基于新工科視域的智能建造專業教學改革研究

鐘靈芳，陳忠源

（福州外語外貿學院智能建造學院，福州 350202）

教育部高教司于2017年啟動新工科建設，批準設立了智能制造工程、智能建造、智能醫學工程等一系列新工科專業。建筑行業作為傳統行業，未來在智能建造領域的發展更是大勢所趨，將實現工程建設從“建造”到“智造”的蛻變。然而，智能建造專業作為一個順應時代發展而產生的新專業，由于時間短，還存在很多問題。因此，有必要對智能建造專業教學進行改革，以保證整個教學模式的有效性和與時俱進，使其真正順應時代發展，提高學生的綜合能力，促進優秀社會人才的輸送。

1 智能建造專業概述

1.1 智能建造專業的概念

隨著時代的發展，傳統建筑行業粗放式、碎片式的建造模式已經不具備原有的優勢，加之工人數量的減少，傳統建筑行業慢慢出現了工期無限拉長的桎梏，數字化、網絡化和智能化方向的轉型升級已經迫在眉睫，智能建造專業因此應運而生。智能建造專業的出現將培養出更多適應國家發展和行業轉型升級要求的復合型人才，加快建筑業快速穩健地發展。智能建造專業融合了信息技術與工程建造兩方面的內容，并在此基礎上有了新的創新，因此專業對應的人才必然要求具有T形知識結構，即將工程建造知識與信息技術知識相融合。智能建造的衍生學科是土木工程，因此它是以土木專業為基礎，同時又需要精通工程結構智能設計原理、構件生產和施工技術，甚至還涉及到相關計算機開發語言等的一門學科。其核心內容是“建造”，實施手段是“智能”，主要包括智能規劃與設計、智能裝備與施工、智能設施與防災、智能運維與服務四方面[1]。

1.2 智能建造專業的建設現狀

隨著網絡化、信息化和智能化的發展，不僅對于一些高端學科，如計算機、電子、機械等提出了更高的要求，也給傳統土木工程類等學科帶來了新的機遇與挑戰[2]。隨著新工科建設發展的需要，智能建造專業的出現與發展受到國家的高度重視，如何更好地促進其發展，使其引領傳統土木建筑行業進行改革是一個亟需解決的問題。

繼2018年同濟大學首先在土木工程學院開設智能建造這一新專業后，全國各大高校也陸續開展了智能建造專業的建設。相關調研報告顯示，截至2022年3月，全國一共有69所高校開設了智能建造專業。以福建省高校為例，截至2022年9月，已經有6所高校開設了智能建造專業，分別是福州大學、福建農林大學、福建工程學院、福建江夏學院、福州外語外貿學院和閩南理工學院。而智能建造專業在每個院校的歸屬院部并沒有統一，有些是將智能建造專業設立在土木類院系，有些是將智能建造專業設立在工程管理類院系，而福州外語外貿學院則是以智能建造專業為主，成立了智能建造學院，包含四個專業，分別是智能建造專業、工程管理專業、工程造價專業以及土木工程專業。

1.3 智能建造專業的發展展望

在傳統的工程建設中，不僅會消耗大量的資源，也引發一系列的環境問題，產生大量的建筑垃圾。為了解決這些問題，人工智能時代正在助推建設工程行業的升級轉型，新技術的產生正在重構智能建造生產體系。對建筑工程行業而言，可以通過信息技術的應用來提高其管理能力和水平，從而提高生產力和效率。建筑工程行業的跨越式發展可以通過應用信息技術來實現，因此信息技術的應用是促進建設工程行業改革的必要手段。對于建筑工程方向來說，未來的趨勢必然朝著智能化、信息化的方向發展，而智能建造概念的提出可以解決建筑工程從設計到施工各環節之間銜接不當的問題，以及后期運營維護精細化管理。

住建部和教育部組織過建設工程行業資源調查，調查報告顯示在智能設計、智能裝備與施工等專業領域智能建造技術人才短缺。我國智能建造專業招生開始于2018年，招生數量逐年遞增，經過四年的培養時間，2022年迎來了同濟大學的第一批智能建造專業畢業生。今后國家對于智能建造專業發展的投入也會持續加強。

