涂勁松，李瑞霞，周 明，汪萬芬

(1.皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安 237012；2.皖西學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，安徽 六安 237012)

“新工科”建設(shè)是教育部主動(dòng)適應(yīng)新技術(shù)、新服務(wù)、新產(chǎn)業(yè)和新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展而提出的新的教育戰(zhàn)略。新形勢(shì)下，為應(yīng)對(duì)新一輪的產(chǎn)業(yè)革命和技術(shù)變革，支持新形勢(shì)下“中國(guó)制造2025”和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展等國(guó)家戰(zhàn)略，新時(shí)代迫切需要大批新型工程技術(shù)人才[1]。2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，在“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”的基礎(chǔ)上，先后發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》和《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》兩個(gè)文件。社會(huì)的急劇變革要求高等院校必須面對(duì)這一新形勢(shì)，深化教育改革，培養(yǎng)滿足行業(yè)發(fā)展需求的新型工程人才。土木工程專業(yè)作為典型的傳統(tǒng)工科專業(yè)，面對(duì)快速發(fā)展變化的技術(shù)和行業(yè)需求，尤其需要改革創(chuàng)新，探索新的課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加快適應(yīng)人工智能、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)為主導(dǎo)方式的工作內(nèi)容變革，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的復(fù)合型人才。

1 新工科背景下土木工程專業(yè)的知識(shí)特征探析

“新工科”背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式與傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式最大的區(qū)別在于對(duì)學(xué)生的工程分析能力和解決實(shí)踐問題的能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更加的重視。也就是說在人才培養(yǎng)的規(guī)格上不再是單一輸出“產(chǎn)品”，要求培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)同時(shí)具備設(shè)計(jì)、施工、組織和管理等工程技術(shù)技能，同時(shí)要求以工程技術(shù)問題為導(dǎo)向的解決實(shí)際問題的能力和實(shí)際工程中的溝通協(xié)作能力等。

“新工科”背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求的基本面是全過程壽命周期考慮問題，不再是傳統(tǒng)單一解決問題的能力，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)+各類新技術(shù)的涌現(xiàn)，應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行摒棄和綜合，打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工方法的思維，采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，提升學(xué)生以學(xué)為中心的學(xué)習(xí)參與度，創(chuàng)新創(chuàng)建實(shí)踐基地和平臺(tái)，使學(xué)生能夠參與、提升、領(lǐng)悟和創(chuàng)新，以滿足新型人才的社會(huì)需求。

國(guó)家高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)指出：土木工程專業(yè)就是培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體全面發(fā)展，掌握土木工程專業(yè)學(xué)科的基本理論和基本知識(shí)，獲得工程師基本訓(xùn)練并具有創(chuàng)新精神的高級(jí)專門人才。各高?？梢愿鶕?jù)自己學(xué)校的實(shí)際情況在保證土木核心知識(shí)單元的前提下，建設(shè)符合學(xué)校定位的特色培養(yǎng)計(jì)劃[2]。

地方土木工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案制定過程中，常常有兩個(gè)誤區(qū)，一個(gè)是側(cè)重研究型，緊靠“雙一流”大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，重基礎(chǔ)輕視實(shí)踐，另一個(gè)側(cè)重是重技能輕理論，重視專門人才的培養(yǎng)，實(shí)際過程中工程師所需要的素養(yǎng)絕不僅僅是理論+實(shí)踐的簡(jiǎn)單1+1的問題，因此上述兼顧型模式是行不通的。地方應(yīng)用型本科教育必須解決的首要問題要教會(huì)學(xué)生設(shè)計(jì)方法和管理理論的方法怎么得來的，二是要解決這些方法又怎么反哺在工程實(shí)踐中的。在以設(shè)計(jì)施工管理為核心的教學(xué)體系中，要掌握如圖1所示的一個(gè)核心，兩個(gè)過程和三個(gè)環(huán)節(jié)的問題。

圖1 土木工程專業(yè)三層次課程關(guān)系圖Fig.1 Three-level course relations of civil engineering major

在應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的途徑中要重新審視學(xué)生成果導(dǎo)向和過程教學(xué)要素的問題，其一是把握應(yīng)用型人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)問題，主要是方法論的學(xué)習(xí)，凝練工程師設(shè)計(jì)素質(zhì)和工具知識(shí)，符合應(yīng)用型人才目標(biāo)的公共課程和素質(zhì)課程，其二要整合專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)核心課程知識(shí)體系，把人才目標(biāo)中的能力設(shè)計(jì)為模塊知識(shí)單元，減少理論的推倒過程，以工程實(shí)踐“用”為導(dǎo)向精簡(jiǎn)理論，同時(shí)兼顧為畢業(yè)生畢業(yè)后持續(xù)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新所需的基本知識(shí)。其三“教”的方式，地方應(yīng)用型高校尤其要加大實(shí)踐教學(xué)，多開設(shè)課內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，如在土木工程施工中增加現(xiàn)場(chǎng)施工視頻和預(yù)應(yīng)力操作實(shí)驗(yàn)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程中增設(shè)預(yù)制梁破壞機(jī)理實(shí)驗(yàn)，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程中增加廠房實(shí)習(xí)等，這樣就把“學(xué)”什么，怎么“教”就很好的界定了。

