以金屬材料智能設(shè)計(jì)能力提升為導(dǎo)向的教學(xué)改革探索

關(guān)鍵詞：金屬材料工程；智能設(shè)計(jì)；數(shù)字化；能力提升；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2096-000X（2025）18-0038-04

Abstract： Artificial Intelligence （AI） is the most significant driving force of the scientific and technological revolution at the present stage. The enhancement of the application ability of artificial intelligence in metallic materials design is one of the important topics in the cultivation of high-quality talents in the metallic materials engineering program of college education. Considering with the features of the program in Nanjing Tech University， we have initiated the teaching reformation to improve the very ability by revising the cultivation program， curriculum updating and reconstruction， and the renovations of teaching methods and teaching achievements evaluation. Meanwhile， it as a whole explores the ways by which students can apply AI techniques to solve complex engineering problems.

Keywords： metallic materials engineering; artificial intelligence design; digitalization; ability enhancement; teaching reformation

習(xí)近平總書記指出：中國高度重視人工智能發(fā)展，積極推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，培育壯大智能產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，為高質(zhì)量發(fā)展提供新動(dòng)能[1]?！?024年政府工作報(bào)告》也明確提出要“深化大數(shù)據(jù)、人工智能等研發(fā)應(yīng)用，開展‘人工智能+’行動(dòng)……推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型”[2]。在科學(xué)研究與工程應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的第四范式強(qiáng)調(diào)從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律和模式，正掀起新一輪技術(shù)革命的浪潮[3-4]。面向人工智能的時(shí)代變革，金屬材料工程作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，其人才培養(yǎng)的目標(biāo)、內(nèi)容和方法也必然隨之發(fā)生翻天覆地的變化。人工智能賦能專業(yè)人才培養(yǎng)也必然成為高等教育改革發(fā)展的新范式[5]。因此，南京工業(yè)大學(xué)深入貫徹落實(shí)教育部關(guān)于開展“人工智能（AI）+”行動(dòng)和人工智能賦能高等教育的戰(zhàn)略部署[6]，積極構(gòu)筑“智馭未來：本科生AI素養(yǎng)筑基計(jì)劃”，漸進(jìn)式筑牢本科生AI素養(yǎng)，為產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)AI-ready高素質(zhì)人才[7]。金屬材料工程專業(yè)在“國家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目”和“江蘇省高校品牌專業(yè)建設(shè)工程二期項(xiàng)目”等項(xiàng)目的支持下，以“師資為基、課程為核、實(shí)踐為要、模式為徑”，嘗試探索了提升學(xué)生金屬材料智能設(shè)計(jì)能力的途徑與方法，建立人工智能與金屬材料工程深度融合的高等教育新模式，取得了一定的成果。

