劉楊?莊紅權(quán)

【摘要】通過對“智能+”背景下的機(jī)械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀與不足進(jìn)行分析，指出機(jī)械類專業(yè)教材出版表現(xiàn)出明顯的智能化、融合化趨勢，基于分析結(jié)果，提出符合我國國情的“智能+”背景下機(jī)械類專業(yè)教材建設(shè)發(fā)展建議：做好教材規(guī)劃研究工作，將“智能+”元素融入教材知識體系；以立體化紙質(zhì)教材建設(shè)為主，數(shù)字教材并行；注重教學(xué)資源和工具建設(shè)的關(guān)聯(lián)性和實(shí)用性；教材建設(shè)效果評價需要與師生使用反饋相結(jié)合。

【關(guān)? 鍵? 詞】機(jī)械類專業(yè)教材；“智能+”；融合出版；數(shù)字教育

【作者單位】劉楊，清華大學(xué)出版社；莊紅權(quán)，清華大學(xué)出版社。

【中圖分類號】G230.7【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【DOI】10.16491/j.cnki.cn45-1216/g2.2023.11.011

“智能+”是在云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)深入應(yīng)用的基礎(chǔ)上，將人工智能的創(chuàng)新技術(shù)成果與經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域深度融合，從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化邁向智能化，提升實(shí)體經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新力和生產(chǎn)力，從而形成更廣泛的以人工智能為基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新要素的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展新形態(tài)。在高等教育領(lǐng)域，教育部為了主動應(yīng)對這一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，提出了針對科技與工程專業(yè)的新工科建設(shè)目標(biāo)與愿景。

教材是新工科建設(shè)以及科技與工程高級專業(yè)人才培養(yǎng)的核心工具和重要載體，隨著大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等新技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，“智能+”技術(shù)為專業(yè)教材形態(tài)的發(fā)展提供了更多選擇，不斷促進(jìn)傳統(tǒng)教材向新形態(tài)教材轉(zhuǎn)變。本文將分析“智能+”背景下機(jī)械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀與不足，并基于機(jī)械類專業(yè)教材發(fā)展的特點(diǎn)，給出符合我國國情的“智能+”背景下機(jī)械類專業(yè)教材建設(shè)的發(fā)展建議。

一、“智能+”背景下我國機(jī)械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀與不足

1．機(jī)械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀

在國家政策支持和信息技術(shù)發(fā)展的雙重推動下，我國機(jī)械類專業(yè)教材智能化發(fā)展迎來了新機(jī)遇。相關(guān)出版單位不斷探索傳統(tǒng)機(jī)械類專業(yè)教材與新興機(jī)械類專業(yè)教材在內(nèi)容、平臺、渠道上的融合，創(chuàng)新教材的內(nèi)容生產(chǎn)與知識信息服務(wù)方式，通過創(chuàng)建信息平臺延伸教材產(chǎn)業(yè)鏈，利用二維碼、AR/ VR等新技術(shù)結(jié)合富媒體內(nèi)容，從在紙質(zhì)教材上添加二維碼，到后續(xù)開發(fā)機(jī)械類專業(yè)教材配套視頻資源、在線課程、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺等，組織建設(shè)了一大批信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合、多種介質(zhì)綜合運(yùn)用、表現(xiàn)力豐富、一體化呈現(xiàn)的新形態(tài)教材［1］。不少出版單位、教育公司也結(jié)合機(jī)械類學(xué)科特點(diǎn)與自身出版優(yōu)勢，推出各種機(jī)械類專業(yè)教材數(shù)字資源、課程與平臺。這些資源雖然在形式上有相似之處，都包含電子書、視頻、PPT課件等數(shù)字資源，但在技術(shù)開發(fā)程度、資源建設(shè)規(guī)模和體系完整性等方面存在一定差距。

相較而言，專業(yè)實(shí)力強(qiáng)大與出版資源相對豐富的出版單位，擁有更加完整的智能化機(jī)械類專業(yè)教材建設(shè)體系，用戶群體更大，對數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用也更加深入，傳統(tǒng)教材與新形態(tài)教材融合程度更深。具體表現(xiàn)在以下兩個方面：一是出版內(nèi)容與“智能+”領(lǐng)域相關(guān)的機(jī)械類專業(yè)教材與時俱進(jìn)，其中包括對傳統(tǒng)機(jī)械專業(yè)課程教材內(nèi)容的不斷迭代，以及對新興工科方向如智能制造、智能車輛工程、機(jī)器人工程等專業(yè)領(lǐng)域新教材的開發(fā)；二是以教材為核心，開發(fā)課件、電子教案、源代碼、視頻動畫、實(shí)踐案例、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等數(shù)字資源，以二維碼、課程、平臺等方式與教材相結(jié)合，打造新形態(tài)立體化教材，面向高校開展不斷升級的教學(xué)服務(wù)［2］（如圖1所示）。

