“智能+”背景下的机械类专业教材发展建议_刘杨.pdf

602023 年第 11 期总第 437 期融 合VIEW ON PUBLISHING【摘 要】通过对“智能+”背景下的机械类专业教材的发展现状与不足进行分析，指出机械类专业教材出版表现出明显的智能化、融合化趋势，基于分析结果，提出符合我国国情的“智能+”背景下机械类专业教材建设发展建议：做好教材规划研究工作，将“智能+”元素融入教材知识体系；以立体化纸质教材建设为主，数字教材并行；注重教学资源和工具建设的关联性和实用性；教材建设效果评价需要与师生使用反馈相结合。【关键词】机械类专业教材；“智能+”；融合出版；数字教育【作者单位】刘杨，清华大学出版社；庄红权，清华大学出版社。【中图分类号】G230.7 【文献标识码】A 【DOI】10.16491/45-1216/g2.2023.11.011“智能+”是在云计算、移动互联网、物联网、大数据等技术深入应用的基础上，将人工智能的创新技术成果与经济社会各领域深度融合，从数字化、网络化迈向智能化，提升实体经济创新力和生产力，从而形成更广泛的以人工智能为基础设施和创新要素的经济社会发展新形态。在高等教育领域，教育部为了主动应对这一轮科技革命与产业变革，提出了针对科技与工程专业的新工科建设目标与愿景。教材是新工科建设以及科技与工程高级专业人才培养的核心工具和重要载体，随着大数据、机器学习等新技术与教育教学的深度融合，“智能+”技术为专业教材形态的发展提供了更多选择，不断促进传统教材向新形态教材转变。本文将分析“智能+”背景下机械类专业教材的发展现状与不足，并基于机械类专业教材发展的特点，给出符合我国国情的“智能+”背景下机械类专业教材建设的发展建议。一、“智能+”背景下我国机械类专业教材的发展现状与不足1机械类专业教材的发展现状在国家政策支持和信息技术发展的双重推动下，我国机械类专业教材智能化发展迎来了新机遇。相关出版单位不断探索传统机械类专业教材与新兴机械类专业教材在内容、平台、渠道上的融合，创新教材的内容生产与知识信息服务方式，通过创建信息平台延伸教材产业链，利用二维码、AR/VR等新技术结合富媒体内容，从在纸质教材上添加二维码，到后续开发机械类专业教材配套视频资源、在线课程、网络学习空间、虚拟仿真实验平台等，组织建设了一大批信息技术与教育教学深度融合、多种介质综合运用、表现力丰富、一体化呈现的新形态教材1。不少出版单位、教育公司也结合机械类学科特点与自身出版优势，推出各种机械类专业教材数字资源、课程与平台。这些资源虽然在形式上有相似之处，都包含电子书、视频、PPT课件等数字资源，但在技术开发程度、资源建设规模和体系完整性等方面存在一定差距。相较而言，专业实力强大与出版资源相对丰富的出版单位，拥有更加完整的智能化机械类专业教材建设体系，用户群体更大，对数字技术的应用也更加深入，传统教材与新形态教材融合程度更深。具体表现在以下两个方面：一是出版内容与“智能+”领域相“智能+”背景下的机械类专业教材发展建议 文/刘杨 庄红权612023 年第 11 期总第 437 期融 合VIEW ON PUBLISHING关的机械类专业教材与时俱进，其中包括对传统机械专业课程教材内容的不断迭代，以及对新兴工科方向如智能制造、智能车辆工程、机器人工程等专业领域新教材的开发；二是以教材为核心，开发课件、电子教案、源代码、视频动画、实践案例、虚拟仿真实验等数字资源，以二维码、课程、平台等方式与教材相结合，打造新形态立体化教材，面向高校开展不断升级的教学服务2（如图1所示）。图 1 新形态教材的主要实现方式2“智能+”背景下机械类专业教材存在的不足整体而言，虽然我国机械类专业教材的“智能+”建设已取得一定的进展，但仍存在一些不足。一是在内容上对新技术的融合相对较少，新工科方向的教材建设目前大多处于发展期，各高校针对“智能+”专业或课程的教学资源积累较少，仍需要不断地探索和完善；二是目前融合“智能+”元素的机械类专业教材缺乏体系化建设工作，大多数教材仅面向对应课程编写，缺乏对“智能+”相关专业整体知识体系的考虑；三是国内机械类专业教材以传统纸质教材为主，活页教材或数字教材所占比例较少；四是虽然在形式上结合新一代信息技术将传统教材打造为立体化教材，但与实际教学的贴合度不够，围绕教材建设的资源存在“形式大于内容”的现象，这和大部分作者在教材编写时的意识局限有关；五是机械类专业教材的建设与师生使用反馈之间缺少互动，导致教材的更新换代与实际教学场景存在一定偏差。