一 金屬材料智能設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)存在的問題

在人工智能與材料科學(xué)與工程的交叉協(xié)同日趨成熟的今天，國家與社會(huì)亟需一大批復(fù)合型拔尖創(chuàng)新人才，具備以人工智能大數(shù)據(jù)為技術(shù)手段解決金屬材料設(shè)計(jì)、制備、服役等復(fù)雜工程問題的能力。因此，金屬材料工程專業(yè)的人才培養(yǎng)必須在原有培養(yǎng)目標(biāo)、內(nèi)容和方式的基礎(chǔ)上，構(gòu)建學(xué)科交叉的人才培養(yǎng)方案和機(jī)制，拓寬人工智能專業(yè)教育、教學(xué)和創(chuàng)新實(shí)踐的內(nèi)容，引進(jìn)數(shù)字化教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)評(píng)價(jià)方法，提升學(xué)生金屬材料智能設(shè)計(jì)的能力，構(gòu)建“AI+”專業(yè)培養(yǎng)新模式。而現(xiàn)階段，金屬材料數(shù)字化智能設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和提升面臨著以下問題和挑戰(zhàn)：首先，人才的培養(yǎng)方案中對(duì)數(shù)字化智能設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求不明確[8]；能力評(píng)價(jià)的指標(biāo)不清晰；從通識(shí)人工智能教育到專業(yè)賦能人工智能的教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)的鏈條不完整。其次，專業(yè)賦能類人工智能課程教學(xué)和實(shí)踐的數(shù)量和質(zhì)量保障不足，未能充分展現(xiàn)人工智能和金屬材料工程結(jié)合的典型應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)方案。現(xiàn)有的材料計(jì)算類課程也往往局限于材料模擬軟件的介紹和機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)算法的分析，缺乏對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)全鏈條金屬材料工程案例的深入剖析、數(shù)據(jù)工具的二次開發(fā)探索及數(shù)據(jù)工程在金屬材料生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用中的指導(dǎo)。最后，基于人工智能技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)評(píng)價(jià)方法尚未有效融入課堂教學(xué)，教學(xué)過程仍以傳統(tǒng)講解與灌輸為主，難以激發(fā)新時(shí)代學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)，教學(xué)評(píng)價(jià)中大數(shù)據(jù)反饋的缺失，使得教學(xué)質(zhì)量問題難以客觀暴露，難以形成有效的教學(xué)反饋和反思。面對(duì)以上存在的問題，南京工業(yè)大學(xué)金屬材料工程專業(yè)（以下簡稱“本專業(yè)”）從培養(yǎng)方案修訂、課程建設(shè)和教學(xué)方法改革三方面著手，努力提升學(xué)生金屬材料智能設(shè)計(jì)的能力。

二" 成立虛擬教研室，修訂培養(yǎng)方案，明晰能力培養(yǎng)的目標(biāo)和途徑

本專業(yè)依托學(xué)校人工智能學(xué)科交叉實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，聯(lián)合材料科學(xué)與工程學(xué)院、計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院（人工智能學(xué)院）、機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院、能源科學(xué)與工程學(xué)院和藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院的骨干教師，成立“光電信息與新能源材料集群人工智能課程類虛擬教研室”。虛擬教研室是一種協(xié)同教研的新形態(tài)[9]，基于信息平臺(tái)，支持以上學(xué)院不同背景的教師通過多學(xué)科交叉聯(lián)合，開展“AI+”專業(yè)建設(shè)，共同探討專業(yè)賦能AI類課程體系的設(shè)置、課程建設(shè)和課程教學(xué)任務(wù)的落實(shí)，特別是在本專業(yè)領(lǐng)域的智能化工具的使用、AI在專業(yè)領(lǐng)域的模型案例和應(yīng)用實(shí)踐等。

虛擬教研室在建立之初就組成培養(yǎng)方案修訂專班，共歷時(shí)1年3個(gè)月，修訂完成了2024版培養(yǎng)方案。首先，培養(yǎng)方案修訂專班深入省內(nèi)外兄弟高校，南京鋼鐵、中信特鋼、中國鋁業(yè)和中國建筑等行業(yè)內(nèi)規(guī)模企業(yè)，以及中船集團(tuán)七？二所、南京博物院等科研院所，開展了金屬材料工程專業(yè)人才能力需求專項(xiàng)調(diào)研，深刻感受到數(shù)據(jù)識(shí)別、聚類和優(yōu)化在當(dāng)代“科產(chǎn)教”協(xié)同發(fā)展中的重要作用及用人單位對(duì)數(shù)字化智能設(shè)計(jì)能力的迫切需求。在2024版培養(yǎng)方案的修訂稿中，本專業(yè)明確增補(bǔ)了培養(yǎng)目標(biāo)：“具備人工智能素養(yǎng)，能夠不斷學(xué)習(xí)和應(yīng)用人工智能新技術(shù)，有意識(shí)地開展‘AI+’金屬材料工程實(shí)踐的復(fù)合人才”，并清晰地將熟練掌握人工智能理論、數(shù)據(jù)與計(jì)算科學(xué)工程知識(shí)，掌握AI技術(shù)工具，開展“AI+”多模態(tài)信息的問題分析、設(shè)計(jì)與研究作為專業(yè)的核心能力之一。

