人工智能时代中小学数字教材的创新方向与路径

学术 2024-10-17 09:36 北京

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人工智能时代中小学数字教材的创新方向与路径

——韩国《AI数字教科书开发指南》解读及启示

文 | 袁华莉罗李

数字教材是高质量教材体系建设的重要支撑，是教育数字化转型的“关键内容和基础工程”。近年来，大数据、5G和人工智能等新兴技术对教育领域的影响日益深刻，教育“向大规模个性化学习转变”的发展需求日益强烈，以人工智能技术赋能数字教材创新发展，为师生提供智能化、个性化服务，成为数字教材建设必须面对的重要课题。

为应对人工智能给社会生产、生活带来的深刻影响，提升国家教育竞争力，韩国于2023年2月发布《数字驱动教育改革计划：释放教育中个性化学习机会》，将AI数字教科书建设列为五大战略之一，计划自2025年起在中小学数学、英语、信息等学科使用AI数字教科书，并于2028年扩展到语文、社会、历史、科学、技术、家政等学科。同年11月，韩国发布了《AI数字教科书开发指南》（以下简称《指南》），明确了高质量AI数字教科书的开发路径。目前，依据《指南》打造的首批AI数字教科书已完成初步开发，预计2025年春进入学校试点应用。这是全球首次在国家层面引入AI数字教科书，是韩国教育向以学习者为中心的个性化学习系统转型的关键举措。《指南》不仅是韩国数字教科书战略的纲领性文件，更为AI数字教科书开发提供了详细的实践路径和技术规范，彰显了韩国在数字教材建设方面的政策导向和实践进展。深入解读与剖析《指南》，对于推动我国中小学数字教材建设实践的转型升级，无疑具有重要意义。

一、《指南》的核心内容

（一）建设愿景与方向

1.AI数字教科书的基本特征与核心功能

面向“全民个性化教育”目标，为每位学生提供量身定制的个性化学习支持，是韩国AI数字教科书的建设愿景。《指南》明确提出，AI数字教科书是一种利用智能信息技术（包括人工智能）提供各类学习材料及学习支持服务的软件，它可以根据每个学生的能力和水平特点，为其提供量身定制的学习体验。基于人工智能的学习数据分析、照顾个体学习水平和进度的自适应学习、以学生为中心的课程设计是其基本特征。

韩国AI数字教科书允许学生选择与其能力特点相适应的学习内容和路径，支持教师精准了解学情并基于数据设计课程、评估学生表现、提供个性化指导，允许家长获得孩子的学习活动数据以更好地理解和支持孩子。其核心功能是为学生、教师和家长提供学习分析服务，并根据不同用户角色提供基于数据的课程内容优化、个性化学习支持、课程管理和学习管理等服务（见表1）。

表1 韩国AI数字教科书的服务对象及功能

2.AI数字教科书的开发原则与方向

以人为本，是韩国AI数字教科书开发的根本价值导向。《指南》强调，AI数字教科书开发必须遵循三个基本原则。一是教育维护人类尊严。开发者应充分理解人工智能技术对个人和社会的影响及潜在风险，在课程设计中强调以人为本，通过新技术的安全、有效使用，促进学生健康成长和可持续发展。二是确保平等的学习机会。AI数字教科书的设计应确保所有学生都能公平地获得新技术和个性化教育，无论其社会、文化、经济背景如何。三是尊重教师专业知识。教师始终是教育过程中的核心人物，AI数字教科书应致力于支持和辅助教师的有效教学，而非替代教师角色。

韩国AI数字教科书聚焦于利用人工智能技术优化学习过程，其研发方向包括：第一，基于韩国2022年新修订的课程标准，根据学习分析结果为学生提供补救教育或强化学习；第二，设计易于使用的产品功能和体验，确保所有用户能无障碍访问和使用；第三，基于学习分析的持续改进，帮助学生、教师、家长和政策制定者做出基于数据的学习决策，通过数据推动教育系统持续改进。

