北京科技大学材料科学与工程学科是学校传统优势学科和品牌学科，一直引领我国材料类专业教育教学改革，曾三次获国家级教学成果一等奖（2001、2014、2023年）。早在2010年，学科便开启了材料专业数字化教学的探索实践，在资源建设、高质量教学方法、个性化人才培养三个方面承担了国家级教改项目5项、校级项目12项。

2007年获批设立国家级材料实验教学示范中心，2012年获批建设材料虚拟仿真实验教学示范中心。2019年开启我校首批MOOC建设，2022年联合全国34所材料高校，牵头获批“材料科学基础”教育部首批虚拟教研室，2023年再次牵头获批“重点领域燃气轮机材料课程”教育部虚拟教研室；2023年《材料科学基础》、《金属材料成分、工艺、组织和性能一体化设计虚拟仿真实验》分别获批国家级一流课程和国家级虚拟仿真一流课程；2024年完成了《材料科学基础》知识图谱和课程资源建设。

2015年以来，聚焦于教育教学数智化转型，通过承担国家、省部级与学校教改项目，率先在优质数智化教学资源建设、教学方法创新与个性化人才培养等方面开展探索与实践，创新构建出“四维三举、数实融合、智慧精准”的材料人才培养新范式，形成了优质教学资源共享、知识能力素养培养并重、精准成效评价导引个性化培养的教育教学成果。如图1所示。

图1“四维三举、数实融合、智慧精准”的材料人才培养范式

（1）打造了“四维联动、三体并举”的数智化教学资源，提升教育资源可及性，推动资源共享。建设了“思政案例-课程集群-仿真实验-数实融合实验”四维联动数智化教学资源，建成材料基础课和专业课知识图谱、慕课和高质量教材，形成了线上线下结合、课内外贯通的实验教学体系。构建了“在线课程—虚拟教研室—数智化平台”三体并举的资源共享机制，实现实验教学资源数智化升级。

（2）构建了“四维协同、三体并举”的数智化教学模式，强化知识、能力与素养并重培养，提升教学成效。形成了“课前—课中—课后—实验”四维协同教学新方式，搜集教学全过程、个性化数据。建立了“学情精准画像—教学动态调适—过程智能纠偏”三体协同机制，实现精准诊断和个性化引导，形成“理论教学线上线下融合、实验教学数实结合、教学评价数据驱动”的智慧化方式。

（3）创建了“四维融合、三体并举”的精准化教学评价方法，强化因材施教，促进个性化发展。建立了“课程思政—理论教学—虚拟仿真—数实融合”四维全过程个性化客观数据搜集与分析体系，发现知识缺口、实施智能导引并适配教学资源。构建出“精准诊断—智能导引—靶向培养”三体并举机制，推动形成过程可追踪、评价可量化、反馈智能化。

成果应用于本校材料、冶金等专业学生超过8000余人次，先后获批国家级一流本科专业5个；《材料科学基础》等5门课程入选国家级一流本科课程，数字化教学资源、教学方式改革成果入选教育部优秀案例3个；学生学习效果显著提升，2015年以来，学生在各级科技比赛中获奖337人次，其中一等奖55人次。成果已推广至全国29个省区的162所高校，直接受益学生逾1.39万人次；吸引海内外60余所高校来校开展交流。

本成果重点解决以下教育教学问题：

①教学资源不均，先进且系统的教学资源可及性不足，不利于知识传授；

②教学方式受限，制约学生对复杂专业知识深入学习，不利于能力培养；

③过程评价不足，个性化人才培养缺乏精准过程指引，不利于素养培养。

成果解决教学问题的方法为：

（1）四维联动构建材料学科数字化教学资源，三体并举促进资源共享

针对优质教学资源相对集中、难以普惠共享、制约人才培养均衡发展等问题，构建出“思政案例-课程集群-仿真实验-数实融合实验”教学资源，以AI思政案例引领价值塑造，以知识图谱驱动课程集群支撑系统学习，以多场景虚拟仿真实现能力训练，以大型仪器远程操控和本地实操开展实践培训，形成“价值引领—知识建构—能力训练—工程实践”四维数字化教学资源闭环。构建“在线课程—虚拟教研室—数智化平台”三体并举的资源共享机制，以在线课程为载体，实现知识内容的跨时空传递与普及共享；以虚拟教研室为纽带，实现教师的跨校协同与资源共建共享；以数智化平台为依托，实现大型仪器资源共享。三体协同，实现四维资源从局部供给走向广域共享，提升优质教育资源的可及性与普惠共享。如图2所示。

图2 “四维联动、三体并举”的数字化教学资源与共享体系

（2）四维协同打造智慧化材料教学方式，三体并举强化能力培养

针对教学过程存在的支撑数据缺乏、状态掌握不及时、能力培养困难等问题，构建了“课前—课中—课后—实验”四维协同教学新方式，搜集教学全过程、个性化数据。追踪课前MOOC、知识图谱使用情况等，提取预习数据，形成课前学情画像；课中AI助手采集过程数据，精准反映学生知识掌握度；课后通过作业、练习完成情况，结合智能答疑获取知识巩固与拓展数据，得到知识迁移与内化水平；实验环节依托数智化平台记录过程，获取实训数据。构建“学情精准画像—教学动态调适—过程智能纠偏”三体协同机制，以学情画像为依据，实现精准诊断和个性化引导；采集过程状态数据，实现教学内容动态适配和智慧调控；实时反馈虚实结合的实验操作数据，实现训练纠偏并促进能力生成。三体并举，有效促进学生知识学习、能力提升与素养培养的协同发展。如图3所示。

图3 四维协同打造智慧化教学方式，三体并举强化能力培养

（3）四维融合建立精准化教学评价模式，三体并举深化因材施教

针对传统教学评价方式单一、学习过程不明、个性化培养难等问题，建立了“课程思政—理论教学—虚拟仿真—数实融合”四维全过程个性化客观数据搜集与分析体系。从课程思政中提取学生价值塑造与内化度数据；从理论教学中提取知识掌握与理解度数据；在虚拟仿真中分析技能训练与流程掌握度数据；在数实融合环节提取实际操作能力数据。根据个性化数据精准画像实施精准诊断，发现知识缺口、实施智能导引并适配教学资源，精准推送教学资源、靶向培养实现“个性化培养”，达到“一生一案”的动态优化，构建出“精准诊断—智能导引—靶向培养”三体并举机制，为因材施教提供了可复制推广的解决方案。如图4所示。

图4 四维融合建立精准化教学评价模式，三体并举深化因材施教