刘 伟

(合肥学院 城市建设与交通学院,安徽 合肥 230601)

0 引言

为深入贯彻党中央、国务院决策部署,落实住房和城乡建设部等部门《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》(建市〔2020〕60号)、《“十四五”建筑业发展规划》(建市〔2022〕11号)等文件要求,加快推进智能建造试点城市建设工作。高校作为人才培养的主阵地,应加快设置智能建造专业,适应行业对人才的最新需求。

智能建造专业是一门复合型新工科专业,旨在让学生掌握土木学科、机械学科、人工智能学科、管理学学科等的基本原理与方法,把学生培养成具备建筑智能设计、智能施工、智能运维与管理等跨学科能力的创新性人才[1]。智能建造专业的课程体系是以土木工程核心专业课程为基础,引入了计算机学科、机械学科、系统工程学科等专业课程,与企业合作开发课程,以产教有机融合作为方向,不断优化增强学生的工程理论和实践综合素质。同时还要加强具有时代性和个性特征的校园文化建设,校园文化作为高校思想政治教育的重要载体,既能够满足广大师生的精神文化需求,也能够为学校的教育教学、人才培养提供强大的精神动力。高校要结合学校及学生特点,不断丰富校园文化建设内涵,明确文化定位,做好整体规划,构建多维文化育人体系,彰显文化育人效果[2]。

1 智能建造技术发展现状

智能建造技术贯穿于整个工程生命周期,主要包括:建筑信息模型技术(BIM)、人工智能基础、网络工程在建筑领域的应用技术、大数据、区块链以及云计算等在土木工程领域中的运用新技术,不同学科领域之间应相互交融,相互交叉,建立智能建造学科体系。

1.1 BIM技术

目前,很多国家明确在建工程项目必须应用BIM技术,部分国家的BIM应用情况见表1[3]。从表1的信息可知,北欧以及美国等国家很早就开始布局BIM的应用,他们强制工程应用过程中必须要使用BIM,韩国、英国等国家在近年也出台了相关规定,强制要求BIM在工程中应用。近年来,在各级政府的广泛支持和大力推广下,建筑信息化发展较为迅速。现今BIM技术的应用场景主要集中在方案设计、施工图设计、各专业协同设计等方面,从项目初期利用BIM技术做好顶层设计,施工方案的虚拟设计,检查错、漏、碰、缺,在工程管理中引入三维模型,缩短项目施工建设周期,提高项目施工质量,提升工程项目管理水平。

表1 部分国家BIM应用情况

1.2 人工智能技术

人工智能学科涉及到多个层次内容的知识,其中主要涉及机器推理、机器表达和机器搜索等[4]。经过多年融合发展,人工智能技术已经全方位融合到智能建造领域中了,结合逻辑学和运筹学对施工现场进行管理,使用建筑机器人对构件进行安装,对工程项目全生命周期管理中引入人工智能系统。

1.3 云计算和大数据技术

把大量资源存储在远端的云服务器中,通过把软件、网络等资源共享给用户,并且结合资源量化级数情况,不断开展动态调整、分配和监控[5]。相比传统的数据库软件,大数据技术主要作用在于不断整合处理海量级数据[6]。现今建筑领域中的各大产业都广泛整合了大数据和云计算等技术,例如通过人脸识别进行日常考勤,在塔吊起重机管理过程中引入大数据分析、传感器监测进行设备管理。

1.4 物联网技术

物联网这一概念最早出自美国,即物与物相连的网络,它是社会信息化的崭新发展阶段[7]。自2012年以来,中国建筑领域逐渐引入物联网技术,在整个建筑结构与建筑构件之间、构件与构件、技术人员与构件等不同主体间达到信息资源互通共享。对材料和预制构件进行二维编码智能化管理,可以预判工程施工过程中出现的各种问题,避免工程经济损失。

2 智能建造专业课程体系

新工科的内涵是:以对传统工科进行传承与创新、不同学科的交融、资源的协调与共享,以立德树人和三全育人为引领,培养未来多学科交叉、创新型复合工程人才[8]。

如何落实新工科专业的建设,需要从专业顶层进行设计,对传统土木工程专业进行改造升级,引入人工智能技术、物联网技术、BIM技术、云计算和大数据技术到传统专业中去。逐步建立“人工智能+传统专业”“数字+建筑设计”“BIM+建造”等适应行业转型的智能建造学科体系。智能建造专业是以土木工程和建筑学专业为核心,融合机械电子、物联网、计算机科学与技术等多专业合成的新工科专业,如图1所示。

图1 智能建造专业学科群框架图

3 构建智能建造专业模块化课程池

智能建造专业以满足新型建筑产业对土木工程领域人才的需求为目的,以培养新型学科交叉的新工科人才为目标,在合肥学院近二十年教学改革与实践的基础上,构建智能建造专业的“模块化课程池”体系。进而通过深入研究“模块化课程池”的具体构成、优化组合和动态调整,满足以培养智能建造人才为导向的毕业要求,借助“模块化课程池”的有效运作,不断优化个性化学习解决方案运行机制,满足新工科学生个性化发展需求。

