基于新工科視域的智能建造專業(yè)教學(xué)改革研究

鐘靈芳，陳忠源

（福州外語外貿(mào)學(xué)院智能建造學(xué)院，福州 350202）

教育部高教司于2017年啟動(dòng)新工科建設(shè)，批準(zhǔn)設(shè)立了智能制造工程、智能建造、智能醫(yī)學(xué)工程等一系列新工科專業(yè)。建筑行業(yè)作為傳統(tǒng)行業(yè)，未來在智能建造領(lǐng)域的發(fā)展更是大勢(shì)所趨，將實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)從“建造”到“智造”的蛻變。然而，智能建造專業(yè)作為一個(gè)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展而產(chǎn)生的新專業(yè)，由于時(shí)間短，還存在很多問題。因此，有必要對(duì)智能建造專業(yè)教學(xué)進(jìn)行改革，以保證整個(gè)教學(xué)模式的有效性和與時(shí)俱進(jìn)，使其真正順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，提高學(xué)生的綜合能力，促進(jìn)優(yōu)秀社會(huì)人才的輸送。

1 智能建造專業(yè)概述

1.1 智能建造專業(yè)的概念

隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)建筑行業(yè)粗放式、碎片式的建造模式已經(jīng)不具備原有的優(yōu)勢(shì)，加之工人數(shù)量的減少，傳統(tǒng)建筑行業(yè)慢慢出現(xiàn)了工期無限拉長(zhǎng)的桎梏，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向的轉(zhuǎn)型升級(jí)已經(jīng)迫在眉睫，智能建造專業(yè)因此應(yīng)運(yùn)而生。智能建造專業(yè)的出現(xiàn)將培養(yǎng)出更多適應(yīng)國(guó)家發(fā)展和行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)要求的復(fù)合型人才，加快建筑業(yè)快速穩(wěn)健地發(fā)展。智能建造專業(yè)融合了信息技術(shù)與工程建造兩方面的內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上有了新的創(chuàng)新，因此專業(yè)對(duì)應(yīng)的人才必然要求具有T形知識(shí)結(jié)構(gòu)，即將工程建造知識(shí)與信息技術(shù)知識(shí)相融合。智能建造的衍生學(xué)科是土木工程，因此它是以土木專業(yè)為基礎(chǔ)，同時(shí)又需要精通工程結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)原理、構(gòu)件生產(chǎn)和施工技術(shù)，甚至還涉及到相關(guān)計(jì)算機(jī)開發(fā)語言等的一門學(xué)科。其核心內(nèi)容是“建造”，實(shí)施手段是“智能”，主要包括智能規(guī)劃與設(shè)計(jì)、智能裝備與施工、智能設(shè)施與防災(zāi)、智能運(yùn)維與服務(wù)四方面[1]。

1.2 智能建造專業(yè)的建設(shè)現(xiàn)狀

隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化的發(fā)展，不僅對(duì)于一些高端學(xué)科，如計(jì)算機(jī)、電子、機(jī)械等提出了更高的要求，也給傳統(tǒng)土木工程類等學(xué)科帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[2]。隨著新工科建設(shè)發(fā)展的需要，智能建造專業(yè)的出現(xiàn)與發(fā)展受到國(guó)家的高度重視，如何更好地促進(jìn)其發(fā)展，使其引領(lǐng)傳統(tǒng)土木建筑行業(yè)進(jìn)行改革是一個(gè)亟需解決的問題。

