新工科背景下土木人才的培養(yǎng)戰(zhàn)略

張挺　許莉　張健斌

摘? 要：中國要走創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，要走向世界，則對工科人才提出了新時(shí)代的要求。目前很多高校關(guān)于如何建設(shè)新工科提出了自己的看法。福州大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)合本學(xué)院特色和資源優(yōu)勢，展開了關(guān)于新工科背景下土木人才的培養(yǎng)戰(zhàn)略的思考。文章將從建設(shè)BIM課程、智慧城市、智慧土木三個(gè)方面出發(fā)，希望通過改革教學(xué)模式、開啟學(xué)生的國際化視野、培養(yǎng)交叉學(xué)科人才來響應(yīng)國家關(guān)于新工科的號(hào)召，同時(shí)為新時(shí)代的祖國建設(shè)培養(yǎng)優(yōu)秀人才。

關(guān)鍵詞：新工科;建設(shè)BIM課程;智慧城市;智慧土木

中圖分類號(hào)：C961? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2020）02-0151-03

Abstract： If China wants to follow the strategy of innovation-driven development and to go global， it will place new demands on engineering talents. At present， many colleges and universities have put forward their views on how to build new engineering subjects. The School of Civil Engineering of Fuzhou University combined with the characteristics of the college and the advantages of resources， and began to think about the training strategy of civil engineering talents under the background of new engineering. This article will start from the three aspects of building BIM courses， smart cities， and smart civil engineering. It is hoped that by reforming the teaching model， opening up the international vision of students， and cultivating interdisciplinary talents， we will respond to the call of the country for new engineering build， and at the same time train outstanding talents for the construction of the motherland in the new era.

Keywords： new engineering; constructions of BIM courses; smart city; smart civil engineering

一、研究背景

教育部提出“新工科”的概念源于黨的十八大提出的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略。“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列的新經(jīng)濟(jì)形式需要新工科體系的人才基礎(chǔ)。

對此復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)分別提出“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”、“千生計(jì)劃”來討論綜合性大學(xué)“新工科”的建設(shè)方向。目前，新工科的建設(shè)聯(lián)盟已經(jīng)大致形成：浙江大學(xué)牽頭工科優(yōu)勢大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)引領(lǐng)綜合性大學(xué)，汕頭大學(xué)和上海工程技術(shù)大學(xué)引領(lǐng)地方性大學(xué)。

在612個(gè)全國首批“新工科”研究實(shí)踐項(xiàng)目中，福州大學(xué)占據(jù)4個(gè)名額，如表1所示。縱觀這些入選項(xiàng)目，不難發(fā)現(xiàn)他們的人才培養(yǎng)模式離不開：校企合作、創(chuàng)新培養(yǎng)、學(xué)科競賽、實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、開放式教育（智慧平臺(tái)）等話題。

反觀我們土木行業(yè)，無論是“互聯(lián)網(wǎng)+”還是“一帶一路”或者“中國制造2025”等一系列的新經(jīng)濟(jì)的建設(shè)都離不開土木行業(yè)的創(chuàng)新，“土木、建筑、水利、海洋”是教育部的《關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》中專業(yè)改革類項(xiàng)目的第11項(xiàng)，體現(xiàn)了創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)體系下培養(yǎng)土木新工科人才的迫切性。福州大學(xué)土木工程人才培養(yǎng)戰(zhàn)略需要響應(yīng)國家號(hào)召。

二、人才培養(yǎng)戰(zhàn)略

（一）建設(shè)BIM課程-全新教學(xué)模式

新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展背景下傳統(tǒng)CAD技術(shù)需要向BIM技術(shù)發(fā)展蛻變。BIM技術(shù)即建筑信息模型（Building Information Modeling），是實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工、施工管理的全過程仿真模擬的一種技術(shù)。BIM被行業(yè)內(nèi)譽(yù)為第二次行業(yè)革命，不僅僅是因?yàn)槠渲庇^性、可視化、虛擬化、信息化，還因其帶來協(xié)同管理、進(jìn)度控制、成本控制、安全控制、縮短工期等所伴生的巨大經(jīng)濟(jì)效益而提高了BIM技術(shù)的核心競爭力。然而，由于行業(yè)對BIM人才的渴求以及高校BIM人才出產(chǎn)存在供求矛盾，我國BIM技術(shù)人才嚴(yán)重匱乏，如圖1所示。所以，新工科背景下的BIM課程建設(shè)成為BIM人才培養(yǎng)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

圖1 “BIM技術(shù)在施工行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀”調(diào)查（摘錄）

