智能建造專業建設體系與教學方案設計

盧昱杰 高慧 霍天昭

摘要：隨著傳統建造領域與現代信息技術的逐漸融合，智能建造這一概念應運而生。目前智能建造專業建設已成為相關高校的重要發展方向。但智能建造專業建設還處于初始階段，其辦學理念、課程體系、人才培養等尚未在業界達成共識，專業教學方案亟待研究。根據土木工程相關專業30位教師的問卷調查結果，分析智能建造專業面臨的五大挑戰，結合新工科專業建設提出的新要求，從課程體系、師資力量、教學方法、教學平臺和管理制度等角度提出智能建造專業教學方案新模式，構建智能建造專業建設“P-S-R（要求-挑戰-響應）”框架體系，明確智能建造專業的建設路徑，以及各個時期的發展重點，以期為各類高校智能建造專業建設提供參考和借鑒。

關鍵詞：智能建造;課程體系;實踐教學;師資力量;管理制度

中圖分類號：G642 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2022）01-0008-07

隨著新興技術的蓬勃發展，建筑業逐漸轉型升級，在建造過程中開始應用BIM、物聯網、大數據、人工智能、移動通信、云計算及虛擬現實等信息技術，通過人機交互、感知、決策、執行和反饋，盡可能解放人力，由體力替代逐步發展到腦力增強，提高工程建造的生產力和效率。智能建造的發展得到了國家政策的支持與重視，住房和城鄉建設部、國家發展改革委、科技部等13部門聯合印發了《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，指出要以大力發展建筑工業化為載體，以數字化、智能化升級為動力，創新突破相關核心技術，加大智能建造在工程建設各環節的應用，形成涵蓋科研、設計、生產加工、施工裝配、運營等全產業鏈融合的智能建造產業體系。社會需求是工程教育不斷改革發展的原動力，各高校順應建筑業發展趨勢，開始設置適應產業發展新要求的新工科專業。

目前智能建造專業建設還處于起步階段，智能建造專業雖然以土木工程這一傳統學科為背景，但其內涵、特征仍不確定，專業重點仍需要在建設過程中不斷明確[1]。截至2020年3月，全國獲得教育部批準新增開設智能建造本科專業的高校有24所。與此同時，智能建造專業作為推動建筑業數字化轉型的重要學科，眾多建筑類高校正在規劃和籌備建設中。為幫助高校判斷自身是否具備開設智能建造專業的條件，統籌分析學校的學科專業現狀和發展潛力，以充分發揮各類高校在新工科建設上的不同優勢[1]，本研究結合新工科專業建設提出的新要求，從課程體系、師資力量、實踐教學、管理制度等角度，提出智能建造專業教學方案的新模式，以應對智能建造專業建設的挑戰。

一、文獻綜述與問卷設計

目前有關智能建造專業建設的研究主要聚焦人才培養、實踐教學、課程體系建設等方面，其主要觀點如下。

（1）培養面向未來科技與工程發展的復合型人才。丁烈云[2]分析了智能建造專業人才應具備的知識結構、知識體系和專業能力，并對智能建造專業人才培養的途徑、學科基礎和培養模式等關鍵問題進行了探討。李麗娟、楊文斌等人[3]探索跨學科多專業融合人才培養模式的構建，強調培養學生解決復雜工程問題的能力。

（2）實現學科交叉背景下的知識融合。安棟[4]等人分析了智能建造新專業中土建制圖課程的新變化，為新專業和土木工程專業的課程建設提出建議。張雷、王德東[5]等人對智能建造專業BIM課程體系提供了方向性的引導和具體的實施建議。

（3）建設適應新工科發展的教師隊伍。朱正偉[6]等人強調了工科教師的教學活動、科研能力、工程實踐能力這三大核心能力協同發展的重要性。易國[7]等人認為建設適應新工科發展的教師隊伍是深化教育改革不可回避的問題。

（4）建立順應技術發展潮流的實踐教學平臺。劉世平[8]等人對智能建造專業實踐性教學方案進行了深入思考，從設計理念、初步方案、管理模式、師資建設等方面對實踐教學環節進行了重新設計。王保健[9]等闡述了在新工科背景下硬件平臺建設、實驗教學體系及教學模式等的建設理念和建設成效。

（5）貫徹落實校企協同辦學機制。林健[1]認為在做好傳統學科專業建設的同時，新工科建設還要重視建立學科專業與外部產業部門、行業企業的聯系。胡永生[10]介紹了校企合作“3+1”人才培養模式，即在前3年的教學工作中，校企共建特色課程與開放式教學資源平臺，在最后1年的企業實踐中，校企共同開展學生崗前培訓等工作。

