面向新工科的土木工程專業(yè)改造升級路徑探索與實(shí)踐

武鶴 孫緒杰 魏建軍

摘要：在新工科背景下，土木工程專業(yè)面臨著由傳統(tǒng)工科專業(yè)向新型土木工程專業(yè)轉(zhuǎn)型、升級、改造的問題。結(jié)合國內(nèi)外土木工程行業(yè)發(fā)展趨勢，對傳統(tǒng)土木工程專業(yè)如何向新型土木工程專業(yè)轉(zhuǎn)型、升級進(jìn)行了探討，在新工科背景下

將OBE教育理念運(yùn)用到土木工程專業(yè)的升級和改造，開展面向新工科的土木工程人才培養(yǎng)方案研究與實(shí)踐。研究內(nèi)容包括校企共建“智慧建筑學(xué)院”;建立面向新工科的人才培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求;將互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能化、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)、智能化技術(shù)，尤其是BIM技術(shù)用于多學(xué)科交叉的課程體系設(shè)置;建立多專業(yè)融合的智慧建筑仿真實(shí)驗(yàn)中心，構(gòu)建“3+1”的校企合作教育平臺，實(shí)現(xiàn)新工科背景下的新型土木工程專業(yè)內(nèi)涵式發(fā)展，培養(yǎng)面向未來的新型智慧建筑人才。

關(guān)鍵詞：新工科;OBE;專業(yè)改造升級;土木工程

中圖分類號：U411文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0012-05

新工科建設(shè)是國家應(yīng)對新經(jīng)濟(jì)、新業(yè)態(tài)挑戰(zhàn)，服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求和面向未來發(fā)展，提出的一項(xiàng)持續(xù)深化工程教育改革的重大行動計(jì)劃。新工科建設(shè)已經(jīng)成為高等工程教育領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。光明日報(bào)以“面向未來的新工科”為題報(bào)道了“新工科”新在哪兒[1]、新工科發(fā)展形

成建設(shè)行動路線[2]等，重點(diǎn)分析了我國高校要加快建設(shè)和發(fā)展新工科的必要性。一方面應(yīng)主動設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，另一方面需要推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新。新工科建設(shè)和發(fā)展應(yīng)以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，樹立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”，構(gòu)建新興工科和傳統(tǒng)工科相結(jié)合的學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)，探索實(shí)施工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”，打造具有國際競爭力的工程教育“新質(zhì)量”，建立完善中國特色工程教育的“新體系”，實(shí)現(xiàn)從工程教育大國走向工程教育強(qiáng)國[3]。

一、面向新工科的土木工程專業(yè)改造升級具有現(xiàn)實(shí)的迫切性

發(fā)展新經(jīng)濟(jì)、新業(yè)態(tài)要求工科專業(yè)布局面向未來;發(fā)展新經(jīng)濟(jì)、新業(yè)態(tài)要求工程專業(yè)人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨專業(yè)的綜合能力;發(fā)展新經(jīng)濟(jì)、新業(yè)態(tài)要求工程教育培養(yǎng)模式更加多樣化和個(gè)性化。此外，發(fā)展新經(jīng)濟(jì)的國際經(jīng)驗(yàn)也要求高等教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展保持良性互動。以美國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展為例，20世紀(jì)70年代，美國的微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、程控交換通訊，甚至互聯(lián)網(wǎng)的原型——阿帕網(wǎng)等信息技術(shù)革命的主要技術(shù)已基本完成，直到90年代中期才拓展到整個(gè)經(jīng)濟(jì)體中。1972—1995年期間，雖然美國制造業(yè)的生產(chǎn)增速減緩，但制造業(yè)中的計(jì)算機(jī)制造人才每年增長率卻高于17.8%。從數(shù)據(jù)分析可知，人才培養(yǎng)對于技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展有滯后性。美國的高等教育系統(tǒng)利用20多年的時(shí)間適應(yīng)信息技術(shù)革命所引發(fā)的人才資源轉(zhuǎn)型需要，其自身也完成了戰(zhàn)后高等教育結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，與美國的新經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了良性互動。表1為美國2011—2015年主要工程專業(yè)領(lǐng)域授予學(xué)士學(xué)位人數(shù) [4]，計(jì)算機(jī)科學(xué)、土木工程和工程管理等專業(yè)呈現(xiàn)了較高的年均增長率。這些專業(yè)畢業(yè)人數(shù)的增加與近年來美國“再工業(yè)化”戰(zhàn)略需要密切相關(guān)。

由此可見，新工科建設(shè)對未來新經(jīng)濟(jì)和新業(yè)態(tài)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用，加快發(fā)展新工科主動適應(yīng)、引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)是高等工程教育的新要求[4]。