其次，基于虛擬教研室，建設(shè)分層分類漸進(jìn)式培養(yǎng)AI素養(yǎng)的課程體系，增設(shè)三類“AI+”跨學(xué)科課程，如以人工智能導(dǎo)論、高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言A（Python）為代表的AI通識(shí)課程，以材料基因工程與數(shù)字化設(shè)計(jì)和金屬材料智能制造為代表的專業(yè)賦能“AI+”應(yīng)用課程，以機(jī)器學(xué)習(xí)為代表的AI前沿技術(shù)課程。2024年4月，召開了虛擬教研室第一次全體會(huì)議，就虛擬教研室建設(shè)管理辦法、運(yùn)行機(jī)制、保障措施和教研攻關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行了討論。2024年12月，召開了專業(yè)賦能AI應(yīng)用類課程教學(xué)設(shè)計(jì)研討會(huì)，圍繞AI技術(shù)與專業(yè)前沿的科教融合，AI賦能教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、知識(shí)圖譜構(gòu)建等方面開展交流。

此外，金屬材料智能設(shè)計(jì)實(shí)踐教育貫穿于本科教學(xué)全過程。除了增加3D打印創(chuàng)新設(shè)計(jì)、金屬材料智能設(shè)計(jì)與制造實(shí)踐活動(dòng)等實(shí)踐課程外，還以必修的形式要求每一位學(xué)生都參與教師的科研活動(dòng)，以成績考核督促鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽等活動(dòng)，并將能力提升的實(shí)踐融貫到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、學(xué)科競(jìng)賽等各個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)，為學(xué)生整體打造一套沉浸式“AI+”的專業(yè)實(shí)踐氛圍，循序漸進(jìn)地提升科學(xué)工程數(shù)據(jù)的處理與分析能力、金屬材料成分-組織-性能設(shè)計(jì)的代碼編寫能力、金屬材料制備生產(chǎn)系統(tǒng)的部署與維護(hù)能力等，使學(xué)生帶著“AI+”的目標(biāo)學(xué)習(xí)，邊學(xué)邊做，邊做邊學(xué)。進(jìn)而，形成從通識(shí)教育到專業(yè)賦能教學(xué)再到實(shí)踐環(huán)節(jié)，構(gòu)筑金屬材料智能設(shè)計(jì)能力提升的完整鏈條。2024年6月，修訂版培養(yǎng)方案經(jīng)專業(yè)師生、工程教育評(píng)估專家、行業(yè)專家和用人單位代表審定通過。

三" 以能力提升為目標(biāo)的金屬材料智能設(shè)計(jì)課程改革

金屬材料智能設(shè)計(jì)的科研是生動(dòng)鮮活、與時(shí)俱進(jìn)的，其廣度和深度都遠(yuǎn)大于教材內(nèi)容。將金屬材料智能設(shè)計(jì)的最新科研成果引入課堂，科教融合，能夠使學(xué)生逐漸培養(yǎng)他們獨(dú)立的“AI+”視野，從不同的維度去思考去探究AI和專業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用。

因此，金屬材料智能設(shè)計(jì)能力提升的課程改革首先對(duì)修訂前后培養(yǎng)方案內(nèi)規(guī)定的通識(shí)基礎(chǔ)課和專業(yè)核心課程進(jìn)行梳理，分析“AI+”專業(yè)課程設(shè)置的合理性和對(duì)智能制造社會(huì)需求的匹配度，注重分析AI通識(shí)基礎(chǔ)課和專業(yè)賦能“AI+”課程之間的相互聯(lián)系。梳理在金屬材料設(shè)計(jì)與工程控制中有應(yīng)用背景的重要人工智能基礎(chǔ)算法、強(qiáng)化專業(yè)賦能“AI+”課程對(duì)數(shù)據(jù)識(shí)別、聚類和回歸的應(yīng)用和綜合。