二、“智能+”背景下机械类专业教材发展建议基于以上分析，笔者根据我国国情提出如下几点适合我国机械类专业教材智能化建设发展的建议。1 将“智能+”元素融入教材知识体系机械类专业是新工科建设的重点，新工科背景下，机械类专业建设的主要方式是与人工智能技术相结合，用智能技术改造传统机械类专业，发展新兴的“智能+”机械类专业。当前，中国机械类专业积极响应新工科建设的一系列政策，由一批学科领军高校率先进行“智能+”新院系、新专业建设的探索。随着机械类课程与“智能+”融合趋势逐渐在全国扩大影响，在教材知识体系中融入“智能+”元素势在必行，其主要方式是建设对应“智能+”相关专业或课程的教材，或在传统机械类教材中加入最新的“智能+”内容。通过这两种方式，高校可以教材为起点，在机械类课程、学科建设中融入“智能+”元素，发展新兴学科和改造传统学科。建设“智能+”相关专业或课程的教材，需要关注新兴领域的发展及其与传统课程知识体系之间的关联性。“智能+”专业或课程往往具有交叉学科的特点，涵盖多个学科的内容，如果按照以往各个学科传统的体系进行归纳，“智能+”专业或课程的教材知识体系就缺少了层次。因此，该类教材建设应该以对应方向的技术与应用为目标，对知识体系进行统筹与梳理。“智能+”元素在机械类专业中的体现，不只是新的课程或专业的产生，还体现为传统机械学科的升级。未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型工科人才，改造传统机械专业或课程，使其满足新时代人才培养的需求势在必行。因此，传统机械专业或教材建设，需要注重融入与之相对应的智能技术，注重学科与学科之间、课程与课程之间的关联性。2 教材规划初期做好研究工作面向新工科和通专融合教育理念，为了保证教材具有体系性和关联性，建设系列教材需要从专业或课程群的层面进行整体规划，以体系研究为抓手，梳理系列教材的课程体系及各课程所用教材的边界和关联性3（如图2所示）；关注研究前沿方向的教材建设，加强校企合作和实践教学。系列教材建设的体系研究，具体指在系列教材规划初期，通过专业教指委、学会等组织或优势学622023 年第 11 期总第 437 期融 合VIEW ON PUBLISHING科院校，组织编写相关培养体系教程，梳理专业课程和知识点，并在教程的基础上组织系列教材的建设工作。体系研究工作应包含学科发展现状的研究分析、学科知识体系、课程体系、教学计划、人才培养方案等必要的信息，从整体上提出适合我国机械工程学科本科教学要求的参考计划。依据系列教材面向对象的不同，可以将体系研究工作分为院校级、课程群级、学科级。院校级即针对具体院校建设系列教材，可根据院校自身专业和课程设置的特点，梳理个性化的研究成果；课程群级即针对某些关联度强的课程建设教材，可根据这一课程群内课程与课程之间的关联性展开研究工作；学科级则是针对某个学科领域建设系列教材，这一层级体系研究的普适性十分明显。3 以立体化纸质教材建设为主，数字教材并行基于我国国情，教材建设的形态目前主要还是以纸质教材为主，通过新技术手段将各种资源与教材结合进行数字教材形态的研究建设，在高校实际教学中进行相关探索。由于新兴领域应用性强，知识更新快，教材出版往往落后于行业发展。在“智能+”背景下，信息技术与教育教学的融合不断深入，信息化教学作为一种全新的教学方式，不仅拓展了教学时空，丰富了教学内容，也对教材的内容和功能提出了新的要求。基于上述考虑，系列教材可以采用“纸质内容+数字内容”相融合的新形态。在编写书稿内容时，作者和出版社可以一起建设配书PPT、微课、动画、模型、习题等数字资源，通过二维码或教学平台将纸质内容和数字资源相链接，给师生提供更多的知识和选择。数字教材是利用多媒体技术将传统纸质内容进行数字化处理，再转化为适用于各类电子终端的互动性教材。数字教材相对纸质教材有着更多的可能性。