（二）开发的关键环节

1.AI数字教科书的规划与设计

韩国AI数字教科书的规划始于深入的课程分析，强调基于2022年新修订的课程标准来规划教育内容，以基于探究和概念的深入学习来培养学生的核心能力，避免死记硬背。用户分析遵循“人在回路”原则，根据需求理解、特征定义、方案构思、原型构建与测试反馈的路径，全面收集并分析学生、教师和家长的切实需求，并参考“教育部AI数字教科书用户参与设计研讨会”上提出的功能建议清单，以确保产品紧贴用户的实际需求。学习环境分析强调分析所有影响教学的环境及不同类型用户的特征。差异化策略强调重视用户的多样性和选择权，提供多元化学习路径。

在设计方面，《指南》主要聚焦于服务设计、交互设计、UI/UX设计等领域。服务设计以促进个性化学习支持为目标，强调提供各种多媒体材料，设计学科专有知识地图，建立专门系统收集学习数据等。交互设计涵盖学生与教师、学生与学生、学生与内容、学生与系统以及学生与自我之间的多维度互动，明确各交互类型的需求与建议。UI/UX设计强调面向所有用户的通用设计和无障碍访问等原则。其中，通用设计旨在为用户提供多种内容呈现方式、多样化表达方式和多种激励方式，防止任何潜在的用户因学习环境障碍而被边缘化。如在内容呈现上，应使用多种媒体来展示关键性内容，针对不同水平的学生提供补救性或替代性资料，提供多语言翻译服务等。无障碍访问旨在确保身体和认知障碍群体使用数字教科书的可及性。如针对听觉障碍用户，应为音视频内容提供同步字幕，为听觉指令提供文本、图像等多种替代性表达方式。AI数字教科书还应关注针对辅助技术（设备）的兼容性设计，以确保屏幕阅读器、替代键盘等设备（技术）的平等访问。

2.服务架构与基础设施

韩国AI数字教科书采用基于云计算的Web服务架构，通过灵活的人工智能功能扩展实现其核心服务（如图1）。国家公共部门负责建设和运营AI数字教科书门户网站，提供统一登录认证、书架、集成仪表盘等服务。私营机构负责具体学科AI数字教科书的开发，根据相关标准接入国家门户网站，为通过统一认证的用户提供特定学科AI数字教科书，并为学生、教师和家长提供定制服务，包括AI诊断、AI助教、AI导师、个性化学习内容和学科仪表盘等。

图1 AI数字教科书服务架构

为确保AI数字教科书服务的统一性、可靠性和安全性，韩国国家公共部门负责底层支持服务和标准规范的建设与维护，包括开发并提供认证工具、课程标准框架、学习数据收集工具、AI训练数据集，提供国家级学习分析服务等。私营机构必须建立相应的软硬件基础设施和环境，按要求调用标准API接口，遵循相应技术规范，确保各系统间高效、安全互通。

3.基于AI的个性化学习支持服务

基于AI的个性化学习支持是韩国AI数字教科书的核心竞争力，具体服务包括学习分析、个性化内容推送、学习仪表盘、AI导师、AI助教等（如图2）。学科AI数字教科书的开发需充分理解并集成这些功能。

图2 学习分析与学习推荐框架

学习分析旨在从不同角度诊断并分析学生的学业成就和学习状态，为学生、教师和家长提供个性化、可视化的分析结果，以支持学生基于数据的个性化学习和自我导向学习。个性化内容推送包括学习内容推送和问题建议推送。学习内容推送应充分考虑学生的学习风格，如为喜欢口头表达的学生提供基于语音识别的模拟对话，问题建议推送强调依据学生理解过程分步骤地推荐。学习仪表盘需针对不同角色用户提供个性化、可视化呈现，并确保信息表达的简单和易于理解。AI导师以聊天机器人、语音识别等多元化形式，提供即时问答、补充学习材料、监控学习进度等服务。AI助教协助教师设计个性化课程，代替教师撰写学生学习反馈意见，提供学习进度监控信息等。此外，韩国AI数字教科书还支持教师重组课程内容，包括学习内容和学习路径的重组与调整，学习仪表盘和教科书主页面的项目配置，课堂教学管理等。