2 智能建造專業教學現狀

2.1 跨學科知識教育的欠缺

智能建造專業是以土木工程專業知識為基礎，同時又需要精通工程結構智能設計原理、構件生產和施工技術，甚至還涉及到相關計算機開發語言等的一門學科。因此智能建造專業不僅僅教授的是土木工程專業的知識，還涉及到計算機語言、大數據、物聯網和人工智能、python程序設計、建造機械控制原理、BIM技術基礎、智能測繪等其他的專業知識。作為一門復合型專業，需要的是多學科的知識交叉。智能建造專業因為建設時間較短，可參考的教學經驗有限，因此大多數高校智能建造專業仍以傳統的教學模式為主，所授學科也大多都是傳統的土木專業課程，專業與專業之間，不僅缺乏一定的聯系，相互間可調整的靈活性也不夠，跨學科師資隊伍匱乏。按部就班的教學模式與內容，無法滿足社會對創新型人才的需求，而建筑行業的轉型升級加速了對跨學科人才的需求，因此，對于工科類人才培養模式必須做出相應的調整與改革。

2.2 教材建設滯后

在教材的建設上，智能建造專業課程教科書更多地體現為模范式的選擇。仍然較多沿用的是傳統的土木類專業的教科書，比如：《工程制圖與識圖》《房屋建筑學》《BIM技術基礎》等。教材內容占比更多的是概念、定理及公式，不能很好地結合當前新工科的大環境及實踐，突出智能化建設。而智能建造專業主要突出的是智能，需要加入更多的信息化、自動化等相關內容。作為信息化時代發展下的新工科專業，只有不斷更新教材的建設，加強學生對社會的適應性，加強學生在社會的實踐能力，才能使其培養出的人才更好地服務社會。

2.3 實習環節目標不清，實踐方式單一

對于大多數工程類專業來說，實習是對課堂教學的適時補充，智能建造專業作為新工科專業，更需要融合社會實踐。但從傳統教學來看，實踐教學不僅時間有限，而且實踐的方式也很單一。從學生的實習日記和實習報告來看，大多數學生對實習目標的認知不夠明確，只是單純地為了完成實習任務，而且內容僅局限于聽取設計方或施工方的簡單介紹，缺乏自己動手的操作。學生寫的大多數內容也都是從網上復制粘貼的，或者是參考借鑒別人的。學生的實習崗位不盡相同，大多數實習還是偏向于傳統的土木工程實習，比如整個實習期間都是在工地。對于智能建造專業而言，掌握工程從設計、建設到運維全生命周期才是核心，而學生在實習期間，無法體驗實習的核心環節，更是鮮有涉及先進的智能建造技術。

2.4 學生學習成果缺乏有效評價

高校的課程類型分為課堂教學與實踐教學，考核方式分為考試與考查。目前，對智能建造專業學生學習成績的評價仍然沿用傳統教學的評價模式，即課堂教學一般以考試作為考核方式，實踐教學一般以考查作為考核方式，考試考核的最終成績來源于平時的課堂表現與期末卷面分的組合。平時成績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因為無法判定學生的平時表現，所以只能根據上交的實習日記與實習報告進行評定，評價模式比較單一。這種評價模式不能很好地突出“智能建造”的專業特色，因此，需要根據時代的發展及社會需求進行相應的改革。

3 新工科視域下智能建造專業教學改革思路

3.1 創新教學理念，注重跨學科建設

在新工科視域下，勢必對行業人才提出更高的要求。對于智能建造專業而言，傳統的偏向土木專業的教學體系已經不適應人工智能時代的發展，因此，高校應將BIM實驗室、VR實驗室及裝配式建筑研究院三者相結合，融入到智能建造專業教學中。在原有的土木工程核心課程基礎上，先讓學生掌握土木工程的總體知識框架，然后再融入建筑信息化、自動化課程，用信息技術和自動控制技術來解決實際工程中遇到的問題。智能建造專業以土木工程學科為核心，結合人工智能、大數據管理與應用等專業共同建設，逐步搭建并完成融合多學科的智能建造專業特色課程體系，實現教學內容及教學模式創新[3]。此外，要促進更多的跨學科教師之間的交流。智能建造專業作為新時代發展的產物，需要有多學科的交叉，因此需要有不同學科背景教師的融入，為跨學科的建設作準備，以此解決智能建造專業跨學科師資匱乏的教學桎梏。

