土木工程跨界融合CAE技術拔尖創新人才培養機制研究

摘要：為解決應用型本科院校土木工程專業培養出的人才，社會服務能力弱、就業創業能力差問題，為緩解社會各領域人才供給不平衡的問題。文章基于文獻計量分析法提出以充分激發學生主動參與意識為核心的跨界融合CAE技術拔尖創新人才培養機制，基于SWOT分析法給出該機制適應社會優勢與機遇，規避人才培養劣勢和威脅方法。未來市場會給實踐能力強、創新能力強、具有學科交叉優勢的人才更多機會，開展與力學、機械有關專業學生CAE能力培養，如土木工程專業，更加容易。土木跨界CAE人才培養，構建良好的創新人才教育氛圍，對推動應用型本科院校學科交叉創新人才培養大有益處。

關鍵詞：土木工程；CAE；跨界融合；創新；人才培養

中圖分類號：F24"""""""文獻標識碼：A""""""doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.05.051

近年來，在房地產庫存快速增加與新房銷售量大幅減少的雙重作用下，房地產市場去化周期已超過歷史高點。在2023年，受到經濟衰退和市場需求減弱的影響，辦公樓的吸納周期是21.44個月，而商業用房的吸納周期則是26.87個月，2024年3月進一步提升到26.87個月和31.01個月，創歷史新高[1]。我國已經告別了住房短缺時代，隨著人口總量減少和人口老齡化、少子化到來，房地產需求增長緩慢，呈供給過剩狀態。這就導致大量房地產企業轉型或倒閉，大量土木工程畢業生就業難度加劇。那么對于高校土木工程專業而言，必須緊跟教育改革步伐，打破傳統專業邊界，積極推進跨學科融合，在追求復合型人才培養的目標引導下，積極致力于培育符合經濟和社會發展需求的創新型人才。

CAE（Computer"Aided"Engineering）"技術是一種由計算機技術與工程分析技術融合而成的新興跨學科技術。其核心依賴于基于計算力學的有限元分析方法。面對未來新興產業與新經濟的需求，將更加傾向于培養具備出色實踐能力、創新精神以及跨學科綜合能力的復合型人才，而非僅限于傳統CAE（計算機輔助工程）技術領域的專業人才[2]。考慮到土木工程專業的學生已經深入學習了工程力學、材料力學、結構力學、流體力學以及有限元分析等廣泛的力學理論，因為他們擁有扎實的計算力學知識基礎，所以土木工程專業學生更容易培養成為出色的復合型CAE技術人才。

1"基于文獻計量分析土木工程專業人才培養研究現狀與主要問題

1.1"研究現狀

裴銳在2016年針對新興本科院校在校企合作方面面臨的主要挑戰進行了深入分析，并結合土木工程本科教育的實際案例，探討了校企合作和產業教育一體化的有效途徑，基于此提出了相應的解決策略[3]。在2018年，劉運林等人對傳統土木工程教育模式中存在的缺陷進行了研究分析，他們建議應當將裝配式建筑的先進技術和相關知識高效整合到教學中，并倡導將BIM信息化技術引入傳統的土木工程課程里[4]。2019年黃志等研究分析“新工科”背景下土木工程專業人才培養，提出要以多學科交叉融合和跨學科教育促進創新思維發展[5]。2021年鄧岳保從當前國內外形勢和研究現狀出發，論證土木與機械交叉融合的復合型人才培養重要性，并給出了一套培養模式[6]。以中國知網（CNKI）數據庫為文獻來源，檢索主題=“土木工程”和主題=“人才培養”的2019年至2024年1000篇文獻，應用文獻計量分析法進一步梳理土木工程專業人才現狀與發展，得到關鍵詞共現圖如圖1，得到最強引用關鍵詞圖2，圖2中發現實踐教學、產教循環、實踐關鍵詞從2022年出現直到現在一直在土木人才培養研究中產生影響，結合圖1了解到近5年來高校的人才培養主要聚焦在實踐教學、新工科、應用人才、bim技術、創新能力這種偏向實踐能力培養的研究上，發文位居前列，說明社會對于擁有實際操作技能的土木工程專業人才的需求正日益增長。

進一步對文獻開展共現詞聚類分析，如圖3，發現實踐人才培養與多學科，創新創業，校企合作，產學合作等內容交疊，分析到這里不難看出土木工程人才培養正朝向學科交叉，注重學生創新思維，以適應市場的需求方向發展。

