劉暢 劉丹

摘 要：高等教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求與出版業(yè)的創(chuàng)新融合發(fā)展是當(dāng)前面臨的現(xiàn)實(shí)問題，本文以科學(xué)出版社策劃出版的細(xì)胞生物學(xué)3D模型與3D動(dòng)畫教學(xué)資源庫（簡稱3D Cells）為例，展示了高等教育中學(xué)科專業(yè)知識的數(shù)字化過程。該庫是面向高等教育生命科學(xué)類、醫(yī)學(xué)類專業(yè)師生開發(fā)的一套系統(tǒng)數(shù)字化教學(xué)資源，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將微觀細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)過程以3D模型與3D動(dòng)畫形式直觀地展示出來，實(shí)現(xiàn)了可視化、可交互、可移動(dòng)學(xué)習(xí)的沉浸式互聯(lián)網(wǎng)教育體驗(yàn)，也是出版社面向數(shù)字化轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)知識服務(wù)的創(chuàng)新實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞生物學(xué) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 數(shù)字出版 知識服務(wù)

在我國當(dāng)前高等教育蓬勃發(fā)展的大背景下，教育的數(shù)字化是一個(gè)重要趨勢，也是一個(gè)必經(jīng)過程，對傳統(tǒng)的教育方式必將帶來巨大的挑戰(zhàn)。疫情期間，大部分高校都經(jīng)歷了在線課程等與傳統(tǒng)教學(xué)模式截然不同的授課方式，這對教育數(shù)字化提出更加迫切的需求。[1]教育數(shù)字化是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)下的一個(gè)重要趨勢，無論是教育主管部門還是高校均越來越重視。教育數(shù)字化主要表現(xiàn)在對教學(xué)內(nèi)容的數(shù)字化和教學(xué)過程及效果反饋流程管理上的數(shù)字化。教育部在2021年推動(dòng)高校多個(gè)學(xué)科專業(yè)建設(shè)“虛擬教研室”，同時(shí)于2022年成立“國家高等教育智慧平臺”[2]，在國家層面為高等學(xué)校提升教學(xué)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)教育數(shù)字化提供有力支撐。在2023年教育部重點(diǎn)工作中，加快高等教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打造高等教育教學(xué)新形態(tài)成為重點(diǎn)推進(jìn)的工作之一。[3]

一、高等教育數(shù)字化的現(xiàn)實(shí)需求

在我國當(dāng)前高等教育蓬勃發(fā)展的大背景下，教育的數(shù)字化是一個(gè)重要趨勢，也是一個(gè)必經(jīng)過程，對傳統(tǒng)的教育方式必將帶來巨大的挑戰(zhàn)。

1.高質(zhì)量教學(xué)需求

提高本科教育質(zhì)量、打造一流課程是近幾年高校關(guān)注的重點(diǎn)，這對于提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，是一項(xiàng)基礎(chǔ)性也是重要的工作。高質(zhì)量教學(xué)，不僅需要高校教師良好的授課能力，同時(shí)也需要高質(zhì)量的數(shù)字化教學(xué)資源的輔助，尤其是一些難以口述表達(dá)的專業(yè)內(nèi)容。在高質(zhì)量教學(xué)過程中，充分利用數(shù)字化教學(xué)資源大幅提升教學(xué)效率對于學(xué)生培養(yǎng)意義重大。

2.在線課程開設(shè)的需求

面對當(dāng)前在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代成長起來的學(xué)生，越來越多的教師發(fā)現(xiàn)教學(xué)方式不能僅限于講授和PPT演示，教學(xué)資源多元化、教學(xué)過程可記錄、適應(yīng)新的學(xué)習(xí)習(xí)慣（如移動(dòng)式學(xué)習(xí)、互動(dòng)式體驗(yàn)）在在線課程的開設(shè)中成為一個(gè)追求的目標(biāo)。

3.系統(tǒng)性的教學(xué)資源缺乏

在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教學(xué)素材大都由任課老師自己收集整理，具有零散性、不系統(tǒng)、部分資源存在版權(quán)問題甚至錯(cuò)誤等問題，因此，科學(xué)性強(qiáng)、權(quán)威、系統(tǒng)、內(nèi)容豐富、形式多樣的教學(xué)資源對于教學(xué)就顯得尤為重要。

