工程管理專業“數字+”實踐教學改革與成效分析

謝琳琳，黃玉翠

（華南理工大學，廣東廣州 510641）

隨著新一輪科技革命和產業變革的持續推進，我國正在全面推進“數字基礎設施化、基礎設施數字化”，加快引導建筑業與數字技術的深度融合。在宏觀方面，建筑業數字化轉型催生出了“智能交通”“智慧城市”“智慧水務”和“數字城管”等新業態；在微觀方面涌現出了建筑信息模型技術員、智慧施工、數字造價、智能運營等新職業和新崗位。數字化工程管理是建筑行業數字化轉型過程中不可或缺的重要組成部分，是指利用數字化思維完成建筑工程項目全生命周期的計劃、組織、指揮、協調和控制，這對工程管理人才的數字化能力提出了全新的要求。數字化工程管理人才需要掌握管理科學與工程、計算機科學與技術等相關領域的理論、方法和工具，具備“數據驅動工程”的能力，能夠利用數字技術在數據挖掘、建模仿真、管理決策等方面的優勢解決復雜工程問題。2021 年11 月，中央網絡安全和信息化委員會印發《提升全民數字素質與技能行動綱要》，明確提出將“培育創新型數字人才、復合型數字人才、數字技術工程師”作為主要任務。然而，目前數字化工程管理人才的供給數量和能力難以滿足行業需求，培養既具備扎實的基礎知識、又能滿足行業數字化轉型需求的數字化工程管理人才已成為當務之急。因此，如何回應建筑業數字化轉型的發展訴求，通過實踐教學帶動學生基礎知識、數字技能和數字管理能力的融合發展，利用數字技術突破傳統實踐教學面臨的資源匱乏、內容碎片化和深度不足的困境，探索一條數字技術賦能實踐教學體系的新路徑，成為亟須解決的問題。

1 工程管理專業“數字+”實踐教學改革訴求

1.1 實踐教學以知識輸出為目的，忽視學生理論知識與實踐能力的同步培養

教師在實踐教學過程中易陷入一種固有的教學思維，即將知識的“輸出”作為實踐教學的主要目的。然而，如果學生只是被動地接受教師所傳授的知識，會缺失積極主動思考的能力。學生學習數字技術的目的除了積累數字技術相關知識外，還在于獲得利用數字技術解決實際工程問題的能力。與此同時，數字化技術的發展改變了傳統以文字、圖片、視頻為主的知識載體形式，取而代之的是利用VR、BIM、物聯網等數字技術為學生創建結構化、沉浸式的虛實結合實踐平臺。基于數字技術的實踐平臺能夠將抽象的概念具象化、內在關聯的知識點外顯化，讓學生依據具體的情境與問題進行知識的“輸出”[5]，給學生知識應用、內化和外顯提供更多的彈性機會，促進學生專業知識與實踐能力的融合發展。由此可見，數字技術與實踐教學的融合不僅能讓學生在實際操作中學習和應用數字技術，培養學生“數據驅動工程”的能力，還能突破傳統實踐教學的局限，利用豐富的數字化資源激發學生的學習興趣并幫助他們更好地理解知識點。

1.2 實踐教學內容以單一課程知識為主，制約學生構建網絡化知識體系

工程管理專業涵蓋了技術類、經濟類、管理類和法律類的專業基礎課程，涉及的知識范圍廣且難度較大，長期存在學科知識的多樣性與教學內容的協同性之間的矛盾。例如，建筑結構類、施工技術類和造價管理類課程設計往往獨立進行，導致學生所學的知識呈現出碎片化、零散化、泛化的態勢[6]，所掌握的技能孤立、不連貫，綜合運用多學科知識解決實際工程問題的能力不足[7]。由此可見，這種圍繞單一領域知識設置實踐教學內容的方式，使學生所構建的知識結構呈現出程序化、線性化和機械化的特征，難以滿足解決日益復雜的工程問題需要。而數字技術在可視化、一體化、數據化、仿真性和協調性等方面具有顯著優勢，一方面能夠利用建筑信息模型開發一個能夠集成工程實體信息、場地與環境信息、項目管理信息等建筑工程信息的綜合性實踐案例，解決多專業實踐教學內容橫向鏈接所帶來的教學案例開發困難、數據量膨脹等問題；另一方面能夠突破時間和空間的限制，在調度（4D）、成本（5D）、能源（6D）、運維（7D）等領域縱向鏈接項目全生命周期需要掌握的知識技能，開展虛擬仿真實訓，引導學生綜合運用多種學科的基本理論、方法和工具來認識、分析和解決復雜工程問題，構建網絡化的知識體系。

