面向新工科的土木工程專業改造升級路徑探索與實踐

武鶴 孫緒杰 魏建軍

摘要：在新工科背景下，土木工程專業面臨著由傳統工科專業向新型土木工程專業轉型、升級、改造的問題。結合國內外土木工程行業發展趨勢，對傳統土木工程專業如何向新型土木工程專業轉型、升級進行了探討，在新工科背景下

將OBE教育理念運用到土木工程專業的升級和改造，開展面向新工科的土木工程人才培養方案研究與實踐。研究內容包括校企共建“智慧建筑學院”;建立面向新工科的人才培養目標與畢業要求;將互聯網+、云計算、大數據、智能化、虛擬現實等信息技術、智能化技術，尤其是BIM技術用于多學科交叉的課程體系設置;建立多專業融合的智慧建筑仿真實驗中心，構建“3+1”的校企合作教育平臺，實現新工科背景下的新型土木工程專業內涵式發展，培養面向未來的新型智慧建筑人才。

關鍵詞：新工科;OBE;專業改造升級;土木工程

中圖分類號：U411文獻標志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0012-05

新工科建設是國家應對新經濟、新業態挑戰，服務國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展，提出的一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃。新工科建設已經成為高等工程教育領域關注的熱點。光明日報以“面向未來的新工科”為題報道了“新工科”新在哪兒[1]、新工科發展形

成建設行動路線[2]等，重點分析了我國高校要加快建設和發展新工科的必要性。一方面應主動設置和發展一批新興工科專業，另一方面需要推動現有工科專業的改革創新。新工科建設和發展應以新經濟、新產業為背景，樹立創新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”，構建新興工科和傳統工科相結合的學科專業新結構，探索實施工程教育人才培養的“新模式”，打造具有國際競爭力的工程教育“新質量”，建立完善中國特色工程教育的“新體系”，實現從工程教育大國走向工程教育強國[3]。

一、面向新工科的土木工程專業改造升級具有現實的迫切性

發展新經濟、新業態要求工科專業布局面向未來;發展新經濟、新業態要求工程專業人才具備更高的創新創業能力和跨專業的綜合能力;發展新經濟、新業態要求工程教育培養模式更加多樣化和個性化。此外，發展新經濟的國際經驗也要求高等教育與產業發展保持良性互動。以美國的產業發展為例，20世紀70年代，美國的微電子、計算機技術、程控交換通訊，甚至互聯網的原型——阿帕網等信息技術革命的主要技術已基本完成，直到90年代中期才拓展到整個經濟體中。1972—1995年期間，雖然美國制造業的生產增速減緩，但制造業中的計算機制造人才每年增長率卻高于17.8%。從數據分析可知，人才培養對于技術創新和新產業發展有滯后性。美國的高等教育系統利用20多年的時間適應信息技術革命所引發的人才資源轉型需要，其自身也完成了戰后高等教育結構轉型，與美國的新經濟產生了良性互動。表1為美國2011—2015年主要工程專業領域授予學士學位人數 [4]，計算機科學、土木工程和工程管理等專業呈現了較高的年均增長率。這些專業畢業人數的增加與近年來美國“再工業化”戰略需要密切相關。

由此可見，新工科建設對未來新經濟和新業態的發展起到至關重要的作用，加快發展新工科主動適應、引領新經濟是高等工程教育的新要求[4]。

從建筑行業的發展看，建筑設計可視化、生產工廠化、施工裝配化、管理信息化、應用智能化符合新工科所提出的“理念新、要求新、途徑新”的基本特征[5]，已成為專業未來發展的一個重要方向，對于應用型本科學校的土木工程專業尤其如此。因此，為實現應用型本科土木工程專業改造升級，開展以面向建筑工業化、智能化的“新工科”土木工程人才培養方案、培養模式的研究與實踐，具有現實的迫切性和發展的可行性，對培養未來建筑業所需要的新型智慧建筑人才具有重要意義。

二、土木工程專業改造升級的路徑研究與實踐探索

按照學科專業產生或形成的基礎和構成要素劃分，新工科的學科專業可分為新型學科專業、新生學科專業和新興學科專業三種類型。隨著行業產業的轉型發展和新經濟、新業態的不斷涌現，傳統的學科專業必須面向社會經濟發展需求，

結合互聯網+、云計算、大數據、智能化、虛擬現實技術等新興產業和業態，打造傳統專業建設的升級版。土木工程專業開展新工科建設，就是要面向建筑業未來發展需要，通過學科滲透、交叉、融合實現工科專業的轉型、改造、升級。

新工科專業必須及時調整培養目標、修訂培養標準和培養方案、創新培養模式、改革課程體系、更新教學內容、調整專業設置和方向，只有這樣新工科專業人才培養才能滿足當前和未來產業發展需要，引領產業未來發展。為此，以黑龍江工程學院為例，就土木工程專業改造升級的路徑與實踐進行了探索。