為克服現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容中缺少“AI+”先進(jìn)金屬材料成分、組織和性能設(shè)計(jì)的全鏈條典型工程應(yīng)用場(chǎng)景，筆者作為課程負(fù)責(zé)人，依托2024年南京工業(yè)大學(xué)AI+專業(yè)賦能首批課程建設(shè)項(xiàng)目——材料基因工程與數(shù)字化設(shè)計(jì)，精心挑選了兩款數(shù)字化集成設(shè)計(jì)研發(fā)的先進(jìn)合金作為案例教學(xué)，即美國通用公司的“GTD262鎳基高溫合金”和筆者研究組開發(fā)的“TC4F高強(qiáng)韌鈦合金”。以GTD262鎳基高溫合金為例，課程系統(tǒng)地介紹了擴(kuò)散多元結(jié)-激光偏振組合材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法用于快速提取合金的物理性質(zhì)，構(gòu)建材料基礎(chǔ)力學(xué)性能大數(shù)據(jù)庫；多尺度計(jì)算方法集成揭示材料微觀組織演化物理機(jī)制，并作為數(shù)據(jù)優(yōu)化的懲罰項(xiàng)；大數(shù)據(jù)評(píng)估、篩選與機(jī)器學(xué)習(xí)如何最終獲得合金的成分、組織特征、性能的最優(yōu)點(diǎn)。通過教學(xué)使學(xué)生了解到熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理、量子物理等自然科學(xué)是如何與先進(jìn)表征及數(shù)據(jù)技術(shù)融合在一起。案例不僅覆蓋了晶體學(xué)、相圖熱力學(xué)、相變動(dòng)力學(xué)、位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)、塑性理論和能帶理論等材料科學(xué)的通用原理，也大量涉及了數(shù)據(jù)的識(shí)別、篩選與優(yōu)化的技術(shù)。授課后，學(xué)生反映強(qiáng)烈，極大地推動(dòng)材料數(shù)字化設(shè)計(jì)理念的推廣和“AI+”工程應(yīng)用素養(yǎng)的建立。

在常規(guī)專業(yè)基礎(chǔ)課程的改革中，專業(yè)充分發(fā)揮虛擬教研室的優(yōu)勢(shì)，以課程建設(shè)為載體，融通教材建設(shè)、強(qiáng)化科教融合，在課后習(xí)題、題庫匯編的過程中滲透與課程知識(shí)點(diǎn)緊密相關(guān)的“AI+”科學(xué)研究進(jìn)展。例如，在金屬熱加工工藝學(xué)課程中引入“機(jī)器學(xué)習(xí)糾錯(cuò)和優(yōu)化配置某國有大型企業(yè)連軋輥”的實(shí)例；在金屬物理學(xué)課程中引入“力學(xué)性質(zhì)耦合化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)最優(yōu)化相邊界”的科研最新成果等，以上都是人工智能技術(shù)加速金屬材料生產(chǎn)和科研的典型案例。

“AI+”的實(shí)踐類課程改革則充分利用南京工業(yè)大學(xué)針對(duì)本科生開展的省級(jí)和校級(jí)“大學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)開放基金”、校級(jí)和材料學(xué)院院級(jí)“菁英人才學(xué)校”、校級(jí)和材料學(xué)院院級(jí)“本科生科研論壇”等創(chuàng)新能力培養(yǎng)活動(dòng)平臺(tái)，在科研活動(dòng)實(shí)踐中探索金屬材料開發(fā)與人工智能的交叉融合，促進(jìn)合金成分智能設(shè)計(jì)、合金組織智能調(diào)控、合金工藝智能優(yōu)化和合金智能制造等能力的培養(yǎng)。2022—2024年，本專業(yè)學(xué)生有10余人次憑借“AI+專業(yè)”相關(guān)成果，在中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽、“挑戰(zhàn)杯”等各級(jí)學(xué)科、科技和創(chuàng)新競(jìng)賽獲獎(jiǎng)。

