两个支持
①支持泛在学习与在线协作。在“云+端”模式下，移动智能终端作为数字教材内容的主要载体，其便携性直接影响学习行为发生的频度和范围。同时，存储在“云”上的数字教材内容资源始终与下载至终端设备的本地资源保持同步，能够实现内容的快速、实时更新，从而有效支持泛在学习与在线协作。
②支持情境感知与自适应学习。在“云+端”模式下，智能终端可感知学习者的生物特征、空间环境、设备参数等显性情境信息，并对数字教材的内容排版布局、显示参数进行自适应调整。同时，通过对学习风格、兴趣偏好、情感倾向、认知状态等隐性情境信息的分析，数字教材能够为学习者推荐动态学习路径。
（2）新特性——两个特性
①富媒体特性。在“云+端”模式下，数字教材不再只是单纯的多媒体内容资源，而逐步发展为一种可按需阅读或按需呈现的富互联网应用（Rich Internet Applications，RIA）。数字教材的富媒体特性主要表现为丰富的媒体呈现形式，以及基于时间或用户交互产生的动态行为，而终端设备多感官通道的人机交互方式与强大的媒体处理能力是实现这一特性的重要基础。
②强交互特性。基于智能终端的多点触控、自然语言识别等技术，数字教材能够实现更为丰富的人机交互方式。同时，通过光线、重力、加速度等传感器，智能终端能够实时感知外部环境信息与用户行为数据，从而提供更加真实、自然的人机交互体验，增强学习者的沉浸感、参与度及资源粘合度。
二 “云+端”模式下面向数字教材的个人学习环境
基于“云+端”模式构建面向数字教材的个人学习环境（Personal Learning Environment，PLE），能够有效衔接、融合正式学习与非正式学习，是推进数字教材普及应用的有效途径。
1 “云+端”模式下面向数字教材的PLE 要素
PLE 的构建并不局限于某一特定技术或工具，而是通过各个要素之间相互联系、共同作用，为学习者提供一个可以解决实际问题的环境，它体现了学习者作用于环境的能动性与创造性。就学习环境的构成要素而言，国内外专家的视角与观点各有不同。如在国外，Jonassen从活动理论出发，认为一个以学生为中心的学习环境应包括问题/项目空间、相关案例、信息资源、认知工具、对话和合作工具、社会或境脉支持；Downes 等认为PLE 应包括人、工具、服务和资源四大要素。在国内，钟志贤提出了“7+2”学习环境要素观，认为学习环境主要由活动、情境、资源、工具、支架、学习共同体和评价七大要素构成；尚建新等认为云计算模型下的PLE包含四个要素：正规教育机构、网络教育服务供应商、云计算服务公司以及个人终端设备。
“云+端”模式下面向数字教材的PLE 完全颠覆了传统互联网时代信息聚合和数据处理的方式，创造了一个教育信息自由化、学习者多元化的全新学习环境，因此其主要构成元素应包括：①学习者，这是学习活动开展的主体，也是PLE 的核心要素。学习者依据个人学习需求建构、管理学习环境，获取、创造和共享知识。②内容资源，既是知识信息的载体，也蕴含丰富的教学设计理念。学习者通过PLE 中的学习活动，不仅获取内容资源，也参与内容资源的创造。③工具，是指网络环境下开展学习活动所需的所有工具集合。针对“云+端”模式下的PLE 来讲，工具包括硬件终端与软件工具两部分——硬件终端主要指能够获取教育云服务的终端设备，包括PC、智能手机、平板电脑等；软件工具则包括阅读工具、教学工具、认知工具、通讯工具等。④服务，既包括教育云服务平台提供的通用服务，如资源存储、自动测评、学习管理与分析等，也包括面向学习者提供的个性化服务，如个性化资源推送、在线指导与答疑等。⑤社会网络，是指学习者与学习共同体之间因为互动而形成的相对稳定的关系体系。在“云+端”模式下，学习者与同伴的交流、协作更加高效与顺畅，有助于拓宽学习者的视野，强化知识的建构，促进知识和能力的获得。