1. 課程體系改革

BIM人才的培養(yǎng)要遵從循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)學(xué)生的知識(shí)積累程度逐步培養(yǎng)能力。將培養(yǎng)計(jì)劃分為四個(gè)階段：概念導(dǎo)入階段（配備相對簡單的學(xué)科導(dǎo)論和基礎(chǔ)的工程制圖）-興趣培養(yǎng)階段（組織BIM興趣小組，啟蒙BIM以及軟件入門）-核心教學(xué)階段（課程設(shè)計(jì)能力實(shí)訓(xùn)）-強(qiáng)化提高階段（畢業(yè)設(shè)計(jì)和BIM5D的綜合應(yīng)用），具體見表2所示。

此外，課堂結(jié)構(gòu)和授課方式應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

實(shí)現(xiàn)理論性到實(shí)踐性的過渡，知識(shí)性與趣味性并存。傳統(tǒng)的教育方法是“以本為本，以綱為綱”一切的教育活動(dòng)都是按照教學(xué)大綱緊扣教材進(jìn)行，然而從行業(yè)知識(shí)角度來講，出現(xiàn)在教材上的知識(shí)與工程實(shí)際存在一定的滯后性，我們不否認(rèn)教材知識(shí)的經(jīng)典性，但是要培養(yǎng)出前沿技術(shù)人才，還需要將培養(yǎng)體系完成從理論到實(shí)踐的躍遷。如果在BIM教學(xué)中加入實(shí)際的工程案例，讓學(xué)生充分體驗(yàn)到施工現(xiàn)場的細(xì)節(jié)，比如使用VR技術(shù)讓學(xué)生“親自動(dòng)手”體驗(yàn)施工流程，有一定認(rèn)知基礎(chǔ)，可以讓學(xué)生更加貼近工程實(shí)際。如此，不僅提高了教學(xué)的質(zhì)量，同時(shí)還增加了教學(xué)的直觀性和趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。例如：認(rèn)知實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中，往往因?yàn)榘踩珕栴}或者時(shí)間有限，一些施工現(xiàn)場的重要環(huán)節(jié)，實(shí)習(xí)學(xué)生并沒有參與進(jìn)去，但若實(shí)際工程為模板，建立BIM模型通過虛擬施工和漫游檢查，就可以解決上述問題。

實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備是BIM課程建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。福州大學(xué)土木工程學(xué)院籌建智慧建造中心以迎接新工科的課程建設(shè)，智慧建造中心分為三個(gè)實(shí)驗(yàn)室： BIM中心配備有滿足教學(xué)需求的圖形工作站以及軟件，用以課程上機(jī)實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié);CAVE沉浸式展廳通過視頻融合技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)裸眼3D的效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和增強(qiáng)其對專業(yè)知識(shí)的感性認(rèn)知;VR展廳則是裝配式建筑教學(xué)實(shí)踐的平臺(tái)。

2. 完善BIM教學(xué)師資力量的建設(shè)

高校的BIM人才培養(yǎng)的質(zhì)量，在很大程度上依賴于教師的個(gè)人能力和傳授水平。

一方面，老師需要同時(shí)掌握基本理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與工程閱歷，否則要么就是在紙上談兵，要么就是在人云亦云。所以選擇有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)又同時(shí)有教學(xué)理想的老師，參加技術(shù)培訓(xùn);派訪到全國乃至國外的高校參觀、學(xué)習(xí)、考察，既能提升老師的知識(shí)技能素養(yǎng)，又能給新工科專業(yè)改革注入新鮮血液。

另一方面，是老師傳授知識(shí)的技巧。

首先是傳授知識(shí)方式的改變，從傳授式學(xué)習(xí)過渡到自主式學(xué)習(xí)，這方面研究生教育做得不錯(cuò)，導(dǎo)師給定一個(gè)題目的大的框架，或者僅僅是一個(gè)思路，放手讓學(xué)生去摸索，定期輔導(dǎo)，以引導(dǎo)研究方向的正確性，出來的成果往往有出乎意料的驚喜，究其原因是學(xué)生具有對知識(shí)和真理的探索欲望，只需要做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)就可以了。當(dāng)然，本科生由于專業(yè)知識(shí)的積累程度沒有研究生豐富，不能完全放手讓他們?nèi)プ觯沁@種開放式自主學(xué)習(xí)的教育模式，是值得借鑒的。