4.学习数据的收集与管理

《指南》要求开发商配备独立的数据收集和管理系统，参照卡尺分析、xAPI标准来收集和存储学习数据。学习数据的收集仅限用于增强数字教科书的功能和服务能力，如提升其个性化学习体验、进行国家级学习分析等。学习数据应按照国家级学习数据集、集成仪表盘数据集、学习历史数据集和AI训练数据集四类形式传送到国家数据中心。每类数据集应用于不同的场景，有不同的数据项和传输周期要求。

开发商须建立有效的数据管理制度，并从物理和技术维度采取多重保障措施，防止数据泄露和未经授权的访问等。为帮助开发商理解并落实数据安全相关要求，《指南》提供了数据脱敏的详细办法以及多种场景下的脱敏操作实例。

（三）授权审查流程与标准

韩国AI数字教科书必须经过审查以获得授权，其授权审查流程如下。首先，由开发商搭建测试环境、开展自我审查，并提交自我审查报告和技术自测报告。然后，由专门机构分别开展内容审查和技术审查，对通过审查的AI数字教科书进行授权公告。其中，内容审查由专门的学科审查机构负责，技术审查则由韩国教育研究与信息服务中心协助进行。通过授权的AI数字教科书在被部署之前，由教育部等部门组织教师对其进行现场适用性评估，评估维度包括内容和功能的适用性、服务的稳定性等。教育部会持续监控AI数字教科书的运行和使用情况，根据用户需求和技术进展要求功能改进，并进行必要的审查。

韩国AI数字教科书的技术审查包括服务可用性、技术标准符合性、功能合规性和可靠性四个维度。服务可用性，即是否有技术缺陷或错误，是否支持无障碍访问和互操作。技术标准符合性，即技术使用是否符合相关规范和技术标准。功能合规性，即功能设计是否符合《指南》要求，包括标准API接口调用、个性化学习支持、无障碍访问等项目。可靠性，即是否适当收集并安全管理数据，个人信息安全系统、用户支持和服务管理系统等是否可靠稳定。

（四）质量控制与风险防范

开发商须建立专门的内部质量控制系统，包括设立组织机构、确立流程规范、制订内部质量控制计划，并在AI数字教科书授权审查时将其作为自测报告内容一并提交审查。授权审查、现场适用性评估、实地运行等各阶段，开发商应与相关负责部门充分沟通，按照要求做好质量控制，并按学期向教育部提交质量控制结果。

AI数字教科书须禁止超前学习或将学习数据用于非指定目的，有效防范信息泄露和隐私侵犯风险，重视版权保护。《指南》强调，要通过合法手段收集个人信息、透明化处理信息、合理化使用信息、安全管理信息。在AI数字教科书开发的全流程中，开发人员必须不断检查社会歧视和算法偏见等伦理问题，严格遵守《个人信息保护法》等文件相关要求，并按照个人信息保护自查清单逐项落实隐私保护措施。

二、韩国AI数字教科书建设的显著特征

（一）以人为本的教育创新导向

韩国AI数字教科书建设坚持“以人为本”，将学生的个性化学习需求和全面发展置于核心地位。这种导向不仅体现在通过无差别服务确保每位学生在智能环境下的个性化学习体验，还体现在对人机角色平衡和技术风险防范的考量上。

在“全民个性化教育”愿景引领下，韩国AI数字教科书通过人工智能技术精准识别学生的学习习惯、能力水平和兴趣爱好，提供自适应学习、AI导师、AI助教等多元化服务，确保学生能以最适合自己的节奏学习，提高其学习动机和自尊。同时，韩国AI数字教科书深刻认识到学生之间存在的学术、身心、文化和经济背景等差异，通过多语言支持、无障碍访问设计以及云服务架构等，确保每位学生都能公平地获得个性化教育机会，不受任何外部条件限制。

