【透视纸笔与文化基因】之三：为何数字阅读仍不能替代纸质阅读？敬请继续关注实验数据揭示的真相！

“纸”一词的起源是纸莎草，大约在公元前3000年左右，古埃及和古希腊开始使用它。纸莎草是一种生长在埃及的高草。为了制作一张书写用的纸，人们将莎草的茎打开、敲打和拉伸，然后将几条草带垂直和水平地压合在一起，形成一张纸状的薄片。在这些纸莎草纸上，人们可以书写各种各样的图片和符号。它允许人们记录和“存储”信息，使信息的传输和交换变得容易，并为文明的发展做出了贡献。

德语中纸的意思是“Papier”（发音为/pa'piːe/）。在法语中，纸的意思也是“papier”（发音为/papje/）。在两种语言中，这个词的起源都是papyrus。我们可以理解纸莎草在信息存储和传输中的重要性。然而，正如我们稍后将看到的，纸莎草不是纸。

根据日本工业标准，“纸”的定义是“通过粘附植物纤维或其他纤维制成的纸”。广义上，它还包括使用合成高分子物质作为材料制造的合成纸，以及由无机纤维材料制成的合成纸。要造纸，人们必须从植物中提取粘性纤维（称为纸浆），无论是通过粉碎还是使用化学物质，然后将其缠绕在一起，形成薄片。根据这一定义，纸莎草不是真正的纸，它使用的是通过打开植物的茎而不是将植物分解成纤维而制成的薄片。相反，从广义上讲，任何由植物以外的任何材料制成的纸都可以被称为一张纸，只要与纤维材料交织在一起就可以形成一张纸。事实上，也有由不锈钢、玻璃、聚酯或石灰石等材料制成的纸。

2.1.2纸的作用和类型

纸的功能可分为三种：书写、擦拭和包装，或曰“三个W”。书写是纸记录、存储和传输信息的功能。由于写作也是为了以后查看，这也包括查看和浏览功能。具有此功能的纸张的典型示例有报纸、杂志、书籍、信件、传单等。包装是包装物体的功能。具有此功能的典型纸张有礼品包装、产品包装、纸袋、纸箱等。擦拭是纸张清除污垢和水分的功能。具有这种功能的典型纸张有纸巾、卫生纸、一次性尿布等。本书讨论纸的书写功能。

写作用纸包括新闻纸、印刷纸和复印纸等，约占当年生产的所有纸张的73.7%，用于包装的纸张占6.7%，用于擦拭（或“卫生纸”）的纸张占13.4%。这表明，目前生产的大多数纸张是用于书写（也包括查看、阅读和保存信息的目的）。

2.1.3 纸张的物理特性

纸是由纤维制成的薄片，正是这一事实延申出其便于阅读和书写的各种属性。本节将讨论纸的物理性质，以及它作为阅读和写作媒介的作用。

首先，纸是由许多错综复杂的纤维交织而成，这使其表面粗糙。因此，当我们用铅笔在纸上写字时，它会产生足够的摩擦力，创造一种舒适的书写感觉。当我们在纸上滑动铅笔时，纸的粗糙表面会刮伤铅笔芯。然后铅笔芯卡在纤维之间，因此信息被记录在纸上。相反，如果我们用橡皮擦擦纸张表面，橡皮擦上的灰尘会去除纤维之间留下的铅笔芯，因此书面信息会被擦除。

平面上的镜面反射不平整表面上的漫反射

光在纸张表面的漫反射

造纸机中纸浆的流动和纸张的纵向

另一方面，人们用圆珠笔、自来水笔或刷子在纸上写字则是基于一个不同的原理。在一张纸中，纤维重叠并粘合在一起，形成多层。油墨通过毛细作用固定在纸张上，水分被吸收到纤维之间的微小间隙中。用印刷机印刷基本上遵循同样的原理。此外，少量空气能够通过纤维间隙在纸张之间流动。因此，墨水的水分会从纸上逸出，墨水很容易固定在纸上。

