跨校协同、数字赋能、国际融通：新工科下木材科学与工程虚拟教研室创新实践

    1. 背景研究

木材科学与工程专业作为我国林业工程领域的核心组成部分，承载着服务国家生态文明建设、推动木材工业转型升级、保障国家木材安全的关键使命。北京林业大学的木材科学与工程专业，自1958年创办以来，历经六十余载的发展与积淀，已成为国家级重点学科、首批国家级一流本科专业建设点，在国内同类专业中始终处于引领地位。然而，随着新一轮科技革命与产业变革的浪潮席卷全球，“智能+”时代的到来对传统工科教育提出了前所未有的挑战与机遇。一方面，国家战略层面发出了明确的转型信号。教育部大力推进的“新工科”建设计划，旨在培养适应未来技术创新和产业变革的复合型、创新型工程科技人才。同时，国家教育数字化战略行动的全面实施，要求高等教育必须加快数字化转型步伐，利用现代信息技术重塑教学形态，提升人才培养质量。在这一宏观背景下，木材科学与工程这一传统优势专业，迫切需要打破固有的教学模式，主动拥抱人工智能、大数据等前沿技术，对专业内涵、课程体系、教学方法进行系统性、深层次的改革，以回应时代对未来工程师能力模型的全新要求。另一方面，行业发展对人才培养提出了更高的期望。我国木材工业正处在从“制造大国”向“智造强国”迈进的关键时期，产业链、供应链、价值链面临重构。行业对毕业生的要求，已不再局限于掌握扎实的专业基础知识，更要求他们具备跨学科的知识整合能力、卓越的工程实践能力、敏锐的产业洞察力以及宽广的国际视野。如何培养出能够引领行业技术创新、参与国际竞争的领军人才，成为摆在全国所有开设本专业高校面前的共同课题。

在此背景下，作为一种突破时空限制、汇聚优质资源、促进协同创新的新型基层教学组织，“虚拟教研室”应运而生。2022年，由北京林业大学牵头，联合全国十余所兄弟院校及行业龙头企业共同建设的“木材科学与工程专业虚拟教研室”，成功入选教育部首批虚拟教研室建设试点。这不仅为本专业的教学改革提供了一个前所未有的国家级平台，也标志着一项旨在构建全国性“教学共同体”，以“跨校协同、数字赋能、国际融通”为路径，系统性破解传统工科教学难题，重塑本科教学新生态的探索与实践，正式拉开序幕。本成果正是基于这一国家级试点平台，历时三载深入实践而形成的系统性教学改革方案与成果总结。

    2. 现状分析

在虚拟教研室建设之初，我们通过对全国范围内开设木材科学与工程专业的高校进行深入调研和广泛研讨，精准识别出制约本专业乃至同类传统工科专业人才培养质量提升的四大核心瓶颈问题，这些问题具有普遍性和深层次性。

    （1）教学组织“孤岛化”，导致教学资源分布不均，整体水平参差不齐。

在传统模式下，各高校的教学活动基本上是以本校为单位的“封闭系统”。教学资源的开发、教学方法的研究、教学改革的探索，都局限在各自的“围墙”之内，形成了事实上的“教学孤岛”。优质的教学资源，如名师的示范课程、先进的实验案例、前沿的教学理念，难以在全国范围内有效流动和共享。这直接导致了专业整体发展的不均衡现象。以北京林业大学、东北林业大学等为代表的“双一流”高校虽然积累了丰富的教学资源和雄厚的师资力量，但其辐射带动作用有限。而广大中西部地区的高校，在师资队伍、课程建设、实验条件等方面存在明显短板，长期面临资源匮乏的困境，这极大地制约了其人才培养质量的提升，也影响了我国木材科学与工程专业高等教育的整体实力。

