新工科模式下開放教育土木工程專業(yè)課程體系初步設(shè)計(jì)

羅俊禮

摘? 要：利用BIM技術(shù)對傳統(tǒng)土木工程專業(yè)進(jìn)行“新工科”改造升級，從課程體系的構(gòu)建開始。以BIM技術(shù)為主線，重新構(gòu)建土建類專業(yè)課程體系，對于新工科背景下培養(yǎng)土木工程專業(yè)應(yīng)用型技術(shù)人才具有重要的理論與實(shí)踐意義。融合“新工科”思維，將開放教育土木工程專業(yè)課程類型劃分成3個模塊：通識課、專業(yè)前沿課程、跨學(xué)科綜合實(shí)踐課，從這3個方面來設(shè)計(jì)課程，探索“新工科”模式下的課程新體系。

關(guān)鍵詞：“新工科”? BIM技術(shù)? 開放教育? 課程體系

中圖分類號：G710 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0096-02

1? 研究背景

2017年2月，根據(jù)“中國制造2025”國家戰(zhàn)略實(shí)施，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》，“新工科”開始進(jìn)入公眾視野，并瞬間竄升為網(wǎng)絡(luò)熱詞。新工科專業(yè)是以智能制造、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器人等對傳統(tǒng)工科專業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型、升級和改造，是未來工科發(fā)展的必然方向。但是這個概念正式誕生才剛兩年時間，新工科的構(gòu)建理論和實(shí)踐都還處于探索起步階段，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。2017年經(jīng)教育部批準(zhǔn)，國內(nèi)高校首次開設(shè)“智能建造”專業(yè)。該專業(yè)是以土木工程專業(yè)為基礎(chǔ)，面向國家戰(zhàn)略需求和建筑業(yè)的升級轉(zhuǎn)型，融合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化、電子信息及其自動化、工程管理等專業(yè)發(fā)展而成的新工科專業(yè)。

建筑信息化模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，是建筑學(xué)、土木工程及多門工程學(xué)科的新工具。該技術(shù)將工程項(xiàng)目全壽命周期中各階段的工程信息、過程和資源都集成在這一個模型中，設(shè)計(jì)、施工、管理的一體化，跨專業(yè)協(xié)同工作，極大地提高了效率和質(zhì)量。BIM技術(shù)可以當(dāng)之無愧地說是目前建筑行業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)，在世界范圍內(nèi)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效應(yīng)， 也促進(jìn)了建筑行業(yè)深層次改革與發(fā)展， 它的應(yīng)用成效掀起了建筑業(yè)革命性的變化。

課程體系是指同一專業(yè)不同課程門類按照門類順序排列，是教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)程的總和。課程體系優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的根本途徑與方法，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的載體，也是保障和提高教育教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。國家開放大學(xué)（中央廣播電視大學(xué)）土木工程專業(yè)在籍學(xué)生占比很高，以2017年春土木與水利專業(yè)招生數(shù)量為例，占工科學(xué)生數(shù)量的50%以上。但是與蓬勃增長的招生規(guī)模不協(xié)調(diào)的是土木工程專業(yè)課程教學(xué)體系設(shè)計(jì)相對陳舊，BIM技術(shù)、有限元等行業(yè)領(lǐng)先的三維仿真技術(shù)并沒有涵蓋到課程體系中，這種現(xiàn)狀一定程度上已經(jīng)制約了開放大學(xué)的教學(xué)效果和學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。為了適應(yīng)新時代對高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求，滿足國家教育戰(zhàn)略的深層次發(fā)展需要，優(yōu)化升級國家開放大學(xué)開放教育土木工程專業(yè)課程體系勢在必行。

理念新、要求新、途徑新是“新工科”的三大特點(diǎn)。面對新工科的三大內(nèi)涵特征，審視高等教育領(lǐng)域內(nèi)最能煥發(fā)出生命力的土木建筑技術(shù)就是“建筑信息化模型BIM”。BIM技術(shù)是目前最契合“新工科—土木工程專業(yè)”人才培養(yǎng)目標(biāo)的一項(xiàng)新技術(shù)。以行業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)來服務(wù)行業(yè)最先進(jìn)的理念是一種必然。