繼2018年同濟(jì)大學(xué)首先在土木工程學(xué)院開設(shè)智能建造這一新專業(yè)后，全國(guó)各大高校也陸續(xù)開展了智能建造專業(yè)的建設(shè)。相關(guān)調(diào)研報(bào)告顯示，截至2022年3月，全國(guó)一共有69所高校開設(shè)了智能建造專業(yè)。以福建省高校為例，截至2022年9月，已經(jīng)有6所高校開設(shè)了智能建造專業(yè)，分別是福州大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、福建工程學(xué)院、福建江夏學(xué)院、福州外語外貿(mào)學(xué)院和閩南理工學(xué)院。而智能建造專業(yè)在每個(gè)院校的歸屬院部并沒有統(tǒng)一，有些是將智能建造專業(yè)設(shè)立在土木類院系，有些是將智能建造專業(yè)設(shè)立在工程管理類院系，而福州外語外貿(mào)學(xué)院則是以智能建造專業(yè)為主，成立了智能建造學(xué)院，包含四個(gè)專業(yè)，分別是智能建造專業(yè)、工程管理專業(yè)、工程造價(jià)專業(yè)以及土木工程專業(yè)。

1.3 智能建造專業(yè)的發(fā)展展望

在傳統(tǒng)的工程建設(shè)中，不僅會(huì)消耗大量的資源，也引發(fā)一系列的環(huán)境問題，產(chǎn)生大量的建筑垃圾。為了解決這些問題，人工智能時(shí)代正在助推建設(shè)工程行業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型，新技術(shù)的產(chǎn)生正在重構(gòu)智能建造生產(chǎn)體系。對(duì)建筑工程行業(yè)而言，可以通過信息技術(shù)的應(yīng)用來提高其管理能力和水平，從而提高生產(chǎn)力和效率。建筑工程行業(yè)的跨越式發(fā)展可以通過應(yīng)用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，因此信息技術(shù)的應(yīng)用是促進(jìn)建設(shè)工程行業(yè)改革的必要手段。對(duì)于建筑工程方向來說，未來的趨勢(shì)必然朝著智能化、信息化的方向發(fā)展，而智能建造概念的提出可以解決建筑工程從設(shè)計(jì)到施工各環(huán)節(jié)之間銜接不當(dāng)?shù)膯栴}，以及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)精細(xì)化管理。

住建部和教育部組織過建設(shè)工程行業(yè)資源調(diào)查，調(diào)查報(bào)告顯示在智能設(shè)計(jì)、智能裝備與施工等專業(yè)領(lǐng)域智能建造技術(shù)人才短缺。我國(guó)智能建造專業(yè)招生開始于2018年，招生數(shù)量逐年遞增，經(jīng)過四年的培養(yǎng)時(shí)間，2022年迎來了同濟(jì)大學(xué)的第一批智能建造專業(yè)畢業(yè)生。今后國(guó)家對(duì)于智能建造專業(yè)發(fā)展的投入也會(huì)持續(xù)加強(qiáng)。

2 智能建造專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 跨學(xué)科知識(shí)教育的欠缺

智能建造專業(yè)是以土木工程專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，同時(shí)又需要精通工程結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)原理、構(gòu)件生產(chǎn)和施工技術(shù)，甚至還涉及到相關(guān)計(jì)算機(jī)開發(fā)語言等的一門學(xué)科。因此智能建造專業(yè)不僅僅教授的是土木工程專業(yè)的知識(shí)，還涉及到計(jì)算機(jī)語言、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能、python程序設(shè)計(jì)、建造機(jī)械控制原理、BIM技術(shù)基礎(chǔ)、智能測(cè)繪等其他的專業(yè)知識(shí)。作為一門復(fù)合型專業(yè)，需要的是多學(xué)科的知識(shí)交叉。智能建造專業(yè)因?yàn)榻ㄔO(shè)時(shí)間較短，可參考的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有限，因此大多數(shù)高校智能建造專業(yè)仍以傳統(tǒng)的教學(xué)模式為主，所授學(xué)科也大多都是傳統(tǒng)的土木專業(yè)課程，專業(yè)與專業(yè)之間，不僅缺乏一定的聯(lián)系，相互間可調(diào)整的靈活性也不夠，跨學(xué)科師資隊(duì)伍匱乏。按部就班的教學(xué)模式與內(nèi)容，無法滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求，而建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)加速了對(duì)跨學(xué)科人才的需求，因此，對(duì)于工科類人才培養(yǎng)模式必須做出相應(yīng)的調(diào)整與改革。