智能建造专业围绕建筑新技术、新业态、新产业和新模式,打破学科界限,遵循基于学习产出的教育模式(OBE)的理念,依托专业认证标准中的毕业要求,构建“模块化课程池”,具体由五种类型的模块池组成:公共模块池、专业模块池、支撑学科模块池、应用领域模块池和综合实践模块池,如图2所示。

图2 以“模块化课程池”为依托的智能建造专业课程体系示意图

(1)公共课模块池:包含数学、物理、化学等公共课程,培养智能制造专业学生的自然科学能力;

(2)专业课模块池:根据智能建造专业方向的不同设置“子模块池”,每个“子模块池”由该专业方向的核心模块和拓展模块构成,培养本专业学生特定方向的专业能力,所有的“子模块池”共同组成了该专业的专业模块池;

(3)支撑学科模块池:包含多个交叉学科“子模块池”,由相应的跨学科、跨专业模块构成,各专业学生可以根据自身的能力特点,构建个性化的知识体系;

(4)应用领域模块池:包含多个应用领域“子模块池”,学生可根据职业发展规划方向,在学习导师的指导下进行选修,培养特定领域的应用能力;

(5)综合实践模块池:包含不同形式的实践教学模块,让学生在实践阶段形成问题发现、创新解决的能力,提供模块之间的学分置换机制。

围绕人才培养目标,构建智能建造专业模块化课程体系,以企业需求作为课程设计的根基和方向,通过反向设计来丰富课程体系内容,重新梳理教学内容,改“知识为本位”为“能力为导向”。通过梳理专业所面向的企业岗位,进而对企业进行调研,分析出各个岗位所需的能力要素,将每个能力要素对应具体的知识点,再穿插融合相关知识点,使之成为课程模块(课程模块中每一教学环节内容都侧重于培养学生一个或多个能力),最后将课程模块进行组合,构件每个专业的模块化课程体系,如图3所示。

图3 模块化课程体系构建示意图

4 校企合作开发课程

产教融合在应用型本科高校发展中具有重要的现实意义,但从当前来看,中国应用型本科高校实践教学中存在诸多问题,有待进一步开展实践教学改革。产教融合视域下,应用型本科高校在实践教学过程中要进一步转变教育教学观念,紧跟时代发展步伐,丰富课程教学内容,推进教学方法改革,创建双师双能型师资团队,提升教师实践教学能力,构建完善的产教融合长效机制,确保校企合作顺利开展。

丰富课程教学内容,推进教学方法改革。产教融合视域下应用型本科高校教学内容要坚持产业需求和问题解决导向,主动适应地方经济发展和产业结构调整。在具体的教学过程中高校要根据不同专业要求、不同企业需求、不同培养对象因材施教,并不断调整、完善和发展教学内容。2019 年印发的《关于在院校实施“学历证书 + 若干职业技能等级证书”制度试点方案》中提出的“1 + X”证书制度为应用型人才培养指引了方向,进一步加快了应用型高校教学改革的步伐。产教融合视域下,为了培养出既有学历证书又有技能证书的复合型高技能应用型人才,应用型本科高校要加快推进课程教学改革,进一步调整课程设置和改进优化教学内容,使教学工作与行业、企业对接。一方面,鼓励学生在获得学历证书的同时,积极获取职业技能等级证书,学好职业技能理论知识; 另一方面,加强学生职业技能培训,使课程标准与技能证书考核大纲相对应,具备超强的职业技术能力。除了改革教学内容之外,还要变革教学方法,采用多元化的教学形式。产教融合视域下,学生职业能力的提升和技术技能的培训都需要学校与企业共同来完成,所以产教融合过程中学校和企业要改革教学方法,采用理实一体化教学、项目化教学等多种教学形式,让学生做到在“学中做,做中学”[9]。

5 课程体系实施成效

根据智能建造专业人才培养目标和毕业要求,将各学科知识有效地融合,培养学生在土木工程、人工智能、大数据、工程管理等领域应具备的专业技术能力体系,经过初期的专业教学实践,取得了以下初步成效:

(1) 学生系统学习了智能建造专业涉及的各门学科知识,为今后的复合型岗位要求奠定了坚实基础,具备了解决复杂工程问题的专业能力;

(2) 在传统的土木工程专业融合了智能建造新技术,满足了不同学生的个性化发展需求;

(3) 联合合肥市装配式建筑龙头企业,建立校企合作办学的实践教学基地,学生的实践动手能力得到显著提高;

(4) 智能建造专业所有课程以BIM技术为载体,建立工程全生命周期的建筑模型,进一步缩短毕业生的专业素养与企业需求的距离。

6 结语

本文基于智能建造平台,体现新时代工科专业特色,探讨构建模块化课程池,新的课程体系能快速适应社会和产业的技术更新与标准变化,具备自我不断优化和动态更新的功能。同时,可以打破学科界限,为新工科专业人才的培养提供所需的软硬件环境和条件,形成“成果为导向,能力为导向”的新工科人才培养体系。智能建造专业课程体系可以打通专业与行业、能力与岗位的藩篱,实现人文社会科学、自然科学与工程科学之间的内循环渗透性融合,培养主动性和实践型文化,满足新工科专业在科学思维创新、实践创新以及管理创新等多元化复合素质培养的需要,为实现通专融合开辟了崭新路径。