基于模塊化課程池的智能建造專業課程體系改革研究

劉 偉

(合肥學院 城市建設與交通學院,安徽 合肥 230601)

0 引言

為深入貫徹黨中央、國務院決策部署,落實住房和城鄉建設部等部門《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》(建市〔2020〕60號)、《“十四五”建筑業發展規劃》(建市〔2022〕11號)等文件要求,加快推進智能建造試點城市建設工作。高校作為人才培養的主陣地,應加快設置智能建造專業,適應行業對人才的最新需求。

智能建造專業是一門復合型新工科專業,旨在讓學生掌握土木學科、機械學科、人工智能學科、管理學學科等的基本原理與方法,把學生培養成具備建筑智能設計、智能施工、智能運維與管理等跨學科能力的創新性人才[1]。智能建造專業的課程體系是以土木工程核心專業課程為基礎,引入了計算機學科、機械學科、系統工程學科等專業課程,與企業合作開發課程,以產教有機融合作為方向,不斷優化增強學生的工程理論和實踐綜合素質。同時還要加強具有時代性和個性特征的校園文化建設,校園文化作為高校思想政治教育的重要載體,既能夠滿足廣大師生的精神文化需求,也能夠為學校的教育教學、人才培養提供強大的精神動力。高校要結合學校及學生特點,不斷豐富校園文化建設內涵,明確文化定位,做好整體規劃,構建多維文化育人體系,彰顯文化育人效果[2]。

1 智能建造技術發展現狀

智能建造技術貫穿于整個工程生命周期,主要包括:建筑信息模型技術(BIM)、人工智能基礎、網絡工程在建筑領域的應用技術、大數據、區塊鏈以及云計算等在土木工程領域中的運用新技術,不同學科領域之間應相互交融,相互交叉,建立智能建造學科體系。

1.1 BIM技術

目前,很多國家明確在建工程項目必須應用BIM技術,部分國家的BIM應用情況見表1[3]。從表1的信息可知,北歐以及美國等國家很早就開始布局BIM的應用,他們強制工程應用過程中必須要使用BIM,韓國、英國等國家在近年也出臺了相關規定,強制要求BIM在工程中應用。近年來,在各級政府的廣泛支持和大力推廣下,建筑信息化發展較為迅速。現今BIM技術的應用場景主要集中在方案設計、施工圖設計、各專業協同設計等方面,從項目初期利用BIM技術做好頂層設計,施工方案的虛擬設計,檢查錯、漏、碰、缺,在工程管理中引入三維模型,縮短項目施工建設周期,提高項目施工質量,提升工程項目管理水平。

表1 部分國家BIM應用情況

1.2 人工智能技術

人工智能學科涉及到多個層次內容的知識,其中主要涉及機器推理、機器表達和機器搜索等[4]。經過多年融合發展,人工智能技術已經全方位融合到智能建造領域中了,結合邏輯學和運籌學對施工現場進行管理,使用建筑機器人對構件進行安裝,對工程項目全生命周期管理中引入人工智能系統。

1.3 云計算和大數據技術

把大量資源存儲在遠端的云服務器中,通過把軟件、網絡等資源共享給用戶,并且結合資源量化級數情況,不斷開展動態調整、分配和監控[5]。相比傳統的數據庫軟件,大數據技術主要作用在于不斷整合處理海量級數據[6]。現今建筑領域中的各大產業都廣泛整合了大數據和云計算等技術,例如通過人臉識別進行日常考勤,在塔吊起重機管理過程中引入大數據分析、傳感器監測進行設備管理。

1.4 物聯網技術

物聯網這一概念最早出自美國,即物與物相連的網絡,它是社會信息化的嶄新發展階段[7]。自2012年以來,中國建筑領域逐漸引入物聯網技術,在整個建筑結構與建筑構件之間、構件與構件、技術人員與構件等不同主體間達到信息資源互通共享。對材料和預制構件進行二維編碼智能化管理,可以預判工程施工過程中出現的各種問題,避免工程經濟損失。

2 智能建造專業課程體系

新工科的內涵是:以對傳統工科進行傳承與創新、不同學科的交融、資源的協調與共享,以立德樹人和三全育人為引領,培養未來多學科交叉、創新型復合工程人才[8]。

如何落實新工科專業的建設,需要從專業頂層進行設計,對傳統土木工程專業進行改造升級,引入人工智能技術、物聯網技術、BIM技術、云計算和大數據技術到傳統專業中去。逐步建立“人工智能+傳統專業”“數字+建筑設計”“BIM+建造”等適應行業轉型的智能建造學科體系。智能建造專業是以土木工程和建筑學專業為核心,融合機械電子、物聯網、計算機科學與技術等多專業合成的新工科專業,如圖1所示。

圖1 智能建造專業學科群框架圖

3 構建智能建造專業模塊化課程池

智能建造專業以滿足新型建筑產業對土木工程領域人才的需求為目的,以培養新型學科交叉的新工科人才為目標,在合肥學院近二十年教學改革與實踐的基礎上,構建智能建造專業的“模塊化課程池”體系。進而通過深入研究“模塊化課程池”的具體構成、優化組合和動態調整,滿足以培養智能建造人才為導向的畢業要求,借助“模塊化課程池”的有效運作,不斷優化個性化學習解決方案運行機制,滿足新工科學生個性化發展需求。

