智能建造驱动的土木工程CAD课程内容更新与拓展研究

2024-06-21李莉丁婷张华刚

高教学刊 2024年17期

李莉丁婷张华刚

摘要：该文研究智能建造驱动的土木工程CAD课程内容的更新与拓展，以适应快速发展的技术和行业需求。通过对现有课程的分析和研究，该研究提出一系列的改革方案，并在贵州大学土木学院进行实验。实验结果表明，通过课程内容的改革，引入项目驱动学习、综合评价、技能考核和学习反思等教学方法的改革并融入课程思政教学，学生在课程学习中的学习积极性得到提升，实践能力、创新思维、团队合作和沟通能力也得到显著提高。综合评价方式可有效地反映学生的综合能力和学习成果。该研究结果表明，更新和拓展智能建造驱动的土木工程CAD课程内容是必要且有效的。

关键词：智能建造;土木工程CAD;教学改革;项目驱动教学;课程思政

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）17-0134-04

Abstract： This paper investigates the updating and expansion of the content of Civil Engineering CAD driven by intelligent construction， aiming to adapt to the rapidly developing technological and industry demands. Through the analysis and research of existing courses， this study proposes a series of reform programs and conducts experiments in the School of Civil Engineering at GUI University. The experimental results demonstrate that by reforming the course content， introducing teaching methods such as project-driven learning， comprehensive evaluation， skill assessment， and learning reflection， and integrating ideological and political education into the curriculum， students' learning enthusiasm in the course has been enhanced. Additionally， their practical abilities， innovative thinking， teamwork， and communication skills have also seen significant improvement. The comprehensive evaluation method effectively reflects students' overall abilities and learning outcomes. The findings of this study indicate that updating and expanding the content of Civil Engineering CAD driven by intelligent construction is necessary and effective.

Keywords： intelligent construction; Civil Engineering CAD; teaching reform; project-based learning; ideological and political education in courses

在新一轮的科技革命与产业变革中，智能建造作为土木工程领域的前沿技术，正日益受到世界各国的重视。多国政府已经将其列为重点发展的战略领域，并出台了一系列相关政策来推动其应用与发展。欧盟发布了《欧洲数字化建筑路线图》，提出了数字化建筑的愿景和目标，其中，智能建造技术被认为是推动建筑行业转型的重要驱动力量，对于提高建筑质量、节约能源、降低成本具有重要意义。美国作为智能建造技术的先驱之一，也在不断加强与智能建造相关的政策支持和研究发展。美国政府提出了“智能城市”和“智能建筑”等倡议，旨在推动智能建造技术的广泛应用。我国国务院发布了《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，旨在推动互联网与传统产业的深度融合。智能建造作为其中的重要组成部分，被视为提升土木工程施工质量、提高产业效率的关键技术之一。国家鼓励高校和研究机构加强与企业合作，共同开展智能建造驱动的土木工程CAD教学改革与研究，培养具备创新能力和实践能力的工程人才。本研究旨在探索智能建造驱动下土木工程CAD课程内容的更新与拓展策略，通过深入分析智能建造技术的发展趋势及其对土木工程行业的影响，对土木工程CAD课程在内容设置上进行与时俱进的改变，以更好地培养学生的创新能力和实践技能。同时，还将进一步探讨教学方法的改革，以适应新工科背景下学生的学习需求和行业发展要求，推动土木工程教育与智能建造技术的深度融合，培养出更多具备跨学科知识和技能的新工科人才。

一土木工程CAD课程教学现状分析

国内高校土木工程专业普遍都开设了土木工程CAD课程。该课程旨在培养学生掌握CAD软件的基本操作和应用技能，以适应土木工程行业对数字化设计人才的需求。本研究通过一系列调研活动，包括问卷调查、访谈、课堂观察等方式对土木工程CAD课程教学现状做出充分的了解，掌握在实际教学过程中学生和老师的意见反馈。