2 “云+端”模式下面向数字教材的PLE 特点
“云+端”模式为PLE 构建提供了一种全新的模式，体现出更高的社会化、开放性、自主性与共享性，有利于学习者在充分享受自治权的情况下，主动建构、创造和分享知识。“云+端”模式下面向数字教材的PLE 以学习者为中心、以资源为核心、以学习任务为目标、以协作为形式，支持教师的混合式教学和学生个性化学习，呈现出以下特点：
（1）促进学习资源整合与共建共享
互联网中的教育资源非常丰富，但存在分散度高、聚合度低等问题，学习者很难从海量的网络资源中快速定位所需的内容。在“云+端”模式支持下，PLE 的基本要素如学习内容资源、工具、服务等都可以实现“按需而用、即需即用、快速聚合”，有利于学习资源的有效整合与共建共享。
（2）高效访问的个性化学习环境
“云+端”模式下的每个学习者都能在云平台上创建个性化的PLE，并使用任意终端设备随时、随地访问，因而大大降低了使用网络学习资源与服务的成本和难度，有利于实现泛在情境下学习的无缝衔接，增强了教与学的连续性与稳定性。
（3）多元化的协作学习方式
相较于传统的网络协作学习，“云+端”模式支持更加多元化的协作学习方式。学习者之间的协作交流不仅仅是基于网络平台的同步或异步信息交换，而且能够实现对共享资源的协同编辑，如协同编辑文稿、协同编程等，故大大激发了学习者的创造性。
（4）学习资源的主动推送
为了能够在互联网海量数据环境中快速、高效地定位所需的学习资源，学习者需要利用搜索引擎来实现个人对信息的搜索与聚合，这是一种主动获取资源的应用模式。在“云+端”互联网应用模式下，云平台与用户之间具有更紧密的关联与粘性，教育云服务平台能够根据学习者的特征与需求主动、实时地推送个性化学习资源与定制化学习服务。
3 “云+端”模式下面向数字教材的PLE 模型
自网络学习兴起以来，构建虚拟学习环境（Virtual Learning Environment，VLE）一直被视为网络学习环境的主导设计思想。VLE 以课程为中心，针对学习过程提供一种自上而下的组织与管理，主要面向教育机构内部的正式学习情境。VLE 在发挥其作用的同时，也显现出个性化支持不足、学习者主动性受限等弊端。与VLE 不同的是，PLE 遵循的是一种开放的、个性化的以学习者为中心的建构理念，强调学习者自主选择学习工具、内容资源、合作对象，自主管理学习活动，并对不同的学习情境（包括正式学习情境与非正式学习情境）进行整合。然而，PLE 给予学习者自主权与开放权的同时也会带来诸多问题，如学习者在庞大而复杂的知识网络中难以规划出一条清晰有效的学习路径，缺乏对学习过程与活动的管理和监控等。
针对上述问题，“云+端”模式下面向数字教材的PLE 展示了一种全新的理念，它既不同于传统PLE 由学习者自主选择学习资源与工具、完全负责和管理自我学习过程的方式；也不完全遵照VLE 自上而下的设计理念，即通过预先设计的资源、教师或教育管理机构的监控来主导学习者的学习活动，而是从学习者个性化学习的需求出发，将两种理念进行有机结合，在确保学习者学习自主性的同时，以数字教材作为学习目标与教学设计载体，提供必要的学习框架与支持。基于此，本研究构建了“云+端”模式下面向数字教材的PLE 模型。该模型的PLE 兼具传统PLE 与VLE 的优点，其功能主要包括：
（1）衔接正式学习与非正式学习
“云+端”模式下面向数字教材的PLE 同时支持正式学习与非正式学习情境。在正式学习情境下，“云+端”模式创造了一个智慧课堂教学环境，师生可自主选择“云”端的各种学习资源、工具与服务来支持课堂教学活动的开展，故突破了传统的课堂教学形式，极大地提升了教学效果与教学效率。在非正式学习情境下，数字教材中预设的学习目标、学习路径及测评服务能为学习者提供系统的学习路径规划与方法指导，防止学习者在信息过载的网络环境中“迷失”。