2.2 教材建設(shè)滯后

在教材的建設(shè)上，智能建造專業(yè)課程教科書更多地體現(xiàn)為模范式的選擇。仍然較多沿用的是傳統(tǒng)的土木類專業(yè)的教科書，比如：《工程制圖與識(shí)圖》《房屋建筑學(xué)》《BIM技術(shù)基礎(chǔ)》等。教材內(nèi)容占比更多的是概念、定理及公式，不能很好地結(jié)合當(dāng)前新工科的大環(huán)境及實(shí)踐，突出智能化建設(shè)。而智能建造專業(yè)主要突出的是智能，需要加入更多的信息化、自動(dòng)化等相關(guān)內(nèi)容。作為信息化時(shí)代發(fā)展下的新工科專業(yè)，只有不斷更新教材的建設(shè)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)社會(huì)的適應(yīng)性，加強(qiáng)學(xué)生在社會(huì)的實(shí)踐能力，才能使其培養(yǎng)出的人才更好地服務(wù)社會(huì)。

2.3 實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)目標(biāo)不清，實(shí)踐方式單一

對(duì)于大多數(shù)工程類專業(yè)來說，實(shí)習(xí)是對(duì)課堂教學(xué)的適時(shí)補(bǔ)充，智能建造專業(yè)作為新工科專業(yè)，更需要融合社會(huì)實(shí)踐。但從傳統(tǒng)教學(xué)來看，實(shí)踐教學(xué)不僅時(shí)間有限，而且實(shí)踐的方式也很單一。從學(xué)生的實(shí)習(xí)日記和實(shí)習(xí)報(bào)告來看，大多數(shù)學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)目標(biāo)的認(rèn)知不夠明確，只是單純地為了完成實(shí)習(xí)任務(wù)，而且內(nèi)容僅局限于聽取設(shè)計(jì)方或施工方的簡(jiǎn)單介紹，缺乏自己動(dòng)手的操作。學(xué)生寫的大多數(shù)內(nèi)容也都是從網(wǎng)上復(fù)制粘貼的，或者是參考借鑒別人的。學(xué)生的實(shí)習(xí)崗位不盡相同，大多數(shù)實(shí)習(xí)還是偏向于傳統(tǒng)的土木工程實(shí)習(xí)，比如整個(gè)實(shí)習(xí)期間都是在工地。對(duì)于智能建造專業(yè)而言，掌握工程從設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)維全生命周期才是核心，而學(xué)生在實(shí)習(xí)期間，無法體驗(yàn)實(shí)習(xí)的核心環(huán)節(jié)，更是鮮有涉及先進(jìn)的智能建造技術(shù)。

2.4 學(xué)生學(xué)習(xí)成果缺乏有效評(píng)價(jià)

高校的課程類型分為課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，考核方式分為考試與考查。目前，對(duì)智能建造專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)價(jià)仍然沿用傳統(tǒng)教學(xué)的評(píng)價(jià)模式，即課堂教學(xué)一般以考試作為考核方式，實(shí)踐教學(xué)一般以考查作為考核方式，考試考核的最終成績(jī)來源于平時(shí)的課堂表現(xiàn)與期末卷面分的組合。平時(shí)成績(jī)分一般就是課堂的出勤情況以及課堂回答問題的情況；考查考核的最終成績(jī)因?yàn)闊o法判定學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)，所以只能根據(jù)上交的實(shí)習(xí)日記與實(shí)習(xí)報(bào)告進(jìn)行評(píng)定，評(píng)價(jià)模式比較單一。這種評(píng)價(jià)模式不能很好地突出“智能建造”的專業(yè)特色，因此，需要根據(jù)時(shí)代的發(fā)展及社會(huì)需求進(jìn)行相應(yīng)的改革。

3 新工科視域下智能建造專業(yè)教學(xué)改革思路

3.1 創(chuàng)新教學(xué)理念，注重跨學(xué)科建設(shè)