1.3 實踐教學模式以現場觀摩為主，不利于學生解決實際工程問題的能力的提升

認識實習、生產實習和畢業實習等以現場教學為主的實踐教學，通常是由教師帶領學生前往工程現場展開實習實訓，然而由于技術指導人員不足、企業對隱私采取的保護、接待條件有限、工程進度不一等原因[8]，學生在時間較短、次數有限的現場實習中只能得到片面的理論知識和專業技能訓練，難以系統掌握復雜節點設計、施工工藝流程優化、施工組織設計等核心專業技能，時間和空間的限制也讓學生難以對工程項目全生命周期的整個流程或整體業務知識形成系統且完整的認識?！皵底?”實踐教學旨在突破線下實訓在時間、空間和資源方面的限制，充分開展以數字技術為載體、以數字資源庫為支撐、線上線下有機結合的混合式實踐教學模式[9]，為學生提供大量的虛實結合綜合實踐訓練機會，形成“教師—學生—企業”三方聯動的學習共同體和實踐共同體。

2 工程管理專業“數字+”實踐教學改革路徑

2.1 搭建虛實結合的“數字+”實踐教學平臺

為支撐面向項目全生命周期的“數字+”實踐教學內容，學校還應配備能夠基本滿足工程項目全生命周期建模、管理和仿真的軟硬件資源，為實踐教學和科研項目提供支持。本文以華南理工大學的省級實驗教學示范中心——建筑全生命周期管理虛擬仿真中心為例，對“數字+”實踐教學平臺所需的主要軟硬件配置進行說明。硬件設施主要包括教學用PC 機、3D 同步信號發射器、3D 主動立體眼鏡、人體及手勢識別跟蹤設備、三維激光掃描儀、無人機等，應用軟件主要包括工程造價技能綜合實訓課程軟件、施工組織設計技能綜合實訓課程軟件、工程項目施工管理沙盤模擬實訓課程軟件、BIM 5D 智慧工地虛擬實踐和安全事故模擬系統、智慧工地現場管理模擬系統等，同時配備強大的后臺數據庫支持，能夠為工程管理、土木工程、水利水電、交通運輸等多個專業提供虛擬現實實踐教學支撐，以此實現多專業的交互配合。

“數字+”實踐教學平臺既能開設獨立的虛擬現實體驗課程，也能穿插在工程管理專業的各個實踐教學環節中，如圖1 所示。在設計階段，該建筑全生命周期管理虛擬仿真中心能夠利用BIM 技術進行快速建模、基本財務分析和環境影響評價，并利用VR 和AR 技術使得開展綜合實訓的項目團隊更好地理解項目設計的細節，讓學生制定碰撞檢查、管線優化等協同設計方案，還可以在三維環境中展示不同結構部位的受力，通過動畫模擬力在結構中的傳導情況，使學生對于結構設計有更加直觀、深入的理解。在施工階段，可以利用VR 和AR技術對施工工藝流程和復雜節點工藝進行重點展示，進而鼓勵學生檢驗施工方案的可行性，對施工方案的優化形成自己的想法；還可以利用MR 技術提供沉浸式的施工技術交底，通過模擬工人在建筑物中活動，要求學生提前識別施工中可能遇到的高處墜落、物體打擊、火災爆炸等安全隱患，讓學生提前做好施工安全應急預案，促進學生樹立規避安全風險的意識。在運維階段，主要是在虛擬空間模擬運維人員，通過漫游功能掌握建筑各個部位的情況，用于制定合理的運行和維護方案，以及災難情況下的人流疏散方案。