圖1 新形態(tài)教材的主要實(shí)現(xiàn)方式

2．“智能+”背景下機(jī)械類專業(yè)教材存在的不足

整體而言，雖然我國機(jī)械類專業(yè)教材的“智能+”建設(shè)已取得一定的進(jìn)展，但仍存在一些不足。一是在內(nèi)容上對新技術(shù)的融合相對較少，新工科方向的教材建設(shè)目前大多處于發(fā)展期，各高校針對“智能+”專業(yè)或課程的教學(xué)資源積累較少，仍需要不斷地探索和完善；二是目前融合“智能+”元素的機(jī)械類專業(yè)教材缺乏體系化建設(shè)工作，大多數(shù)教材僅面向?qū)?yīng)課程編寫，缺乏對“智能+”相關(guān)專業(yè)整體知識體系的考慮；三是國內(nèi)機(jī)械類專業(yè)教材以傳統(tǒng)紙質(zhì)教材為主，活頁教材或數(shù)字教材所占比例較少；四是雖然在形式上結(jié)合新一代信息技術(shù)將傳統(tǒng)教材打造為立體化教材，但與實(shí)際教學(xué)的貼合度不夠，圍繞教材建設(shè)的資源存在“形式大于內(nèi)容”的現(xiàn)象，這和大部分作者在教材編寫時的意識局限有關(guān)；五是機(jī)械類專業(yè)教材的建設(shè)與師生使用反饋之間缺少互動，導(dǎo)致教材的更新?lián)Q代與實(shí)際教學(xué)場景存在一定偏差。

二、“智能+”背景下機(jī)械類專業(yè)教材發(fā)展建議

基于以上分析，筆者根據(jù)我國國情提出如下幾點(diǎn)適合我國機(jī)械類專業(yè)教材智能化建設(shè)發(fā)展的建議。

1． 將“智能+”元素融入教材知識體系

機(jī)械類專業(yè)是新工科建設(shè)的重點(diǎn)，新工科背景下，機(jī)械類專業(yè)建設(shè)的主要方式是與人工智能技術(shù)相結(jié)合，用智能技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)械類專業(yè)，發(fā)展新興的“智能+”機(jī)械類專業(yè)。當(dāng)前，中國機(jī)械類專業(yè)積極響應(yīng)新工科建設(shè)的一系列政策，由一批學(xué)科領(lǐng)軍高校率先進(jìn)行“智能+”新院系、新專業(yè)建設(shè)的探索。隨著機(jī)械類課程與“智能+”融合趨勢逐漸在全國擴(kuò)大影響，在教材知識體系中融入“智能+”元素勢在必行，其主要方式是建設(shè)對應(yīng)“智能+”相關(guān)專業(yè)或課程的教材，或在傳統(tǒng)機(jī)械類教材中加入最新的“智能+”內(nèi)容。通過這兩種方式，高校可以教材為起點(diǎn)，在機(jī)械類課程、學(xué)科建設(shè)中融入“智能+”元素，發(fā)展新興學(xué)科和改造傳統(tǒng)學(xué)科。

建設(shè)“智能+”相關(guān)專業(yè)或課程的教材，需要關(guān)注新興領(lǐng)域的發(fā)展及其與傳統(tǒng)課程知識體系之間的關(guān)聯(lián)性?！爸悄?”專業(yè)或課程往往具有交叉學(xué)科的特點(diǎn)，涵蓋多個學(xué)科的內(nèi)容，如果按照以往各個學(xué)科傳統(tǒng)的體系進(jìn)行歸納，“智能+”專業(yè)或課程的教材知識體系就缺少了層次。因此，該類教材建設(shè)應(yīng)該以對應(yīng)方向的技術(shù)與應(yīng)用為目標(biāo)，對知識體系進(jìn)行統(tǒng)籌與梳理。

“智能+”元素在機(jī)械類專業(yè)中的體現(xiàn)，不只是新的課程或?qū)I(yè)的產(chǎn)生，還體現(xiàn)為傳統(tǒng)機(jī)械學(xué)科的升級。未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型工科人才，改造傳統(tǒng)機(jī)械專業(yè)或課程，使其滿足新時代人才培養(yǎng)的需求勢在必行。因此，傳統(tǒng)機(jī)械專業(yè)或教材建設(shè)，需要注重融入與之相對應(yīng)的智能技術(shù)，注重學(xué)科與學(xué)科之間、課程與課程之間的關(guān)聯(lián)性。