在新工科視域下，勢(shì)必對(duì)行業(yè)人才提出更高的要求。對(duì)于智能建造專業(yè)而言，傳統(tǒng)的偏向土木專業(yè)的教學(xué)體系已經(jīng)不適應(yīng)人工智能時(shí)代的發(fā)展，因此，高校應(yīng)將BIM實(shí)驗(yàn)室、VR實(shí)驗(yàn)室及裝配式建筑研究院三者相結(jié)合，融入到智能建造專業(yè)教學(xué)中。在原有的土木工程核心課程基礎(chǔ)上，先讓學(xué)生掌握土木工程的總體知識(shí)框架，然后再融入建筑信息化、自動(dòng)化課程，用信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)來解決實(shí)際工程中遇到的問題。智能建造專業(yè)以土木工程學(xué)科為核心，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用等專業(yè)共同建設(shè)，逐步搭建并完成融合多學(xué)科的智能建造專業(yè)特色課程體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式創(chuàng)新[3]。此外，要促進(jìn)更多的跨學(xué)科教師之間的交流。智能建造專業(yè)作為新時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，需要有多學(xué)科的交叉，因此需要有不同學(xué)科背景教師的融入，為跨學(xué)科的建設(shè)作準(zhǔn)備，以此解決智能建造專業(yè)跨學(xué)科師資匱乏的教學(xué)桎梏。

3.2 優(yōu)化教材知識(shí)結(jié)構(gòu)，突出專業(yè)特色

智能建造專業(yè)教材的建設(shè)需符合現(xiàn)階段新工科建設(shè)的趨勢(shì)，全面反映教學(xué)內(nèi)容的改革與更新，利用和轉(zhuǎn)化最新的智能建造相關(guān)內(nèi)容，優(yōu)化智能建造專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，突出其專業(yè)特色。因此，在傳統(tǒng)教材基礎(chǔ)上，融入更多的人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等學(xué)科知識(shí)，優(yōu)化智能建造專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使其符合新工科的發(fā)展趨勢(shì)。以《工程制圖》教材為例，應(yīng)融入包括《畫法幾何》《土建制圖》《制圖標(biāo)準(zhǔn)》《土木工程CAD》《三維建?！芬约啊禕IM技術(shù)基礎(chǔ)》等內(nèi)容[4]。在房屋建筑學(xué)及建筑施工教材中，除了原來的建筑設(shè)計(jì)、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)及傳統(tǒng)施工內(nèi)容，應(yīng)再加入智能化設(shè)計(jì)、智能制造模塊、智能施工模塊、以及智能防災(zāi)和智能運(yùn)維的相關(guān)知識(shí)等，這樣才能讓智能建造專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)到建筑工程從設(shè)計(jì)到施工再到運(yùn)維的一系列貫穿智能建造專業(yè)全生命周期的課程體系[5]。

3.3 校內(nèi)與校外實(shí)踐相結(jié)合，提升實(shí)習(xí)效果

由于傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)時(shí)間較短，目標(biāo)不夠明確，效果欠佳。因此，可將實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)的時(shí)間拉長(zhǎng)，分為“校內(nèi)”和“校外”兩個(gè)部分。在校內(nèi)實(shí)踐的改革上，可以參考劉雅麗[6]在2014年的研究成果中提到的歐美國(guó)家工程教育中采用的CDIO 模式，即教師在課堂上對(duì)于課本的基礎(chǔ)知識(shí)講授很少，整學(xué)期的課程主要是通過兩個(gè)或更多“設(shè)計(jì)—制作”的實(shí)踐項(xiàng)目來完成，主張學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生自主獲取知識(shí)，自主解決設(shè)計(jì)、制作等問題，從而訓(xùn)練學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力。在校外實(shí)踐的改革上，各高校根據(jù)自己的培養(yǎng)計(jì)劃，設(shè)置不同的企業(yè)工程實(shí)踐類課程。企業(yè)工程實(shí)踐環(huán)節(jié)必須融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械與控制、信息技術(shù)等，從而讓學(xué)生將智能化、信息化等知識(shí)充分運(yùn)用到實(shí)際的工程建設(shè)項(xiàng)目中，體現(xiàn)“工程建造數(shù)字化、智能化、信息化”知識(shí)能力的高度融合[7]。此外，還可以通過邀請(qǐng)與具體智能建造工程相關(guān)的企業(yè)專業(yè)人員在校內(nèi)舉行講座，給學(xué)生講解智能建造技術(shù)在實(shí)際工程中的運(yùn)用。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在校外實(shí)習(xí)過程中多關(guān)注對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的深入理解。

