“智能+”背景下的機械類專業(yè)教材發(fā)展建議

劉楊?莊紅權

【摘要】通過對“智能+”背景下的機械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀與不足進行分析，指出機械類專業(yè)教材出版表現(xiàn)出明顯的智能化、融合化趨勢，基于分析結果，提出符合我國國情的“智能+”背景下機械類專業(yè)教材建設發(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；以立體化紙質教材建設為主，數字教材并行；注重教學資源和工具建設的關聯(lián)性和實用性；教材建設效果評價需要與師生使用反饋相結合。

【關? 鍵? 詞】機械類專業(yè)教材；“智能+”；融合出版；數字教育

【作者單位】劉楊，清華大學出版社；莊紅權，清華大學出版社。

【中圖分類號】G230.7【文獻標識碼】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、物聯(lián)網、大數據等技術深入應用的基礎上，將人工智能的創(chuàng)新技術成果與經濟社會各領域深度融合，從數字化、網絡化邁向智能化，提升實體經濟創(chuàng)新力和生產力，從而形成更廣泛的以人工智能為基礎設施和創(chuàng)新要素的經濟社會發(fā)展新形態(tài)。在高等教育領域，教育部為了主動應對這一輪科技革命與產業(yè)變革，提出了針對科技與工程專業(yè)的新工科建設目標與愿景。

教材是新工科建設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，隨著大數據、機器學習等新技術與教育教學的深度融合，“智能+”技術為專業(yè)教材形態(tài)的發(fā)展提供了更多選擇，不斷促進傳統(tǒng)教材向新形態(tài)教材轉變。本文將分析“智能+”背景下機械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀與不足，并基于機械類專業(yè)教材發(fā)展的特點，給出符合我國國情的“智能+”背景下機械類專業(yè)教材建設的發(fā)展建議。

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

1．機械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀

在國家政策支持和信息技術發(fā)展的雙重推動下，我國機械類專業(yè)教材智能化發(fā)展迎來了新機遇。相關出版單位不斷探索傳統(tǒng)機械類專業(yè)教材與新興機械類專業(yè)教材在內容、平臺、渠道上的融合，創(chuàng)新教材的內容生產與知識信息服務方式，通過創(chuàng)建信息平臺延伸教材產業(yè)鏈，利用二維碼、AR/ VR等新技術結合富媒體內容，從在紙質教材上添加二維碼，到后續(xù)開發(fā)機械類專業(yè)教材配套視頻資源、在線課程、網絡學習空間、虛擬仿真實驗平臺等，組織建設了一大批信息技術與教育教學深度融合、多種介質綜合運用、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、教育公司也結合機械類學科特點與自身出版優(yōu)勢，推出各種機械類專業(yè)教材數字資源、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課件等數字資源，但在技術開發(fā)程度、資源建設規(guī)模和體系完整性等方面存在一定差距。

相較而言，專業(yè)實力強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械類專業(yè)教材建設體系，用戶群體更大，對數字技術的應用也更加深入，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：一是出版內容與“智能+”領域相關的機械類專業(yè)教材與時俱進，其中包括對傳統(tǒng)機械專業(yè)課程教材內容的不斷迭代，以及對新興工科方向如智能制造、智能車輛工程、機器人工程等專業(yè)領域新教材的開發(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、實踐案例、虛擬仿真實驗等數字資源，以二維碼、課程、平臺等方式與教材相結合，打造新形態(tài)立體化教材，面向高校開展不斷升級的教學服務［2］（如圖1所示）。

圖1 新形態(tài)教材的主要實現(xiàn)方式

2．“智能+”背景下機械類專業(yè)教材存在的不足

整體而言，雖然我國機械類專業(yè)教材的“智能+”建設已取得一定的進展，但仍存在一些不足。一是在內容上對新技術的融合相對較少，新工科方向的教材建設目前大多處于發(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+”元素的機械類專業(yè)教材缺乏體系化建設工作，大多數教材僅面向對應課程編寫，缺乏對“智能+”相關專業(yè)整體知識體系的考慮；三是國內機械類專業(yè)教材以傳統(tǒng)紙質教材為主，活頁教材或數字教材所占比例較少；四是雖然在形式上結合新一代信息技術將傳統(tǒng)教材打造為立體化教材，但與實際教學的貼合度不夠，圍繞教材建設的資源存在“形式大于內容”的現(xiàn)象，這和大部分作者在教材編寫時的意識局限有關；五是機械類專業(yè)教材的建設與師生使用反饋之間缺少互動，導致教材的更新?lián)Q代與實際教學場景存在一定偏差。