此外，與企業(yè)、科研院所建立合作關(guān)系，開展產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人，為學(xué)生提供實(shí)習(xí)、實(shí)踐和就業(yè)機(jī)會(huì)。探討增設(shè)多尺度合金成分和工藝設(shè)計(jì)、材料數(shù)據(jù)庫平臺(tái)使用、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用等校內(nèi)探究性、設(shè)計(jì)性和應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)課程的可行性；探索合金設(shè)計(jì)、制備、服役全流程環(huán)節(jié)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)踐環(huán)節(jié)的案例、合作單位、運(yùn)行方法和實(shí)踐教案等，將有關(guān)多維度工程數(shù)據(jù)的收集、歸納、優(yōu)化納入到課程設(shè)計(jì)和綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中來。

截至2024年末，人工智能導(dǎo)論和高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言A（Python）兩門AI通識(shí)課程已面向2024級(jí)本專業(yè)學(xué)生線下開課，已完成金屬物理學(xué)、金屬熱加工工藝學(xué)等核心專業(yè)課的“AI+”教學(xué)內(nèi)容更新，材料基因工程與數(shù)字化設(shè)計(jì)和金屬材料智能制造等專業(yè)賦能AI+應(yīng)用課程已面向部分高年級(jí)學(xué)生開設(shè)選修課。

四" 人工智能賦能的教學(xué)方法與評(píng)價(jià)方式改革

人工智能的時(shí)代，教師不僅是“教學(xué)師傅”，也是讀懂學(xué)生的“分析師”、重組課程的“設(shè)計(jì)師”、整合信息的“策劃師”[10]。在教學(xué)方法上，專業(yè)繼續(xù)強(qiáng)化信息技術(shù)與教學(xué)過程的深度融合，促進(jìn)教學(xué)模式從“師生互動(dòng)”向“師-生-機(jī)交互”轉(zhuǎn)型[11]。本專業(yè)進(jìn)一步豐富數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)資源，著重學(xué)科交叉教學(xué)設(shè)計(jì)、個(gè)性化教學(xué)方式構(gòu)思、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同項(xiàng)目推進(jìn)等。

首先，本專業(yè)充分利用了南京工業(yè)大學(xué)多學(xué)科交叉融合的新型人工智能教學(xué)科研平臺(tái)，致力于金屬材料工程專業(yè)層面的知識(shí)圖譜建設(shè)項(xiàng)目。遵循模塊化設(shè)計(jì)原則，整合包括經(jīng)典教材、數(shù)字化圖書專著、工業(yè)應(yīng)用手冊(cè)、行業(yè)趨勢(shì)報(bào)告、互動(dòng)在線課程及網(wǎng)絡(luò)科普多媒體素材等多樣化的資源。突出強(qiáng)化基礎(chǔ)課知識(shí)點(diǎn)在專業(yè)課中的應(yīng)用，例如線性代數(shù)中“實(shí)對(duì)稱矩陣必定可以對(duì)角化”的定理在計(jì)算“多元本征擴(kuò)散系數(shù)”和“馬氏體慣習(xí)面”時(shí)的實(shí)際應(yīng)用等；嘗試打通金屬物理學(xué)、金屬熱加工工藝學(xué)、金屬熱處理技術(shù)等多門核心專業(yè)課程之間的關(guān)系，例如以鈦合金設(shè)計(jì)開發(fā)為例，全鏈條審視上述課程中的知識(shí)點(diǎn)是如何體現(xiàn)在合金成分設(shè)計(jì)、熔煉鑄造、冷熱塑性變形和熱處理組織調(diào)控等各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的。利用圖論的原理將知識(shí)點(diǎn)及其之間的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行具象化和可視化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚類和遷移，不僅為學(xué)生提供了個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和多角度的學(xué)科視角；更重要的是，可有效治愈傳統(tǒng)教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生孤立地強(qiáng)記專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)，導(dǎo)致“只見樹木不見森林”的頑疾。