2． 教材規(guī)劃初期做好研究工作

面向新工科和通專融合教育理念，為了保證教材具有體系性和關(guān)聯(lián)性，建設(shè)系列教材需要從專業(yè)或課程群的層面進(jìn)行整體規(guī)劃，以體系研究為抓手，梳理系列教材的課程體系及各課程所用教材的邊界和關(guān)聯(lián)性［3］（如圖2所示）；關(guān)注研究前沿方向的教材建設(shè)，加強(qiáng)校企合作和實(shí)踐教學(xué)。

系列教材建設(shè)的體系研究，具體指在系列教材規(guī)劃初期，通過專業(yè)教指委、學(xué)會等組織或優(yōu)勢學(xué)科院校，組織編寫相關(guān)培養(yǎng)體系教程，梳理專業(yè)課程和知識點(diǎn)，并在教程的基礎(chǔ)上組織系列教材的建設(shè)工作。體系研究工作應(yīng)包含學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀的研究分析、學(xué)科知識體系、課程體系、教學(xué)計劃、人才培養(yǎng)方案等必要的信息，從整體上提出適合我國機(jī)械工程學(xué)科本科教學(xué)要求的參考計劃。依據(jù)系列教材面向?qū)ο蟮牟煌?，可以將體系研究工作分為院校級、課程群級、學(xué)科級。院校級即針對具體院校建設(shè)系列教材，可根據(jù)院校自身專業(yè)和課程設(shè)置的特點(diǎn)，梳理個性化的研究成果；課程群級即針對某些關(guān)聯(lián)度強(qiáng)的課程建設(shè)教材，可根據(jù)這一課程群內(nèi)課程與課程之間的關(guān)聯(lián)性展開研究工作；學(xué)科級則是針對某個學(xué)科領(lǐng)域建設(shè)系列教材，這一層級體系研究的普適性十分明顯。

3． 以立體化紙質(zhì)教材建設(shè)為主，數(shù)字教材并行

基于我國國情，教材建設(shè)的形態(tài)目前主要還是以紙質(zhì)教材為主，通過新技術(shù)手段將各種資源與教材結(jié)合進(jìn)行數(shù)字教材形態(tài)的研究建設(shè)，在高校實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行相關(guān)探索。由于新興領(lǐng)域應(yīng)用性強(qiáng)，知識更新快，教材出版往往落后于行業(yè)發(fā)展。在“智能+”背景下，信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合不斷深入，信息化教學(xué)作為一種全新的教學(xué)方式，不僅拓展了教學(xué)時空，豐富了教學(xué)內(nèi)容，也對教材的內(nèi)容和功能提出了新的要求。基于上述考慮，系列教材可以采用“紙質(zhì)內(nèi)容+數(shù)字內(nèi)容”相融合的新形態(tài)。在編寫書稿內(nèi)容時，作者和出版社可以一起建設(shè)配書PPT、微課、動畫、模型、習(xí)題等數(shù)字資源，通過二維碼或教學(xué)平臺將紙質(zhì)內(nèi)容和數(shù)字資源相鏈接，給師生提供更多的知識和選擇。

數(shù)字教材是利用多媒體技術(shù)將傳統(tǒng)紙質(zhì)內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化處理，再轉(zhuǎn)化為適用于各類電子終端的互動性教材。數(shù)字教材相對紙質(zhì)教材有著更多的可能性。在使用方面，區(qū)別于普通電子書，數(shù)字教材是一種基于3G、4G、5G、WIFI網(wǎng)絡(luò)，在PC、Pad、智能手機(jī)等終端上呈現(xiàn)的數(shù)字化書籍，包含富媒體數(shù)字出版、云服務(wù)和移動學(xué)習(xí)三大領(lǐng)域的前沿科技，支持3D、高清圖片、視頻、音頻、動畫、地理定位等多媒體學(xué)習(xí)內(nèi)容，具有百科互動、網(wǎng)絡(luò)社交、交互學(xué)習(xí)功能，并提供基本閱讀、視聽學(xué)習(xí)、批注、筆記、索引定位、全文檢索、全文百科字典等功能，可給學(xué)習(xí)者帶來全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。目前，數(shù)字教材主要在我國中小學(xué)教學(xué)實(shí)踐中使用，但這并不意味著數(shù)字教材在高等教育中發(fā)展前景黯淡，需要在關(guān)注實(shí)際教學(xué)場景需求的基礎(chǔ)上做好技術(shù)支撐。

