为加强原创性、引领性科技攻关，国家“十四五”规划纲要瞄准新一代人工智能、量子信息等科技前沿攻关领域及物联网、人工智能等数字经济重点产业，实施国家重大科技项目。这些领域多是新兴领域，以智能制造领域为例，在强国战略的推动下，少数推行智能制造的企业取得了明显效益，更多企业对智能制造的需求日趋旺盛。在这样的背景下，国内智能制造工程专业开设院校越来越多，但缺少成熟的、有指导意义的专业知识体系和培养方案。在教学实践中对智能制造工程专业系列教材的需求越来越大，未来能成为经典且适合国内人才培养需要的新形态教材建设刻不容缓。

2020年，清华大学出版社（以下简称“清华社”）联合教育部高等学校机械类专业教学指导委员会(以下简称“教指委”)申报了第二批新工科研究与实践项目，项目为“智能制造模块化新形态教材建设”，拟解决目前国内智能制造工程专业教材匮乏的问题。本文以项目实施经验为主体，总结了智能制造系列教材建设和推广中的各类问题，希望以此为例探索出新兴领域教材研究与实践的新方法、新模式。

教材出版，研究先行。经过前期大量的准备工作，经李培根院士和雒建斌院士倡议，2020年初，教指委课程建设与师资培训工作组（以下简称“教指委课程组”）联合清华社组织相关的教材编审委员会（以下简称“编委会”），进行了系列教材的规划和建设工作。编委会邀请了教指委中长期从事一线教学研究工作的老师，也补充了很多在智能制造科研和教学中有所建树的专家，共同研究基于智能制造人才培养的知识体系、课程体系和教材框架。

关于智能制造工程人才培养模式和知识体系，学界和工业界存在多种看法，许多高校都在进行积极探索，最终的共识将会在改革实践中逐步形成。通过调研和讨论，编委会提出，智能制造的主体是制造，赋能是靠智能，即要借助数字化、网络化和智能化的力量，通过制造这一载体把物质转化成具有特定形态的产品（或服务），关键在于智能技术与制造技术的深度融合。

依据智能制造发展的历史、现状及未来，编委会组织教育界、企业界的专家，系统梳理了智能制造工程专业、传统机械工程专业及相关专业学生应该了解和掌握的智能制造相关知识及内在的逻辑体系，梳理了智能制造知识体系结构及相应的知识单元和知识点。

教指委坚持进行了十几年的机械工程课程体系研讨和规范工作，并先后在清华社出版了两个版本的《中国机械工程学科教程》。该研究成果为本项目提供了建设经验。智能制造知识体系和课程体系的建设工作就是基于《中国机械工程学科教程》的改版工作开展的。经教指委课程组讨论审定后提出的智能制造知识体系、课程体系及相关建设规范和推荐培养方案，具有较好的示范性和指导性，将会对相关院校的人才培养提供非常大的帮助，改版后的《中国机械工程学科教程》将于2022年出版。

智能制造的相关教材对于高等院校凡是与制造关联的专业（如机械、材料、能源动力、工业工程……）都是刚需，只是侧重点不一。依据新工科人才培养理念与要求，从智能制造工程专业学生和选修智能制造相关课程的学生的认知特点出发，编委会构建了一个“柔性”培养框架：在顶层架构上，采用“主干课程教材+模块单元教材”的方式。其中，主干课程教材囊括了智能制造的全貌；模块单元教材侧重关键技术的细节，且随着技术的发展不断扩充。现阶段，根据智能制造人才现状和培养需求，项目规划了5门核心课程教材和37门模块教材。

“主干课程教材+模块单元教材”的教材体系设计，既能满足智能制造工程专业人才培养的需求，同时也能满足相关专业（如机械工程、工业工程、自动化、计算机等专业）学生的选修课程和企业技术人员培训需要。模块单元教材的设计更注重知识节点之间的关联性，对于像智能制造工程专业这样对人才培养要求更加复合的专业来说，具有更灵活的指导意义。老师和学生可以根据自身特点和各自需求自主选择模块组合成不同的专业课程教材，从而更有利于学生创新能力的培养。这种教材体系设计，既强调了智能制造工程专业人才培养必须掌握的核心内容（以主干教材的形式呈现），又给不同高校相关专业最大程度的灵活选用空间（不同模块教材可以组合，如图1）。

新兴领域的应用性强、知识更新快，教材出版往往落后于行业发展。在“智能+”的背景下，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，延展了教学空间，丰富了教学内容，但也对教材的内容和功能提出了新的要求。