首先，设计了一份详细的问卷，涵盖了教学内容、教学方法、教学资源和评价体系等方面的问题，并随机抽取了多所地方高校的土木工程专业学生进行调查。其次，访谈了多位从事土木工程CAD课程教学的教师，以及部分土木工程企业的负责人，了解他们对课程教学的看法和建议。再次，选择了部分地方高校的土木工程CAD课堂进行实地观察，记录教师的教学内容、教学方法、学生的反映等情况。

调查结果显示，在教学内容方面，大部分地方高校的土木工程CAD课程教学内容仍主要集中在CAD软件的基本操作和绘图技能上，较少涉及实际工程项目的应用。同时，访谈中有教师反映，由于课时限制和教学大纲的要求，他们很难在有限的时间内将更多的实际工程内容融入到教学中。在教学方法方面，部分教师已经开始尝试使用案例教学、项目驱动等教学方法，但整体上仍以传统的灌输式教学为主。学生普遍反映这种教学方法枯燥无味，难以激发他们的学习兴趣和积极性。在教学资源方面，地方高校在土木工程CAD课程的教学资源方面存在较大的差异。一些学校拥有先进的CAD软件和硬件设备，而另一些学校则相对落后。同时，访谈中有教师反映，由于缺乏具有工程实践经验的教师，他们在教学中难以将理论知识与实际工程相结合。在评价体系方面，大部分地方高校的土木工程CAD课程评价体系仍以考试成绩为主，较少考虑学生的实际操作能力、创新能力、团队协作能力。访谈中有教师和企业负责人反映，这种评价体系难以全面反映学生的学习成果和综合素质，不利于培养学生的实践能力和创新能力。

调研结果说明，国内高校尤其是地方普通高校土木工程CAD课程在教学内容、教学方法、教学资源和评价体系等方面存在一些问题。为了提升课程的教学效果，培养学生的实践能力和创新能力，地方高校需要积极探索教学改革的新思路和新方法，加强与工程实践的结合，完善教学评价体系，提高教学资源的利用效率。

二土木工程CAD教学改革方案

土木工程CAD课程的教学已经跟不上时代的发展，智能建造的兴起为该课程的改革提供了新的动力和机遇，需要对教学目标、教学内容、教学方法和评价体系等方面进行升级。传统的土木工程CAD的教学目标主要是掌握AutoCAD的基本绘图、编辑方法与技巧，熟练运用CAD软件进行建筑图形和结构图形的设计。本研究项目对传统课程做出一系列的改革，将智能建造技术纳入课程目标中，强调学生需要掌握CAD软件的基本操作技能，并了解智能建造技术在土木工程中的应用，确保课程目标与行业需求和智能建造的最新发展趋势相一致。新的教学目标需要更新课程内容，引入智能建造相关理论和技术;需要创新教学方法，提高教学效果和学生学习积极性;需要加强实践教学，培养学生实际操作和解决问题的能力;需要完善评价体系，全面评估学生的学习成果和课程质量;需要融入课程思政教学内容，培养学生的职业素养、社会责任感、创新精神。

（一）教学内容设计

除了常规的CAD软件教学外，将智能建造相关的内容融入到课程中，包括引入建筑信息模型（BIM）的概念和应用、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术、传感器技术、自动化设备和数字孪生等方面的知识。确保学生了解并能够应用智能建造技术来优化土木工程CAD设计和施工流程。详细方案设计见表1。

（二）教学方法改革

智能建造驱动的土木工程CAD教学方法改革的设计应该注重培养学生的实践能力和创新思维，使其能够灵活运用CAD软件和智能建造技术解决实际问题。教学环节开始之前，首先对学生的基础进行问卷调研，了解学生对计算机运用和土木工程CAD软件掌握的基础水平，以及了解学生实验设备运用的情况。对不同层次的学生需要采用不同的教学方法。本项目在传统课堂讲授的基础上增加了项目驱动学习、团队合作学习、案例分析与讨论、实地考察和行业合作及自主学习探索等方法来培养学生。教学方法改革流程如图1所示。