面对数字教材应用的技术依赖和主体弱化等潜在风险，韩国AI数字教科书始终将教师作为教育过程的核心，通过为教师提供可视化仪表盘、AI助教、课程重构等服务，增强教师教学能力，凸显人的主体性。此外，韩国AI数字教科书高度重视技术应用带来的伦理规范和信息安全等问题，如对学习数据的采集、存储、管理和传输提出了严格的原则和措施要求，对开发过程中的算法、功能和流程等做出了强制性规定。

（二）国家主导下的全面规划与精细实施

韩国AI数字教科书是在国家教育发展战略整体规划下发展起来的，其建设依旧沿袭以往的政府整体推进模式，由国家全面规划，并基于多年实践经验进行针对性精细实施。

在政策引导方面，韩国将AI数字教科书建设纳入国家教育发展战略，发布系列政策文件和规划方案，明确建设目标、任务和路径，体现了韩国在国家层面的全面规划与系统设计。

在具体实践层面，韩国通过系列化标准规范的建立和配套措施的实施，实现精细化管理。全国统一的AI数字教科书门户网站和学习数据中心的建立，确保了AI数字教科书开发过程中的标准化与兼容性。《指南》等规范文件为开发者提供了详细的开发路径和技术规范，确保了技术使用透明；韩国改变传统的教科书审查流程，建立了内容审查与技术审查相结合的审查机制。此外，还配套部署了数字化骨干教师团队建设、人工智能教学方法开发、“数字化学习先导学校”运营、数字化基础设施保障等支撑性战略。

（三）多元共治的合作开发生态

韩国AI数字教科书建设得到了社会各界的广泛参与，形成了协同开发、多元共治的合作生态。韩国政府通过促进公私机构合作及产学研合作，确保了技术和教育需求的紧密结合。韩国还积极引入谷歌、麦格劳-希尔等企业参与项目，形成了具有国际视野的AI数字教科书开发生态。同时，韩国高度重视学校、教师、学生和家长的深入参与，建立了广泛的意见收集和反馈机制，如组织用户研讨会和现场适用性审查评估，鼓励先导学校先行试点应用等。

此外，来自媒体的宣传和讨论，也是韩国推动AI数字教科书改进的重要途径。韩国政府通过不定期的发布会和信息公开服务等及时公布项目进展，通过媒体讨论和专项会议等方式广泛收集民众反馈并予以适时澄清与改进，推动AI数字教科书快速迭代。

（四）持续优化的质量控制机制

韩国建立了持续改进、动态优化的质量控制机制，以确保AI数字教科书能够不断适应教育需求和技术变革的变化。在质量控制流程方面，政府指导开发商建立严格的质量控制体系，对AI数字教科书开发、测试、审查和使用的全流程进行质量控制和监测；审查和评估机构对照各环节的质量控制点和标准要求进行严格审查与评估，以确保教科书质量符合国家和国际标准。

同时，韩国AI数字教科书建设强调基于质量监测的持续改进与迭代升级。韩国强调收集和分析用户行为数据、学习成效数据等，为质量控制提供科学依据；鼓励企业、教师、家长等以审查评估、意见反馈、合作研究等方式参与到AI数字教科书的质量控制中来，通过开放的第三方检测推动持续改进；建立了AI数字教科书修订、补充系统，要求开发商根据用户需求和技术进展不断调整完善AI数字教科书，并要求及时审查和批准修订请求；鼓励在实践中不断完善质量控制和授权审查机制等。

