国外经典工程类教材的编写思路和教学服务剖析

国外经典工程类教材的编写思路和教学服务剖析

林　松，王小东

(机械工业出版社，北京100037)

近年来，伴随着我国高等教育的迅速发展，高等教育教材的品种与规模也在不断扩大，无论是从教材的内容、装帧印刷水平，还是从配套产品及服务上，都有了实实在在的进步。与此同时，当前教材市场也存在着内容雷同、结构僵死、与实践脱节等一些问题，传统的工程类教材尤甚。为了使我国教材建设能够适应高等教育和经济发展的要求，我们有必要了解发达国家经典教材的编写思路，特别是与经济建设息息相关的工程类教材的编写思路，供广大有意愿编写教材的教师参考。

其实，发达国家的教材出版也一直处在不断变革和创新之中，面对就业市场对教育的新需求和信息出版技术的不断进步，他们的教材编写思路和方式也发生了很大的变化。下面我从几个方面来介绍。

1　教材的编写注重以学生为重心，努力提高学生的学习兴趣

发达国家的经典教材转变了完全以教师为中心的教材编写思路，打破完全以概念和知识点的罗列为开局的传统写法，在章节开篇，通过列举学生可以理解的生活中鲜活的例子来激发和提高学生的学习兴趣。例如在讲疲劳强度设计问题时，引用了英国早期某报刊的一篇文章，并附有照片，见图1。火车都可以通过的铁桥却在一个农民赶着马车过桥时坍塌了。由于当时人们不知道疲劳极限的原理，因此把这种现象归结为神鬼力量在起作用，而作为奇事登了报纸，并配有一个鬼魂附在铁桥上的插图。以这种图作为教材整个章节的开篇问题，就激起了学生的探究心理和学习兴趣。而不像我们的教材讲疲劳强度设计问题时，一上来就是载荷大小、循环次数等知识和概念的罗列。这种方法不容易激起学生的兴趣，也不方便学生理解和掌握。又如:在讲解速度和加速度问题时，引用了为什么猫从纽约帝国大厦几十层高楼上掉下摔死的概率低，而从几层的矮楼掉下时摔死概率高的事情来提出问题，给学生们留下了很深的印象，有些学生工作后回忆起来，还能津津乐道。这种编写思路相对于我们教材中机械地堆积逻辑关系和概念、仅仅按老师的授课内容和需求来编写的陈旧做法，确实是一种创新和进步。

2　教材的编写注重对学生基本工程概念和意识的培养

国外的经典教材对于一些基本的工程概念十分重视，而且还利用案例教育的方式来讲解一些我们现在看起来非常简单的工程概念，而不是只注重高深的理论知识和解题的技巧。例如:工程中的量纲问题，这种问题在我们的本科教材中作者一般是不愿意涉及的，认为太简单了，是应该在中小学就完成的学习任务，但是国外的经典工程类教材还常有这样的内容，并把它处理成案例的方式介绍。例如，在一本《机械设计》中介绍了美国宇航局(NASA) 于1998年11月11日发射了一枚火星气象卫星，花费了一个多亿美元的经费，历时10个多月，卫星进入火星轨道的过程需使用人工导航来完成，但是这个项目在导航过程中失败了，原因在于工程技术人员误把程序系统量纲当成公制的，其实是英制的，导致了整个项目的彻底失败。这个案例提醒所有的工程设计人员和操作人员务必了解你使用的公式或程序的量纲，否则可能出现不堪设想的后果。这种低级失误居然都能发生在NASA这种工作标准远远严格于军工行业标准的地方，更不用说一般的民用工业标准了，这正说明了工程技术人员注重基本工程概念和树立工程意识的重要性。

图1　教材中的一张插画

3　注重学生的工程实际能力培养，而不是注重计算技巧

我们的教材常常把重点放在一些高深复杂的工程设计计算技巧上，其实有些计算技巧虽然高深复杂，但是在一般的设计中很少使用，即便是用到它，一般也只是引用那些经验公式和计算方法。真正重要的是要知道这些公式和算法在设计过程中的适用环境，参数结果的分析和正确的采用。而我们的教材常常本末倒置，花费了大量的篇幅来讲述计算过程，但是在实际环境中真正使用时，我们的学生却只知道计算公式，具体如何与实际的工程环境相结合来使用公式和分析计算结果却不如国外的学生。在国外的教材中，通常使用一些程序，把这些复杂的计算公式处理为输入变量和输出结果，而把教学重点放在分析数据和计算结果上。这样教出来的学生更加容易把握工程实际，而不是纸上谈兵。

4　工程类教材重视结合实际的工作内容来编写

工程类教材还很重视模仿实际工作环境，这样可以使学生毕业后能迅速适应实际工作的需求。例如在一本《工程设计》的教材中，教材的内容是从实际工作流程开始，从设计研究单位的工作内容来规划教材的结构，而不是从解剖一个机械装置着手的。例如，书中增加了设计和制造信息的沟通、如何组织设计材料、文字档案、回顾会议过程、口头陈述、商业活动等内容，内容非常丰富，而且就是现在职场上的工作内容。这样培养出来的学生，就比较容易融入就业环境，大大避免了学生学的东西在工作中没用，工作中有用的东西在学校又没有学到的问题。