4.出版轉(zhuǎn)型的迫切需求

傳統(tǒng)的出版物大多是紙質(zhì)教材，知識的承載介質(zhì)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，尤其體現(xiàn)在對高校和作者的支撐服務(wù)上。出版單位對于教材使用的高校，不能提供原創(chuàng)的教學(xué)資源輔助教師教學(xué)；在作者團(tuán)隊(duì)的編寫過程中，諸如高質(zhì)量的專業(yè)學(xué)術(shù)圖片、動(dòng)畫、音頻、視頻、習(xí)題等資源缺乏，不能給作者的編寫提供很好的支撐。面對傳統(tǒng)出版的困境，根據(jù)新的現(xiàn)實(shí)情況，推進(jìn)出版數(shù)字化轉(zhuǎn)型，成為行業(yè)普遍的迫切需求。

二、數(shù)字化建設(shè)的切入點(diǎn)

對于深耕高等教育多年的專業(yè)性出版機(jī)構(gòu)，只有做深做透才有生存的機(jī)會(huì)，這也是其在傳統(tǒng)出版領(lǐng)域一直堅(jiān)持的原則。在數(shù)字出版領(lǐng)域，出版社依然堅(jiān)持優(yōu)良傳統(tǒng)，做好知識服務(wù)。通過對國內(nèi)幾十家高校、研究所等教學(xué)單位一線教師的走訪，他們普遍反映，對于高等教育，尤其是各個(gè)本科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，專業(yè)性教學(xué)資源的建設(shè)非常有必要，但是對于單個(gè)教師或高校來說，建設(shè)經(jīng)費(fèi)和技術(shù)能力都無法支撐高質(zhì)量數(shù)字資源的開發(fā)。通過充分調(diào)研、深入思考，科學(xué)出版社基于以下幾個(gè)原因，選擇了細(xì)胞生物學(xué)這個(gè)學(xué)科及其相關(guān)課程作為數(shù)字化資源建設(shè)的切入點(diǎn)。

一是課程性質(zhì)屬性。細(xì)胞生物學(xué)屬于生命科學(xué)類專業(yè)、醫(yī)學(xué)類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，面向?qū)W生群體大，尚無同類產(chǎn)品，市場前景廣闊，對生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)、林、環(huán)境類專業(yè)均適用。二是其課程內(nèi)容屬性。課程知識主要包括細(xì)胞的形態(tài)學(xué)部分和動(dòng)態(tài)的生命活動(dòng)過程，都是微觀、非具象、難以準(zhǔn)確描述的，適合實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。三是內(nèi)容可延展性。對于建設(shè)出來的這些數(shù)字資源，既可用于高等教育，也可以延伸至科普、中小學(xué)在線教育，等等。未來根據(jù)市場反饋，容易進(jìn)行二次開發(fā)。

三、數(shù)字資源呈現(xiàn)形式確定

通過對教學(xué)內(nèi)容的分析，科學(xué)性選擇通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[4]展示3D的內(nèi)容資源。細(xì)胞生物學(xué)形態(tài)學(xué)部分通過3D模型來實(shí)現(xiàn)演示和交互，如細(xì)胞中的各種細(xì)胞器，細(xì)胞器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如線粒體的嵴、ATP合酶，等。細(xì)胞生物學(xué)中動(dòng)態(tài)過程，如細(xì)胞有絲分裂、光合作用中電子的傳遞過程、細(xì)胞衰老過程、細(xì)胞信號通路等，則通過3D動(dòng)畫來展示和交互。這樣選擇主要考慮以下幾點(diǎn)：一是技術(shù)的先進(jìn)性；二是震撼的視覺體驗(yàn)；三是可交互性，滿足沉浸式教學(xué)體驗(yàn)；四是制作內(nèi)容非常適合，如細(xì)胞的微觀化、不可見性。

本庫通過對微觀結(jié)構(gòu)的虛擬再現(xiàn)，使得學(xué)習(xí)內(nèi)容真實(shí)可見；同時(shí)，可以觸摸交互的設(shè)計(jì)使得枯燥的學(xué)科內(nèi)容變得有互動(dòng)，學(xué)習(xí)過程變得具有探索性、沉浸感；將分散于一門學(xué)科中的主要教學(xué)內(nèi)容集中于一個(gè)場景，使得學(xué)生對于知識的整體性、關(guān)聯(lián)性有全局的認(rèn)識，能從更高維度把握所學(xué)內(nèi)容，建立整體觀。

四、數(shù)字資源開發(fā)過程

數(shù)字資源的開發(fā)是圍繞科學(xué)性、系統(tǒng)性等的要求，全面實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的可視化，將3D模型、3D動(dòng)畫、音頻、文字、圖片等完美地統(tǒng)一起來，以實(shí)現(xiàn)最初的產(chǎn)品設(shè)想。3D Cells主要包括了內(nèi)容設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分，分別對應(yīng)了內(nèi)容呈現(xiàn)和交互過程的實(shí)現(xiàn)。

