劉超 潘子超 朱青

摘要：工業(yè)4.0時(shí)代，智能建造技術(shù)變革著橋梁工程行業(yè)，橋梁工程專業(yè)本科培養(yǎng)方案中，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)方式暨生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，面臨全新的挑戰(zhàn)。在智能建造背景下，需要用信息技術(shù)手段變革傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)教學(xué)。文章以某屆本科生的畢業(yè)實(shí)習(xí)改革為案例進(jìn)行研究，闡述了各實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，為類似實(shí)習(xí)教學(xué)提供范例和參考。

關(guān)鍵詞：智能化建造;橋梁工程專業(yè);畢業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué);卓越工程師

中圖分類號(hào)：G64244;TU997 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：1005-2909（2019）05-0117-07

隨著世界范圍內(nèi)生產(chǎn)力的進(jìn)一步發(fā)展，人類社會(huì)正迎來(lái)第四次工業(yè)革命的浪潮。在以機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化為核心的前三次工業(yè)革命基礎(chǔ)上，第四次工業(yè)革命突出了“信息化”的基本特點(diǎn)。在新一代工業(yè)化的大背景下，德國(guó)和美國(guó)先后提出了“工業(yè)4.0”和“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略。中國(guó)也于2014年編制了“中國(guó)制造2025規(guī)劃”[1]。

圍繞“信息化”的基本特點(diǎn)，第四次工業(yè)革命特別強(qiáng)調(diào)“智能化”在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念，將存儲(chǔ)、物流、交換、消費(fèi)等全過(guò)程進(jìn)行緊密而有效的結(jié)合。智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化的大背景不僅對(duì)機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等高尖端學(xué)科提出了新的要求，同時(shí)給土木工程等學(xué)科也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇[2]。

一、橋梁工程的智能化建造對(duì)實(shí)踐教學(xué)提出挑戰(zhàn)

（一）橋梁智能化建造新趨勢(shì)

1.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)便于全程監(jiān)控

信息技術(shù)賦予了裝配式結(jié)構(gòu)更多智能化的特征，每一個(gè)構(gòu)件都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的二維碼可以全程監(jiān)控，規(guī)?；纳a(chǎn)線更容易引入人工智能，例如，大型的鋼構(gòu)件加工生產(chǎn)線已經(jīng)普遍采用焊接機(jī)器人等。

2.BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM的全稱是“Building Information Management”，即建筑信息管理，BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用可稱為BrIM（Bridge Information Management），涵蓋施工、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)乃至倒塌拆除的全壽命過(guò)程[3]。對(duì)于大型橋梁的養(yǎng)護(hù)而言，將每個(gè)構(gòu)件的檢測(cè)、維修和更換信息數(shù)據(jù)化并進(jìn)行保存。這對(duì)了解大橋的長(zhǎng)期性能演變有十分重要的作用[4]。

3.機(jī)器人技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)是新一代工業(yè)革命“智能化”的一個(gè)重要體現(xiàn)。雖然機(jī)器人在橋梁工程中的應(yīng)用尚屬于空白，但目前在研發(fā)中的橋梁養(yǎng)護(hù)機(jī)器人，將融合圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、自適應(yīng)分析等技術(shù)，已達(dá)到“初級(jí)工程師”水平。

（二）傳統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)面臨挑戰(zhàn)

如上所述，智能建造技術(shù)正不斷更新著橋梁工程的各環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的橋梁工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，如生產(chǎn)實(shí)習(xí)，在教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、方式、組織、考核等方面面臨挑戰(zhàn)與變革。

1.目標(biāo)不清

卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃中，實(shí)踐能力是重要一環(huán)。對(duì)于土木工程等大多數(shù)工科專業(yè)而言，實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)是對(duì)課堂教學(xué)的補(bǔ)充。但由于受天氣、安全等因素的制約，外出實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的時(shí)間一般較短，傳統(tǒng)的橋梁工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)往往目標(biāo)不明確、主題分散，實(shí)習(xí)演變?yōu)樽唏R觀花式的參觀。經(jīng)典的力學(xué)知識(shí)與技術(shù)尚且無(wú)法體驗(yàn)，先進(jìn)的智能建造技術(shù)更是鮮有涉及[5]。

