智能建造驅(qū)動的土木工程CAD課程內(nèi)容更新與拓展研究

李莉 丁婷 張華剛

摘? 要：該文研究智能建造驅(qū)動的土木工程CAD課程內(nèi)容的更新與拓展，以適應快速發(fā)展的技術和行業(yè)需求。通過對現(xiàn)有課程的分析和研究，該研究提出一系列的改革方案，并在貴州大學土木學院進行實驗。實驗結(jié)果表明，通過課程內(nèi)容的改革，引入項目驅(qū)動學習、綜合評價、技能考核和學習反思等教學方法的改革并融入課程思政教學，學生在課程學習中的學習積極性得到提升，實踐能力、創(chuàng)新思維、團隊合作和溝通能力也得到顯著提高。綜合評價方式可有效地反映學生的綜合能力和學習成果。該研究結(jié)果表明，更新和拓展智能建造驅(qū)動的土木工程CAD課程內(nèi)容是必要且有效的。

關鍵詞：智能建造;土木工程CAD;教學改革;項目驅(qū)動教學;課程思政

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）17-0134-04

Abstract： This paper investigates the updating and expansion of the content of Civil Engineering CAD driven by intelligent construction， aiming to adapt to the rapidly developing technological and industry demands. Through the analysis and research of existing courses， this study proposes a series of reform programs and conducts experiments in the School of Civil Engineering at GUI University. The experimental results demonstrate that by reforming the course content， introducing teaching methods such as project-driven learning， comprehensive evaluation， skill assessment， and learning reflection， and integrating ideological and political education into the curriculum， students' learning enthusiasm in the course has been enhanced. Additionally， their practical abilities， innovative thinking， teamwork， and communication skills have also seen significant improvement. The comprehensive evaluation method effectively reflects students' overall abilities and learning outcomes. The findings of this study indicate that updating and expanding the content of Civil Engineering CAD driven by intelligent construction is necessary and effective.

Keywords： intelligent construction; Civil Engineering CAD; teaching reform; project-based learning; ideological and political education in courses

在新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革中，智能建造作為土木工程領域的前沿技術，正日益受到世界各國的重視。多國政府已經(jīng)將其列為重點發(fā)展的戰(zhàn)略領域，并出臺了一系列相關政策來推動其應用與發(fā)展。歐盟發(fā)布了《歐洲數(shù)字化建筑路線圖》，提出了數(shù)字化建筑的愿景和目標，其中，智能建造技術被認為是推動建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動力量，對于提高建筑質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本具有重要意義。美國作為智能建造技術的先驅(qū)之一，也在不斷加強與智能建造相關的政策支持和研究發(fā)展。美國政府提出了“智能城市”和“智能建筑”等倡議，旨在推動智能建造技術的廣泛應用。我國國務院發(fā)布了《關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》，旨在推動互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的深度融合。智能建造作為其中的重要組成部分，被視為提升土木工程施工質(zhì)量、提高產(chǎn)業(yè)效率的關鍵技術之一。國家鼓勵高校和研究機構加強與企業(yè)合作，共同開展智能建造驅(qū)動的土木工程CAD教學改革與研究，培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力和實踐能力的工程人才。本研究旨在探索智能建造驅(qū)動下土木工程CAD課程內(nèi)容的更新與拓展策略，通過深入分析智能建造技術的發(fā)展趨勢及其對土木工程行業(yè)的影響，對土木工程CAD課程在內(nèi)容設置上進行與時俱進的改變，以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐技能。同時，還將進一步探討教學方法的改革，以適應新工科背景下學生的學習需求和行業(yè)發(fā)展要求，推動土木工程教育與智能建造技術的深度融合，培養(yǎng)出更多具備跨學科知識和技能的新工科人才。

一? 土木工程CAD課程教學現(xiàn)狀分析

國內(nèi)高校土木工程專業(yè)普遍都開設了土木工程CAD課程。該課程旨在培養(yǎng)學生掌握CAD軟件的基本操作和應用技能，以適應土木工程行業(yè)對數(shù)字化設計人才的需求。本研究通過一系列調(diào)研活動，包括問卷調(diào)查、訪談、課堂觀察等方式對土木工程CAD課程教學現(xiàn)狀做出充分的了解，掌握在實際教學過程中學生和老師的意見反饋。