圖1 工程管理專業“數字+”實踐教學體系

2.2 設計面向項目全生命周期的“數字+”實踐教學內容

BIM、物聯網、大數據、移動互聯網等數字技術在建筑全生命周期的協同設計、能源模擬、施工仿真模擬、計量與計價、碰撞檢查、運行維護等方面具有巨大的應用價值。由此可見，數字技術與工程管理專業課程之間存在一定的映射關系，例如BIM 技術在施工仿真模擬方面的應用能夠很好地整合施工技術類和項目管理類的課程，并實現其他課程與信息技術類課程的有效融合。因此，在專業核心課程的實踐教學環節中，引入BIM+VR/AR/MR 等信息技術開展虛擬仿真實踐教學，流水式串聯決策、設計、招投標、施工、運營維護等工程項目不同階段的核心業務，通過促進各類課程教學內容的橫向聯合以及工程項目全生命周期知識技能的縱向貫通，構建面向項目全生命周期的“數字+”實踐教學體系，能夠有效實現理論知識、數字化能力和實踐能力之間的相互促進、相互融合、相互補充，從而幫助學生形成“網狀”的知識結構體系。

考慮到學生對知識和技能的掌握是一個從局部到整體、從簡單到綜合的過程，需要基于逐層遞進與綜合集成相結合的原則構建面向項目全生命周期的“數字+”實踐教學內容[10]。大一、大二主要是讓學生理解數字技術的概念、掌握數字技術應用現狀和發展趨勢和了解主流的應用軟件，并將數字建模技術引入設計類、識圖類、結構構造類專業課程的實踐教學過程中，讓學生根據設計圖紙創建建筑、結構、安裝的三維模型，以便更好地理解鋼筋節點、幕墻節點等復雜構造節點的設計要點；與此同時，還可以利用數字技術輔助認識實習和生產實習，例如基于BIM+AR/VR 構建一個三維可視化、實時交互、動態模擬的建筑信息模型，通過施工動畫、施工進度模擬、施工工藝模擬等動態模擬手段將工程項目全生命周期的信息要素真實、直觀、全面地展示給學生，以此構建一個數字化虛擬實踐教學空間。大三、大四的學生主要是利用數字技術對實際工程問題進行模擬仿真，一方面開展施工技術類、工程造價類、項目管理類的課程實踐教學和課程設計，這一階段的實踐教學遵循自主發現問題、自主提出問題和自主解決問題的原則，由教師將課程設計分解為若干個知識點，一對一給予學生訓練指導；另一方面可以通過設計一個綜合性、系統性的虛實結合實踐教學案例貫通工程管理專業大部分的課程內容，開展涵蓋協同設計、計量計價、招投標、施工管理、項目管理的一體化綜合實踐教學，這一階段通過將孤立的課程設計轉變為相互嵌套的綜合實訓，由學生以小組的方式自主提出實際工程問題的解決方案，并由教師在教學前、中、后3 個階段穿插多次測試以提升學生對理論知識的理解力和吸收率，由企業高級工程師對學生成果進行評價[11]，以此幫助學生積累豐富的實踐經驗，培養學生的專業核心能力、綜合實踐能力和解決工程實際問題的能力。

2.3 構建“4+1+1+1+N”的立體式“數字+”實踐教學模式

“4+1+1+1+N”混合式“數字+”實踐教學模式指的是，基于數字技術開展“4 個工作坊+ 1 項學科競賽+ 1 個資源庫+ 1 門數字技術課程+ N 場講座”的實踐教學活動?！? 個工作坊”是以虛擬實訓為核心、以學生為主體、以解決工程實際問題為導向的綜合實踐教學模式，除了傳統的教師講授，工作坊更注重邀請廣聯達、品茗、斯維爾等企業提供數字化解決方案的工程師參與教學過程，通過設計開放式和非結構性問題引導學生主動參與，允許學生從不同的視角、思路、方法和手段來獲得多個解決問題的路徑。