1.內(nèi)容設(shè)計(jì)

內(nèi)容設(shè)計(jì)是數(shù)字資源開發(fā)的重中之重，數(shù)字資源的開發(fā)過程充滿了對傳統(tǒng)編輯工作的挑戰(zhàn)，編輯需要成為一名優(yōu)秀的產(chǎn)品經(jīng)理。例如，根據(jù)細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，繪制知識圖譜，梳理出要制作的內(nèi)容及重點(diǎn)，以及采用什么呈現(xiàn)形式，動(dòng)態(tài)3D動(dòng)畫還是靜態(tài)3D模型，這些都需要編輯進(jìn)行詳細(xì)的思考和策劃。在內(nèi)容設(shè)計(jì)上，為了實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)性，分工如下：由編輯設(shè)計(jì)，專家審定，IT人員實(shí)現(xiàn)。

首先是知識圖譜的繪制，內(nèi)容制作大綱的確立。需要做的準(zhǔn)備包括：參考國內(nèi)外最新、最權(quán)威的細(xì)胞生物學(xué)教材，理解其結(jié)構(gòu)體系；收集世界范圍內(nèi)各類優(yōu)秀的細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)資源，充分吸收其思路及優(yōu)點(diǎn)。其次，通過對內(nèi)容的拆解與設(shè)計(jì)，先有了“劇本”大綱，接下來進(jìn)行3D模型與3D動(dòng)畫后續(xù)開發(fā)。這個(gè)過程中的主要工作及分工如下。

主要工作：根據(jù)收集到的全球范圍內(nèi)優(yōu)秀的細(xì)胞生物學(xué)圖片、視頻和動(dòng)畫等，分析其優(yōu)點(diǎn)和思路，寫出針對每個(gè)模型和動(dòng)畫的設(shè)計(jì)腳本；通過反復(fù)與開發(fā)人員溝通，確定開發(fā)人員能夠明白其專業(yè)性含義和最后呈現(xiàn)效果。

人員分工：編輯寫出設(shè)計(jì)腳本，專家提出補(bǔ)充意見，綜合意見后，IT工程師實(shí)施開發(fā)。模型或者動(dòng)畫初稿設(shè)計(jì)出來后進(jìn)行審核、繼續(xù)修改和補(bǔ)充資料等。

對于數(shù)字化產(chǎn)品的內(nèi)容設(shè)計(jì)，從科學(xué)社的經(jīng)驗(yàn)來看，有幾點(diǎn)需要特別注意。一是注重溝通，提升數(shù)字資源質(zhì)量與開發(fā)效率。模型和動(dòng)畫由于是原創(chuàng)開發(fā)，是對已有資料的集大成和創(chuàng)新，與IT開發(fā)人員的反復(fù)溝通與修改是開發(fā)工作中重要的部分。一門課程內(nèi)容資源的開發(fā)，通常周期很長，除了面對面交流外，做好腳本和注釋對于保存工作記錄和提高工作效率也非常重要。二是周密設(shè)計(jì)，做到內(nèi)容與呈現(xiàn)形式的完美匹配。產(chǎn)品內(nèi)容開發(fā)其中有一項(xiàng)重要的內(nèi)容即為學(xué)科內(nèi)容的編輯整理。3D cells中每種細(xì)胞有300余個(gè)詞條與動(dòng)畫，這些詞條和動(dòng)畫都配備有專業(yè)的文字詳述和語音講解、線條模式圖、電鏡圖，等等，整體的文字多達(dá)15萬字。文稿經(jīng)過編輯整理，審讀，補(bǔ)充，匹配模型、動(dòng)畫播放過程后上線，這個(gè)過程需要細(xì)致且全面的考慮，確保內(nèi)容以最豐滿的形式呈現(xiàn)。三是科學(xué)性和藝術(shù)性的統(tǒng)一。在內(nèi)容設(shè)計(jì)過程中，這是一個(gè)難點(diǎn)?？茖W(xué)性是其基礎(chǔ)，包括構(gòu)建模型或動(dòng)畫的典型性、知識點(diǎn)覆蓋度、準(zhǔn)確性等等。藝術(shù)性主要包括模型與動(dòng)畫的材質(zhì)，形狀，運(yùn)動(dòng)過程的和諧度、美感，風(fēng)格統(tǒng)一性，色彩一致性，等等。兩者的和諧統(tǒng)一才會(huì)帶來較好的視覺體驗(yàn)。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