為綜合了解目前智能建造專業建設情況，以及新工科建設的新要求，本研究通過問卷調查，旨在掌握一線教師對智能建造專業課程體系、人才培養、校企合作以及學校資源配置的思考與建議。問卷分為基本問題、智能建造專業開設面臨的困難、開設智能建造專業的條件保障、開設智能建造專業的組織制度保障、智能建造專業的課程設置、智能建造專業的人才培養和智能建造的企業合作聯盟共七個部分。

二、問卷結果

問卷共收集回復30份，其中可用于分析的完整回復14份，填寫者為省屬重點大學、普通高等學校、高等職業技術院校的院長、系主任、教研室主任、授課教師等土木工程專業相關人員。問卷調研結果表明目前智能建造專業發展面臨以下五方面的挑戰。

挑戰一：囊括各新興交叉學科，具有一定廣度和深度的智能建造專業課程體系尚未完全構建

問卷結果顯示：70%的問卷填寫者認為傳統土木工程學科課程學分占總學分的比例應少于60%，這意味著智能建造專業需要開設較多其他學科的相關課程，例如自動化、計算機、機械等專業課程。但是，智能建造專業人才培養不能偏離工程建造這個“本”，尤其不能舍本逐末，簡單堆砌一些信息技術類課程，擠占專業課時。目前作為一種新興跨學科的專業，智能建造專業尚未有可以參照、模仿的課程體系，一切都需要在實踐中探索和完善。

挑戰二：具有實際工程意義、培養學生創造力的實踐課程尚未普遍開設

土木工程學科實踐課程主要集中在專業課程的配套基礎性驗證實驗，僅起到幫助學生理解專業知識點的作用。課程設計往往僅停留在理論設計階段，一些課程設計的題目已沿用幾十年，學生甚至能在網上找到設計模板，難以達到通過設計實踐訓練培養學生創新能力的目的[2]。除了上述傳統土木工程學科實踐課程存在的固有問題外，智能建造這一新工科專業在實踐課程方面還面臨很多挑戰。參與調研的教師普遍認為相對于傳統土木工程學科，智能建造方向的實踐課程需要增加大量學分，其中57%的教師認為應該增加至少8學分。此外，相較于基礎理論學習能力、科研創新能力，教師們認為實踐工作能力更為重要，提倡在智能建造專業建設過程中應當更加重視實踐課程建設。

挑戰三：可供學生實踐的建筑實操基地等硬件設施十分有限

在智能建造專業建設過程中，除了重視實踐課程建設外，還應該重視硬件設施的完善。目前可供學生實踐的建筑實操基地等硬件設施還十分有限，僅30%的問卷填寫者所屬學校具有相應的硬件設施。90%以上的教師認為硬件設施對未來建筑人才的培養很有意義，因此，除了在思想上重視實踐能力培養、在課程上增加實踐學分外，還需要積極為學生的實踐活動提供硬件設施，搭建實踐平臺。

挑戰四：可以覆蓋全部課程體系的師資隊伍尚未建立

問卷結果顯示，師資力量不夠、學時緊張、跨學科組織與制度障礙、校企協同辦學機制缺失、經費不足等因素中，師資力量對智能建造專業建設的影響最大，這說明土木工程專業教師切身體會到師資力量不夠是當前智能建造專業建設的最大困難。教師的水平決定了專業建設的下限，沒有科研能力、教學水平頂尖的引路人，任何人才培養方案都將成為空談。此外，智能建造作為新興跨學科專業，需要吸納更多有其他學科背景的年輕教師，為開設跨學科課程儲備師資，以打破因師資不足導致的教學桎梏。

挑戰五：有利于交叉學科發展的學校人事制度、成果管理制度有待進一步建立健全

新工科建設離不開組織、條件、質量、機制與政策等方面強有力的保障。高校新工科建設不單是某學院或專業的事情，是整個學校的行為，需要學校層面進行機制改革、組織協調、條件支持、政策激勵，校領導的重視和親自推動是確保新工科建設目標達成的必要條件[11]。問卷調查發現，在智能建造專業組織制度保障方面，智能建造專業建設牽頭人所屬層次為學校的僅占三成，牽頭人的所屬層次不高意味著跨學科專業建設的工作推進艱難。有80%的問卷填寫者認為學校當前的人事激勵制度、成果管理制度不利于智能建造專業的發展;因此，建立健全相關的政策、制度是今后智能建造專業建設的工作重點。