基于上述考量，本系列教材在出版形式上采用“纸质内容+数字内容”相融合的新形态教材方式。在编写书稿内容的同时，作者和出版社一起建设配书PPT、微课、动画、模型、习题等数字资源，通过书中二维码或数字教学平台的方式将纸质内容和数字资源予以链接，给师生提供更多的知识和选择。

在智能制造系列新形态教材的建设中，我们设计了“书+资源”“书+课程”“书+专有平台”3种形式。“书+资源”是通过教材中的二维码把纸质内容和数字内容相关联，读者即扫即看便于快速了解更多前沿拓展知识；“书+课程”是通过教材配套的线上教学平台为师生提供教材对应的数字课程，为师生的线上教学过程提供内容和交互数据支撑；“书+专有平台”是通过智能制造领域知识服务平台为该专业的师生提供线上的前沿技术学习、线上问答、技术趋势查看、论文检索等知识服务。

新兴领域专业起步普遍晚，很多高校缺乏专业带头人，教师缺乏专业的理论系统知识，行业经验欠缺，无法满足实用性教学的要求，智能制造专业同样存在类似的问题。针对以上现状，教指委课程组围绕智能制造专业及相关专业智能制造课程教学的需求，规划了一系列教材宣贯、师资培训和教学服务活动，以扫清相关教师使用该系列教材开展教学的诸多障碍。

在本项目的推进过程中，同步开展了多次推广和师资培训，例如在天津市举办的“2021年机械类课程教学方法培训及研讨会”，在武汉市举办的“2021年智能制造核心知识及核心课程高级研修班”。在推广和师资培训的过程中，本项目中的智能制造模块化教材建设思想和使用思路得到了很好的推广和宣传效果。

2021年11月由中国机械工程学会、教指委指导，由清华大学机械工程系和清华社联合主办的“清华智造大讲堂”开启了每周一次的线上直播课。“清华智造大讲堂”主要面向智能制造专业教师，定期邀请该系列教材作者、智能制造领域相关专家、学者、企业高管，就智能制造相关的关键知识和技术、科研趋势、人才培养、产教融合、典型案例等方面进行主题报告、互动交流和分享。目前“清华智造大讲堂”已直播5次，总观看人次近4万，深受高校师生和企事业单位技术人员的欢迎。

为了适应在线教育及混合式教学的发展，编委会专门规划了智能制造专业课程资源包。该资源包从形式上打破了单一的MOOC模式，资源兼容形式多，可以不断扩展填充，其目的是更方便任课老师在备课授课时的碎片知识重组，在采用翻转课堂、线上教学、混合式教学形式时更有优势。该资源包建设架构中包括课程基础资源、组课资源和教师发展专区（见图2），帮助教师快速全面地了解该课程的主要教学内容，并运用各类数字资源开展教学活动。

通过智能制造模块化新形态教材建设项目的实施，我们在新兴领域教材研究和实践工作方面总结了以下经验。

一是做好教材体系规划，即确认某个新兴领域的教材目录，提出该领域应包含的核心教材和辅助教材。这需要我们对新兴领域做好调研工作，包括新兴领域的基本情况（如新兴领域发展现状与趋势、人才需求及能力要求等）、新兴领域人才培养情况（如国内外新兴领域人才培养目标、培养模式、专业设置情况等）、新兴领域课程体系（提出适应我国新兴领域人才培养需要的和具有引领性、指导性、创新性的课程体系）、新兴领域教材建设情况（国内外新兴领域教材建设情况，如教材规模、结构、质量、形式、使用情况等）等。

二是根据新兴领域人才培养需求做好新形态教材建设工作。新形态教材建设需要围绕“智能+”背景下混合式教学的发展现状，紧贴新兴领域本身的技术特点，利用好现代信息技术将教材深度融合入混合式教学中。要做好这一点，必须要做好教材建设方案，包括建设目标、建设方式、建设分工、进度控制、质量检验等。要考虑各种教学场景（如线上、线下及混合式教学）的需求及新形态教材的基本特征和主要形式，做好纸质教材、拓展资源、数字课程及其他配套数字资源包的建设工作。

三是面向专业教师利用线上线下多种方式做好教材推广、师资培训及教学服务工作。面对新兴领域教师和学生的知识需求，应建立良好的教学服务平台，开展教材使用交流、教学资源共享、师资培训和知识服务工作，建立起出版社和教师之间、作者和教师之间以及教师和教师之间的有效沟通，共同提升课程建设质量。

新兴领域教材研究与实践工作非常重要，需要我们高度重视，深入研究。但新兴领域教材建设没有现成的经验可以参考。我们希望通过总结智能制造模块化新形态系列教材建设的相关工作，探索出体现学科交叉、产教融合，糅合新技术、新方法的全新教材建设模式，能给其他从事新兴领域教材研究与实践的同行们提供一些借鉴。