智能建造專業圍繞建筑新技術、新業態、新產業和新模式,打破學科界限,遵循基于學習產出的教育模式(OBE)的理念,依托專業認證標準中的畢業要求,構建“模塊化課程池”,具體由五種類型的模塊池組成:公共模塊池、專業模塊池、支撐學科模塊池、應用領域模塊池和綜合實踐模塊池,如圖2所示。

圖2 以“模塊化課程池”為依托的智能建造專業課程體系示意圖

(1)公共課模塊池:包含數學、物理、化學等公共課程,培養智能制造專業學生的自然科學能力;

(2)專業課模塊池:根據智能建造專業方向的不同設置“子模塊池”,每個“子模塊池”由該專業方向的核心模塊和拓展模塊構成,培養本專業學生特定方向的專業能力,所有的“子模塊池”共同組成了該專業的專業模塊池;

(3)支撐學科模塊池:包含多個交叉學科“子模塊池”,由相應的跨學科、跨專業模塊構成,各專業學生可以根據自身的能力特點,構建個性化的知識體系;

(4)應用領域模塊池:包含多個應用領域“子模塊池”,學生可根據職業發展規劃方向,在學習導師的指導下進行選修,培養特定領域的應用能力;

(5)綜合實踐模塊池:包含不同形式的實踐教學模塊,讓學生在實踐階段形成問題發現、創新解決的能力,提供模塊之間的學分置換機制。

圍繞人才培養目標,構建智能建造專業模塊化課程體系,以企業需求作為課程設計的根基和方向,通過反向設計來豐富課程體系內容,重新梳理教學內容,改“知識為本位”為“能力為導向”。通過梳理專業所面向的企業崗位,進而對企業進行調研,分析出各個崗位所需的能力要素,將每個能力要素對應具體的知識點,再穿插融合相關知識點,使之成為課程模塊(課程模塊中每一教學環節內容都側重于培養學生一個或多個能力),最后將課程模塊進行組合,構件每個專業的模塊化課程體系,如圖3所示。

圖3 模塊化課程體系構建示意圖

4 校企合作開發課程

產教融合在應用型本科高校發展中具有重要的現實意義,但從當前來看,中國應用型本科高校實踐教學中存在諸多問題,有待進一步開展實踐教學改革。產教融合視域下,應用型本科高校在實踐教學過程中要進一步轉變教育教學觀念,緊跟時代發展步伐,豐富課程教學內容,推進教學方法改革,創建雙師雙能型師資團隊,提升教師實踐教學能力,構建完善的產教融合長效機制,確保校企合作順利開展。

豐富課程教學內容,推進教學方法改革。產教融合視域下應用型本科高校教學內容要堅持產業需求和問題解決導向,主動適應地方經濟發展和產業結構調整。在具體的教學過程中高校要根據不同專業要求、不同企業需求、不同培養對象因材施教,并不斷調整、完善和發展教學內容。2019 年印發的《關于在院校實施“學歷證書 + 若干職業技能等級證書”制度試點方案》中提出的“1 + X”證書制度為應用型人才培養指引了方向,進一步加快了應用型高校教學改革的步伐。產教融合視域下,為了培養出既有學歷證書又有技能證書的復合型高技能應用型人才,應用型本科高校要加快推進課程教學改革,進一步調整課程設置和改進優化教學內容,使教學工作與行業、企業對接。一方面,鼓勵學生在獲得學歷證書的同時,積極獲取職業技能等級證書,學好職業技能理論知識; 另一方面,加強學生職業技能培訓,使課程標準與技能證書考核大綱相對應,具備超強的職業技術能力。除了改革教學內容之外,還要變革教學方法,采用多元化的教學形式。產教融合視域下,學生職業能力的提升和技術技能的培訓都需要學校與企業共同來完成,所以產教融合過程中學校和企業要改革教學方法,采用理實一體化教學、項目化教學等多種教學形式,讓學生做到在“學中做,做中學”[9]。

5 課程體系實施成效

根據智能建造專業人才培養目標和畢業要求,將各學科知識有效地融合,培養學生在土木工程、人工智能、大數據、工程管理等領域應具備的專業技術能力體系,經過初期的專業教學實踐,取得了以下初步成效:

(1) 學生系統學習了智能建造專業涉及的各門學科知識,為今后的復合型崗位要求奠定了堅實基礎,具備了解決復雜工程問題的專業能力;

(2) 在傳統的土木工程專業融合了智能建造新技術,滿足了不同學生的個性化發展需求;

(3) 聯合合肥市裝配式建筑龍頭企業,建立校企合作辦學的實踐教學基地,學生的實踐動手能力得到顯著提高;

(4) 智能建造專業所有課程以BIM技術為載體,建立工程全生命周期的建筑模型,進一步縮短畢業生的專業素養與企業需求的距離。

6 結語

本文基于智能建造平臺,體現新時代工科專業特色,探討構建模塊化課程池,新的課程體系能快速適應社會和產業的技術更新與標準變化,具備自我不斷優化和動態更新的功能。同時,可以打破學科界限,為新工科專業人才的培養提供所需的軟硬件環境和條件,形成“成果為導向,能力為導向”的新工科人才培養體系。智能建造專業課程體系可以打通專業與行業、能力與崗位的藩籬,實現人文社會科學、自然科學與工程科學之間的內循環滲透性融合,培養主動性和實踐型文化,滿足新工科專業在科學思維創新、實踐創新以及管理創新等多元化復合素質培養的需要,為實現通專融合開辟了嶄新路徑。