1.2"主要問題

隨著最新一輪科技革命和產業變革的持續發展，跨學科整合已成為科學技術進步的一項關鍵趨勢。在過去的25年里，跨學科合作研究在諾貝爾獎獲獎中的比例接近50%，這凸顯了學科交叉融合的重要性[7]。與此同時，新興經濟領域如大數據、智能制造、智能醫學等的興起更加凸顯了學科交叉融合在經濟社會發展中的不可或缺性。目前的人才培養模式未能充分適應跨領域綜合型人才的培養需求，主要面臨以下幾個問題。

（1）我國高等教育在培養專業人才方面偏向于單一學科，在土木工程專業過于細分，如工業與民用建筑方向，道路與橋梁方向，礦山建設方向，鐵路工程方向等[8]。這嚴重導致一個方向的衰落，影響畢業生就業，當前土木工程專業正在面臨這一問題。

（2）要實現復合交叉人才的培養目標，不僅需要在學科內拓寬，還需要在學科之間交叉。然而現在教育，仍未打破專業邊界封閉，具有頑固的專業界限意識，認為加強對學生跨學科、跨專業學習與能力培養不重要[9]。

（3）我國大學的師資隊伍建設在跨院系組織之間存在較大的學科壁壘，缺少跨學科課程的師資力量[2]。土木工程專業的教師也主要在本學科范圍內開展教學及科研工作，教師個人的知識結構和學術能力尚不能完全承擔交叉學科的教學任務。許多跨領域的教育工作者長期致力于特定的研究領域，而他們負責指導的學科常常與他們自身的專業背景有顯著差異，使得教研人員短期內無法適應從研究到教學的身份轉變。

2"基于SWOT理論模型分析土木工程跨界CAE創新人才培養前瞻性研判

針對主要面臨的問題，引入SWOT理論分析模型深入分析“土木工程跨界融合CAE技術拔尖創新人才培養”理念在解決現狀人才培養問題方面的優勢、劣勢、機會、威脅，助力制定合理的人才培養機制。

2.1"優勢

通過增強學生的創新思維能力，可以為學生開拓更廣泛的就業機會，進而減輕土木工程專業畢業生面臨的就業市場競爭壓力。CAE技術在眾多行業里已經成為產品設計與制造流程中的一個不可或缺的、強制的工藝規范實施[1011]。例如，在汽車行業中，大多數零件在未經CAE分析并通過設計審核之前，無法進入原型制作和生產階段，這有助于企業在市場上取得優勢。

國內沒有專門的CAE技術人才培養專業，多是一些與力學、機械有關專業學生經過企業培訓從事CAE技術崗位，土木工程專業與力學課程緊密聯系，具有培養基礎優勢。

在工業和信息化部發布《“十四五”軟件和信息技術服務業發展規劃》中，提出了重點發展工業軟件的要求，強調了研發和推廣計算機輔助設計、仿真和計算等工具軟件的必要性，重點支持三維計算機輔助設計，結構/流體等多物理場計算機輔助計算、基于模型的系統工程等產品研發[8]。在推動CAE技術拔尖創新人才培養具有政策優勢。

2.2"劣勢

土木工程專業學生跨學科培養，專業基礎受限，專業知識存在諸多薄弱點，相對直接專業畢業生市場認可度待提高。CAE技術融合了數學、物理、計算機、力學等眾多學科知識，人才培養門檻高、難度大。

高校CAE工程實踐教學能力不足。理論教學與工程實踐脫節，缺乏面向具體工程技術實踐內容教學能力，選用教材內容陳舊、諸多錯誤，優質資料在主機廠為保密資料，工程實踐內容陳舊。

2.3"機會

新能源、風電市場發展旭日東升，如火如途，涌現出諸多CAE技術應用機會，就業崗位激增。國際能源署署長法提赫·比羅爾多次贊揚中國在太陽能、風能等清潔能源以及電動汽車行業的發展方面取得的顯著成就，并稱之為清潔能源領域的佼佼者[9]。目前，我國汽車特別是新能汽車產業發展取得新成效。中國首次在汽車工業技術方面引領全球，為全球汽車行業的轉型和發展探索了新路徑，作出了重要貢獻。據2024年中國汽車論壇報告，新能源汽車的銷量同比增長了30.1%，占到全部新車銷量的35.2%，比去年同期上升了6.9%[9]。中國消費者對新能源汽車接受度高，促進了市場快速普及。