2 傳統(tǒng)“高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范”與新工科背景下土木工程人才知識(shí)體系矛盾解析

2.1 傳統(tǒng)課程體系基本構(gòu)成

傳統(tǒng)土木工程專業(yè)的辦學(xué)都是在高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范下開設(shè)的知識(shí)體系和課程體系，如表1所示，規(guī)范推薦核心課程42門，實(shí)踐體系中推薦62個(gè)最少實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和35個(gè)最少實(shí)踐周數(shù)。專業(yè)知識(shí)體系按2500學(xué)時(shí)統(tǒng)計(jì)，專業(yè)實(shí)踐體系按40周統(tǒng)計(jì)，詳見表1。

表1 土木工程專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范推薦的課程體系學(xué)時(shí)Tab.1 Course lesson time recommended by guidance standards for civil engineering major

表1的體系標(biāo)準(zhǔn)無論是“雙一流”院校還是地方本科院校的土木工程專業(yè)都遵循規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，工具、人文和自然科學(xué)知識(shí)體系推薦了1 110學(xué)時(shí)，專業(yè)知識(shí)體系推薦了712課時(shí)，表2是確定的專業(yè)核心知識(shí)領(lǐng)域知識(shí)，該體系中知識(shí)單元基本是確定的，如果再加上264課時(shí)方向課程（建筑工程、道路與橋梁工程等），各個(gè)高校能夠開設(shè)的課程就捉襟見肘，制定人才培養(yǎng)方案的自主權(quán)限非常狹窄，因此在人才培養(yǎng)過程中很難體現(xiàn)差異化，辦學(xué)定位和特色不明顯。

表2 土木工程專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范推薦的主干學(xué)科課時(shí)Tab.2 Main lesson time recommended by guidance standards for civil engineering major

表1培養(yǎng)的人才基本上是按照傳統(tǒng)施工方法推演的，但隨著人工智能和設(shè)計(jì)施工工具的改變，設(shè)計(jì)方法和施工方法必須改變。比如從二維到三維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，改變了人們看圖識(shí)圖的習(xí)慣；再如裝配式結(jié)構(gòu)體系的推廣，讓建筑變成工業(yè)化的產(chǎn)品，要求工程技術(shù)人員使用新的工具等，這都迫切要求解決傳統(tǒng)作業(yè)的工藝。

2.2 建筑信息化背景下的土木工程信息技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM+GIS的工程測(cè)量應(yīng)用：施工前，利用REVIT軟件對(duì)整個(gè)標(biāo)段進(jìn)行三維建模，建模完成后導(dǎo)入谷歌地球，可應(yīng)用于施工調(diào)查、施工空間模擬和征地拆遷等配合工作，節(jié)省了大量人力、物力，能完成困難條件下的施工調(diào)查工作，融合BIM技術(shù)與空間定位技術(shù)，變得輕松、快捷、高效。

BIM4D/5D的應(yīng)用：在三維數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上，通過BIM協(xié)同作業(yè)平臺(tái)，把時(shí)間、工程量、資源和施工組織信息進(jìn)行集成，可以形成虛擬仿真進(jìn)度計(jì)劃，通過對(duì)施工過程的監(jiān)控，可以有效對(duì)工程的進(jìn)度、質(zhì)量、工程成本控制和物質(zhì)消耗等進(jìn)行管控，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和遠(yuǎn)程控制，通過數(shù)字化提高工程管理效率。

三維數(shù)字化正向設(shè)計(jì)：在三維軟件環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用三維模型和其中數(shù)字化信息,自動(dòng)生成所需要的文圖，這個(gè)過程，也是我們現(xiàn)在提到的BIM正向設(shè)計(jì)。

BIM+建筑施工信息化平臺(tái)：通過BIM深化模型與建筑信息化平臺(tái)的聯(lián)合應(yīng)用，解決施工過程中的設(shè)計(jì)方案預(yù)演、構(gòu)件加工、場(chǎng)地規(guī)劃、質(zhì)量檢測(cè)和檢查等。

BIM+裝配式結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用：新型裝配式建筑是國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和環(huán)保節(jié)能的新戰(zhàn)略，對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工要求都很高，只有通過融合建筑信息自動(dòng)化技術(shù)才能提高生產(chǎn)效率。因此必須創(chuàng)新實(shí)際施工生產(chǎn)模式，實(shí)行“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配式施工、一體化裝修和信息化管理”。裝配式建筑核心是“集成”，BIM技術(shù)是集成的主線。

在傳統(tǒng)土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐課程體系下要經(jīng)過系統(tǒng)改造，對(duì)原有的課程層次和內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)構(gòu)建，以符合現(xiàn)代土木工程行業(yè)的需要[3]，如圖2為房屋建筑工程基于BIM技術(shù)的實(shí)踐課程體系架構(gòu)，按照這個(gè)課程體系設(shè)計(jì)要求學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍不再是單一考慮狹小范圍的專業(yè)，要改變思維方式，把二維思維改為基于三維的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行協(xié)同工作。