本项目需要建设网络学习资源，对于基础不足或者课后查缺补漏的同学，可以自主通过网络学习平台进行强化学习和探索，老师也可以通过网络平台指导学生进行小型研究项目，让他们深入探索智能建造技术的前沿和应用方向。以项目为导向，设计实际的土木工程项目，让学生在项目中应用CAD软件和智能建造技术进行设计、模拟、分析。通过实践操作，学生能够更好地理解和应用所学知识，并培养解决实际问题的能力。引导学生进行团队合作学习，模拟真实的工作环境。让学生组成小组，共同完成土木工程项目的CAD设计和智能建造技术的应用。通过团队合作，学生能够学习协作和沟通技巧，并从不同的角度获得思考和解决问题的灵感。引入实际的智能建造项目案例，让学生进行案例分析和讨论。学生可以分析案例中的CAD设计和智能建造技术应用，思考其中的挑战和解决方案。通过案例分析和讨论，学生能够加深对智能建造技术的理解，并培养批判性思维和问题解决能力。组织学生进行实地考察，参观土木工程项目现场和智能建造技术应用场景。与行业企业建立合作关系，提供实习机会和项目合作机会，让学生亲身体验土木工程CAD和智能建造技术在实际工作中的应用，加深对行业需求和实际工作环境的了解。对设计能力较强的学生或学生小组设计的优秀项目，推荐参加相关大学生设计大赛，激发学生的学习激情。

（三）课程思政融入

课程内容中融入课程思政元素，可以强化学生的职业素养、社会责任感、创新精神。在学习CAD基础操作的同时，注重培养学生的细致、耐心、精确的工作态度;引入行业规范和职业道德，强调在设计中遵循标准、注重安全、保护环境的重要性;强调团队协作的重要性，培养学生的沟通能力和协作精神;在项目设计中融入社会责任意识，如考虑可持续发展、节能减排等因素;引导学生关注社会热点问题，将设计项目与实际需求相结合，培养解决问题的能力;通过案例讨论，引导学生思考职业道德问题，如诚信、责任、公正等;强调在工程实践中遵循职业道德的重要性，培养学生的职业责任感和道德意识;强调国家的发展成就和土木工程领域的贡献，激发学生的爱国情怀，引导学生将个人发展与国家需求相结合，树立为国家和人民服务的远大志向。

三教学评价改革

传统的期末成绩考查，方式单一，以考试成绩为主，不能很好地反映学生的实际能力和综合素质，因此引入综合评价的方式。综合评价包括项目成果、团队合作表现、实践操作能力、创新思维和解决问题的能力等方面。通过综合评价，可以更全面地评估学生的综合能力和学习成果。以下是本项目的教学评价改革方案。

除了传统的考试和作业成绩，将项目作为重要的评估方式，根据学生在项目中的表现评价他们的设计能力、实践操作技能、团队合作能力和解决问题的能力。可以设立明确的项目评估标准和评分体系，根据项目的完成度、创新性、技术应用等方面进行评估。

要求学生进行课程学习的反思和自评。学生可以撰写学习反思报告，分享他们在课程中的收获、困难、成长，并对自己的学习成果进行自我评估。这有助于学生更深入地思考和总结课程学习的经验和教训。

在考核中加入实际技能的评估，例如使用CAD软件进行设计和模拟的能力考核及智能建造技术的应用能力考核等。可以通过实际操作、模拟性任务或者技能考试的方式进行评估，更直接地反映学生的实际能力。

评估学生在课堂讨论、团队合作项目中的积极参与度和贡献度。可以根据学生的提问、回答问题、分享经验和合作能力等进行评估。这有助于激励学生积极参与学习活动，并培养团队合作和交流能力。

综合采用多种评估方式，能够更全面地评估学生在智能建造驱动的土木工程CAD教学中的能力和综合素质，促进学生全面发展和专业能力的提高。

四结果与讨论

本方案在贵州大学土木工程学院多个班级进行实践教学，学生在课程学习中经历了项目驱动学习、团队合作学习、案例分析和讨论、虚拟实验和模拟、实地考察和行业合作等教学方法的改革。他们参与了项目设计、CAD软件操作、智能建造技术应用等实践活动，并进行了综合评价和技能考核。此外，他们也抓住机会进行了学习反思和自评。学生组成的项目组参与了各种大学生竞赛并取得优异成绩。部分竞赛成绩统计见表2。