2.內(nèi)容滯后

對(duì)于橋梁工程而言，實(shí)習(xí)一般都安排在加工工廠和施工現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)習(xí)內(nèi)容的選擇不能體現(xiàn)該領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì)，略顯陳舊。

實(shí)踐教學(xué)本為“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃中的重要環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)內(nèi)容應(yīng)緊貼當(dāng)下橋梁智能建造技術(shù)的前沿，但實(shí)習(xí)單位往往由帶隊(duì)教師或所在研究室自行聯(lián)系，選擇性較少，無(wú)法整合優(yōu)勢(shì)資源，內(nèi)容過(guò)于傳統(tǒng)，脫離一線實(shí)際工程。

實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)往往多由中青年教師負(fù)責(zé)，但在大環(huán)境下，青年教師更多專注于理論性學(xué)術(shù)研究，自身的工程經(jīng)驗(yàn)本就比較欠缺，無(wú)法及時(shí)有效解答學(xué)生在實(shí)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

3.教學(xué)方式單一

目前，傳統(tǒng)的橋梁工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)手段多局限于生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)的教學(xué)方式相對(duì)單一，帶隊(duì)教師把學(xué)生送到工地現(xiàn)場(chǎng)參觀，聽(tīng)取設(shè)計(jì)或施工方簡(jiǎn)單介紹，學(xué)習(xí)撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。單一的教學(xué)方式，往往導(dǎo)致實(shí)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生只知道去了哪些地方，看了哪些橋梁，但對(duì)細(xì)節(jié)問(wèn)題知之甚少，而學(xué)生最終記住的內(nèi)容實(shí)際上不實(shí)習(xí)也能夠掌握。這些都導(dǎo)致實(shí)習(xí)“無(wú)用論”，從而也得不到學(xué)生和教師的重視[6]。

4.教學(xué)組織不可控

在以往的實(shí)習(xí)過(guò)程中，帶隊(duì)教師更多地充當(dāng)了“保姆”的角色，即照顧學(xué)生的衣食住行和安全問(wèn)題。學(xué)生和教師在技術(shù)、學(xué)術(shù)方面的溝通較少，在實(shí)習(xí)中所表現(xiàn)出來(lái)的積極性也較低，都以完成教學(xué)任務(wù)為目的。

對(duì)學(xué)生的管理略顯混亂，缺乏過(guò)程性監(jiān)控，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程難以掌握。

5.缺乏有效評(píng)價(jià)

學(xué)生實(shí)踐評(píng)價(jià)，往往局限于寫(xiě)實(shí)習(xí)日記和實(shí)習(xí)報(bào)告，撰寫(xiě)過(guò)程缺乏有效指導(dǎo)。由于以上所述的實(shí)踐教學(xué)存在目標(biāo)不清、內(nèi)容滯后、方式單一等問(wèn)題，部分學(xué)生的實(shí)習(xí)報(bào)告以參考借鑒為主，缺乏真正的問(wèn)題意識(shí)，實(shí)習(xí)報(bào)告的質(zhì)量堪憂[7]。

二、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革案例

同濟(jì)大學(xué)在全國(guó)高校率先改革，首度招收“智能建造”專業(yè)本科生。作為傳統(tǒng)的工科優(yōu)勢(shì)高校，同濟(jì)大學(xué)正通過(guò)一批新的工科專業(yè)建設(shè)、多學(xué)科交叉課程等加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域的創(chuàng)新型卓越工程科技人才。針對(duì)上述各種問(wèn)題，結(jié)合橋梁工程專業(yè)的特點(diǎn)，同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系率先探索基于橋梁智能建造技術(shù)的本科生畢業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)改革。

（一）改進(jìn)設(shè)計(jì)