圖2 基于BIM技術(shù)的三層次協(xié)同實(shí)踐課程體系Fig.2 Three-level cooperative practice course system based on BIM technology

3 基于新工科背景下的土木工程專業(yè)數(shù)字化課程改革

通過信息化時(shí)代背景下土木工程專業(yè)的層次分析可知，傳統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域和課程必須經(jīng)過課程改造才能滿足新工科背景下的工程人才需求，針對(duì)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)，在總結(jié)學(xué)校前期的BIM課程實(shí)踐上，建立了如表3所示的傳統(tǒng)課程體系改造建議，在傳統(tǒng)土木工程專業(yè)課程體系上增加了形式多樣的講座和現(xiàn)代新技術(shù)的應(yīng)用課程，把由教師傳統(tǒng)課堂講授的方式逐步結(jié)合BIM技術(shù)的案例應(yīng)用方式。

在課程課時(shí)設(shè)計(jì)上，采用校內(nèi)教師主要講解理論，企業(yè)行業(yè)專家參與實(shí)踐教學(xué)的方式，通過校內(nèi)校外的師資互動(dòng)，彌補(bǔ)專業(yè)教師工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足。同時(shí)把難以理解的不具象的圖紙用三維建筑設(shè)計(jì)模型展示，逐步轉(zhuǎn)變學(xué)生的思考方式，增加學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)包括BIM建筑模型的建立、工程施工模擬、日照節(jié)能分析、三維碰撞檢測(cè)、數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)建模、工程量計(jì)算和施工性審查等工作[4-6]。

表3 土木工程專業(yè)房屋建筑工程方向主要課程改革目標(biāo)一覽表Tab.3 List of the main curriculum reform objectives in the direction of housing construction engineering for civil engineering major

4 新工科實(shí)踐教學(xué)體系改革成效和應(yīng)用思考

對(duì)于土木工程專業(yè)來說，新工科主要是主動(dòng)適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新技術(shù)引發(fā)的技術(shù)改革，傳統(tǒng)工程勞動(dòng)力作業(yè)大的方式也在悄然改變，基于建筑信息化的技術(shù)改革在不同專業(yè)領(lǐng)域在逐步探索與推廣，為在地方應(yīng)用型人才培養(yǎng)中占得先機(jī)，皖西學(xué)院土木工程專業(yè)主動(dòng)適應(yīng)市場(chǎng)，在滿足“土木類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”和“高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范”的基礎(chǔ)上，積極探索課程特別是實(shí)踐課程體系的改革，增設(shè)建筑信息化課程體系，讓學(xué)生在掌握基本理論的同時(shí)，懂得運(yùn)用BIM相關(guān)軟件完成具體的工程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)的人才需求無縫對(duì)接，在近幾年的人才培養(yǎng)中，課程體系的改革取得了較好的成效，近三年的畢業(yè)生先后被央企和地方建工設(shè)計(jì)施工企業(yè)的BIM中心錄用從事BIM設(shè)計(jì)施工管理工作，同時(shí)“基于BIM技術(shù)的土木類應(yīng)用型人才培養(yǎng)改革與實(shí)踐”獲得省級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，學(xué)生也在各類BIM技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新賽事中獲得了較好成績(jī)，如表4。

表4 土木工程專業(yè)學(xué)生近三年在各類創(chuàng)新賽事獲獎(jiǎng)一覽表Table 4 List of civil engineering students winning prizes in various innovative competitions in the past three years

新時(shí)代必將引領(lǐng)新的變化，在“復(fù)旦共識(shí)”之后，傳統(tǒng)工科的人才培養(yǎng)與現(xiàn)行的人才需求矛盾加大，各大設(shè)計(jì)院和施工單位人才告急，人才培養(yǎng)與市場(chǎng)出現(xiàn)了脫節(jié)斷層，在同濟(jì)大學(xué)推出“智能建造”新工科專業(yè)后，相信其它高校也必將整合專業(yè)資源，重新梳理設(shè)計(jì)適合本學(xué)校的專業(yè)發(fā)展規(guī)劃，在探索應(yīng)用型人才培養(yǎng)的過程中，雖然取得了一些成績(jī)，但也面臨著重要挑戰(zhàn)需要解決：

（1）新工科背景下的人才培養(yǎng)不是簡(jiǎn)單的職業(yè)技能軟件應(yīng)用，而是貫穿全過程壽命周期的協(xié)同設(shè)計(jì)管理能力，這就需要在人才培養(yǎng)過程中規(guī)劃好師資隊(duì)伍并在教學(xué)保障上要重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)訓(xùn)條件，這就需要在學(xué)校層面上做好頂層設(shè)計(jì)。

（2）信息化帶動(dòng)建筑行業(yè)技術(shù)快速更新，而高校傳授的技術(shù)知識(shí)相對(duì)陳舊，這極大造成師資技術(shù)水平倒掛，因此在人才培養(yǎng)過程中迫切需要改變教師傳統(tǒng)思維，適應(yīng)新技術(shù)更新知識(shí)并做出新的教學(xué)方法。