二、“智能+”背景下機械類專業(yè)教材發(fā)展建議

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

1． 將“智能+”元素融入教材知識體系

機械類專業(yè)是新工科建設的重點，新工科背景下，機械類專業(yè)建設的主要方式是與人工智能技術相結合，用智能技術改造傳統(tǒng)機械類專業(yè)，發(fā)展新興的“智能+”機械類專業(yè)。當前，中國機械類專業(yè)積極響應新工科建設的一系列政策，由一批學科領軍高校率先進行“智能+”新院系、新專業(yè)建設的探索。隨著機械類課程與“智能+”融合趨勢逐漸在全國擴大影響，在教材知識體系中融入“智能+”元素勢在必行，其主要方式是建設對應“智能+”相關專業(yè)或課程的教材，或在傳統(tǒng)機械類教材中加入最新的“智能+”內容。通過這兩種方式，高?？梢越滩臑槠瘘c，在機械類課程、學科建設中融入“智能+”元素，發(fā)展新興學科和改造傳統(tǒng)學科。

建設“智能+”相關專業(yè)或課程的教材，需要關注新興領域的發(fā)展及其與傳統(tǒng)課程知識體系之間的關聯(lián)性?！爸悄?”專業(yè)或課程往往具有交叉學科的特點，涵蓋多個學科的內容，如果按照以往各個學科傳統(tǒng)的體系進行歸納，“智能+”專業(yè)或課程的教材知識體系就缺少了層次。因此，該類教材建設應該以對應方向的技術與應用為目標，對知識體系進行統(tǒng)籌與梳理。

“智能+”元素在機械類專業(yè)中的體現(xiàn)，不只是新的課程或專業(yè)的產生，還體現(xiàn)為傳統(tǒng)機械學科的升級。未來新興產業(yè)和新經濟需要的是實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型工科人才，改造傳統(tǒng)機械專業(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)機械專業(yè)或教材建設，需要注重融入與之相對應的智能技術，注重學科與學科之間、課程與課程之間的關聯(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聯(lián)性，建設系列教材需要從專業(yè)或課程群的層面進行整體規(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聯(lián)性［3］（如圖2所示）；關注研究前沿方向的教材建設，加強校企合作和實踐教學。

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

3． 以立體化紙質教材建設為主，數字教材并行

基于我國國情，教材建設的形態(tài)目前主要還是以紙質教材為主，通過新技術手段將各種資源與教材結合進行數字教材形態(tài)的研究建設，在高校實際教學中進行相關探索。由于新興領域應用性強，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，信息技術與教育教學的融合不斷深入，信息化教學作為一種全新的教學方式，不僅拓展了教學時空，豐富了教學內容，也對教材的內容和功能提出了新的要求?；谏鲜隹紤]，系列教材可以采用“紙質內容+數字內容”相融合的新形態(tài)。在編寫書稿內容時，作者和出版社可以一起建設配書PPT、微課、動畫、模型、習題等數字資源，通過二維碼或教學平臺將紙質內容和數字資源相鏈接，給師生提供更多的知識和選擇。

數字教材是利用多媒體技術將傳統(tǒng)紙質內容進行數字化處理，再轉化為適用于各類電子終端的互動性教材。數字教材相對紙質教材有著更多的可能性。在使用方面，區(qū)別于普通電子書，數字教材是一種基于3G、4G、5G、WIFI網絡，在PC、Pad、智能手機等終端上呈現(xiàn)的數字化書籍，包含富媒體數字出版、云服務和移動學習三大領域的前沿科技，支持3D、高清圖片、視頻、音頻、動畫、地理定位等多媒體學習內容，具有百科互動、網絡社交、交互學習功能，并提供基本閱讀、視聽學習、批注、筆記、索引定位、全文檢索、全文百科字典等功能，可給學習者帶來全新的學習體驗。目前，數字教材主要在我國中小學教學實踐中使用，但這并不意味著數字教材在高等教育中發(fā)展前景黯淡，需要在關注實際教學場景需求的基礎上做好技術支撐。