（1）首先確定畢業(yè)實(shí)習(xí)的主題與內(nèi)容，將“智能建造”技術(shù)作為主題，并根據(jù)主題結(jié)合現(xiàn)有資源，聯(lián)系采用智能建造技術(shù)的地點(diǎn)安排實(shí)習(xí)，確定每個(gè)實(shí)習(xí)點(diǎn)的實(shí)習(xí)內(nèi)容。

（2）將整個(gè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)劃分為“校內(nèi)”和“校外”兩部分，圍繞智能建造的前沿理論與技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)準(zhǔn)備。其中，校內(nèi)講座邀請(qǐng)與具體工程相關(guān)的專業(yè)人員給學(xué)生講解，讓學(xué)生對(duì)智能建造技術(shù)有大致的了解。校外參觀由于時(shí)間較短，采用“求點(diǎn)棄面”的原則，即強(qiáng)調(diào)對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的深入理解，放棄全面但膚淺的走馬觀花式參觀，通過(guò)校內(nèi)、校外環(huán)節(jié)的相互補(bǔ)充，盡可能提升實(shí)習(xí)效果[8]。

（3）在教師配備上，采用“后勤+技術(shù)”的配置模式，進(jìn)行智能化聯(lián)動(dòng)管理。設(shè)立專門負(fù)責(zé)后勤（食宿、車輛等）的教師，方便異地集中實(shí)踐活動(dòng)的安排。技術(shù)類教師采用“中年+青年”的配置，由教學(xué)和工程經(jīng)驗(yàn)相對(duì)豐富的中年教師負(fù)責(zé)整個(gè)實(shí)習(xí)的安排、把控，青年教師負(fù)責(zé)實(shí)習(xí)中的具體事宜。配備專業(yè)人員，分工明確，遵循每個(gè)人只做自己最擅長(zhǎng)事情的原則。

（4）優(yōu)化過(guò)程管理。應(yīng)用手機(jī)APP等信息化技術(shù)在實(shí)習(xí)期間實(shí)現(xiàn)智能化管理和溝通。例如，采用簽到系統(tǒng)督促學(xué)生積極參加校內(nèi)講座，在外期間遵守作息時(shí)間等。通過(guò)社交類APP，每天以知識(shí)問(wèn)答的形式與學(xué)生及時(shí)溝通，了解學(xué)生需求，解答學(xué)生的問(wèn)題，組織學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)習(xí)微文并進(jìn)行推送。采用信息化技術(shù)一方面提高了實(shí)習(xí)管理的效率，另一方面拉近了師生之間的距離，同時(shí)也增加了學(xué)生參與實(shí)習(xí)的積極性[9]。

（5）改進(jìn)評(píng)價(jià)模式。改變傳統(tǒng)的單一結(jié)果評(píng)價(jià)模式，將過(guò)程性評(píng)價(jià)與結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合，力求實(shí)踐實(shí)效。同時(shí)，在實(shí)習(xí)期間，以360°三維相機(jī)采集照片并進(jìn)行整理。在實(shí)習(xí)歸來(lái)后仍可通過(guò)非常真實(shí)的畫(huà)面重現(xiàn)實(shí)習(xí)的整個(gè)過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，還可進(jìn)一步發(fā)展虛擬實(shí)習(xí)課程，讓學(xué)生在高科技產(chǎn)品的支撐下最有效地開(kāi)展學(xué)習(xí)。

（二）改進(jìn)案例

根據(jù)上文所述的橋梁工程實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)改革措施，結(jié)合智能化建造的趨勢(shì)，同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系對(duì)2013級(jí)本科畢業(yè)實(shí)習(xí)進(jìn)行了教學(xué)改革。

學(xué)生人數(shù)共70人，由3名專業(yè)教師和1名行政教師帶隊(duì)，分為校內(nèi)外學(xué)習(xí)兩個(gè)環(huán)節(jié)。4月11日—12日為校內(nèi)準(zhǔn)備階段，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司的幾位設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人到同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系為實(shí)習(xí)學(xué)生進(jìn)行了4場(chǎng)技術(shù)報(bào)告。4月13日—17日為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐階段，學(xué)生赴蕪湖進(jìn)行了為期5天的現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)，主要實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)有8個(gè)。