2.4"威脅

市場波動，技術持續進步，新技術層出不窮，CAE行業生命力未知。在行業快速發展的同時，也隱藏著許多問題。例如，汽車芯片和基礎軟件存在不足，新一代動力電池和自動駕駛技術的競爭日益激烈。此外，國內消費需求不旺盛，市場競爭異常激烈，甚至出現了一些無序競爭現象。許多企業的利潤下降甚至出現虧損，企業間的賬款拖欠情況增加。這些都對產業鏈供應的穩定性造成了影響和沖擊。國內自主研發CAE技術很難有一個絕對優勢的品牌，但在汽車CAE技術環節國內企業取得領先地位的確有存在，這種優勢的取得是成功引進、吸收、消化的結果，對于其他方面CAE技術落后的自主研發企業，如何持續發展是一個問題。

3"土木工程跨界CAE創新人才培養模式思考

基于SWOT理論模型分析，我們了解到了土木工程跨界CAE創新人才培養具有極高的平衡國家人才需要，緩解土木工程專業畢業生就業緊張的壓力，土木工程專業學生也能把握到很多機會，但他們跨界做CAE也存在劣勢、威脅。這需要人才培養端從培養模式上入手，為學生解決未來問題。

3.1"解決劣勢問題

基于ODE理念將，將企業對人才的需求內化為人才培養目標，在培養過程中運用CDIO理念，強調學中做，做中學，與企業一線工程師技術交流，學生興趣社團與學科競賽融合提升數學、物理、計算機、力學綜合基礎能力，參與教師科研項目，參與大學生創新訓練項目，全面培養學生知識、能力、素養。

3.2"解決威脅問題

進行深入社會調研，根據行業需求將相應的標準融入培養實踐中，廣泛、深入地加強與企業合作，邀請行業企業管理與技術人員參與培養模式制定，根據職業需求對接人才培養、產業需求對接專業設置、崗位需求對接課程內容和技能要求對接教材設計的原則，構建一個由企業和高等教育機構共同參與的雙向教育體系。在企業遇到困難時，能持續補充人才隊伍，助力企業持續發展。

4"結論

（1）基于文獻計量分析，相對單一專業能力強，理論能力強人才需求，未來市場會給實踐能力強、創新能力強、具有學科交叉優勢的人才更多機會。

（2）基于文獻計量分析，科技革命和產業變革不斷演變，新興經濟領域如大數據、智能制造、智能醫學等逐步興起，經濟社會發展中學科交叉融合人才不可或缺。

（3）基于SWOT理論模型分析，一些與力學、機械有關專業學生，如土木工程專業學生開展CAE技術能力培養，具有基礎優勢。

（4）基于SWOT理論模型分析，新能源、風電市場發展旭日東升，如火如荼，出現諸多CAE技術應用機會，就業崗位激增。

（5）融合跨界CAE人才培養機制，緩解土木畢業生就業難，社會各領域人才需求不平衡的問題，其培養模式應充分激發學生主動性，利用社會有利條件和機遇。

參考文獻

［1］楊巧，李楊，李聰，等.我國房地產市場的庫存現狀分析及策略研究[J].房地產世界，2024，（09）：15.

[2]張秋紅，張毅翔，金海波，等.新發展階段“IKAQ”結構視域下新工科復合型人才的核心素養及培養探究[J].高教學刊，2024，10（23）：155158.

[3]裴銳.土木工程專業產教融合培養應用型人才的實踐探索[J].遼寧科技學院學報，2016，（05）：2021+19.

[4]劉運林，丁克偉，馬巍，等.面向裝配式建筑技術的土木工程專業改革與實踐[J].皖西學院學報，2018，（03）：1519+40.

[5]黃志，石衛華，戚菁菁，等.“新工科”背景下土木工程專業人才培養探討[J].智庫時代，2019，（26）：271+273.

[6]鄧岳保，鄭榮躍.土木與機械交叉融合的復合型人才培養模式探索[J].科技發展評論，2021，（00）：2937.

[7]高皖揚，謝文劍，李若凡，等.新工科背景下土木工程專業復合型人才培養目標的定位與思考[J].2024，33（04）：6675.

[8]劉高升.仿真技術人才培養新路徑探索[J].軟件導刊，2022，21（10）：231235.

[9]徐涵，楊忠陽，王軼辰，等.新能源產業調查.經濟日報中央級，2024729.

[10]呂償.“以學生為中心”的教學范式改革實踐——以“工程力學與CAE”為例[J].裝備制造技術，2022，（08）：188191.

[11]陸文龍，張炎，柳秉毅，等.基于AnyCasting的鑄造CAE技術培訓教學與實踐[J].鑄造技術，2016，37（12）：26882690.