“1 項學科競賽”是指學生在教師指導下至少參與一個學科競賽或創新創業訓練，例如全國大學生數字建造與工程管理創新競賽、全國大學生工業化建筑與智能建造競賽、全國高等院校學生“斯維爾杯” BIM-CIM 創新大賽等?！皵底?”學科競賽為學生提供了一個“以賽促教、以賽促學、以賽促用”的線上綜合實訓平臺，競賽內容包括數字規劃與設計、智慧生產與施工、建筑全流程BIM 應用等，基本涵蓋了項目全生命周期管理的知識點和實踐技能。學生跨專業聯合參加“數字+”學科競賽能夠有效解決高校軟硬件教學資源不足和實踐教學學時有限的問題，充分鍛煉學生的實踐能力、自學能力、數字技術應用能力和團隊協作能力。

“1 個資源庫”是指基于校企合作打造教學資源庫，以提高實踐教學質量。實踐教學離不開配套的教學案例，而企業擁有豐富的工程案例資源、數字技術應用案例資源和技能培訓資源，高?？梢栽谄髽I資源的支持下不斷豐富與數字技術相關的案例庫、教材庫、模型庫和專利庫[12]，并在線上教學平臺發布高質量的施工現場視頻、專業軟件教學視頻、招投標文件、設計圖紙、現行相關行業標準和規范等資料，一方面為教師、企業和學生搭建一個互通互融、共享共贏的信息共享平臺[13]，逐步模糊課堂知識與工程實踐、高校與企業之間的知識邊界，另一方面為形成“數字+”實踐教學共同體和產學研一體化生態提供有力支撐，實現數字資源賦能實踐教學的高質量發展。

“1 門數字技術課程”是指學生至少選修一門數字技術類課程，例如工程大數據分析與處理、工程軟件系統設計與開發、區塊鏈經濟與資產管理、智能設計中的知識管理、智慧工地運營與管理，為培養學生的軟件應用能力、系統開發能力和數據分析能力提供課程支持，實現“專業課程+項目實踐”的“兩條腿走路”實踐教學模式?！癗 場講座”是指學?？梢酝ㄟ^定期舉辦講座或學術沙龍活動，邀請海內外名師、行業專家和企業高工開展土木工程學科系列講座、工程管理學科系列講座和智能建造前沿講座等，為學生營造一個正式與非正式相結合、線上與線下相結合的學術交流和答疑解惑的溝通平臺，不斷開闊學生的視野，激發學生的學習興趣。

3 工程管理專業“數字+”實踐教學效果分析

華南理工大學于2016 年成立建筑全生命周期管理虛擬仿真（BIM）中心，依托軟件仿真實驗平臺、項目管理沙盤、沉浸式多人協同虛擬現實系統、無人機及三維激光掃描儀等實驗平臺，形成了以“虛擬實驗”+“數字建造”為特色，以建筑信息模型（BIM）建模與信息管理模塊、建筑全生命周期虛擬仿真模塊、建成環境數據采集模塊3 個教學模塊為架構的數字化實踐教學體系，為工程管理專業10 門主干課程的實踐教學提供支撐。本文以華南理工大學2019—2021 級工程管理專業的本科生為研究對象，采用問卷調查和半結構化訪談相結合的方式，分別從“數字+”實踐教學的教學內容評價、能力培養效果評價、滿意度評價、改進建議4 個方面評估“數字+”實踐教學改革的實施效果[14,15]。本次參與問卷調查的學生一共有59 名，以SPSS 22.0 對問卷數據的信度與效度進行分析，Cronbach’s α 系數為0.977，KMO 值為0.928，均通過檢驗，具體實施效果評價情況如表1 所示。

表1 “數字+”實踐教學實施效果評價

實施效果評價結果表明：在教學內容方面，相較于傳統教學模式，有69.5%的學生認為“數字+”實踐教學能夠幫助其更好地理解項目全生命周期的專業知識，有72.9%的學生認為“數字+”實踐教學能夠更好地實現專業知識與工程實踐的結合，有71.2%的學生認為“數字+”實踐教學能夠接軌建筑行業的前沿數字技術，有72.9%的學生認為“數字+”實踐教學切實地反映了社會和企業對工程管理專業人才的實際需求。由此可見，“數字+”實踐教學的教學內容具有較好的完整性、實踐性、前沿性和需求性。整體來看，“數字+”實踐教學的滿意度較高（占比為73.4%），在趣味性、豐富性、希望繼續使用、希望更多使用4 個方面的均值都在4.1 以上，并且在開放式問題中，有93.2%的學生更喜歡“數字+”實踐教學模式。