首先，設計了一份詳細的問卷，涵蓋了教學內(nèi)容、教學方法、教學資源和評價體系等方面的問題，并隨機抽取了多所地方高校的土木工程專業(yè)學生進行調(diào)查。其次，訪談了多位從事土木工程CAD課程教學的教師，以及部分土木工程企業(yè)的負責人，了解他們對課程教學的看法和建議。再次，選擇了部分地方高校的土木工程CAD課堂進行實地觀察，記錄教師的教學內(nèi)容、教學方法、學生的反映等情況。

調(diào)查結(jié)果顯示，在教學內(nèi)容方面，大部分地方高校的土木工程CAD課程教學內(nèi)容仍主要集中在CAD軟件的基本操作和繪圖技能上，較少涉及實際工程項目的應用。同時，訪談中有教師反映，由于課時限制和教學大綱的要求，他們很難在有限的時間內(nèi)將更多的實際工程內(nèi)容融入到教學中。在教學方法方面，部分教師已經(jīng)開始嘗試使用案例教學、項目驅(qū)動等教學方法，但整體上仍以傳統(tǒng)的灌輸式教學為主。學生普遍反映這種教學方法枯燥無味，難以激發(fā)他們的學習興趣和積極性。在教學資源方面，地方高校在土木工程CAD課程的教學資源方面存在較大的差異。一些學校擁有先進的CAD軟件和硬件設備，而另一些學校則相對落后。同時，訪談中有教師反映，由于缺乏具有工程實踐經(jīng)驗的教師，他們在教學中難以將理論知識與實際工程相結(jié)合。在評價體系方面，大部分地方高校的土木工程CAD課程評價體系仍以考試成績?yōu)橹?，較少考慮學生的實際操作能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力。訪談中有教師和企業(yè)負責人反映，這種評價體系難以全面反映學生的學習成果和綜合素質(zhì)，不利于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

調(diào)研結(jié)果說明，國內(nèi)高校尤其是地方普通高校土木工程CAD課程在教學內(nèi)容、教學方法、教學資源和評價體系等方面存在一些問題。為了提升課程的教學效果，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，地方高校需要積極探索教學改革的新思路和新方法，加強與工程實踐的結(jié)合，完善教學評價體系，提高教學資源的利用效率。

二? 土木工程CAD教學改革方案

土木工程CAD課程的教學已經(jīng)跟不上時代的發(fā)展，智能建造的興起為該課程的改革提供了新的動力和機遇，需要對教學目標、教學內(nèi)容、教學方法和評價體系等方面進行升級。傳統(tǒng)的土木工程CAD的教學目標主要是掌握AutoCAD的基本繪圖、編輯方法與技巧，熟練運用CAD軟件進行建筑圖形和結(jié)構圖形的設計。本研究項目對傳統(tǒng)課程做出一系列的改革，將智能建造技術納入課程目標中，強調(diào)學生需要掌握CAD軟件的基本操作技能，并了解智能建造技術在土木工程中的應用，確保課程目標與行業(yè)需求和智能建造的最新發(fā)展趨勢相一致。新的教學目標需要更新課程內(nèi)容，引入智能建造相關理論和技術;需要創(chuàng)新教學方法，提高教學效果和學生學習積極性;需要加強實踐教學，培養(yǎng)學生實際操作和解決問題的能力;需要完善評價體系，全面評估學生的學習成果和課程質(zhì)量;需要融入課程思政教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)、社會責任感、創(chuàng)新精神。

（一）? 教學內(nèi)容設計

除了常規(guī)的CAD軟件教學外，將智能建造相關的內(nèi)容融入到課程中，包括引入建筑信息模型（BIM）的概念和應用、虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術、傳感器技術、自動化設備和數(shù)字孿生等方面的知識。確保學生了解并能夠應用智能建造技術來優(yōu)化土木工程CAD設計和施工流程。詳細方案設計見表1。

（二）? 教學方法改革

智能建造驅(qū)動的土木工程CAD教學方法改革的設計應該注重培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維，使其能夠靈活運用CAD軟件和智能建造技術解決實際問題。教學環(huán)節(jié)開始之前，首先對學生的基礎進行問卷調(diào)研，了解學生對計算機運用和土木工程CAD軟件掌握的基礎水平，以及了解學生實驗設備運用的情況。對不同層次的學生需要采用不同的教學方法。本項目在傳統(tǒng)課堂講授的基礎上增加了項目驅(qū)動學習、團隊合作學習、案例分析與討論、實地考察和行業(yè)合作及自主學習探索等方法來培養(yǎng)學生。教學方法改革流程如圖1所示。