    （2）教师发展“原子化”，导致青年教师成长路径单一，缺乏高水平交流。

传统的实体教研室虽然是教师发展的重要载体，但其活动范围和影响力受限于物理空间和行政壁垒。教师个体的专业发展如同“原子”般孤立，尤其是青年教师，面临着成长路径单一的普遍困境。；他们渴望通过高水平的“磨课”和教学研讨来打磨教学技艺，但交流圈子往往局限于本校甚至本院的几位同事。这种“原子化”的状态，使得青年教师难以快速拓宽教学视野、更新教育理念、提升教学能力，成长周期被大大拉长，也限制了教学创新活力的有效激发。

    （3）教学模式“传统化”，导致教学内容更新滞后，与“智能+”时代严重脱节。

面对人工智能、大数据技术日新月异的发展，传统工科的教学模式显得愈发“传统化”和“静态化”。一方面，教学内容更新缓慢。教材中的知识点往往落后于产业技术的迭代速度，学生学到的可能是几年前甚至十几年前的技术，与企业实际需求存在代差。另一方面，教学方法单一。大多数课堂仍以教师单向讲授为主，缺乏互动性和探究性，难以将最新的科技进展和复杂的工程问题融入教学过程。学生被动地接收知识，其数字素养、计算思维和创新能力的培养严重不足，难以适应未来智能化产业生态的需求。

    （4）人才培养“同质化”，导致学生国际视野受限，产教融合深度不足。

在相对固化的培养体系下，各高校的培养方案和课程设置趋于“同质化”，难以形成错位发展的特色优势。学生的培养路径较为单一，尤其是在国际化能力的培养上存在明显短板。大多数学生缺乏参与国际学术交流、了解全球行业发展趋势的机会，导致其国际视野和跨文化沟通能力不足。与此同时，高校与企业间的产教融合大多停留在表层，如简单的参观实习或零散的企业讲座，未能形成深度协同育人的长效机制。课程内容与产业需求脱节，实践教学与真实工程场景脱节，导致培养出的人才在知识结构和实践能力上，与行业领军人才的要求存在显著差距。

图1 木材科学与工程专业教学模式对比

    3. 改革思路

为系统性破解上述四大瓶颈问题，我们依托教育部首批“木材科学与工程专业虚拟教研室”这一国家级平台，确立了“破壁-共生-智联”的核心改革理念，旨在构建一个覆盖全国、多方参与、智能驱动的本科教学新生态。改革的出发点和落脚点始终是以学生全面发展为中心，摒弃了以教师为中心、以知识传授为主要目标的传统范式，旗帜鲜明地树立了“以学生为中心”的核心思想，致力于培养掌握扎实专业知识，并具备自主学习能力、批判性思维、创新精神、国际视野和数字素养的复合型创新人才。

    （1）三大核心理念：“破壁”、“共生”、“智联”，引领改革方向。

“破壁”是改革的逻辑起点，我们致力于打破高校之间根深蒂固的物理“围墙”和信息“壁垒”，将全国范围内所有开设本专业的16所高校紧密联结起来，形成一个常态化运行的“教学共同体”，通过制度化的协同机制，实现优质师资、精品课程、先进理念在共同体内的无障碍流动与共享。“共生”是改革的生态基础，我们认识到高质量人才培养绝非高校一家之所能，为此积极构建一个由高校、行业龙头企业、科研院所、出版社、国际学术组织等多方主体共同参与、互利共赢的协同育人新生态，形成资源共建、责任共担、成果共享的良性循环。“智联”是改革的技术内核，我们主动拥抱“智能+”时代，将人工智能、大数据、知识图谱等前沿信息技术深度融入教学的全链条、各环节，通过构建课程知识图谱、开发AI教学辅助工具等方式，实现从“标准化教学”到“个性化导学”的转变，引领教学模式的系统性、智能化变革。