2? 新的力學(xué)通識課程模塊設(shè)計(jì)

力學(xué)是各類工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，新工科建設(shè)強(qiáng)化具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)和研發(fā)能力，這就要求工科從業(yè)人員具有新穎的工業(yè)設(shè)計(jì)能力的同時，還應(yīng)具備扎實(shí)的力學(xué)計(jì)算和分析能力。力學(xué)課程應(yīng)該被視為“新工科”的通識課程，以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要。以力學(xué)思維培養(yǎng)為導(dǎo)向，推動力學(xué)通識課程教學(xué)工作改革，為培養(yǎng)具有扎實(shí)理論分析能力的創(chuàng)新型“新工科”人才提供知識基礎(chǔ)。

目前土木工程專業(yè)開設(shè)的力學(xué)課程一般有：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、彈性力學(xué)、建筑力學(xué)等。加強(qiáng)力學(xué)課程教學(xué)并非增加內(nèi)容與課時，而是將力學(xué)課程作為通識課程模塊，通過理清力學(xué)課程之間的脈絡(luò)關(guān)系，優(yōu)化課程組織結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)課程體系整合升級，以培養(yǎng)能力為重點(diǎn)，設(shè)計(jì)新的力學(xué)通識課程模塊。

3? 基于BIM技術(shù)的專業(yè)前沿課程模塊設(shè)計(jì)和跨學(xué)科綜合實(shí)踐課模塊設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)由淺到深可劃分為初級階段、進(jìn)階階段和高階應(yīng)用3個階段。以下結(jié)合BIM技術(shù)的3個階段，來設(shè)計(jì)專業(yè)前沿課程模塊和跨學(xué)科綜合實(shí)踐課模塊。其中，專業(yè)前沿課程模塊對應(yīng)BIM技術(shù)的初級階段和進(jìn)階階段;跨學(xué)科綜合實(shí)踐課模塊對應(yīng)BIM技術(shù)的高階應(yīng)用階段。初級階段，可以采用新增一門必修課《BIM技術(shù)概論》，將BIM基本作為一門入學(xué)時開設(shè)的專業(yè)前沿課程來實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)入門。初級階段主要學(xué)習(xí)BIM的初級知識，包括BIM的定義、發(fā)展歷史、BIM的應(yīng)用領(lǐng)域和趨勢、常用BIM軟件（包括Revit、GoogleSketch-Up、avisworks）的建模、建筑構(gòu)件的參數(shù)化建模、各種計(jì)算結(jié)果的識讀等。

進(jìn)階階段，應(yīng)注重將BIM技術(shù)和專業(yè)知識體系整合起來，把BIM技術(shù)植入到傳統(tǒng)專業(yè)課程里，讓BIM技術(shù)和專業(yè)知識相互融合，相互促進(jìn)。如將BIM技術(shù)逐步植入或融入到畫法幾何、工程制圖、制圖綜合訓(xùn)練、建筑構(gòu)造、房屋建筑學(xué)土木工程施工技術(shù)等主要課程中去，打造專業(yè)前沿課程。全過程可視化設(shè)計(jì)及數(shù)字化建造是BIM技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，尤其是土木工程施工、高層建筑施工、路橋工程施工等課程，可以通過結(jié)合BIM數(shù)字化建造技術(shù)來提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與綜合應(yīng)用能力。同時通過選修課或?qū)＜抑v座對工程實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行專題分析，引導(dǎo)學(xué)生從理論走向?qū)嶋H，從知識學(xué)習(xí)過渡到技能培養(yǎng)。專業(yè)前沿課程有必選課也有選修課。