（2）基于内容资源进行协作创新
学习者在使用数字教材进行学习的过程中会产生大量的生成性资源（如笔记信息、试题答案等）。这些生成性资源并不是零散无序地存放在互联网中，而是与数字教材中的特定知识内容紧密关联。依托PLE 提供的交流平台与协作机制，数字教材的任意学习者都能够同步访问这些关联的生成性资源，并能够对其修改、更新与迭代，从而围绕特定知识内容、问题或项目开展协作学习，促进知识的分享与创造。
（3）面向数字教材打造个性化学习环境
在使用数字教材学习的过程中，学习者进行的阅读环境设置、笔记记录、高亮标注等相关信息都同步存储于教育云服务平台，确保学习者在任意终端设备上使用数字教材时都能够获得个性化的学习内容与界面。同时，通过对学习者内容浏览、信息检索、活动测评等学习行为的分析，教育云服务平台能够为学习者主动推送个性化的学习资源。
三 “云+端”模式下的数字教材学习系统
在“云+端”模式下，数字教材的概念与功能得到了极大的丰富与延伸，它不仅代表数字化的教学内容，也是一个有效整合了内容、终端、教学工具与服务的数字化学习系统。基于“云+端”模式下面向数字教材的PLE 模型，本研究从系统角度全面审视数字教材的功能需求，设计了“云+端”模式下的数字教材学习系统。
1 终端设备
终端设备是数字教材功能实现的物理基础与关键要素，其主要功能是媒体信息处理与通讯，具体可归纳为三个方面：①设备间通讯。为保证不同设备间的数据通信，终端应集成多种数据通信功能模块。②人机通讯。为创设更加自然、真实、高效的学习情境，终端设备需具备强大的多媒体信息处理能力，并支持多种感观通道的自然人机交互方式；同时，随着虹膜识别、指纹识别等生物识别技术以及虚拟现实技术、增强现实技术的成熟与应用，数字教材的人机交互方式将进一步丰富与拓展，其内容呈现形态与组织方式也将再次变革；③物理情境感知。终端设备还应具备对自然环境与物理情境的感知能力。
2 工具软件
工具软件包括数字教材应用软件和社会性软件两大类。其中，数字教材应用软件能够对数字教材内容文档进行解析与渲染，并提供相应的阅读支持工具与教学支持工具——阅读支持工具主要对阅读环境进行个性化设置，如字体、颜色、亮度等；教学支持工具则用于教与学相关活动，包括标注、分享、词典等。此外，作为一个开放的学习系统，除了数字教材应用软件，关联的社会性软件也能够提供教学支持及服务。
3 数字教材内容
数字教材内容可以看作是一个基于语义标注的细粒度多媒体知识库，它通过预置多种内容呈现模板，可动态进行内容布局和排版，并提供各种与学习相关、可记录学习过程的交互活动。数字教材软件则利用语义标注、多媒体技术、脚本语言等，结合内容丰富的学科领域知识库，以全方位、立体化、智能化的方式呈现数字教材内容，提供趣味便捷、智能辅助、互动高效的学习活动与学习方式。
4 教育云服务平台
教育云服务平台提供数字教材内容超市、学习管理、云盘存储、通信与协作等一系列通用云服务及教育云服务功能。教育云服务平台同时面向学生、老师、家长、教育管理者与资源提供商等多种类型的用户提供服务，能够为学习者提供个性化的学习环境，既支持教师构建虚拟的互动教学环境，也支持教育管理者对教与学的过程进行评价、监督与管理，还支持家校、校企之间的交流互动。
四 结语
“云+端”模式下的数字教材学习系统不再只是多媒体教学资源的简单组织与呈现，而是一个以教学内容资源为核心，以硬件终端设备、学习工具软件及教育云服务为支撑的学习系统。在“云+端”模式的支持下，大数据分析、虚拟现实、增强现实等新技术将进一步强化数字教材的个性化和情境化特征，面向数字教材的学习环境也将更加高效、智能与开放。
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