    （2）一套实施路径：“一体两翼三驱”，确保改革落地。

为将上述理念转化为可操作、可落地的具体行动，我们独创性地设计了 “一体两翼三驱” 的教学改革实施路径。“一体”指以构建跨校协同的“教学共同体”组织为本体，是改革的组织保障。“两翼”指以打造“师资卓越发展”与“国际合作融通”为两大引擎，是推动改革的关键动力。“三驱”则指以强化“数字技术赋能”、“新形态教材革新”与“产教深度融合”为三大核心驱动力，是改革落地的重要抓手。通过这一系统性的改革思路与实施路径，我们旨在从教学组织模式、师资发展机制、教学范式、育人路径等多个维度对本专业的本科教学进行一次彻底的重塑与升级。

    4. 改革措施与实施情况

遵循“一体两翼三驱”的顶层设计，我们在过去三年中，依托虚拟教研室平台，有计划、有步骤地实施了一系列环环相扣的改革举措，将改革蓝图稳步转化为生动的教学实践。

图2 一体两翼三驱教学改革路径

    （1）铸“一体”：构建跨校协同的“教学共同体”组织

我们首先着力于打破高校壁垒，建立了覆盖全国的虚拟教研室组织，并制定了明确的章程和运行机制，设立了由带头人、副主任、专家指导委员会、专业建设工作组、课程建设工作组和秘书处构成的完整组织架构，通过定期召开线上线下结合的年度工作会议和专题研讨会，确保共同体的高效、有序运行。以此为载体，我们系统规划了《木材学》、《木材保护与改性》、《木材干燥学》、《木工机械》、《人造板工艺学》、《胶粘剂和涂料》等6门专业核心课程的协同建设，组织各校骨干教师成立课程组，进行集体备课、联合开发，共同研讨并制定教学大纲、核心知识点和前沿案例库，实现了优质教学资源的汇聚与共享。

    （2）振“两翼”：打造“师资发展”与“国际合作”两大引擎

我们深知教师是改革的关键，国际化是人才培养的必然要求，因此精心打造了“教学工作坊”这一品牌活动，通过定期举办“名师大讲堂”、“名师示范课”、“青年教师磨课会”等系列活动，邀请教学名师分享教学理念与实践经验。例如，马尔妮教授的“以学生为中心”教学理念讲座和《木材学》公开课，吸引了7所高校40余位教师线上线下同步观摩研讨，让先进的教学理念和方法在共同体内迅速传播。

同时，我们积极链接全球顶尖教育资源，策划并举办了“国际云讲堂”系列学术报告会，邀请了国际木材科学院（IAWS）院士、美国俄勒冈州立大学的Jeffery Morrell教授，美国密歇根州立大学的Donatien Pascal Kamdem教授，奥地利维也纳自然资源与生命科学大学的Rupert Wimmer教授等多位国际知名专家，围绕木材耐久性、欧美木材教育动态、木材摩擦电等前沿课题进行分享，不仅让师生同步了解了国际学术前沿，更以此为契机，成功孵化并推动了与德国高校合作的“木材+德语”联合学士学位项目落地招生，为培养国际化复合型人才开辟了新通道。

    （3）强“三驱”：强化“数字技术”、“教材革新”与“产教融合”三大驱动力

我们率先在全国同类专业中探索人工智能与专业教学的深度融合，独创了以“和‘木’相处，数智赋能”为核心理念的“WOOD”四维赋能教学新模式。具体包括：What (内容重构)，利用AI工具高效整合全球多模态教学资源，协助教师生成个性化教案；Outline (框架明晰)，在国内同类课程中率先为《木材保护与改性》等核心课程构建了系统的“知识图谱”，清晰展示知识点间的逻辑关联；Outcome (成果评价)，开发并应用了“AI智慧题库”，能智能生成多样化题目并即时生成学情分析报告；Diversity (学习多样性)，为核心课程打造了专属的“AI学习小助手”（如“木材保护小卫士”智能体），能够7×24小时在线提供一对一智能答疑。此外，我们联合科学出版社等权威机构，推动传统纸质教材向数字化、智能化的新形态教材转型，通过融入二维码等形式，实现了“纸质+数字”的立体化呈现。我们还改变了以往校企合作的松散模式，邀请企业及科研院所专家深度参与到教学研讨、方案制定等环节中，将产业界的最新需求和真实工程案例直接带入课堂，确保了人才培养与产业发展的“同频共振”。