（一）共建校企“智慧建筑學院”

當前我國產業發展不平衡，尚處在“工業2.0”和“工業3.0”并行的發展階段，必須走“工業2.0”補課、“工業3.0”普及、“工業4.0”示范的“并聯式”發展道路，因此，人才培養尤為重要[6]。基于此，發揮與行業緊密聯系的優勢，面對當前和未來行業發展需要，將產學合作、校企合作和國際合作等引入人才培養過程中，實現人才培養與產業發展同步，推動建筑信息化的發展和建筑業轉型升級。依據“共商、共建、共享”原則，2016年6月學校與中國建筑科學研究院、上海魯班軟件有限公司、深圳斯維爾科技股份有限公司、北京跨世紀（奔特力）公司簽署了校企共建智慧建筑學院協議，采用“3+1”的人才培養模式，聯合培養土木工程專業新型工科人才，與企業聯合制定培養方案、共同建設課程、共建實習實訓基地，深入推進產學合作、產教融合，為傳統土木工程專業的改造升級奠定了基礎，提供了保障。

企業將建筑云技術與大數據管理、物聯網技術、BIM協同創新、智慧建造方面的知識引入課堂，以行業和技術發展的最新成果推動工程教育改革;學校建設的智慧建筑仿真實驗中心，為企業、教師和學生提供了交流互動平臺，促進了企業技術應用、教師技術開發和學生創新實踐，實現了多方共贏。

（二）制定基于OBE教育理念和新工科要求的人才培養目標與畢業要求

OBE（Outcome Based Education）教育理念是《華盛頓協議》核心理念之一，是一種基于學習成果或產出為導向的教育理念，是工程教育專業認證體系的核心內容。產出或成果導向教育（OBE）遵循“反向設計”原則，反向設計從需求開始，由需求決定培養目標，由培養目標決定畢業要求，再由畢業要求決定課程體系。OBE教育理念能夠清晰地聚焦和組織教學中的每個環節，使學生在學習過程中實現預期結果，是當前工程教育改革的主流方向。OBE教育理念要求教師必須清楚學生畢業時應達的要求，然后尋找并設計適宜且有效的方法促使其目標實現，因此，工程教育專業認證所倡導的OBE教育理念對新工科專業建設具有重要的指導意義和現實可操作性。

1.培養目標構建

面向建筑行業發展的新需求、學科交叉融合的新趨勢、科技發展的新成果，基于OBE教育理念，在充分調研的基礎上提出面向“新工科”的土木工程專業人才培養目標、畢業要求、課程體系以及企業培養方案。其培養目標為：面向建筑工業化與智能化的發展要求，培養具備扎實的自然科學知識和良好的人文素養，掌握土木工程及相關學科的基礎知識、基本原理和BIM（Building information model）等前沿應用技術，具有較強的工程實踐能力和跨界整合能力，能夠利用信息化、智能化技術進行工程設計、施工與管理，具有國際視野、創新精神、團隊意識和可持續發展理念的高素質復合型人才。

2.畢業要求制定

畢業生具備引領未來產業和行業發展能力是新經濟對高等工程教育人才培養的核心能力要求[6]。從適應建筑工業化和智能化發展的角度，借鑒國際工程教育認證的先進理念和思想，分析未來工程人才應具備的素質要求，明確未來工程人才在工程技術、信息技術、經濟管理、法律、文化、倫理等重點領域應具備的能力體系，結合學校辦學特色、人才培養定位和專業培養目標，制定智慧建筑學院土木工程專業畢業要求。主要包括：學科知識（數學、自然科學、交叉學科、工程前沿知識）、專業能力（基于新技術的設計、施工、應用研究、工具使用、信息綜合、項目管理等方面

的問題解決能力、）、非專業能力（溝通交流、創新創業、團隊合作、動態適應等能力），以及綜合素質（工程倫理、家國情懷、跨界整合、全球視野、終身學習）等。

（三）基于培養目標和畢業要求的課程體系設置

面向新經濟新業態和建筑工業化智能化發展的要求，結合國際工程教育的先進理念（OBE），構建基于智慧建造的土木工程專業課程體系。除了按照OBE理念依據畢業要求設置課程體系的基本要求外，還按照工程邏輯構建模塊化課程，打破學科界限，將互聯網+、物聯網、云計算、大數據、人工智能、虛擬現實等信息技術、智能化技術，尤其是BIM技術用于多學科交叉的課程體系設置，開展成果導向的課程體系重構。