4． 教學資源和工具建設需注重關聯(lián)性和實用性

在“智能+”教學資源建設方面，我國機械類專業(yè)教材已初步形成既符合機械類學科特色又具有出版社自身特點的教學資源體系：不僅有與教材綁定的教學資源，也開發(fā)出許多衍生的輔助教學資源；不僅有基礎的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，這些教學資源均有較大的瀏覽量和下載量。

然而，我國機械類專業(yè)教材“智能+”建設仍有許多需要完善的地方，如：教學資源建設體系不完善、教學資源較為分散、教學資源類型有待豐富等；教學資源建設需要注重知識體系與資源之間的關聯(lián)性，使碎片化資源成體系；需要注重資源內容與實際教學的貼合，增強實用性。目前國內數字教學工具建設主要包括云盤、富媒體電子書、在線課堂、電子課件平臺、知識服務平臺等，雖然內容和功能相對齊全，但是大多處于發(fā)展期，在實際應用中不夠注重細節(jié)，應多積累來自教學中的反饋和訴求，積極調整完善。

5．教材建設效果評價需要與師生使用反饋相結合

“智能+”背景下的教材建設，由于缺少既往經驗，需要根據教師使用教材的反饋，以及學生學習成效來進一步調整和完善。學科內涵、知識體系、技術手段一直在變化，要想教材保持鮮活的生命力，就要不斷汲取來自實際教學中的反饋和評價，重新調整教材升級的方向和方式。

教材建設方應定期追蹤重點教材的使用情況，與使用教材的高校保持聯(lián)系，以調查問卷、拜訪、研討會等形式了解使用情況并做相關分析，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)目標和課程教學大綱要求；二是是否能及時準確地反映本學科的教學研究和教學改革的最新成果；三是是否符合學生認知規(guī)律，邏輯性強，具有啟發(fā)性，便于學生學習，有利于激發(fā)學生學習興趣及各種能力培養(yǎng)；四是內容是否完整，正文、習題、思考題、索引、參考文獻是否齊全，習題、思考題的設計是否能提高學生的主觀能動性；五是教材內容是否結構嚴謹、層次分明、條理清楚，文字與圖表是否科學、嚴謹、規(guī)范。

除了教材，教學資源和工具的建設也需根據實踐反饋進行完善，根據教學平臺的特點在工具中添加一些能即時統(tǒng)計評價數據的功能，這對教材分析或教學工具升級有非常好的支撐作用。在教材建設過程中，教材出版并不是終點，好的教材也不可能一蹴而就。教材建設方需要不斷汲取來自實際教學中的反饋，使教材在建設過程中不斷提升，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據。

三、結語

近年來，隨著“智能+”技術與教育教學領域深度融合，各個教學環(huán)節(jié)對“智能+”技術應用的需求不斷提升。新工科發(fā)展背景下，我國機械類專業(yè)教材也具有與“智能+”技術相結合的需求。因此，分析“智能+”背景下機械類專業(yè)教材的發(fā)展現(xiàn)狀，提出適合我國國情的機械類專業(yè)教材建設發(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+”代表著先進的技術發(fā)展方向，但教材建設的“智能+”發(fā)展并不是唯一且通用的思路。如何以教學為核心，充分考慮教學實際場景及其變化，充分利用各種數字化技術手段為教材、教學提供支持，才是教材建設需要考慮的關鍵要素。

｜參考文獻｜

［1］范燕瑩. 機械工業(yè)出版社高等教育分社：以精品教材服務工程教育［N］. 中國新聞出版廣電報，2021-11-01.

［2］趙斌，莊紅權，劉楊. 工程訓練教材數字資源庫建設及定制出版研究［J］. 出版廣角，2018（9）：32-34.

［3］莊紅權，劉利，劉楊. 新興領域教材研究與實踐探索：以智能制造系列教材為例［J］. 科技與出版，2021（11）：94-97.