好的內(nèi)容同樣需要優(yōu)秀的軟件系統(tǒng)來展示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是為了形成完整的產(chǎn)品而圍繞內(nèi)容資源進(jìn)行的軟件開發(fā)。3D Cells主要包括了手機(jī)端APP、電腦客戶端、后臺服務(wù)端等。以手機(jī)端App UI設(shè)計(jì)為例，根據(jù)3D Cells的應(yīng)用場景，我們根據(jù)國內(nèi)外前沿的數(shù)字產(chǎn)品，對界面的功能及演示邏輯進(jìn)行多輪設(shè)計(jì)與修改，將樹狀的知識點(diǎn)邏輯圖與逐級深入的探索式觸動(dòng)邏輯結(jié)合起來，以期帶給師生更好的使用體驗(yàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是符合大部分用戶的使用操作習(xí)慣，不增加軟件學(xué)習(xí)難度的情況下，最大化提升專業(yè)學(xué)習(xí)的效率。在界面中，我們將交互功能放在最中心的位置，兩側(cè)放置了各種功能按鈕，盡量簡潔且符合用戶使用習(xí)慣與邏輯。

3.應(yīng)用場景、營銷與推廣

（1）應(yīng)用場景。3D Cells可以在手機(jī)端、電腦端隨時(shí)打開，適應(yīng)多個(gè)場景下不同目標(biāo)的學(xué)習(xí)與使用。在3D Cells的使用過程中，無論是在課程教學(xué)還是課下自學(xué)，操作者以第一人稱視角進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，通過觸摸的交互式學(xué)習(xí)過程充分滿足所見即所得的使用體驗(yàn)，可對細(xì)胞3D模型及3D動(dòng)畫進(jìn)行任意縮放、旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)360°全方位、多角度觀察，從顯微到亞顯微直至分子層面，逐級深入觀察與學(xué)習(xí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能與作用機(jī)制。該庫支持高清圖片及視頻導(dǎo)出，具有自我講解錄制功能，方便在線教學(xué)、線下學(xué)習(xí)、資源分享等，可以作為數(shù)字教學(xué)素材，靈活運(yùn)用于課程建設(shè)、教材及學(xué)術(shù)著作撰寫、科普展示等不同的使用場景中，為教師教學(xué)、寫作等提供有力支撐。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，還可以隨時(shí)完成學(xué)習(xí)筆記，留住瞬間靈感。使數(shù)字教學(xué)資源緊扣專業(yè)學(xué)習(xí)過程，將沉浸式、探索式學(xué)習(xí)方式融入其中，大幅提高學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)效率，是3D Cells力求達(dá)到的目標(biāo)。

（2）效果反饋。3D Cells自2021年推出以來，截至2023年初，累計(jì)推廣至350余所高校、中學(xué)、研究所等單位的1000多位一線教師，更有近萬名用戶通過多種渠道使用了該教學(xué)資源庫，經(jīng)過抽樣反饋，絕大部分高校教師認(rèn)為該資源庫有助于專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，占比9成以上，二十余家單位經(jīng)過試用后完成資源庫的購買。目前，該教學(xué)資源庫已經(jīng)榮獲2022年中國新聞出版研究院“首屆虛擬現(xiàn)實(shí)新聞出版創(chuàng)新應(yīng)用案例”，2022年中國自然教育大會(huì)“全國精品數(shù)字出版物”，2023年北京圖書訂貨會(huì)“大家贊譽(yù)的出版新技術(shù)應(yīng)用案例”等國家級省部級的榮譽(yù)，這既是國家相關(guān)部門對高等教育數(shù)字化探索的鼓勵(lì)，也是出版社繼續(xù)前進(jìn)的動(dòng)力。

五、結(jié)語

高等教育數(shù)字化是一個(gè)艱難的過程，無論是教育管理者還是一線教師，都付出了各種努力來共同推進(jìn)。目前，我國已經(jīng)建成了世界上規(guī)模最大的在線開放課程群[5]，也擁有世界上人數(shù)最多的高等教育體系，從規(guī)模第一到質(zhì)量第一是一個(gè)艱難的過程。科學(xué)社正是憑著“堅(jiān)持做難而正確的事”這個(gè)信念把知識服務(wù)作為戰(zhàn)略目標(biāo)，成為高等教育數(shù)字化的同行者與實(shí)踐者。3D Cells的開發(fā)是科學(xué)社面向知識服務(wù)、創(chuàng)新融合出版轉(zhuǎn)型的一次探索，相信通過此次實(shí)踐能為同行提供一些借鑒，共同推進(jìn)出版轉(zhuǎn)型與高等教育數(shù)字化發(fā)展。

（作者單位系中國科技出版?zhèn)髅焦煞萦邢薰荆?/p>