本項目需要建設網(wǎng)絡學習資源，對于基礎不足或者課后查缺補漏的同學，可以自主通過網(wǎng)絡學習平臺進行強化學習和探索，老師也可以通過網(wǎng)絡平臺指導學生進行小型研究項目，讓他們深入探索智能建造技術的前沿和應用方向。以項目為導向，設計實際的土木工程項目，讓學生在項目中應用CAD軟件和智能建造技術進行設計、模擬、分析。通過實踐操作，學生能夠更好地理解和應用所學知識，并培養(yǎng)解決實際問題的能力。引導學生進行團隊合作學習，模擬真實的工作環(huán)境。讓學生組成小組，共同完成土木工程項目的CAD設計和智能建造技術的應用。通過團隊合作，學生能夠?qū)W習協(xié)作和溝通技巧，并從不同的角度獲得思考和解決問題的靈感。引入實際的智能建造項目案例，讓學生進行案例分析和討論。學生可以分析案例中的CAD設計和智能建造技術應用，思考其中的挑戰(zhàn)和解決方案。通過案例分析和討論，學生能夠加深對智能建造技術的理解，并培養(yǎng)批判性思維和問題解決能力。組織學生進行實地考察，參觀土木工程項目現(xiàn)場和智能建造技術應用場景。與行業(yè)企業(yè)建立合作關系，提供實習機會和項目合作機會，讓學生親身體驗土木工程CAD和智能建造技術在實際工作中的應用，加深對行業(yè)需求和實際工作環(huán)境的了解。對設計能力較強的學生或?qū)W生小組設計的優(yōu)秀項目，推薦參加相關大學生設計大賽，激發(fā)學生的學習激情。

（三）? 課程思政融入

課程內(nèi)容中融入課程思政元素，可以強化學生的職業(yè)素養(yǎng)、社會責任感、創(chuàng)新精神。在學習CAD基礎操作的同時，注重培養(yǎng)學生的細致、耐心、精確的工作態(tài)度;引入行業(yè)規(guī)范和職業(yè)道德，強調(diào)在設計中遵循標準、注重安全、保護環(huán)境的重要性;強調(diào)團隊協(xié)作的重要性，培養(yǎng)學生的溝通能力和協(xié)作精神;在項目設計中融入社會責任意識，如考慮可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排等因素;引導學生關注社會熱點問題，將設計項目與實際需求相結(jié)合，培養(yǎng)解決問題的能力;通過案例討論，引導學生思考職業(yè)道德問題，如誠信、責任、公正等;強調(diào)在工程實踐中遵循職業(yè)道德的重要性，培養(yǎng)學生的職業(yè)責任感和道德意識;強調(diào)國家的發(fā)展成就和土木工程領域的貢獻，激發(fā)學生的愛國情懷，引導學生將個人發(fā)展與國家需求相結(jié)合，樹立為國家和人民服務的遠大志向。

三? 教學評價改革

傳統(tǒng)的期末成績考查，方式單一，以考試成績?yōu)橹?，不能很好地反映學生的實際能力和綜合素質(zhì)，因此引入綜合評價的方式。綜合評價包括項目成果、團隊合作表現(xiàn)、實踐操作能力、創(chuàng)新思維和解決問題的能力等方面。通過綜合評價，可以更全面地評估學生的綜合能力和學習成果。以下是本項目的教學評價改革方案。

除了傳統(tǒng)的考試和作業(yè)成績，將項目作為重要的評估方式，根據(jù)學生在項目中的表現(xiàn)評價他們的設計能力、實踐操作技能、團隊合作能力和解決問題的能力?？梢栽O立明確的項目評估標準和評分體系，根據(jù)項目的完成度、創(chuàng)新性、技術應用等方面進行評估。

要求學生進行課程學習的反思和自評。學生可以撰寫學習反思報告，分享他們在課程中的收獲、困難、成長，并對自己的學習成果進行自我評估。這有助于學生更深入地思考和總結(jié)課程學習的經(jīng)驗和教訓。