3.2 優化教材知識結構，突出專業特色

智能建造專業教材的建設需符合現階段新工科建設的趨勢，全面反映教學內容的改革與更新，利用和轉化最新的智能建造相關內容，優化智能建造專業的知識結構，突出其專業特色。因此，在傳統教材基礎上，融入更多的人工智能、大數據、互聯網等學科知識，優化智能建造專業的知識結構，使其符合新工科的發展趨勢。以《工程制圖》教材為例，應融入包括《畫法幾何》《土建制圖》《制圖標準》《土木工程CAD》《三維建模》以及《BIM技術基礎》等內容[4]。在房屋建筑學及建筑施工教材中，除了原來的建筑設計、構造節點及傳統施工內容，應再加入智能化設計、智能制造模塊、智能施工模塊、以及智能防災和智能運維的相關知識等，這樣才能讓智能建造專業的學生學習到建筑工程從設計到施工再到運維的一系列貫穿智能建造專業全生命周期的課程體系[5]。

3.3 校內與校外實踐相結合，提升實習效果

由于傳統的實踐教學時間較短，目標不夠明確，效果欠佳。因此，可將實習實踐環節的時間拉長，分為“校內”和“校外”兩個部分。在校內實踐的改革上，可以參考劉雅麗[6]在2014年的研究成果中提到的歐美國家工程教育中采用的CDIO 模式，即教師在課堂上對于課本的基礎知識講授很少，整學期的課程主要是通過兩個或更多“設計—制作”的實踐項目來完成，主張學生的自我學習能力，讓學生自主獲取知識，自主解決設計、制作等問題，從而訓練學生的自主學習、設計實踐、團隊協作等能力。在校外實踐的改革上，各高校根據自己的培養計劃，設置不同的企業工程實踐類課程。企業工程實踐環節必須融合計算機技術、機械與控制、信息技術等，從而讓學生將智能化、信息化等知識充分運用到實際的工程建設項目中，體現“工程建造數字化、智能化、信息化”知識能力的高度融合[7]。此外，還可以通過邀請與具體智能建造工程相關的企業專業人員在校內舉行講座，給學生講解智能建造技術在實際工程中的運用。同時引導學生在校外實習過程中多關注對關鍵點的深入理解。

3.4 將學習過程與學習結果相結合，改進評價模式

傳統教學學生最后的學習成果主要以期末成績為主，而沒有結合學生整學期的學習過程。雖然對于學生的學習成果評價，有加入學生的平時表現，但是占比不高而且僅局限于學生的出勤和課堂中回答問題的情況，沒有真正將整個學期的學習過程與學習結果結合起來。評價的目的是讓學生通過成績來了解自己的學習效果并在此基礎上進行查缺補漏，在遇到實際工程時才能夠更好地運用自己在課堂上所學的知識去解決問題，從而更好地培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。智能建造專業區別于傳統土木類專業的特點是“智能”，因此在評價學生學習成果時要充分考慮到智能建造專業的特點，將專業特色融入到評價體系中。

對學生學習成果的評價可以兼顧成對學生解決實際問題的能力以及對于智慧平臺運用能力的評價，而不是局限于傳統的考試評價與考查評價。學生在經過本科階段學習后，應當具備運用相關智慧平臺實現智能建設的能力。對于每一門課，應該讓學生充分理解每一堂課每一個知識點的意義，可以針對每一個知識點設置相應的習題與對應的智能操作，對于未達到及格的學生，讓其反復練習直至成績及格，并將這一部分成績納入到學生的學習成果評價中，真正做到將學習過程與學習結果相結合，只有這樣才能較為全面地評價學生的學習成果。

4 結 語

目前智能建造專業建設雖然已初具規模，但仍處于起步階段，智能建造專業以土木工程專業知識為基礎，因此在教學模式上可以借鑒土木類專業的教學。但時代在發展，土木類專業也需要進行改革，而且屬于智能建造專業自己的特色仍是不確定的，所以智能建造專業的建設仍然需要慢慢摸索。智能化和信息化的發展對于智能建造專業而言，既是機遇也是挑戰。傳統的教學已經不符合時代的發展需要，因此，必須要對其進行改革與創新。使學生真正了解與掌握智能化建造技術，培養他們對前沿學科的學習能力，同時調整教學內容，讓學生更好地了解學科的發展趨勢。從理論和實踐兩個方面進行改革，以實現智能化建設項目。在規劃實踐教學方案與開展實踐教學時，多考慮企業對人才的需求，強化建造與智能信息的融合，高校與企業要共同努力，共同培養，向社會輸入更多具有高水平的創新型智能建造工程科技專業人才，實現合作共贏[8]。