在使用方面，区别于普通电子书，数字教材是一 种 基 于3G、4G、5G、WIFI网 络，在PC、Pad、智能手机等终端上呈现的数字化书籍，包含富媒体数字出版、云服务和移动学习三大领域的前沿科技，支持3D、高清图片、视频、音频、动画、地理定位等多媒体学习内容，具有百科互动、网络社交、交互学习功能，并提供基本阅读、视听学习、批注、笔记、索引定位、全文检索、全文百科字典等功能，可给学习者带来全新的学习体验。目前，数字教材主要在我国中小学教学实践中使用，但这并不意味着数字教材在高等教育中发展前景黯淡，需要在关注实际教学场景需求的基础上做好技术支撑。4 教学资源和工具建设需注重关联性和实用性在“智能+”教学资源建设方面，我国机械类专业教材已初步形成既符合机械类学科特色又具有出版社自身特点的教学资源体系：不仅有与教材绑定的教学资源，也开发出许多衍生的辅助教学资源；不仅有基础的PDF、EPUB格式电子文本，还衍生出包含图 2 智能制造相关专业的整体规划体系632023 年第 11 期总第 437 期融 合VIEW ON PUBLISHINGPPT课件、视频动画、源代码、3D仿真等多种类型的资源，这些教学资源均有较大的浏览量和下载量。然而，我国机械类专业教材“智能+”建设仍有许多需要完善的地方，如：教学资源建设体系不完善、教学资源较为分散、教学资源类型有待丰富等；教学资源建设需要注重知识体系与资源之间的关联性，使碎片化资源成体系；需要注重资源内容与实际教学的贴合，增强实用性。目前国内数字教学工具建设主要包括云盘、富媒体电子书、在线课堂、电子课件平台、知识服务平台等，虽然内容和功能相对齐全，但是大多处于发展期，在实际应用中不够注重细节，应多积累来自教学中的反馈和诉求，积极调整完善。5教材建设效果评价需要与师生使用反馈相结合“智能+”背景下的教材建设，由于缺少既往经验，需要根据教师使用教材的反馈，以及学生学习成效来进一步调整和完善。学科内涵、知识体系、技术手段一直在变化，要想教材保持鲜活的生命力，就要不断汲取来自实际教学中的反馈和评价，重新调整教材升级的方向和方式。教材建设方应定期追踪重点教材的使用情况，与使用教材的高校保持联系，以调查问卷、拜访、研讨会等形式了解使用情况并做相关分析，最终形成教材效果评价。评价维度包括但不限于以下方面：一是是否满足本专业人才培养目标和课程教学大纲要求；二是是否能及时准确地反映本学科的教学研究和教学改革的最新成果；三是是否符合学生认知规律，逻辑性强，具有启发性，便于学生学习，有利于激发学生学习兴趣及各种能力培养；四是内容是否完整，正文、习题、思考题、索引、参考文献是否齐全，习题、思考题的设计是否能提高学生的主观能动性；五是教材内容是否结构严谨、层次分明、条理清楚，文字与图表是否科学、严谨、规范。除了教材，教学资源和工具的建设也需根据实践反馈进行完善，根据教学平台的特点在工具中添加一些能即时统计评价数据的功能，这对教材分析或教学工具升级有非常好的支撑作用。在教材建设过程中，教材出版并不是终点，好的教材也不可能一蹴而就。教材建设方需要不断汲取来自实际教学中的反馈，使教材在建设过程中不断提升，同时重视教材的效果评价工作，及时收集师生的使用反馈数据。三、结语近年来，随着“智能+”技术与教育教学领域深度融合，各个教学环节对“智能+”技术应用的需求不断提升。新工科发展背景下，我国机械类专业教材也具有与“智能+”技术相结合的需求。因此，分析“智能+”背景下机械类专业教材的发展现状，提出适合我国国情的机械类专业教材建设发展建议，可对我国教材发展提供一定的启发。虽然“智能+”代表着先进的技术发展方向，但教材建设的“智能+”发展并不是唯一且通用的思路。如何以教学为核心，充分考虑教学实际场景及其变化，充分利用各种数字化技术手段为教材、教学提供支持，才是教材建设需要考虑的关键要素。参考文献1范燕莹.机械工业出版社高等教育分社：以精品教材服务工程教育N.中国新闻出版广电报，2021-11-01.2赵斌，庄红权，刘杨.工程训练教材数字资源库建设及定制出版研究J.出版广角，2018（9）：32-34.3庄红权，刘利，刘杨.新兴领域教材研究与实践探索：以智能制造系列教材为例J.科技与出版，2021（11）：94-97.