1.目標(biāo)與內(nèi)容呼應(yīng)“智能建造”

首先確定此次畢業(yè)實(shí)習(xí)的主題為“橋梁工程中的智能建造”。圍繞這一主題，先后聯(lián)系了多家預(yù)制場(chǎng)、預(yù)制車間以及施工現(xiàn)場(chǎng)。所有實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)均體現(xiàn)了“智能建造”的特點(diǎn)，包括節(jié)段預(yù)制、智能化（機(jī)器人）焊接、BIM技術(shù)等（圖1～圖3）。

實(shí)習(xí)地點(diǎn)和主要內(nèi)容為：蕪湖長(zhǎng)江公路二橋，重點(diǎn)掌握大跨徑斜拉橋的施工工藝（圖4）;巢蕪高速，重點(diǎn)掌握雙工字鋼板組合梁的構(gòu)造特點(diǎn)和施工工藝;蕪湖二橋引橋，重點(diǎn)掌握預(yù)制裝配式梁的構(gòu)造特點(diǎn)和施工工藝（圖5）;巢蕪高速跨裕溪河矮塔斜拉橋，重點(diǎn)掌握部分斜拉橋的施工工藝和掛籃構(gòu)造;中泰鋼結(jié)構(gòu)加工廠，了解鋼結(jié)構(gòu)的制造和加工工藝（圖6）;裕溪口鎮(zhèn)混凝土預(yù)制場(chǎng)，對(duì)混凝土預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)有全面的認(rèn)識(shí)，包括場(chǎng)地的布設(shè)、預(yù)制施工的主要步驟、預(yù)制施工的特點(diǎn)、生產(chǎn)及管理的要點(diǎn)等，沿途還參觀了蘇通大橋及其展覽館和江陰大橋。

2.人員配備及行程安排

針對(duì)學(xué)生數(shù)量及學(xué)校對(duì)實(shí)習(xí)教學(xué)的基本要求，安排了4位帶隊(duì)教師，如圖7所示。其中，后勤教師負(fù)責(zé)學(xué)生食宿、車輛、經(jīng)費(fèi)和安全等方面的事宜。將所有學(xué)生劃分為3組，分別由3位技術(shù)教師帶隊(duì)。

外出實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)持續(xù)5天的時(shí)間。在保證時(shí)間的前提下，盡量縮短在外時(shí)間，除安全性方面的考慮，也避免了由學(xué)生的新鮮感迅速衰減而造成的懈怠和厭惡情緒。外出實(shí)習(xí)期間，智能化管理起到了較好的作用。根據(jù)實(shí)習(xí)點(diǎn)的地理方位及交通情況，選擇了如圖8所示的放射狀行程，即核心實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)只有一個(gè)住宿點(diǎn)，給予師生最大的便利，同時(shí)加強(qiáng)實(shí)習(xí)期間的管理[10]。

3.過(guò)程性評(píng)價(jià)

改變傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐終結(jié)性評(píng)價(jià)方式，將過(guò)程性評(píng)價(jià)與結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合，控制實(shí)踐質(zhì)量。首先以基于信息化的社交類APP實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)外出實(shí)習(xí)階段的管理。所采用的APP涵蓋如下內(nèi)容：（1）自動(dòng)簽到系統(tǒng)，保證學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間返回住宿點(diǎn)。（2）師生問(wèn)答“曉黑板”，增進(jìn)技術(shù)類話題的討論和交流。在“曉黑板”中，共有14名學(xué)生發(fā)貼提問(wèn)，39名學(xué)生參與討論、回答問(wèn)題。未參與討論與提問(wèn)的學(xué)生此項(xiàng)考核成績(jī)?yōu)?分，發(fā)帖提問(wèn)的學(xué)生得10分，其他參與討論的學(xué)生按次數(shù)分別給予2分到10分的評(píng)價(jià)。

過(guò)程性評(píng)價(jià)還設(shè)計(jì)了最佳提問(wèn)、小組總結(jié)匯報(bào)等指標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生提高參與性學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