其次是授課形式多樣化。

知識(shí)的傳授不應(yīng)該只依賴于課堂，還需要結(jié)合軟件的上機(jī)實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)。因?yàn)橥ㄟ^實(shí)訓(xùn)，不僅能了解到平時(shí)學(xué)習(xí)的缺漏還能及時(shí)建立起知識(shí)體系框架。進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，親身參與基于BIM建設(shè)的案例。在保證授課形式的多樣性的同時(shí)避免學(xué)科交叉處的知識(shí)重復(fù)傳授，充分利用有限的教學(xué)學(xué)時(shí)。當(dāng)然不反對由于知識(shí)連貫性需要對交叉知識(shí)的重復(fù)強(qiáng)調(diào)以及必要的知識(shí)框架體系建設(shè)。教師還應(yīng)確保知識(shí)的時(shí)效性，經(jīng)常參加前沿的學(xué)術(shù)探討會(huì)，把握行業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。

（二）建造智慧城市-開啟國際化視野

智慧城市是住建部、發(fā)改委、交通部等八部重點(diǎn)關(guān)注的工作內(nèi)容，目前福建省有四個(gè)試點(diǎn)城市;截至2017年底，我國超過500個(gè)城市均已明確提出或正在建設(shè)智慧城市，預(yù)計(jì)到2021年市場規(guī)模將達(dá)到18.7萬億元。

智慧城市是城鎮(zhèn)化、信息化、工業(yè)化的深度融合，是一種可持續(xù)發(fā)展的城市生態(tài)模式。單純的建筑信息模型并不能解決我們的城市問題，因?yàn)槌鞘兄写嬖诟鞣N“流”包括交通流、水流、燃?xì)饬鳌⑴鳌⑿盘?hào)流、數(shù)據(jù)流、能源流，這些城市的“血管”在我們的城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)中是很少被綜合考慮的，所以要解決這些問題，就要讓我們的城市變得有智慧起來。

國外比中國更早完成工業(yè)化和城市化，關(guān)于智慧城市他們有更多的思考。而要建造屬于中國自己的智慧城市，需要打開學(xué)生的思維視野，將目光聚集在世界各地的智慧城市成功案例上。而這也正是福州大學(xué)土木學(xué)院多年來的奮斗目標(biāo)，在全體師生的努力下福州大學(xué)土木工程學(xué)院與多個(gè)國際大學(xué)建立了合作關(guān)系，包括：加拿大曼尼托巴大學(xué)、美國韋恩州立大學(xué)、德國凱澤斯勞滕大學(xué)、英國斯克萊德大學(xué)等等，新工科的建設(shè)國際化需求也讓我們更加堅(jiān)定地走國際化路線。表3所示的是福州大學(xué)土木工程學(xué)院擬與澳方合作，成立的“未來城市基礎(chǔ)設(shè)施智慧/智能建造研究院”方向劃分情況。

（三）建設(shè)智慧土木-培養(yǎng)交叉學(xué)科人才

土木不能局限在自己的行業(yè)視角范圍內(nèi)，應(yīng)與其他新工科建設(shè)項(xiàng)目一起發(fā)揮作用。如圖2中所示，新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)的重點(diǎn)應(yīng)該是提高學(xué)生跨學(xué)科的合作精神、鍛煉跨文化交流的能力以及交叉領(lǐng)域知識(shí)的貯備質(zhì)量。

以人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)為例說明。近年來，人工智能的科研取得重大突破，行業(yè)迅猛發(fā)展，如何將先進(jìn)的人工智能技術(shù)運(yùn)用到土木建造中來，是我們土木人所要思考的一個(gè)問題。目前行業(yè)中有AR+VR與BIM技術(shù)結(jié)合、無人機(jī)與走動(dòng)式監(jiān)造、“華生系統(tǒng)”與工程質(zhì)量診斷等應(yīng)用。但是人工智能的作用不僅僅如此，如何深度開挖人工智能的優(yōu)勢不僅要發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，同時(shí)應(yīng)該提供最前沿的學(xué)術(shù)講座，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到學(xué)科交叉的前沿，迸發(fā)出創(chuàng)新的火花。為此福州大學(xué)土木工程學(xué)院打造了《智慧土木》系列講座，以期開闊學(xué)生的行業(yè)視野，提高核心競爭力。

三、結(jié)束語

新工科背景下土木人才的培養(yǎng)戰(zhàn)略應(yīng)該以新時(shí)代土木人的新使命為目標(biāo)調(diào)整課程培養(yǎng)體系，同時(shí)兼具國際化視野借鑒發(fā)達(dá)國家的基礎(chǔ)建設(shè)的寶貴經(jīng)驗(yàn);注重啟發(fā)交叉學(xué)科人才，善于利用新科技為土木行業(yè)注入新的活力。

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