除了專業(yè)層面的知識(shí)圖譜建設(shè)，本專業(yè)運(yùn)用VR技術(shù)，進(jìn)一步健全混合式教學(xué)機(jī)制，建設(shè)了航空結(jié)構(gòu)件用高性能鈦合金棒材制備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程[12]，引導(dǎo)學(xué)生身臨其境地學(xué)習(xí)金屬材料設(shè)計(jì)、制備的相關(guān)內(nèi)容，提升獲得感和幸福感。該實(shí)驗(yàn)課程通過選擇典型的金屬熱加工工藝方法，體驗(yàn)合金真空自耗電弧熔煉、自由鍛造、軋制、熱處理的全過程。通過混料、壓電極、焊電極、裝料、抽真空和電弧熔煉等過程進(jìn)一步感性認(rèn)識(shí)合金熔煉和凝固的原理和技術(shù)；通過體驗(yàn)鍛造工藝的確定（包括始鍛溫度、終鍛溫度、鍛造加熱速率等），夯實(shí)金屬塑性變形的基本原理與主要方法，掌握鍛造工藝對(duì)合金微觀組織演變與形成的影響，以及合金微觀組織對(duì)其主要力學(xué)性能的影響規(guī)律。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)課程克服了金屬材料設(shè)計(jì)制備流程長、設(shè)備重型、占地面積大、運(yùn)行成本高、高溫高壓存在危險(xiǎn)和難以通過傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)現(xiàn)全程跟蹤的困難。通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式和交互體驗(yàn)式的教學(xué)，學(xué)生嘗試了自主設(shè)計(jì)金屬熱加工工藝參數(shù)的不同組合，探索了熱加工工藝參數(shù)對(duì)金屬組織、性能的影響，較傳統(tǒng)方法獲取了更好的教學(xué)效果。

人工智能不僅推動(dòng)了教學(xué)模式的革新，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也變革了教學(xué)的評(píng)價(jià)和反饋方式[13]。利用人工智能教學(xué)科研平臺(tái)，自2022年起，以課程團(tuán)隊(duì)或者實(shí)踐團(tuán)隊(duì)學(xué)生的過程性分析為小樣本對(duì)象，個(gè)性化、系統(tǒng)化地追蹤記錄個(gè)體學(xué)生在金屬材料智能設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)橫向方面的過程表現(xiàn)，主要分析其對(duì)AI通識(shí)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的認(rèn)知、計(jì)算方法、數(shù)據(jù)庫軟件的應(yīng)用能力、綜合分析探索復(fù)雜工程問題的能力，以及以AI的思維解決工程問題的素養(yǎng)等方面的表現(xiàn)。其次，通過對(duì)課程成績、項(xiàng)目實(shí)踐、科研競(jìng)賽和創(chuàng)新成果等多維度教學(xué)實(shí)踐過程數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類和回歸，分析學(xué)生整體在能力培養(yǎng)方面的得失，修訂案例教學(xué)方案，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系，有望經(jīng)過5～10年的跟蹤分析，形成面向金屬材料智能設(shè)計(jì)能力提升的循序漸進(jìn)的AI+能力導(dǎo)向（OBE）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14]。

