新工科模式下開放教育土木工程專業課程體系初步設計

羅俊禮

摘? 要：利用BIM技術對傳統土木工程專業進行“新工科”改造升級，從課程體系的構建開始。以BIM技術為主線，重新構建土建類專業課程體系，對于新工科背景下培養土木工程專業應用型技術人才具有重要的理論與實踐意義。融合“新工科”思維，將開放教育土木工程專業課程類型劃分成3個模塊：通識課、專業前沿課程、跨學科綜合實踐課，從這3個方面來設計課程，探索“新工科”模式下的課程新體系。

關鍵詞：“新工科”? BIM技術? 開放教育? 課程體系

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

1? 研究背景

2017年2月，根據“中國制造2025”國家戰略實施，教育部發布了《教育部高等教育司關于開展“新工科”研究與實踐的通知》，“新工科”開始進入公眾視野，并瞬間竄升為網絡熱詞。新工科專業是以智能制造、云計算、人工智能、機器人等對傳統工科專業進行轉型、升級和改造，是未來工科發展的必然方向。但是這個概念正式誕生才剛兩年時間，新工科的構建理論和實踐都還處于探索起步階段，沒有現成的經驗可供借鑒。2017年經教育部批準，國內高校首次開設“智能建造”專業。該專業是以土木工程專業為基礎，面向國家戰略需求和建筑業的升級轉型，融合機械設計制造及其自動化、電子信息及其自動化、工程管理等專業發展而成的新工科專業。

建筑信息化模型（Building Information Modeling，BIM）技術，是建筑學、土木工程及多門工程學科的新工具。該技術將工程項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，設計、施工、管理的一體化，跨專業協同工作，極大地提高了效率和質量。BIM技術可以當之無愧地說是目前建筑行業最先進的技術，在世界范圍內產生了巨大的經濟和社會效應， 也促進了建筑行業深層次改革與發展， 它的應用成效掀起了建筑業革命性的變化。

課程體系是指同一專業不同課程門類按照門類順序排列，是教學內容和進程的總和。課程體系優化是實現應用型人才培養的根本途徑與方法，是實現人才培養目標的載體，也是保障和提高教育教學質量的關鍵。國家開放大學（中央廣播電視大學）土木工程專業在籍學生占比很高，以2017年春土木與水利專業招生數量為例，占工科學生數量的50%以上。但是與蓬勃增長的招生規模不協調的是土木工程專業課程教學體系設計相對陳舊，BIM技術、有限元等行業領先的三維仿真技術并沒有涵蓋到課程體系中，這種現狀一定程度上已經制約了開放大學的教學效果和學生培養質量。為了適應新時代對高校培養應用型人才的要求，滿足國家教育戰略的深層次發展需要，優化升級國家開放大學開放教育土木工程專業課程體系勢在必行。

理念新、要求新、途徑新是“新工科”的三大特點。面對新工科的三大內涵特征，審視高等教育領域內最能煥發出生命力的土木建筑技術就是“建筑信息化模型BIM”。BIM技術是目前最契合“新工科—土木工程專業”人才培養目標的一項新技術。以行業最先進的技術來服務行業最先進的理念是一種必然。

2? 新的力學通識課程模塊設計

力學是各類工科專業的基礎課程，新工科建設強化具有獨立自主知識產權的設計和研發能力，這就要求工科從業人員具有新穎的工業設計能力的同時，還應具備扎實的力學計算和分析能力。力學課程應該被視為“新工科”的通識課程，以適應新經濟對創新型人才培養的需要。以力學思維培養為導向，推動力學通識課程教學工作改革，為培養具有扎實理論分析能力的創新型“新工科”人才提供知識基礎。

目前土木工程專業開設的力學課程一般有：數學基礎、理論力學、材料力學、結構力學、流體力學、彈性力學、建筑力學等。加強力學課程教學并非增加內容與課時，而是將力學課程作為通識課程模塊，通過理清力學課程之間的脈絡關系，優化課程組織結構，實現課程體系整合升級，以培養能力為重點，設計新的力學通識課程模塊。

