一、成果简介

本成果聚以“深耕内涵、凝聚思政、铸就卓越”为核心思路，依托北京科技大学物理化学课程教学团队，深入践行“教学-实践-科研三位一体”的育人理念，聚焦数智赋能与科教协同，通过构建“五四三三”系统化育人体系（图1），推动教学、实践与科研深度融合，培养具备创新能力与国际视野的高素质人才。

1. 教学环节：构建五层分级课程体系（物理化学A、B、C、D、E），精准匹配不同专业的培养需求，实现内容深度与教学目标的个性化设置。同时，融合四维课堂组织机制，即“线上智启、课堂深悟、朋辈协创、名师引领”，以自制MOOC、知识图谱、AI助教与互动研讨等为依托，提升学生思维深度。

2. 实践环节：构建三阶实验教学体系。按“基础验证-综合实践-设计探索”三阶段逐级递进，以线下动手训练为核心，配套线上MOOC预习模块和自创虚拟仿真系统，构建“线上助导+线下探究”的一体化实践路径。

3. 科研环节：依托三高科研资源支撑体系（高等级科研平台、高层次科研导师和高水平科研成果），打造“教学-科研深度嵌合”的协同机制。构建双师课堂，开展专题讲座，促进理论理解向科研思维转化。选派本科生赴海外开展学术交流，并邀请国内外知名专家来校讲座，拓展学生国际学术视野。

成果实施后，取得显著成效：近五年学生获“大学生创新大赛”、“挑战杯”、“全国大学生化学实验竞赛”等省部级以上奖项76项；以第一作者身份发表SCI论文19篇（最高影响因子16.7），EI论文5篇。团队教师荣获全国高校教师教学创新大赛三等奖、省赛一等奖及全国混合式教学设计创新大赛二等奖，在全国化学教学研讨会上作大会邀请报告，受邀赴北京师范大学、中国矿业大学、北京林业大学等10所高校分享教改经验，覆盖教师超2000人。依托与日本大阪大学等国际学校的合作，开展多轮师生互访与研学交流，拓展了成果的国际影响力。同时将改革理念延伸至中学教育，开展多场科普讲座，形成了显著的示范辐射效应。

二、主要解决的教学问题

1. 专业匹配不强：课程内容难以精准契合多学科需求，不同专业学生的差异性使教学针对性亟待加强。

2. 思维挑战不够：课堂以讲授为主，互动性较弱、启发性不足，学生深度思考与创新潜质难以激发。

3. 实验探究不深：实验多以验证型为主，缺乏综合与探究设计，学生创新思维培养受限。

4. 科教融通不足：课程与科研之间缺乏有效融合，学术启蒙不足，制约科研素养与创新能力提升。

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图1 三位一体“五四三三”育人体系逻辑图

三、成果解决教学问题的方法

围绕课堂教学、实验实践、科研育人与价值引领维度，本成果系统以下述方法解决教学问题（图2）。

图2 多元路径解决问题

1．建“精准体系”，拓“育人新局”，构建五层分级课程体系

依据培养方案与学生基础，系统构建物理化学A至E五类课程模块（图3）：A（化学/化工，重理论深度与科研启蒙）；B（冶金，工科主干，重系统性与工程计算）；C（环境/矿加等工科，重应用场景与方法迁移）；D（材料类，强化“结构—性能—加工”链条支撑）；E（能源动力/新能源，强化热力学—电化学—界面模块）。通过在知识广度、理论深度和能力目标三个维度上优化教学内容与考核权重，结合国家重大工程与产业任务案例，实现对不同专业的精准支撑与价值引领的有机融入。

图3 五层分级课程体系

2. 创“智慧课堂”，驱“创新思维”，实施四元协同教学模式

针对思维挑战不够的问题，全面融入四维课堂组织机制（图4）：

（1）线上智启：将自制MOOC（146个视频、294道习题）、AI助教和441节点知识图谱深度嵌入“学习通”，借助任务引擎以任务包明确课前—课中—课后环节，实现一体化学习体验。AI智能推送题库（4931题），学生作错后系统持续推送相似题，形成针对性训练，显著提升预习效果。

（2）课堂深悟：通过翻转课堂、PBL等形式，将课堂时间从知识讲授转向问题探究与多角度研讨。围绕引导性问题和典型案例，组织小组分析、论证与展示，教师适时追问与点拨，强化逻辑推理、模型建构与知识迁移，打破被动接受的学习模式。

（3）朋辈协创：构建“多元任务—同伴协作—公开展示—双元评价”机制，嵌入课堂教学全过程。围绕课程核心问题设置三类高阶任务：①智辩坊、舌战台：提供论题库、立论模板与评分细则，开展结构化论辩训练；②科创项目改进：鼓励学生将所学知识应用于在研项目，提升方案的合理性与创新性；③学术短文写作：明确文章结构、引用规范与AI标注要求。采用小组协作与导师指导，结合过程与结果双元评价，成果择优展示并纳入案例库，形成激发主体性与高阶思维的稳定机制。

（4）名师引领：每学期举办2场全校专题串讲，破解难点、拓展视野，形成优质资源辐射。

图4 四元协同教学

3．设“阶梯实验”，促“协同创新”，构建三阶融合实验框架

回应实验探究不深的痛点，围绕“基础验证-综合实践-设计探索”三阶结构（图5），建立MOOC—虚拟仿真—线下动手的教学链条。依托自制MOOC（32个视频、135道习题）开展课前预习，将自研虚拟仿真系统（10个操作）嵌入教学流程，实现前置操作训练与流程统一，显著提升大班实验的安全性与组织效率。线下聚焦探究与创新，综合型实验提升近30%，设计型实验占比超过20%。实验内容与专业方向紧密结合，推动学生从“能做”走向“能思”“能创”，实现能力与创新的协同跃升。

图5 三阶融合实验框架

4．筑“科教协同”，育“科研素养”，打造深度嵌合式科研育人模式

为解决科教融通不足的问题，团队依托“三高”科研资源，构建了“教学-科研深度融合”创新机制（图6）：

（1）高等级科研平台：依托重点实验室和示范中心，提供科研支持和实验保障。

（2）高层次科研导师：团队汇聚国家级青年拔尖人才、高被引学者及具有国际科研背景的教授，科研经验丰富，指导能力卓越。

（3）高水平科研成果：团队教师在《Nature Chemistry》等顶刊发表多篇高水平论文，与物理化学知识点高度契合，融入课堂拓展学生视野。

在此基础上，设立“双师课堂”机制，引入真实科研项目和科研热点，激发学生兴趣。每年面向本科生举办4-6次科研专题讲座，推进学生从基础认知向科研启蒙过渡。同时，积极指导学生参与SRTP、科创竞赛等项目，将“科研项目进课堂、学生参与进科研”作为改革的核心。依托“行知世界”国际交流计划，选派本科生赴海外知名大学交流学习，每年邀请3-5名国际知名专家来校讲学，进一步拓展学生国际视野，激发科研潜能。

图6 教学-科研深度嵌合机制