五" 結(jié)束語

本文從培養(yǎng)方案修訂、課程建設(shè)、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)三方面對(duì)南京工業(yè)大學(xué)金屬材料工程專業(yè)近年來面向金屬材料智能設(shè)計(jì)能力提升的教學(xué)改革進(jìn)行了總結(jié)和分析。從知識(shí)傳授的角度，教學(xué)改革可以一定程度上改善AI與金屬材料工程跨學(xué)科知識(shí)交匯貫通缺乏的現(xiàn)象，打破學(xué)科間的壁壘，使本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系適應(yīng)于人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐，促進(jìn)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展；從能力培養(yǎng)來看，可以一定程度上“學(xué)以致用”地將專業(yè)知識(shí)運(yùn)用到金屬材料數(shù)字化設(shè)計(jì)、制備、加工和評(píng)價(jià)的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，為科研院所、企業(yè)平臺(tái)提供具有專業(yè)賦能“AI+”能力的復(fù)合型專業(yè)技術(shù)人才，拓寬學(xué)生的就業(yè)渠道，提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；從素質(zhì)養(yǎng)成來看，通過實(shí)施以上措施，有助于畢業(yè)生將“AI+”的優(yōu)化方法和思維遷移到其他非技術(shù)領(lǐng)域，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“三全育人”的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。以上教學(xué)改革的措施也可在材料大類無機(jī)、復(fù)合、高分子等其他專業(yè)中推廣應(yīng)用，也可供其他工科專業(yè)在“AI+”的教學(xué)改革時(shí)加以借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 習(xí)近平向2024世界智能產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)致賀信[EB/OL].https：//www.gov.cn/yaowen/liebiao/202406/content_6958352.htm.

[2] 2024年政府工作報(bào)告[EB/OL].http：//www.china.org.cn/chinese/2024-03/14/content_117057714.htm.

[3] 蘇明，陳·巴特爾.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的人工智能知識(shí)生產(chǎn)[J].中國科技論壇，2021（11）：51-56.

[4] 王燕鵬，王學(xué)昭，陳小莉，等.基于科技政策和前沿動(dòng)態(tài)的第四次工業(yè)革命關(guān)鍵技術(shù)和舉措分析[J].情報(bào)學(xué)報(bào)，2022，41（1）：29-37.

[5] 劉三女牙，郝曉晗，李卿.教育科研新范式：人工智能驅(qū)動(dòng)的教育科學(xué)研究[J].教育研究，2024，45（3）：147-159.

[6] 教育部發(fā)布4項(xiàng)行動(dòng)助推人工智能賦能教育[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/xw_zt/moe_357/2024/2024_zt05/mtb

d/202403/t20240329_1123025.html.

[7] 南京工業(yè)大學(xué)推出本科生AI素養(yǎng)計(jì)劃[EB/OL].http：//www.js.xinhuanet.com/20240925/834cb141983743a3bf0d9d6549634c3

e/c.html.

[8] 約翰·霍普克羅夫特，吳飛.面向未來的人工智能人才培養(yǎng)方案：“101計(jì)劃”的內(nèi)涵與實(shí)施[J].科教發(fā)展研究，2024，4（3）： 41-55.

[9] 戰(zhàn)德臣，聶蘭順，唐德凱，等.虛擬教研室：協(xié)同教研新形態(tài)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2022，32（3）：23-31.

[10] 曹培杰.未來教師的三種能力：讀懂學(xué)生、重組課程、聯(lián)結(jié)世界[J].人民教育，2017（Z3）：43-47.

[11] 張雅楠.基于人工智能的“師生機(jī)”三元交互教學(xué)新模式研究——以高等教育出版社“云創(chuàng)”平臺(tái)為例[J].文存閱刊，2024（16）：151-153.

[12] 丁潔，杜輝，劉保飛.“金屬熱加工工藝學(xué)”虛擬仿真教學(xué)探討和思考[J].中國建設(shè)教育，2023（2）：50-53.

[13] 吳立寶，曹雅楠，曹一鳴.人工智能賦能課堂教學(xué)評(píng)價(jià)改革與技術(shù)實(shí)現(xiàn)的框架構(gòu)建[J].中國電化教育，2021（5）：94-101.

[14] 司瑾.基于OBE模式的課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建[C]//2023年第六屆智慧教育與人工智能發(fā)展國際學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第二卷），2023：369-370.