书写的感觉，比如人们书写的舒适度或清晰度，以及墨水在纸上的固定程度，都取决于纸、铅笔和钢笔的物理特性。

由于纸张表面粗糙且不均匀，如上图所示，照射到纸张表面的光线会扩散，而不是均匀反射。这会产生一个防眩光的表面，不会反射太多光线。纸不适合显示明亮、有光泽的信息，因为它本身不像数字显示器那样发光。然而，当仔细阅读纸上文本时则很舒服，因为光线的反射不是太亮。

用于照片或日历等物品的纸张表面光滑，这是因为在纸的表面涂上了一层涂料，以消除其表面不平整、使其光滑，这就是所谓的凹版纸或涂布纸。虽然这样的纸可以提供明亮和有光泽的外观，但它太耀眼，很难从中读取信息，除非光线的角度得到很好的调整，因为投在其表面的光线被均匀反射。

在大多数情况下，纸纤维排列方向存在一定偏差。在使用造纸机造纸的过程中，将分散在水中的纸浆喷洒到高速移动的电线上，并立即干燥。因此，纸中的纤维倾向于沿纤维流动方向排列。纤维的流动方向（即机器中制造过程的方向）是纸的纵向。

纸质书中纤维的垂直方向

由于其纤维在纵向上对齐，纸在该方向上更硬。换句话说，纸在纵向上不能像在横向上那样容易弯曲。就书籍而言，大多数纸张的纤维都是垂直排列的。这是因为一张纸在横向上更灵活，更容易翻页。

此外，纸会将水分吸收到织物纤维中，这就是所谓的吸水性。这就是笔中的墨水可以进入纤维间隙并在纸上留下标记的原因。此外，当人们用手指触摸纸张时，来自指尖的水分会被纸张轻微吸收，从而产生轻微的湿润感，就像手指粘在纸上一样。这在手指和纸张之间创造了一种统一感，从而使人们在用手操作纸张时更容易处理纸张和翻页。纸张的手感来自纸张表面的不规则性和纸张的保湿性能。不难想象，纸巾和厕纸正是充分利用了纸张的吸水能力。

纸的另一个重要特性是透气性。少量空气通过纸张纤维的空隙在纸张之间流动。因此，纸张中的水分逸出，这使得墨水很容易固定在纸张上。此外，这种透气性使纸张能够长时间保存信息。日本传统上用作房间隔墙的滑动门在日本长期使用，因为它们起到透气墙的作用。从广义上讲，玻璃或不锈钢纤维板也是纸，所有这些产品都是为了利用纸的透气性能而开发的。

总之，纸易于书写、阅读、装订成册时易于翻阅，是存储信息的绝佳媒介（尽管其耐用性并不出色，因为它很容易被火和水损坏）。这些特性是通过长期积累的技术进步建立起来的，例如纸张对墨水吸收能力的提高。今天纸制品的物理特性还能确保油墨不会模糊、快速干燥，并且从纸张的另一面看不透。这并不是仅仅通过纸张的性能来实现的，而是与油墨共同进化的结果。也就是说，纸的发展促进了新油墨的发展，而油墨的发展和新型油墨的出现反过来又促进了纸的发展。今天的纸是一系列长期发展和改进的结果，目的是使阅读和写作更加舒适。此外，它与其他书写工具一起得到了发展和改进。

2.2 数字媒体

计算机显示器、平板电脑、智能手机和电子书阅读器等数字设备，通常也被称为数字媒体。“数字媒体”一词强调了这些设备作为信息呈现媒体的功能，“数字设备”（或“电子设备”）这一术语主要强调了其物理属性。

此外，为了将来讨论的目的，我们可以方便地将设备的显示表面与其外部形式（包括盖子）区分开来。例如，即使设备的外部形状与智能手机相同，其外观和操作感也会因其显示表面使用的是液晶面板还是电子纸而显著不同。此外，即使是使用相同液晶面板的数字设备，其操作方法也完全不同，由触摸板（如笔记本电脑）和触摸面板（如平板电脑）操作。因此，在讨论数字媒体时，我们应该将设备的显示表面与设备整体区分开来，包括其外部形状和输入设备。前者称为显示面板，后者称为数字设备。