4.評(píng)價(jià)與反饋

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)評(píng)價(jià)形式比較單一，學(xué)生撰寫(xiě)一份《實(shí)習(xí)日記》、一份《實(shí)習(xí)報(bào)告》即可。由于教師缺乏對(duì)實(shí)習(xí)過(guò)程的有效控制，學(xué)生的報(bào)告撰寫(xiě)往往走過(guò)場(chǎng)、應(yīng)付了事。

本研究對(duì)學(xué)生的實(shí)習(xí)考評(píng)，將過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，并綜合了習(xí)題、網(wǎng)上討論、現(xiàn)場(chǎng)小組匯報(bào)、實(shí)習(xí)報(bào)告撰寫(xiě)等多種方式。結(jié)合實(shí)習(xí)內(nèi)容，編制若干題目，共進(jìn)行3次測(cè)試練習(xí)，及時(shí)提供評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，并計(jì)入總評(píng)。學(xué)生在“曉黑板”平臺(tái)上的問(wèn)答討論也按質(zhì)量分級(jí)計(jì)入總成績(jī)。實(shí)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生分組匯報(bào)，圍繞工業(yè)化建造的主題，總結(jié)實(shí)習(xí)內(nèi)容，并對(duì)橋梁工程的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)表自己的見(jiàn)解。最后，綜合全過(guò)程的各種學(xué)習(xí)收獲，撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。

此次實(shí)習(xí)還通過(guò)組織滿意度問(wèn)卷調(diào)查來(lái)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)社交類APP的使用以及行程安排最為滿意，認(rèn)為APP的使用增加了實(shí)習(xí)的樂(lè)趣和參與感，而放射狀的行程保證了住宿點(diǎn)的穩(wěn)定，給學(xué)生提供了最大程度的便利。學(xué)生還提出，在信息化時(shí)代，實(shí)習(xí)日記已經(jīng)作用不大，電子平臺(tái)支撐的過(guò)程性評(píng)價(jià)模式提升了實(shí)習(xí)實(shí)效。

三、結(jié)語(yǔ)

土木工程課程，尤其是本科教學(xué)內(nèi)容基本以經(jīng)典的力學(xué)知識(shí)為主，已有上百年歷史。雖然土木工程領(lǐng)域的創(chuàng)新一直沒(méi)有停止，但并不能及時(shí)在書(shū)本和授課中得到體現(xiàn)。面向智能化建造的實(shí)習(xí)課程設(shè)計(jì)，在很大程度上彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的滯后性。

在智能建造的大背景下，信息化和智能化成為新時(shí)期各行業(yè)發(fā)展的主題。這對(duì)于土木工程，尤其是橋梁工程而言，既是機(jī)遇，又充滿挑戰(zhàn)。實(shí)習(xí)目標(biāo)要與時(shí)俱進(jìn)，以智能化建造技術(shù)實(shí)踐的了解與掌握為主，培養(yǎng)學(xué)生的前沿學(xué)科能力。實(shí)習(xí)內(nèi)容要及時(shí)調(diào)整，為使學(xué)生更好了解學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，圍繞智能化建造的工程實(shí)踐，從理論與實(shí)踐兩方面著手安排實(shí)習(xí)內(nèi)容。在組織方式、師生互動(dòng)等方面，借用智能化管理新技術(shù)手段，引入實(shí)時(shí)、全程的智能化管理，提高管理效率與學(xué)習(xí)效率，加強(qiáng)過(guò)程性評(píng)價(jià)與效果反饋，對(duì)高校土木工程專業(yè)改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)具有一定的參考借鑒價(jià)值。

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Abstract： In the era of Industry 4.0， intelligent construction technology is revolutionizing the bridge engineering industry. In the undergraduate training program of bridge engineering， the traditional practical teaching method and production practice are facing new challenges. In the context of intelligent construction， information technology is needed to transform traditional practice teaching. This study takes a graduation fieldwork reform as a case， elaborates on the design method of internship， and provides an example and reference for similar practice.

Key words：intelligent construction; bridge engineering; graduation fieldwork teaching; excellent engineer

（責(zé)任編輯 周 沫）