三、智能建造專業教學改革建議

為滿足智能建造專業建設的要求，借鑒國外高校相關專業教學模式和專業建設成功經驗，針對問卷調查分析中反映出的問題和面臨的新挑戰提出如下建議。

（一）構建模塊化課程體系，提取共性知識以保證課程質量

新工科專業的“新”強調前沿知識與原有知識體系的融合，具體到土木工程學科，專業主干課與建筑工業化新技術的結合是課程體系建立的一大重點。智能建造專業除了傳統的土木工程學科課程外，還將增設機械工程、電子信息科學與工程、控制科學與工程、工程管理等課程。為了緩解大量新增課程帶來的課時壓力，避免相似知識點的重復教學，教學內容需要從強調知識過渡到強調學習方法，關注共性的方法和思維方式，協調學時數減少與教學內容之間的矛盾。

建立模塊化課程體系，集中相關課程師資，實現小范圍內的資源共享。將專業課程劃分為智能設計模塊、智能制造模塊、智能施工模塊、智能家居模塊、智能控制模塊、智能材料模塊、智能防災和智能運維模塊，建立貫穿智能建造專業全生命周期的課程體系。目前普遍存在課程內容更新滯后于行業技術發展、課程質量參差不齊的問題，為此，教學內容應體現前沿性與時代性，及時將智能建造領域最新的學術研究以及國內外科技發展前沿成果引入課堂，保證課程教學的高質量。

（二）以“做中學”的實踐項目為主，改革教學方法

新工科工程教育模式與傳統教學模式最大的區別在于更加注重對學生實踐能力的培養。土木工程是國家重點發展的應用工程學科之一，土木工程專業的實踐教學體系應更加強調對學生實踐能力的培養。歐美國家工程教育采用CDIO模式，即課程基本知識講授很少，主要通過兩個或更多“設計—制作”實踐項目，讓學生自主獲取知識，自主解決設計、制作等問題，使學生的自主學習、設計實踐、團隊協作等能力得到很好的訓練[12]。智能建造專業實踐課程安排可以借鑒這種模式，在導師的帶領和團隊合作下，引導學生參與真實的智能設計、施工、運維項目，讓學生在“做中學”，把所學的知識和概念與現實挑戰，以及工程項目聯系起來，通過分析、設計、制造訓練和提升學生的實際能力，將人工智能、物聯網、大數據、機器人等技術應用到傳統的土木工程項目中，解決實際工程問題。

（三）搭建權責清晰的多層次教學平臺

實踐教學平臺的建設是實現實踐教學目標的基本保障。學生實踐課程有論證基本原理的基礎性實驗，也有需要創新的科研項目，因此，需要建立滿足不同需求的多層次實踐教學平臺，包括基礎性實踐平臺、綜合性實踐平臺和應用性示范平臺。

基礎性實踐平臺主要包括與理論課程一致的基礎性實驗和驗證性實驗，例如：結構體系與概念實驗、工程材料實驗、鋼結構基本原理實驗、混凝土基本原理實驗、土力學實驗等。學生通過基礎性實驗鞏固并掌握理論知識。負責該理論課程教學的課題組同時監督學生實踐，維護這類實踐教學平臺，以減少不必要的設施損壞。

綜合性實踐平臺主要包括課程設計、畢業設計和大學生科技創新項目，例如：智能設計實驗、智能施工實驗、建筑機器人實驗、智能建造全過程課程設計。通過這一平臺，學生可以初步應用已有的專業知識進行實踐訓練，充分發揮創造力。高校應鼓勵教師參與這類實踐活動，充分利用現有的實踐平臺開展產學研活動，為申請其他實踐教學平臺建設專項經費打下良好的基礎。

應用性示范平臺的主要內容和項目包括智能建造成果轉化、提供第三方檢測等技術服務、孵化創業公司等。高校可以和企業合作共建實踐基地與實踐平臺，通過完整的項目設計，獲得支持項目發展的資金和資源。高校應廣泛參與社會“交往”，整合無形的社會資源，發揮橋梁作用，打造資源鏈接的合作框架，與第三方的合作伙伴形成長效合作機制。

（四）推行以人為中心的師資隊伍建設

智能建造專業需要更多具有交叉學科背景的教師，可通過對現有教師開展培養和引進青年教師兩種途徑打造智能建造專業師資隊伍。鼓勵現有從事傳統土木工程專業課程教學的教師與高新技術企業合作，感受市場對智能建造相關知識的強大需求，同時通過與企業合作項目提升教師本身的工程素質和工程實踐能力，促使智能建造專業教師面向企業、面向技術、面向真實工程場景開展科研活動。為鼓勵教師扎根科研，從物質和精神層面建立激勵制度，引導高校教師將個人發展、自我實現與專業發展相結合，使教師在實現個人職業發展目標的同時達成智能建造專業的發展目標。