3.4 將學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)結(jié)果相結(jié)合，改進(jìn)評(píng)價(jià)模式

傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生最后的學(xué)習(xí)成果主要以期末成績(jī)?yōu)橹鳎鴽]有結(jié)合學(xué)生整學(xué)期的學(xué)習(xí)過程。雖然對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)，有加入學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)，但是占比不高而且僅局限于學(xué)生的出勤和課堂中回答問題的情況，沒有真正將整個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)結(jié)果結(jié)合起來。評(píng)價(jià)的目的是讓學(xué)生通過成績(jī)來了解自己的學(xué)習(xí)效果并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，在遇到實(shí)際工程時(shí)才能夠更好地運(yùn)用自己在課堂上所學(xué)的知識(shí)去解決問題，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。智能建造專業(yè)區(qū)別于傳統(tǒng)土木類專業(yè)的特點(diǎn)是“智能”，因此在評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果時(shí)要充分考慮到智能建造專業(yè)的特點(diǎn)，將專業(yè)特色融入到評(píng)價(jià)體系中。

對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)可以兼顧成對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力以及對(duì)于智慧平臺(tái)運(yùn)用能力的評(píng)價(jià)，而不是局限于傳統(tǒng)的考試評(píng)價(jià)與考查評(píng)價(jià)。學(xué)生在經(jīng)過本科階段學(xué)習(xí)后，應(yīng)當(dāng)具備運(yùn)用相關(guān)智慧平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能建設(shè)的能力。對(duì)于每一門課，應(yīng)該讓學(xué)生充分理解每一堂課每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的意義，可以針對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的習(xí)題與對(duì)應(yīng)的智能操作，對(duì)于未達(dá)到及格的學(xué)生，讓其反復(fù)練習(xí)直至成績(jī)及格，并將這一部分成績(jī)納入到學(xué)生的學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)中，真正做到將學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)結(jié)果相結(jié)合，只有這樣才能較為全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

4 結(jié) 語

目前智能建造專業(yè)建設(shè)雖然已初具規(guī)模，但仍處于起步階段，智能建造專業(yè)以土木工程專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，因此在教學(xué)模式上可以借鑒土木類專業(yè)的教學(xué)。但時(shí)代在發(fā)展，土木類專業(yè)也需要進(jìn)行改革，而且屬于智能建造專業(yè)自己的特色仍是不確定的，所以智能建造專業(yè)的建設(shè)仍然需要慢慢摸索。智能化和信息化的發(fā)展對(duì)于智能建造專業(yè)而言，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)已經(jīng)不符合時(shí)代的發(fā)展需要，因此，必須要對(duì)其進(jìn)行改革與創(chuàng)新。使學(xué)生真正了解與掌握智能化建造技術(shù)，培養(yǎng)他們對(duì)前沿學(xué)科的學(xué)習(xí)能力，同時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生更好地了解學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)。從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面進(jìn)行改革，以實(shí)現(xiàn)智能化建設(shè)項(xiàng)目。在規(guī)劃實(shí)踐教學(xué)方案與開展實(shí)踐教學(xué)時(shí)，多考慮企業(yè)對(duì)人才的需求，強(qiáng)化建造與智能信息的融合，高校與企業(yè)要共同努力，共同培養(yǎng)，向社會(huì)輸入更多具有高水平的創(chuàng)新型智能建造工程科技專業(yè)人才，實(shí)現(xiàn)合作共贏[8]。