從建筑行業(yè)的發(fā)展看，建筑設(shè)計(jì)可視化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、管理信息化、應(yīng)用智能化符合新工科所提出的“理念新、要求新、途徑新”的基本特征[5]，已成為專業(yè)未來發(fā)展的一個(gè)重要方向，對于應(yīng)用型本科學(xué)校的土木工程專業(yè)尤其如此。因此，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型本科土木工程專業(yè)改造升級，開展以面向建筑工業(yè)化、智能化的“新工科”土木工程人才培養(yǎng)方案、培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐，具有現(xiàn)實(shí)的迫切性和發(fā)展的可行性，對培養(yǎng)未來建筑業(yè)所需要的新型智慧建筑人才具有重要意義。

二、土木工程專業(yè)改造升級的路徑研究與實(shí)踐探索

按照學(xué)科專業(yè)產(chǎn)生或形成的基礎(chǔ)和構(gòu)成要素劃分，新工科的學(xué)科專業(yè)可分為新型學(xué)科專業(yè)、新生學(xué)科專業(yè)和新興學(xué)科專業(yè)三種類型。隨著行業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展和新經(jīng)濟(jì)、新業(yè)態(tài)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的學(xué)科專業(yè)必須面向社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，

結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能化、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)和業(yè)態(tài)，打造傳統(tǒng)專業(yè)建設(shè)的升級版。土木工程專業(yè)開展新工科建設(shè)，就是要面向建筑業(yè)未來發(fā)展需要，通過學(xué)科滲透、交叉、融合實(shí)現(xiàn)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型、改造、升級。

新工科專業(yè)必須及時(shí)調(diào)整培養(yǎng)目標(biāo)、修訂培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和培養(yǎng)方案、創(chuàng)新培養(yǎng)模式、改革課程體系、更新教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整專業(yè)設(shè)置和方向，只有這樣新工科專業(yè)人才培養(yǎng)才能滿足當(dāng)前和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展。為此，以黑龍江工程學(xué)院為例，就土木工程專業(yè)改造升級的路徑與實(shí)踐進(jìn)行了探索。

（一）共建校企“智慧建筑學(xué)院”

當(dāng)前我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡，尚處在“工業(yè)2.0”和“工業(yè)3.0”并行的發(fā)展階段，必須走“工業(yè)2.0”補(bǔ)課、“工業(yè)3.0”普及、“工業(yè)4.0”示范的“并聯(lián)式”發(fā)展道路，因此，人才培養(yǎng)尤為重要[6]。基于此，發(fā)揮與行業(yè)緊密聯(lián)系的優(yōu)勢，面對當(dāng)前和未來行業(yè)發(fā)展需要，將產(chǎn)學(xué)合作、校企合作和國際合作等引入人才培養(yǎng)過程中，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步，推動建筑信息化的發(fā)展和建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級。依據(jù)“共商、共建、共享”原則，2016年6月學(xué)校與中國建筑科學(xué)研究院、上海魯班軟件有限公司、深圳斯維爾科技股份有限公司、北京跨世紀(jì)（奔特力）公司簽署了校企共建智慧建筑學(xué)院協(xié)議，采用“3+1”的人才培養(yǎng)模式，聯(lián)合培養(yǎng)土木工程專業(yè)新型工科人才，與企業(yè)聯(lián)合制定培養(yǎng)方案、共同建設(shè)課程、共建實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，深入推進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作、產(chǎn)教融合，為傳統(tǒng)土木工程專業(yè)的改造升級奠定了基礎(chǔ)，提供了保障。

企業(yè)將建筑云技術(shù)與大數(shù)據(jù)管理、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM協(xié)同創(chuàng)新、智慧建造方面的知識引入課堂，以行業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新成果推動工程教育改革;學(xué)校建設(shè)的智慧建筑仿真實(shí)驗(yàn)中心，為企業(yè)、教師和學(xué)生提供了交流互動平臺，促進(jìn)了企業(yè)技術(shù)應(yīng)用、教師技術(shù)開發(fā)和學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了多方共贏。

（二）制定基于OBE教育理念和新工科要求的人才培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求

OBE（Outcome Based Education）教育理念是《華盛頓協(xié)議》核心理念之一，是一種基于學(xué)習(xí)成果或產(chǎn)出為導(dǎo)向的教育理念，是工程教育專業(yè)認(rèn)證體系的核心內(nèi)容。產(chǎn)出或成果導(dǎo)向教育（OBE）遵循“反向設(shè)計(jì)”原則，反向設(shè)計(jì)從需求開始，由需求決定培養(yǎng)目標(biāo)，由培養(yǎng)目標(biāo)決定畢業(yè)要求，再由畢業(yè)要求決定課程體系。OBE教育理念能夠清晰地聚焦和組織教學(xué)中的每個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果，是當(dāng)前工程教育改革的主流方向。OBE教育理念要求教師必須清楚學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)的要求，然后尋找并設(shè)計(jì)適宜且有效的方法促使其目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，因此，工程教育專業(yè)認(rèn)證所倡導(dǎo)的OBE教育理念對新工科專業(yè)建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)可操作性。