学生实地考察了贵州新基石建筑设计有限责任公司、贵州贵欣同成工程咨询有限公司、贵州大学勘察设计研究院有限责任公司等多家设计单位，参与到企业的实际工程项目中，如花溪区中医药设计、贵州省博物馆设计等，真实体验了智能建造的实际应用，为未来的发展打下坚实的基础。

通过项目驱动学习和团队合作学习，学生在学习中更加积极主动，主动参与项目设计、合作讨论、技能操作。他们体验到了真实的工作环境，增强了学习动力和兴趣。学生能够熟练运用CAD软件进行设计和模拟，理解智能建造技术的应用，并能够解决实际问题。这些教学方法改革方案取得了积极的实验结果，学生的学习积极性提高，实践能力、创新思维、团队合作和沟通能力都得到了提升。

五结束语

本研究旨在探索智能建造驱动的土木工程CAD课程内容的更新与拓展，通过对现有课程的分析和研究，提出了一系列的改革方案，并在多个班级进行了实验。实验结果表明，通过项目驱动学习、综合评价、技能考核和学习反思等教学方法的改革，学生在课程学习中的学习积极性得到提升，实践能力、创新思维、团队合作和沟通能力也得到了显著提高。综合评价方式有效地反映了学生的综合能力和学习成果。然而，本研究也存在一些限制，实验仅在贵州大学土木工程学院进行，样本数量有限，可能存在一定的局限性。进一步的研究可以扩大样本规模，涵盖更多的学生和不同的教育背景。未来的研究方向可以包括深入研究不同教学方法的有效性，探索更多的评价方式和策略，以及进一步整合行业合作和实践经验。此外，还可以结合人工智能和虚拟现实等新兴技术，进一步提升课程的教学效果和学生的学习体验。

总之，本研究为智能建造驱动的土木工程CAD课程内容的更新与拓展提供了一些有益的思路和实践经验。通过不断的研究和实践，我们可以不断优化课程设计，培养具有综合能力和应用能力的土木工程人才，为行业的发展和进步作出贡献。

参考文献：

[1] 徐积刚，岳健广，曹徐阳，等.“课-赛-设”三维贯通式教学实践——以装配式混凝土结构设计课程为例[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2023（12）：153-156.

[2] 乔元栋，罗化峰，张芳芳，等.校企共建智能建造产业学院人才培养模式改革创新[J].山西大同大学学报（社会科学版），2023，37（6）：135-138.

[3] 刘梅，王培军，衣振华.智能建造多学科交叉融合人才培养模式研究[J].教育教学论坛，2023（41）：1-4.

[4] 梁小勇，靳静，赵全胜.新工科背景下智能建造创新型人才培养探索与实践[J].创新创业理论研究与实践，2023，6（19）：142-145.

[5] 王贵禄，陈燕菲.土木工程创新创业理论与实践研究[J].工业建筑，2023，53（8）：263.

[6] 刘聪.基于BIM系统的土建类人才协同培养模式研究与实践[J].科教导刊，2023（26）：32-34.

[7] 孙庆巍，高辉，张童，等.新工科背景下智能建造专业课程体系研究与构建[J].高教学刊，2023，9（2）：118-121.

[8] 刘梅，董亚勋，王培军，等.面向智能建造的1+X（BIM）专创融合教育模式研究[J].高教学刊，2022，8（S1）：14-17.

[9] 牛恒茂，牛建刚，李仙兰，等.智能建造（技术）专业人才需求调研分析及人才培养路径探索[J].高教学刊，2022，8（15）：168-172.

[10] 吴秀峰，刘海卿，张霓，等.土木工程专业升级态势下的设计类课程教学改革[J].高教学刊，2022，8（8）：131-133，137.