本节剩余部分将主要以显示面板和数字设备为例进行介绍。

2.2.1 显示面板

显示设备直到20世纪90年代初还是又大又重的。当时主流显示器是阴极射线管（CRT）显示器。其基本原理与CRT电视相同。电子束从位于大型真空管背面的电子枪发射，并与显示屏表面的荧光屏碰撞发光。因此，这些显示器需要做得很深，而且很大。

之后，随着笔记本电脑的普及，对更薄显示器的需求增加，液晶显示器（LCD）得到了广泛应用。在LCD面板中，液晶是固体和液体之间的中间状态，它利用电压改变其分子排列的特性产生图像。由于液晶物质本身不发光来生成图像，因此LCD面板在其后面包含一个光源，如荧光灯或LED，以创建一个背光系统，通过阻挡光线或让光线通过来投射图像。

近年来，有机发光二极管（OLED）显示器作为一种能够以比LCD更高的亮度和对比度呈现美丽图像的面板，正在引起人们的关注。由于OLED显示器使用一种称为有机电致发光（organic electro-luminescence，简称有机EL）的发光体，该发光体可以自行发光，因此不需要背光，并允许进行高速渲染。此外，由于面板后面不需要光源，OLED面板可以比LCD面板更薄、更节能。OLED有望成为取代LCD的下一代显示屏。它仍然很贵，但使用有机EL显示屏的智能手机和大屏幕电视开始出现在市场上。

虽然迄今为止推出的数字显示器都采用了“高质量电视”的概念，但电子纸（EP）是根据“可重写纸”的概念开发的。它追求并模仿纸张的视觉友好性和可读性。可重写纸不是一种通过背光或自发光显示信息的发光显示器，而是一种能够使用反射光显示信息的反射显示器。因此，它可以在户外自然光下阅读，并且对眼睛也很友好。该面板省电，因为即使没有电源，它也可以继续显示信息。它也很薄，很轻，很灵活。它已被广泛用作电子书阅读器的显示面板，稍后将详细介绍。微软研究院的首席研究员Buxton（2008）认为电子纸技术将是未来十年改变世界的重要技术之一。

LCD、有机EL显示屏、电子纸和纸各有特点。就纸而言，由于页数与记录的信息量成比例增加，因此随着信息量的增加，纸张变得越来越厚。此外，由于记录在纸上的信息无法重写，因此无法实时更新信息或显示运动图像。由于电子纸不是发光板，所以它在室内和室外环境中的可见度都很高，并且其性能与纸张相似。与纸相比，电子纸的优点是，即使记录的信息量（页面）增加，它的重量和厚度也不会改变，并且允许重写信息。LCD和有机EL显示器都不适合在户外环境中显示信息，因为它们是发光显示器。然而，它们的重写速度很快，并且可以显示运动图像。

2.2.2 数字设备

接下来，我们将比较台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机和电子书阅读器作为数字设备相对于纸而言的特点。虽然所有这些设备都广为人知，但我们将介绍每个设备的简要说明，以供参考。

第一款用于显示文档的数字设备是台式PC。在过去，CRT显示器是主流，但今天的大多数显示器都是LCD。此外，计算机显示器的表面越来越大。大约10年前，小于20英寸的显示器还是主流，但现在很难找到小于20英寸的台式电脑。

笔记本电脑是为随身携带而开发的。它们是带有键盘和显示器的集成设备。它们的尺寸从小于11英寸的便携式尺寸到大于14英寸的A4尺寸不等。

智能手机的普及始于2007年iPhone的发布。作为小屏幕的一种操作方法，引入了基于触摸的操作。它的功能包括使用滑动手势翻页、使用收缩手势放大和缩小、软件文本输入和语音输入。为了使文本在小屏幕上可读，还开发了基于矢量的字体。