在考核中加入實際技能的評估，例如使用CAD軟件進行設計和模擬的能力考核及智能建造技術的應用能力考核等。可以通過實際操作、模擬性任務或者技能考試的方式進行評估，更直接地反映學生的實際能力。

評估學生在課堂討論、團隊合作項目中的積極參與度和貢獻度?？梢愿鶕?jù)學生的提問、回答問題、分享經(jīng)驗和合作能力等進行評估。這有助于激勵學生積極參與學習活動，并培養(yǎng)團隊合作和交流能力。

綜合采用多種評估方式，能夠更全面地評估學生在智能建造驅(qū)動的土木工程CAD教學中的能力和綜合素質(zhì)，促進學生全面發(fā)展和專業(yè)能力的提高。

四? 結(jié)果與討論

本方案在貴州大學土木工程學院多個班級進行實踐教學，學生在課程學習中經(jīng)歷了項目驅(qū)動學習、團隊合作學習、案例分析和討論、虛擬實驗和模擬、實地考察和行業(yè)合作等教學方法的改革。他們參與了項目設計、CAD軟件操作、智能建造技術應用等實踐活動，并進行了綜合評價和技能考核。此外，他們也抓住機會進行了學習反思和自評。學生組成的項目組參與了各種大學生競賽并取得優(yōu)異成績。部分競賽成績統(tǒng)計見表2。

學生實地考察了貴州新基石建筑設計有限責任公司、貴州貴欣同成工程咨詢有限公司、貴州大學勘察設計研究院有限責任公司等多家設計單位，參與到企業(yè)的實際工程項目中，如花溪區(qū)中醫(yī)藥設計、貴州省博物館設計等，真實體驗了智能建造的實際應用，為未來的發(fā)展打下堅實的基礎。

通過項目驅(qū)動學習和團隊合作學習，學生在學習中更加積極主動，主動參與項目設計、合作討論、技能操作。他們體驗到了真實的工作環(huán)境，增強了學習動力和興趣。學生能夠熟練運用CAD軟件進行設計和模擬，理解智能建造技術的應用，并能夠解決實際問題。這些教學方法改革方案取得了積極的實驗結(jié)果，學生的學習積極性提高，實踐能力、創(chuàng)新思維、團隊合作和溝通能力都得到了提升。

五? 結(jié)束語

本研究旨在探索智能建造驅(qū)動的土木工程CAD課程內(nèi)容的更新與拓展，通過對現(xiàn)有課程的分析和研究，提出了一系列的改革方案，并在多個班級進行了實驗。實驗結(jié)果表明，通過項目驅(qū)動學習、綜合評價、技能考核和學習反思等教學方法的改革，學生在課程學習中的學習積極性得到提升，實踐能力、創(chuàng)新思維、團隊合作和溝通能力也得到了顯著提高。綜合評價方式有效地反映了學生的綜合能力和學習成果。然而，本研究也存在一些限制，實驗僅在貴州大學土木工程學院進行，樣本數(shù)量有限，可能存在一定的局限性。進一步的研究可以擴大樣本規(guī)模，涵蓋更多的學生和不同的教育背景。未來的研究方向可以包括深入研究不同教學方法的有效性，探索更多的評價方式和策略，以及進一步整合行業(yè)合作和實踐經(jīng)驗。此外，還可以結(jié)合人工智能和虛擬現(xiàn)實等新興技術，進一步提升課程的教學效果和學生的學習體驗。

總之，本研究為智能建造驅(qū)動的土木工程CAD課程內(nèi)容的更新與拓展提供了一些有益的思路和實踐經(jīng)驗。通過不斷的研究和實踐，我們可以不斷優(yōu)化課程設計，培養(yǎng)具有綜合能力和應用能力的土木工程人才，為行業(yè)的發(fā)展和進步作出貢獻。

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基金項目：貴州大學教改項目“新工科理念下融入思政元素的專業(yè)核心課程——‘混凝土結(jié)構設計原理的教學研究”（kcsz2023063）;貴州大學大學生學科競賽支持項目“全國大學生結(jié)構信息大賽”（無編號）;國家自然科學基金“裝配式配筋仿木住宅結(jié)構的破壞機理及承載力計算理論研究”（52068008）

第一作者簡介：李莉（1978-），女，漢族，貴州安順人，博士，副教授。研究方向為新型空間網(wǎng)格結(jié)構。