三、对我国中小学数字教材建设的启示

（一）重新审视智能时代数字教材的育人价值

当前，随着人工智能等新兴技术日益深度融入教育教学并推动新一轮教学范式创新和育人目标转换，立足学生发展，回归教育本质，促进公平、包容、有质量的个性化教育成为技术应用于教育的核心价值所在。作为智能环境下国家立德树人的重要载体，首先，我国中小学数字教材建设应立足学生核心素养发展，充分发挥智能化、多模态化和互动化优势，为学生提供更加个性化和沉浸式的学习体验。其次，数字教材开发必须充分考虑我国不同地域及城乡之间的经济、文化和数字素养等差异，采用云架构等强健且有包容性的技术方案，支持多样化的教学模式和应用方式；应积极探索面向身体及认知障碍等特殊群体的数字教材开发，确保有特殊需求的师生使用数字教材的机会与质量。重视学生作为鲜活个体的复杂性、提升教师数字素养、警惕新的技术绑架等，也是数字教材开发和应用中必须关注的重点。

（二）进一步强化国家顶层规划和引导

数字教材本质上是教材，应从国家层面加强顶层规划、引导及精细化管理。应将人工智能驱动的数字教材建设纳入国家教育发展战略，出台前瞻性、系统性的规划方案和政策文件，明确建设目标、任务、路径和保障措施。应建设国家级数字教材管理平台，推动不同版本数字教材之间内容标准、产品标准、数据标准等的统一，实现不同系统间的数据流转和高互操作性。还应建立健全数字教材建设标准体系和应用保障机制，在典型区域先行先试，推动构建完善的应用保障体系。

（三）构建协同开放的建设生态

数字教材建设需协同多方主体，形成联动合力。应鼓励政府、学校、企业、研究机构及社会组织等多元主体的深度参与，形成产学研用深度融合的建设生态。要强化用户参与反馈机制，将用户置于数字教材建设的核心位置，确保其在规划、设计、开发、测试和应用各个环节的充分参与。应建立快速响应和持续改进机制，及时收集和响应用户需求，不断优化产品功能和服务体验。应推动数字教材建设的国际交流，借鉴国际先进经验和技术成果，提升我国中小学数字教材的国际竞争力。

（四）加强全流程质量控制和风险防范

面对数字教材智能化、互动性愈加增强的趋势，需构建全生命周期质控体系，并严格管理隐私与伦理风险。制定系列规范和标准，实施从需求分析到反馈优化的全生命周期质控，明确各环节标准与流程要求。加快高效审核工具和审核方案研制，建立人机协同的审核机制，并将质控与伦理风险防范要点纳入审定流程。建立灵活的数字教材修订与审核机制，定期评估教材质量和应用效果，及时调整改进策略。加强基于智能技术的实时监测，完善数字教材质量与安全风险识别、预警与处理机制。建立严格的数据管理、伦理审查制度，以防数据泄露与算法偏见。

四、结语

当前，随着人工智能等技术迅猛发展和国家教育数字化战略深入推进，我国中小学数字教材建设正迈向个性化与智能化新阶段。韩国《AI数字教科书开发指南》针对AI数字教科书建设的清晰路径和明确规范，以及其所展现出的以人为本的教育理念、国家主导下的全面规划与精细实施、多元共治的合作生态、持续优化的质量控制等特征，为我国中小学数字教材建设创新提供了有益的启示。我国中小学数字教材建设应紧抓智能时代的教育变革契机，在积极借鉴国际先进经验的同时，也深刻认识我国在教材管理、教育环境和发展基础等方面的独特性和现实性，通过科学规划、精细管理、动态调整，不断探索、创新建设模式与应用策略，以高质量数字教材建设为我国教育事业的高质量发展注入强劲动力。

注：本文系北京市教育科学“十三五”规划2020年度一般课题“‘互联网+’时代统编教材视域下初中语文混合式阅读教学模式的研究与实践”（课题编号：CHDB2020171）研究成果。

（作者袁华莉系人民教育出版社人教研究院高级研究员、副编审；罗李系中国教育科学研究院助理研究员）

END

文章来源 |《中小学数字化教学》2024年第10期

责任编辑 | 牟艳娜

微信编辑 | 李中华

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