平板电脑的先驱是苹果在iPhone之后由推出的iPad。与台式电脑或笔记本电脑不同，平板电脑可以通过触摸操作，无需使用鼠标和键盘。平板电脑的屏幕比智能手机大，有足够的屏幕空间阅读书籍和杂志。它也是一款旨在进入电子书市场的设备。

电子书阅读器是专门为阅读电子书而设计的设备。自2000年以来，索尼发布了几款电子书阅读器，如LIBRIe和Sony Reader。他们使用反光的、对眼睛友好的、户外可读的电子纸作为显示面板。亚马逊（Amazon）的Kindle在商业上取得了成功，成为当前典范的电子书阅读器。亚马逊还通过网络提供了丰富的电子书内容，并为Kindle提供了访问这些内容的通信功能。Kindle使用电子纸作为显示面板，其特点是重量轻、轻薄、设计简单，允许用户专注于阅读。

2.3 使用数字媒体的局限性

最后，还有必要讨论使用数字媒体的局限性。在纸质媒体和数字媒体的比较中，我们不仅要数字媒体的优势，也要看到它的劣势。

首先，数字媒体需要电源来显示信息或切换正在显示的信息。当设备没有电源或电池耗尽时，它们根本无法使用。最近，当一位作者带着Kindle出国旅行时，他忘了带Kindle电源线。因此，他在旅途中根本无法使用Kindle，被迫随身携带一个无用的设备达一周之久。

第二，在无法使用通信功能的环境或情况下，不可能访问网络或互联网上的任何数据库。云很方便，但如果你无法连接到网络，它就毫无意义。此外，即使可以连接到网络，也有许多组织出于安全原因限制对外部云环境的访问。

第三，为了舒适、安全地使用这些设备，必须让它们的操作系统或应用程序保持最新。此外，还要定期更新安全软件。这些更新过程可能很耗时，而且在更新过程中设备通常不可用。

第四，你必须小心信息泄露。当然，纸上的信息也有泄露的风险，但在数字媒体的情况下，大量信息很容易一次泄露。此外，一旦此类信息被泄露，就可以进行传播。因此，在数字环境中，信息泄漏的风险很高。相关机构为避免这些安全问题而投入的成本绝对不小。

第五，一般来说，数字设备容易受到冲击、振动、水等的影响，并且容易损坏。因此，对于不能失败的重要事件，最好采取其他预防措施，例如携带另一台设备、在纸上打印等。此外，需要定期备份数据，以便能够从故障中恢复。

最后，数字设备的配件很难买到，而且往往很贵。其中一位作者随身携带一个电子纸设备，他将其用作数字笔记本。一天，他出差时忘了带笔。然后，他无法在整个出差期间使用数字笔记本。另一方面，模拟（即墨水）笔是耗材。当你丢失一支钢笔时，你可以在便利店买一支新钢笔。如果是临时用的，你可以借用别人的钢笔。这在数码笔的情况下是不可能的。如果你丢了一个，你通常要等几天才能在网上再买一个，价格可能会很高，超过50美元。在前面给出的一个例子中，一位作者在海外旅行时忘记带电源线，如果你能在目的地立即购买一条新的电源线，这将不是一个大问题。数字设备及其配件的商品化程度不足以随时随地购买，也不足以轻易借给他人。

相反，纸就没有如此严格的使用限制。这是因为纸张和书写工具在技术上已经成熟，并作为一种信息呈现基础设施渗透到社会中。当然，数字媒体的这些局限性将逐渐得到缓解，但它仍需要时间才能达到纸上书写材料获得的方便程度。

王涛（微信号：ioxroom）

【室联网】理论的提出、体系构建和实践者；新界教育创始人；北京大学教育学院教育经济博士；MOOC微信公众账号（微信号：openonline，公号名称：MOOC）的发起及运营者。推进的建设智慧学习空间已经覆盖智慧教育、智慧党建（红色历程云学习空间）、智慧思政、智慧培训、乡村振兴、家庭教育、智慧社区等领域。

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