高階應(yīng)用階段，主要借助BIM工具完成BIM數(shù)據(jù)信息模型的建立及模型的維護(hù)，使得工程項(xiàng)目達(dá)到全過程可視化設(shè)計(jì)及數(shù)字化建造基本要求。不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師可以進(jìn)行直觀的三維顯示溝通協(xié)作，全方位、全過程了解工程項(xiàng)目動態(tài)更新修改模型。在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，引入BIM模擬仿真建筑技術(shù)作為開放教育土木工程專業(yè)的一站式工程實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺，通過引入實(shí)際項(xiàng)目案例，讓不同專業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、巖土、給排水、暖通、電氣，造價(jià)，工程管理）學(xué)生參與其中，協(xié)同工作，建立跨學(xué)科協(xié)同工作模式，增強(qiáng)專業(yè)知識的應(yīng)用能力和跨學(xué)科合作的素質(zhì)。

4? “新工科”模式下BIM技術(shù)與土木工程專業(yè)融合的新課程體系的構(gòu)建

根據(jù)開放教育的培養(yǎng)層次，分專科和本科（?？破瘘c(diǎn)）兩個層次來設(shè)計(jì)BIM技術(shù)教學(xué)的新課程體系。國內(nèi)的開放大學(xué)和遠(yuǎn)程教育學(xué)院土木工程專業(yè)一般都分?？坪捅究苾蓚€培養(yǎng)層次，學(xué)制分別為2.5年。結(jié)合開放教育和遠(yuǎn)程教育的人才培養(yǎng)實(shí)踐確定：?？茖哟闻囵B(yǎng)普及型BIM人才;本科層次培養(yǎng)運(yùn)用型BIM人才。

基于以上定位，深度融合BIM技術(shù)與土木工程專業(yè)，研究制定?？坪捅究苾商走m應(yīng)“新工科”模式的土木工程專業(yè)規(guī)則。專業(yè)規(guī)則的內(nèi)容應(yīng)該涵蓋：專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、課程類型、課程說明、教學(xué)計(jì)劃和畢業(yè)規(guī)則。其中課程類型升級后包括3個模塊：新的力學(xué)通識課模塊（必修）、專業(yè)前沿課模塊（必修/選修）、跨學(xué)科綜合實(shí)踐課模塊（必修）。教學(xué)計(jì)劃中應(yīng)明確每門課程的學(xué)分、總學(xué)時、實(shí)踐學(xué)時、開設(shè)學(xué)期、課程性質(zhì)（選修、必修）和畢業(yè)學(xué)分等（見圖1）。

5? 結(jié)論

（1）建立新的力學(xué)通識課程體系。力學(xué)是各類工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，將力學(xué)課程應(yīng)該被視為“新工科”的通識課程。以力學(xué)思維培養(yǎng)為導(dǎo)向，以優(yōu)化內(nèi)容、培養(yǎng)能力為重點(diǎn)，推動力學(xué)通識課程教學(xué)工作改革，積極構(gòu)建新的力學(xué)課程體系。

（2）基于BIM技術(shù)的專業(yè)前沿課程教學(xué)工作改革。《BIM技術(shù)概論》作為一門入學(xué)時必修課的土木工程專業(yè)前沿課程開設(shè);同時將BIM技術(shù)植入到傳統(tǒng)專業(yè)課程里，打造專業(yè)前沿課程。在高階段應(yīng)用階段引入BIM模擬建筑技術(shù)作為開放教育土木工程專業(yè)的一站式仿真工程實(shí)踐平臺，建立BIM跨學(xué)科協(xié)同工作模式。

（3）構(gòu)建“新工科”模式下的BIM技術(shù)與土木工程專業(yè)融合的新課程體系。根據(jù)開放教育的培養(yǎng)層次，分?？坪捅究疲▽？破瘘c(diǎn)）兩個層次來設(shè)計(jì)BIM技制定兩套新的土木工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃（專業(yè)規(guī)則）。專業(yè)規(guī)則的內(nèi)容應(yīng)該包括：課程類型、各門課程的學(xué)分、學(xué)時、實(shí)踐學(xué)時、開設(shè)學(xué)期、課程性質(zhì)（選修、必修）等。課程類型更新為涵蓋力學(xué)通識課、專業(yè)前沿課和綜合實(shí)踐課程3個模塊的新課程類型。

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