1.培養(yǎng)目標(biāo)構(gòu)建

面向建筑行業(yè)發(fā)展的新需求、學(xué)科交叉融合的新趨勢、科技發(fā)展的新成果，基于OBE教育理念，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上提出面向“新工科”的土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系以及企業(yè)培養(yǎng)方案。其培養(yǎng)目標(biāo)為：面向建筑工業(yè)化與智能化的發(fā)展要求，培養(yǎng)具備扎實(shí)的自然科學(xué)知識和良好的人文素養(yǎng)，掌握土木工程及相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識、基本原理和BIM（Building information model）等前沿應(yīng)用技術(shù)，具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力和跨界整合能力，能夠利用信息化、智能化技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、施工與管理，具有國際視野、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)意識和可持續(xù)發(fā)展理念的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

2.畢業(yè)要求制定

畢業(yè)生具備引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)和行業(yè)發(fā)展能力是新經(jīng)濟(jì)對高等工程教育人才培養(yǎng)的核心能力要求[6]。從適應(yīng)建筑工業(yè)化和智能化發(fā)展的角度，借鑒國際工程教育認(rèn)證的先進(jìn)理念和思想，分析未來工程人才應(yīng)具備的素質(zhì)要求，明確未來工程人才在工程技術(shù)、信息技術(shù)、經(jīng)濟(jì)管理、法律、文化、倫理等重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)具備的能力體系，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)特色、人才培養(yǎng)定位和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，制定智慧建筑學(xué)院土木工程專業(yè)畢業(yè)要求。主要包括：學(xué)科知識（數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、交叉學(xué)科、工程前沿知識）、專業(yè)能力（基于新技術(shù)的設(shè)計(jì)、施工、應(yīng)用研究、工具使用、信息綜合、項(xiàng)目管理等方面

的問題解決能力、）、非專業(yè)能力（溝通交流、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、團(tuán)隊(duì)合作、動態(tài)適應(yīng)等能力），以及綜合素質(zhì)（工程倫理、家國情懷、跨界整合、全球視野、終身學(xué)習(xí)）等。

（三）基于培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的課程體系設(shè)置

面向新經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)和建筑工業(yè)化智能化發(fā)展的要求，結(jié)合國際工程教育的先進(jìn)理念（OBE），構(gòu)建基于智慧建造的土木工程專業(yè)課程體系。除了按照OBE理念依據(jù)畢業(yè)要求設(shè)置課程體系的基本要求外，還按照工程邏輯構(gòu)建模塊化課程，打破學(xué)科界限，將互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)、智能化技術(shù)，尤其是BIM技術(shù)用于多學(xué)科交叉的課程體系設(shè)置，開展成果導(dǎo)向的課程體系重構(gòu)。

通過構(gòu)建工科通識教育平臺（數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、思政、信息等課程）、土木工程專業(yè)教育平臺（力學(xué)、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課等）、交叉學(xué)科及新技術(shù)模塊（互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)、BIM技術(shù)、工業(yè)化技術(shù)等）、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模塊（學(xué)科競賽、龍建杯創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)系列大賽、綜合實(shí)踐、企業(yè)實(shí)踐等）、工程與人文教育模塊（工程文化、人文社科等系列課程與活動）等，按交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享的新工科理念，建立能力達(dá)成與課程體系之間的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建面向新經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)的土木工程專業(yè)新型課程體系。尤其重視利用智慧建筑學(xué)院的優(yōu)勢，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，將行業(yè)企業(yè)及教師研究成果充實(shí)到教學(xué)中，開闊學(xué)生視野，提升學(xué)生應(yīng)對變化的能力。

（四）基于多專業(yè)多學(xué)科融合的智慧建筑仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)

2016年學(xué)校投資600萬元立項(xiàng)建設(shè)了“智慧建筑仿真實(shí)驗(yàn)中心（BIM技術(shù)中心）”，建成以BIM技術(shù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用為核心的智慧建筑教學(xué)實(shí)踐平臺，實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)學(xué)科交叉與融合的“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該平臺也是學(xué)校與企業(yè)共建行業(yè)學(xué)院的重要舉措，PKPM、斯維爾、魯班、Bentley及Revit等軟件企業(yè)入駐，為企業(yè)深度參與人才培養(yǎng)提供了必要支撐。該中心主要任務(wù)：（1）完成實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，目前已經(jīng)對智慧建筑學(xué)院土木工程、建筑學(xué)、工程管理和建環(huán)等多專業(yè)開放;（2）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地，為學(xué)生進(jìn)行與信息技術(shù)、智能化技術(shù)相關(guān)的學(xué)科競賽、軟件學(xué)習(xí)提供條件;（3）教學(xué)研究與社會服務(wù)，教師進(jìn)行相關(guān)的軟件學(xué)習(xí)、技術(shù)研究，對各類智慧建筑設(shè)計(jì)、施工管理軟件進(jìn)行二次開發(fā)，同時(shí)承擔(dān)BIM技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目，為社會提供服務(wù);（4）企業(yè)新技術(shù)推廣應(yīng)用，技術(shù)的推廣宣傳、培訓(xùn)服務(wù)。通過建立多專業(yè)多學(xué)科融合的智慧建筑仿真實(shí)驗(yàn)中心，實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生建筑信息化、智能化方面知識和能力的系統(tǒng)培訓(xùn)，為學(xué)生、教師、企業(yè)搭建了學(xué)習(xí)、研究與合作平臺。