    5. 已取得成绩

经过三年的持续建设与实践，本项目所构建的“跨校协同、数字赋能、国际融通”教学新生态已取得丰硕成果，其推广应用效果显著，在国内木材科学与工程专业领域乃至相关新工科专业领域产生了广泛而深远的积极影响。

    （1）实现了全国性教学改革的协同引领，示范效应显著。

本成果的核心载体——虚拟教研室，本身就是一个覆盖全国16所高校的巨大推广应用平台。通过过去三年间数十场常态化的线上线下教研活动，本成果的教学理念、改革举措及优质教学资源已直接惠及全国数千名师生。各参与高校，特别是中西部院校的教师纷纷表示，通过该平台不仅获取了以往难以触及的宝贵教学资源，更重要的是更新了教学理念，激发了投身教学改革的内生动力。在平台的引领和带动下，多名成员单位的教师成功申报了省级、校级教改项目，形成了“北林引领、多点开花、全面提升”的良好局面，为解决我国高等教育区域发展不均衡问题提供了可复制、可推广的成功范例。

    （2）产出了一批高质量、可共享的标志性教学成果，资源建设成果丰硕。

在“教学共同体”的协同努力下，我们围绕6门专业核心课程，汇聚各校优势，建成了一个包含教学大纲、精品课件、案例库、视频资源、习题库在内的体系化数字教学资源库，所有成员单位教师均可共享使用，极大地丰富了教学手段。我们构建的“木材保护与改性课程知识图谱”，以其科学性、创新性和实用性，成功荣获教育部评选的“典型教研成果”奖，成为全国范围内的教学创新标杆。我们积极推进《木材学》等新形态教材的建设与出版，将前沿的数字资源融入传统教材，有效推动了全行业教材的数字化、智能化转型升级。团队成员围绕虚拟教研室建设与教学改革实践，发表了《“木材保护与改性”课程调研分析与建设思路》等多篇高水平教改论文，为教学改革提供了理论支撑和经验总结。

    （3）教师教学能力普遍提升，优秀教学人才不断涌现。

通过“名师工作坊”的精准赋能和跨校“磨课”的实战演练，成员单位教师的教学水平得到了显著提升，优秀人才在各级教学竞赛中脱颖而出。虚拟教研室成员唐睿琳老师获北京市高校青年教师教学基本功比赛决赛工科组二等奖。近三年来，参与教研室活动的青年教师中有多人次在校级及以上教学比赛中斩获佳绩，教师队伍的成长极大地激发了教学活力，提升了课堂教学效果，获得了学生的高度评价和广泛认可。

    （4）人才培养模式改革取得突破，社会影响力持续扩大。

本成果有力地推动了人才培养模式的深层次创新。依托“国际云讲堂”等国际化教学研讨活动，我们成功促成了北京林业大学与北京语言大学联合开设的“木材科学与工程（德语复合人才实验班）”的设立与招生，开创了“外语+专业”的文工融合新模式，为国家培养兼具扎实专业能力与卓越国际视野的急需复合型人才。教研室的建设经验和丰硕成果，通过北京林业大学官网、官方公众号及央广网“高招直通车”等多个国家级和校级媒体平台进行了广泛的宣传报道，获得了良好的社会反响，有效提升了木材科学与工程专业的社会认知度、吸引力和美誉度，为吸引优质生源、推动专业可持续发展奠定了坚实基础。

综上所述，本项目通过三年的探索与实践，成功构建了一个充满活力、高效协同、智能驱动的教学新生态，不仅系统性地解决了长期困扰本专业的系列教学难题，更形成了一套具有创新性、示范性和高度推广价值的教学改革成果，为新时代背景下传统工科专业的转型升级与内涵式发展，贡献了“木工智慧”与“北林方案”。