3? 基于BIM技術的專業前沿課程模塊設計和跨學科綜合實踐課模塊設計

BIM技術的學習由淺到深可劃分為初級階段、進階階段和高階應用3個階段。以下結合BIM技術的3個階段，來設計專業前沿課程模塊和跨學科綜合實踐課模塊。其中，專業前沿課程模塊對應BIM技術的初級階段和進階階段;跨學科綜合實踐課模塊對應BIM技術的高階應用階段。初級階段，可以采用新增一門必修課《BIM技術概論》，將BIM基本作為一門入學時開設的專業前沿課程來實現BIM技術入門。初級階段主要學習BIM的初級知識，包括BIM的定義、發展歷史、BIM的應用領域和趨勢、常用BIM軟件（包括Revit、GoogleSketch-Up、avisworks）的建模、建筑構件的參數化建模、各種計算結果的識讀等。

進階階段，應注重將BIM技術和專業知識體系整合起來，把BIM技術植入到傳統專業課程里，讓BIM技術和專業知識相互融合，相互促進。如將BIM技術逐步植入或融入到畫法幾何、工程制圖、制圖綜合訓練、建筑構造、房屋建筑學土木工程施工技術等主要課程中去，打造專業前沿課程。全過程可視化設計及數字化建造是BIM技術的關鍵技術，尤其是土木工程施工、高層建筑施工、路橋工程施工等課程，可以通過結合BIM數字化建造技術來提升學生學習興趣與綜合應用能力。同時通過選修課或專家講座對工程實際項目進行專題分析，引導學生從理論走向實際，從知識學習過渡到技能培養。專業前沿課程有必選課也有選修課。

高階應用階段，主要借助BIM工具完成BIM數據信息模型的建立及模型的維護，使得工程項目達到全過程可視化設計及數字化建造基本要求。不同專業的設計師可以進行直觀的三維顯示溝通協作，全方位、全過程了解工程項目動態更新修改模型。在課程設計、畢業設計等綜合實踐環節，引入BIM模擬仿真建筑技術作為開放教育土木工程專業的一站式工程實踐實訓平臺，通過引入實際項目案例，讓不同專業（建筑、結構、巖土、給排水、暖通、電氣，造價，工程管理）學生參與其中，協同工作，建立跨學科協同工作模式，增強專業知識的應用能力和跨學科合作的素質。

4? “新工科”模式下BIM技術與土木工程專業融合的新課程體系的構建

根據開放教育的培養層次，分專科和本科（專科起點）兩個層次來設計BIM技術教學的新課程體系。國內的開放大學和遠程教育學院土木工程專業一般都分專科和本科兩個培養層次，學制分別為2.5年。結合開放教育和遠程教育的人才培養實踐確定：專科層次培養普及型BIM人才;本科層次培養運用型BIM人才。

基于以上定位，深度融合BIM技術與土木工程專業，研究制定專科和本科兩套適應“新工科”模式的土木工程專業規則。專業規則的內容應該涵蓋：專業培養目標、課程類型、課程說明、教學計劃和畢業規則。其中課程類型升級后包括3個模塊：新的力學通識課模塊（必修）、專業前沿課模塊（必修/選修）、跨學科綜合實踐課模塊（必修）。教學計劃中應明確每門課程的學分、總學時、實踐學時、開設學期、課程性質（選修、必修）和畢業學分等（見圖1）。

5? 結論

（1）建立新的力學通識課程體系。力學是各類工科專業的基礎課程，將力學課程應該被視為“新工科”的通識課程。以力學思維培養為導向，以優化內容、培養能力為重點，推動力學通識課程教學工作改革，積極構建新的力學課程體系。

（2）基于BIM技術的專業前沿課程教學工作改革。《BIM技術概論》作為一門入學時必修課的土木工程專業前沿課程開設;同時將BIM技術植入到傳統專業課程里，打造專業前沿課程。在高階段應用階段引入BIM模擬建筑技術作為開放教育土木工程專業的一站式仿真工程實踐平臺，建立BIM跨學科協同工作模式。

（3）構建“新工科”模式下的BIM技術與土木工程專業融合的新課程體系。根據開放教育的培養層次，分專科和本科（專科起點）兩個層次來設計BIM技制定兩套新的土木工程專業教學計劃（專業規則）。專業規則的內容應該包括：課程類型、各門課程的學分、學時、實踐學時、開設學期、課程性質（選修、必修）等。課程類型更新為涵蓋力學通識課、專業前沿課和綜合實踐課程3個模塊的新課程類型。

參考文獻

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