在能力培養方面，“數字+”實踐教學對學生數字技術應用能力（占比為69.5%）和創新能力（占比為67.8%）的培養效果較好，對專業知識掌握能力、解決實際工程問題能力、自主學習能力3 種能力的提高效果不顯著。但是學生在開放式問題（您認為“數字+”實踐教學是否能夠提高學習效率？）中表明：“數字+”實踐教學能夠幫助自己“學習更多課外知識”“拓展學習的維度”“充分地利用課余時間進行自主學習”“讓專業知識更加可視化和直觀化”“有助于對知識的理解和掌握”“提高了具體的操作實踐能力”等。總的來說，“數字+”實踐教學不再局限于傳統的教材知識和課堂教學學時，有效地拓寬了學生知識面、延長了學習時間，并且讓專業知識以一種可視化的方式直觀地展現出來，提高了知識的可記憶性、可理解性和可操作性。因此，專業知識掌握能力、解決實際工程問題能力、自主學習能力的培養效果不顯著的原因可能在于“數字+”實踐教學的學時占比較少，學生在開放式問題（請您根據“數字+”實踐教學的具體實施情況，給我們提一些建議）中也提出：希望“多增加實踐教學內容”，目前“數字+”實踐教學仍然存在“對應的課程課時較少”“教師操作演示多于學生動手實踐”等情況。

由以上分析可知，“數字+”實踐教學在教學內容的認可度、能力的提升、教學模式的滿意度等方面，相較于傳統教學模式顯現出了一定的優勢，但根據問卷調查中改進建議的反饋情況來看，目前“數字+”實踐教學仍然處于初步階段，還存在以下問題。（1）教學學時不足。工程管理專業培養體系經過多年修改完善已基本完整，很難再縮減現有的課程課時為“數字+”實踐教學提供充足的教學時間，導致學生缺少充足的軟件操作和綜合實踐訓練的機會，如何解決實踐教學內容的豐富性與專業總課時的有限性之間的矛盾成為“數字+”實踐教學推進的關鍵之一。（2）師資力量短缺。“數字+”實踐教學的知識體系是跨專業、跨學科的，其實施效果受到教師數字化能力的限制，僅由工程管理系的教師組成師資力量難以滿足“數字+”實踐教學在軟件應用和系統開發方面的高要求，解決這一問題的關鍵在于提升本專業教師的數字化教學能力，以及實現與其他專業和學科師資力量的共享。（3）教學資源陳舊?！皵底?”實踐教學系統的硬件設備經過一定的使用年限后存在老化和性能落后等情況，需要根據數字技術的發展不斷進行檢修維護和更新升級；而資料庫中的工程案例、科研課題、教學視頻等學習資料存在缺乏系統性、適用性、時效性等問題，基于知識圖譜的教學資源個性化推薦將是提升“數字+”實踐教學效率的關鍵著力點。由此可見，“數字+”實踐教學的軟硬件教學資源建設離不開學校的經費支持。

4 結束語

“數字+”實踐教學改革對于培養具有實踐能力、信息化素質、多學科知識技能的復合型工程管理專業人才具有重要意義。本文闡述了數字技術與實踐教學的深度融合如何解決工程管理專業現有實踐教學知識碎片化和實踐深度不足的問題，并針對工程管理專業實踐教學改革訴求，從教學內容、教學平臺、教學模式3 個方面提出了工程管理專業的“數字+”實踐教學框架，最后以華南理工大學工程管理專業為調研對象，分析了該實踐教學框架的實施效果，結果表明：“數字+”實踐教學相較于傳統實踐教學具有顯著優勢。除了利用工作坊、學科競賽、學術沙龍、專題講座等教學模式增加“數字+”實踐教學的廣度與深度，未來研究還可以積極探索如何將翻轉課堂、混合式教學、案例式教學、任務式教學等多種教學模式與“數字+”實踐教學有機結合，以及教師數字能力提升路徑、數字資源庫建設等，為工程管理專業的實踐教學改革探索一條切實可行的實施路徑。