目前，高校主要通過實行人事代理、編外聘用，或者設立師資博士后、專職科研崗引進青年教師，在多個環節設置分流淘汰制度，在高校內部形成一種“壓力型體制”[13]，這種高壓的聘任制度不利于保障學術自由，也不利于招聘優秀教師。對此，應建立制度化的教師訴求表達渠道，確保教師利益能在聘任制度改革方案中得到體現，以吸引包括有計算機背景的更多優秀年輕教師。

（五）構建多維合作的全過程、高質量、高能效制度體系

對涉及師生員工切身利益的重大制度，例如成果認定、成果獎勵、人事激勵、晉升機制等，需要在制度的制定與反饋的全過程，充分考慮制度所涉及的全部主體，以構建高質量、高能效的制度體系。

制度在起草環節必須廣泛征求利益主體的意見，審議決策環節應該有師生代表列席并充分發表意見，對于學術性強的規章制度更應該還“政”于教師，充分發揮教師在學術決策中的主體作用。例如：對于智能建造成果的認定需要廣泛采納所涉及專業教師的意見，避免因為不了解這一新興專業而出現成果認定不合理、不公平的現象，從而影響師生做科研的積極性。

在制度制定后，通過與學生代表大會、教職工代表大會等群團組織建立協商對話、申訴、救濟機制，對有關制度的運行、執行以及師生滿意度進行評價和反饋，及時根據運行的實際情況作出調整。這種多元化的治理制度能發揮教育活動各個主體的作用，尊重師生個體利益訴求，更好地促進新學科的建設。

四、構建智能建造專業“P-S-R”框架體系

相較于傳統土木工程學科，智能建造專業在人才培養、課程設置、師資力量、實踐教學、校企合作等方面都有更高的要求（pressure）。根據智能建造專業建設的現狀以及所面臨的挑戰（state），提出具有針對性的幾點建議，明確未來智能建造專業教學的幾個發展方向，即為加強智能建造專業建設所需作出的改變或響應（response），提出智能建造專業建設“P-S-R”框架體系。

在專業建設初期，即教育部批準開設智能建造專業后的兩年內，優先完善課程體系與師資培養;到專業建設中期，即專業開設后的四年內，逐步完成教學方法與教學平臺改革;專業建設末期，即專業開設后的第五年，完成制度體系的改革，最終將智能建造專業建設成學校的特色專業。具體的框架及建設路徑如圖1。

五、結語

發展智能建造、推動建筑產業變革，對推進工程建造高質量發展，促使我國最終邁向工程建造強國具有決定性的意義。建設智能建造專業，培養智能建造創新型工程科技人才是實現這一目標的重要保障。本研究首先根據文獻調研掌握智能建造專業建設的新要求，針對高校教師設計調查問卷，從問卷結果總結專業建設面臨的五大挑戰，并有針對性地從五個方面提出教學建議，旨在為培養未來復合型人才提供基本保障和重要支撐。

受新冠肺炎疫情影響，針對智能建造專業建設所收集到的調查問卷數量不夠多，不同性質高校教師的問卷結果區別不夠顯著，因此未能分析不同類型高校在智能建造專業建設的過程中可能面臨的不同挑戰和對策。目前提出的教學方案具有普適性，需要各高校結合實際情況提出適合自身特點、具有鮮明特色的教學方案。

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Abstract： With the integration of traditional construction fields with information technology， the concept of intelligent construction came into being. Intelligent construction has also become the direction of opening a major in colleges and universities， but the establishment of intelligent construction programme is still in the initial stage. The school-running philosophy， curriculum system， and talent training of intelligent construction have not yet reached a consensus， and the teaching plan is urgently needed. Based on the results of a questionnaire survey for 30 college teachers in civil engineering and related majors， this paper clarifies the five challenges faced by the intelligent construction programme， and combining with the new requirements for the construction of emerging engineering disciplines， proposes a new teaching scheme model of intelligent construction programme from perspectives of curriculum system， teacher strength， teaching method， teaching platform， and management system. Also， the authors construct a “P-S-R （Pressure-Stress-Response）” framework system of intelligent construction programme and plan the path of intelligent construction programme and the development focus of each period. It is expected to provide reference for the establishment of intelligent construction majors in colleges and universities.

Key words： intelligent construction; curriculum system; practical teaching; teaching staff; management system

（責任編輯 梁遠華）