通過構建工科通識教育平臺（數學、自然科學、思政、信息等課程）、土木工程專業教育平臺（力學、專業基礎、專業課等）、交叉學科及新技術模塊（互聯網+技術、BIM技術、工業化技術等）、創新創業教育模塊（學科競賽、龍建杯創新創業系列大賽、綜合實踐、企業實踐等）、工程與人文教育模塊（工程文化、人文社科等系列課程與活動）等，按交叉與融合、協調與共享的新工科理念，建立能力達成與課程體系之間的對應關系，構建面向新經濟新業態的土木工程專業新型課程體系。尤其重視利用智慧建筑學院的優勢，及時更新教學內容，將行業企業及教師研究成果充實到教學中，開闊學生視野，提升學生應對變化的能力。

（四）基于多專業多學科融合的智慧建筑仿真實驗中心建設

2016年學校投資600萬元立項建設了“智慧建筑仿真實驗中心（BIM技術中心）”，建成以BIM技術學習和應用為核心的智慧建筑教學實踐平臺，實現了多專業學科交叉與融合的“互聯網+”環境下的實驗教學。該平臺也是學校與企業共建行業學院的重要舉措，PKPM、斯維爾、魯班、Bentley及Revit等軟件企業入駐，為企業深度參與人才培養提供了必要支撐。該中心主要任務：（1）完成實習實訓教學任務，目前已經對智慧建筑學院土木工程、建筑學、工程管理和建環等多專業開放;（2）創新創業基地，為學生進行與信息技術、智能化技術相關的學科競賽、軟件學習提供條件;（3）教學研究與社會服務，教師進行相關的軟件學習、技術研究，對各類智慧建筑設計、施工管理軟件進行二次開發，同時承擔BIM技術應用項目，為社會提供服務;（4）企業新技術推廣應用，技術的推廣宣傳、培訓服務。通過建立多專業多學科融合的智慧建筑仿真實驗中心，實現了對學生建筑信息化、智能化方面知識和能力的系統培訓，為學生、教師、企業搭建了學習、研究與合作平臺。

（五）基于校企合作的“3+1”協同育人教育平臺構建

新工科建設具有反映時代特征、涉及面廣、多學科交融、多主體參與等特點。為實現行業、企業、學會、學校多主體協同育人的目標，智慧建筑學院在原合作企業的基礎上又與黑龍江省土木建筑學會、公路學會、黑龍江省建設集團、黑龍江省公路勘察設計院等部門簽訂了協議，共建“3+1”模式的協同育人教育平臺，促進產學合作、產教融合。基于多主體協同育人平臺，學生前三年以在學校學習為主，最后一年可到上述近十家企業學習和實踐，做到個性化選擇、實戰化訓練、前沿性引領、品質化培養。通過“做中學”“學中做”，參與企業的研發項目、工程實例，培養未來工程師的綜合品質和工程能力。行業企業專家深度參與學生在校期間的培養，講授BIM工程實踐、BIM項目全過程管理、建筑裝配化技術等實踐性較強的前沿課程等，并與教師合作開發教材。學生在進入企業的前半年，由行業專家講授專業技術課程、行業規范、職業道德與企業文化等，并將實踐任務融入到企業生產中。在進入企業的后半年則在參與項目實踐的基礎上，由企業導師和學校導師共同指導，基于學科交叉與先進技術應用的實際工程項目，完成畢業設計。

學校鼓勵教師提升自身能力，主動適應新工科發展要求，強化教師工程背景，并與職稱評定掛鉤，對教師的工程經歷提出明確要求，并以平臺為依托，讓教師進入企業參與工程項目設計，熟悉行業發展動態與趨勢，以建立與新工科建設相適應的師資隊伍。

四、結語

結合建筑業未來發展趨勢，對傳統的土木工程專業如何向新型土木工程專業轉型、升級等問題進行了探討，提出了在新工科背景下將OBE教育理念運用到土木工程專業的升級和改造舉措。采用校企共建行業學院的培養模式開展土木工程專業新工科建設，按照面向未來、繼承與創新、交叉與融合、協調與共享的多元化人才培養理念，打造了面向新經濟新業態發展需要的土木工程專業改造升級版，構建了遵循工程邏輯、交叉融合和開放共享的課程體系，以適應智慧建造時代的到來，實現新型土木工程專業建設的內涵式發展。

參考文獻：

[1]王慶環. 新工科“新”在那兒[N]. 光明日報， 2017-4-3（5）.

[2]王慶環. 新工科發展形成建設行動路線[N]. 光明日報， 2017-4-11（1）.

[3] “新工科”建設復旦共識[J].學術動態，2017（3）：10-11.

[4]吳愛華. 加快發展新工科主動適應引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-3.

[5]林健. 引領高等教育改革的新工科建設[J].中國高等教育，2017（13）：40-43.

[6]鐘登華. 新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（5）：1-3.