4． 教學(xué)資源和工具建設(shè)需注重關(guān)聯(lián)性和實(shí)用性

在“智能+”教學(xué)資源建設(shè)方面，我國機(jī)械類專業(yè)教材已初步形成既符合機(jī)械類學(xué)科特色又具有出版社自身特點(diǎn)的教學(xué)資源體系：不僅有與教材綁定的教學(xué)資源，也開發(fā)出許多衍生的輔助教學(xué)資源；不僅有基礎(chǔ)的PDF、EPUB格式電子文本，還衍生出包含PPT課件、視頻動畫、源代碼、3D仿真等多種類型的資源，這些教學(xué)資源均有較大的瀏覽量和下載量。

然而，我國機(jī)械類專業(yè)教材“智能+”建設(shè)仍有許多需要完善的地方，如：教學(xué)資源建設(shè)體系不完善、教學(xué)資源較為分散、教學(xué)資源類型有待豐富等；教學(xué)資源建設(shè)需要注重知識體系與資源之間的關(guān)聯(lián)性，使碎片化資源成體系；需要注重資源內(nèi)容與實(shí)際教學(xué)的貼合，增強(qiáng)實(shí)用性。目前國內(nèi)數(shù)字教學(xué)工具建設(shè)主要包括云盤、富媒體電子書、在線課堂、電子課件平臺、知識服務(wù)平臺等，雖然內(nèi)容和功能相對齊全，但是大多處于發(fā)展期，在實(shí)際應(yīng)用中不夠注重細(xì)節(jié)，應(yīng)多積累來自教學(xué)中的反饋和訴求，積極調(diào)整完善。

5．教材建設(shè)效果評價需要與師生使用反饋相結(jié)合

“智能+”背景下的教材建設(shè)，由于缺少既往經(jīng)驗(yàn)，需要根據(jù)教師使用教材的反饋，以及學(xué)生學(xué)習(xí)成效來進(jìn)一步調(diào)整和完善。學(xué)科內(nèi)涵、知識體系、技術(shù)手段一直在變化，要想教材保持鮮活的生命力，就要不斷汲取來自實(shí)際教學(xué)中的反饋和評價，重新調(diào)整教材升級的方向和方式。

教材建設(shè)方應(yīng)定期追蹤重點(diǎn)教材的使用情況，與使用教材的高校保持聯(lián)系，以調(diào)查問卷、拜訪、研討會等形式了解使用情況并做相關(guān)分析，最終形成教材效果評價。評價維度包括但不限于以下方面：一是是否滿足本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)大綱要求；二是是否能及時準(zhǔn)確地反映本學(xué)科的教學(xué)研究和教學(xué)改革的最新成果；三是是否符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，邏輯性強(qiáng)，具有啟發(fā)性，便于學(xué)生學(xué)習(xí)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及各種能力培養(yǎng)；四是內(nèi)容是否完整，正文、習(xí)題、思考題、索引、參考文獻(xiàn)是否齊全，習(xí)題、思考題的設(shè)計是否能提高學(xué)生的主觀能動性；五是教材內(nèi)容是否結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、層次分明、條理清楚，文字與圖表是否科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范。

除了教材，教學(xué)資源和工具的建設(shè)也需根據(jù)實(shí)踐反饋進(jìn)行完善，根據(jù)教學(xué)平臺的特點(diǎn)在工具中添加一些能即時統(tǒng)計評價數(shù)據(jù)的功能，這對教材分析或教學(xué)工具升級有非常好的支撐作用。在教材建設(shè)過程中，教材出版并不是終點(diǎn)，好的教材也不可能一蹴而就。教材建設(shè)方需要不斷汲取來自實(shí)際教學(xué)中的反饋，使教材在建設(shè)過程中不斷提升，同時重視教材的效果評價工作，及時收集師生的使用反饋數(shù)據(jù)。

三、結(jié)語

近年來，隨著“智能+”技術(shù)與教育教學(xué)領(lǐng)域深度融合，各個教學(xué)環(huán)節(jié)對“智能+”技術(shù)應(yīng)用的需求不斷提升。新工科發(fā)展背景下，我國機(jī)械類專業(yè)教材也具有與“智能+”技術(shù)相結(jié)合的需求。因此，分析“智能+”背景下機(jī)械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀，提出適合我國國情的機(jī)械類專業(yè)教材建設(shè)發(fā)展建議，可對我國教材發(fā)展提供一定的啟發(fā)。雖然“智能+”代表著先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展方向，但教材建設(shè)的“智能+”發(fā)展并不是唯一且通用的思路。如何以教學(xué)為核心，充分考慮教學(xué)實(shí)際場景及其變化，充分利用各種數(shù)字化技術(shù)手段為教材、教學(xué)提供支持，才是教材建設(shè)需要考慮的關(guān)鍵要素。

｜參考文獻(xiàn)｜

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