（五）基于校企合作的“3+1”協(xié)同育人教育平臺構(gòu)建

新工科建設(shè)具有反映時(shí)代特征、涉及面廣、多學(xué)科交融、多主體參與等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)行業(yè)、企業(yè)、學(xué)會、學(xué)校多主體協(xié)同育人的目標(biāo)，智慧建筑學(xué)院在原合作企業(yè)的基礎(chǔ)上又與黑龍江省土木建筑學(xué)會、公路學(xué)會、黑龍江省建設(shè)集團(tuán)、黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院等部門簽訂了協(xié)議，共建“3+1”模式的協(xié)同育人教育平臺，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作、產(chǎn)教融合?；诙嘀黧w協(xié)同育人平臺，學(xué)生前三年以在學(xué)校學(xué)習(xí)為主，最后一年可到上述近十家企業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐，做到個(gè)性化選擇、實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練、前沿性引領(lǐng)、品質(zhì)化培養(yǎng)。通過“做中學(xué)”“學(xué)中做”，參與企業(yè)的研發(fā)項(xiàng)目、工程實(shí)例，培養(yǎng)未來工程師的綜合品質(zhì)和工程能力。行業(yè)企業(yè)專家深度參與學(xué)生在校期間的培養(yǎng)，講授BIM工程實(shí)踐、BIM項(xiàng)目全過程管理、建筑裝配化技術(shù)等實(shí)踐性較強(qiáng)的前沿課程等，并與教師合作開發(fā)教材。學(xué)生在進(jìn)入企業(yè)的前半年，由行業(yè)專家講授專業(yè)技術(shù)課程、行業(yè)規(guī)范、職業(yè)道德與企業(yè)文化等，并將實(shí)踐任務(wù)融入到企業(yè)生產(chǎn)中。在進(jìn)入企業(yè)的后半年則在參與項(xiàng)目實(shí)踐的基礎(chǔ)上，由企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)校導(dǎo)師共同指導(dǎo)，基于學(xué)科交叉與先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際工程項(xiàng)目，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。

學(xué)校鼓勵教師提升自身能力，主動適應(yīng)新工科發(fā)展要求，強(qiáng)化教師工程背景，并與職稱評定掛鉤，對教師的工程經(jīng)歷提出明確要求，并以平臺為依托，讓教師進(jìn)入企業(yè)參與工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，熟悉行業(yè)發(fā)展動態(tài)與趨勢，以建立與新工科建設(shè)相適應(yīng)的師資隊(duì)伍。

四、結(jié)語

結(jié)合建筑業(yè)未來發(fā)展趨勢，對傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)如何向新型土木工程專業(yè)轉(zhuǎn)型、升級等問題進(jìn)行了探討，提出了在新工科背景下將OBE教育理念運(yùn)用到土木工程專業(yè)的升級和改造舉措。采用校企共建行業(yè)學(xué)院的培養(yǎng)模式開展土木工程專業(yè)新工科建設(shè)，按照面向未來、繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享的多元化人才培養(yǎng)理念，打造了面向新經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)發(fā)展需要的土木工程專業(yè)改造升級版，構(gòu)建了遵循工程邏輯、交叉融合和開放共享的課程體系，以適應(yīng)智慧建造時(shí)代的到來，實(shí)現(xiàn)新型土木工程專業(yè)建設(shè)的內(nèi)涵式發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王慶環(huán). 新工科“新”在那兒[N]. 光明日報(bào)， 2017-4-3（5）.

[2]王慶環(huán). 新工科發(fā)展形成建設(shè)行動路線[N]. 光明日報(bào)， 2017-4-11（1）.

[3] “新工科”建設(shè)復(fù)旦共識[J].學(xué)術(shù)動態(tài)，2017（3）：10-11.

[4]吳愛華. 加快發(fā)展新工科主動適應(yīng)引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-3.

[5]林健. 引領(lǐng)高等教育改革的新工科建設(shè)[J].中國高等教育，2017（13）：40-43.

[6]鐘登華. 新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（5）：1-3.