5　大量的教学辅助工具和新型智能教学系统的出现

为了更好地服务于教师和学生，美国的几家大的教材出版集团都先后建立了以网络为基础的各种服务手段，其中包含多媒体课件、幻灯片、试题库、虚拟实验室、录像带，等等。例如，培生集团的每个MyLab产品都提供了丰富灵活的一套教材的课本和该课程的管理工具，可以很容易地按照用户的需求进行网上授课;圣智学习集团的CengageNOW是一种在线学习的解决方案，能进行课程分配，对学生能自动分级，跟踪学生的学习情况，并及时把学习结果反馈给学生;威力集团的WileyPLUS是一种集成的资源，包含一个在线版本的课本、作业管理工具、互动式介绍资源，等等。

此外，在此简单介绍一种智能教育系统——ITS(Intelligent Tutoring System)。在ITS中，学生是通过解决问题来学习的。系统对学生提出问题，然后根据学生的回答与标准答案的差异来对学生进行知识诊断。经过与学生之间的反馈，系统再一次对学生进行评估并更新学生技能模型，如此重复一遍。系统在评估学生所掌握的知识的同时，也考虑到了学生应该掌握的知识，以及即将要讲授的课程。然后，系统再据此选择问题。这样的运作原理可以用图2来简单表示。

图2　ITS的运作原理

许多传统的教学模式常常通过测试题的方式，让学生掌握概念和知识。这种传统方式的优点在于使学生能置身于知识海洋中，并能够通过测试使他们记住知识。但是也会出现一些“知识”是记住了，但是可能是“死”的，学生不能正确地应用这些知识来解决问题。而对于智能教学教材系统来说，这种情况正相反，它应用仿真和其他更好的交互环境来确保学生能正确应用他们的知识和技能。这种积极的、嵌入式的学习环境帮助学生掌握和应用已学的知识、技能和能力。

为了给学生提供包含提示、指导和教学反馈的智能教学教材系统，一般的智能教学教材系统要依靠三种不同类型的知识来实现。它们被分别存入三个不同的软件模块中:①专家库提供专业技能和知识，以及智能教学教材系统的教学内容;②学生库则要了解采用该系统学习的学生状况，主要是了解该学生掌握知识的深度和广度，让智能教学教材系统了解它在教一个“什么水平”的学生;③教学库的功能是进行个性化教学。

智能教学教材系统极大地拓宽了教材的概念，将教学和教材融为一体，使得低成本的个性化教学成为可能。计算机技术、通信技术的飞速发展方便了智能教学教材系统的设计和使用，虽然现在看来离我国高等教育尚远，但由于它在提高教学效率方面无可比拟的优势，它的引入和普及只是时间的问题，而这个时间可能不会很长。就像当初我们面对电子商务一样，不久前还是雾里看花，而今已身在此山中了。

6　工程类专业技术教材的更新周期较快

由于发达国家的教材价格不菲，所以教材的复用现象十分普遍。因此发达国家的出版商为了保证其经典教材的商业利益，经常是隔上两三年左右就要进行修订，这样一些比较陈旧的技术内容就会被新技术所替代，因此，其经典教材的技术内容也就往往比国内的教材要先进一些。我们的教材，特别是技术内容更新较快的领域的教材，一定要及时修订和更新，否则很容易使学生所学的知识还未出校门就已过时，学不致用，误人子弟。

其实国外的许多经典教材还有许许多多的编写思路和做法值得我们学习，这里讲的只是冰山一角，也只能是起到一个抛砖引玉的作用。此外，国外也有许多不好的、不合适我国教学需求的教材，对此我们要注意扬弃，不能拿来就用，不能奉行简单的“拿来主义”。

参考文献

［1］SLEEMAN D H，BROWN JS．Intelligent tutoring systems［M］，New York: Academic Press．

［2］WENGER E．Artificial intelligence and tutoring system: computational and cognitive Approaches to the communication of knowledge［M］．Los Altos，CA: Morgan Kaufmann，1987．

［3］WIKIPEDIA．Intelligent tutoring system．http://en.wikipedia.org/wiki/Intelligent_tutoring_system.

［4］Latest Higher Education Innovations，Digital textbooks and low-cost alternative textbooks．http://www.publishers.org/main/HigherEducation/HigherEd_Innovate．

［5］Pahl G，Beitz W，Feldhusen J，Grote K．-H．Engineering design a systematic approach［M］．Springer．2008．

［6］林松，易敏．新型的智能教学教材系统——借助人工智能技术的一种新型教材系统［M］//北京高等教育精品教材工程建设．北京:北京航空航天大学出版社，2007．

【注释】

[1]教育部仪器科学与技术教学指导委员会测控技术与仪器专业规范制订项目;教育部人才培养模式创新实验区建设项目“研究型大学控制类工程师培养创新实验区”;江苏省重点教改项目“依托重点科研基地，建设高水平的创新教育教学团队”;东南大学重点教改项目“发挥重点科研基地优势，探索测控技术与仪器专业创新人才培养新模式”。