智慧工地微課程內容的建設及實踐

【摘" 要】 當前，建筑業的數字化轉型正在加速，新興計算機技術、視頻識別技術和人工智能技術在建筑業被廣泛應用，催生出越來越多的智慧工地應用場景，實現了更高效、精準的工程分析和應用。然而，目前建筑業背景的人才大多缺乏對新興智慧工地相關技術的掌握，因此高校迫切需要開設相關的課程，以滿足行業對智慧工地相關技術人才的需求。文章構建并實踐了智慧工地的微課程，成功地將宏大的內容解構為以智慧工地的系統架構為主線、技術應用為分支的平行教學單元，系統地向學生傳授了相關的新技術、新知識和新方法，豐富了高校培養復合人才的內涵，成為智慧工地相關大學人才和企業人才培養的外延和補充。

【關鍵詞】 智慧工地;微課程;建筑領域

目前，建筑業基本實現了從手工到數字化的轉變，為智慧工地的提出和發展奠定了堅實的基礎。智慧工地是建立在高度信息化基礎上的一種支持對人和物全面感知、施工技術全面智能、工作互通互聯、信息協同共享、決策科學分析和風險智慧預控的新型施工手段，是智能建造領域的重要組成部分，可以有效地提升工程項目建設的技術和管理水平。智慧工地的實踐，對于建筑業在新時代的轉型升級、實現建筑產業的現代化，具有十分重要的意義。然而，智慧工地是一個多學科交叉的新型領域，人才需求量大，需要從業人員及使用人員了解多種技術在智慧工地場景下的基本應用情況，因此迫切需要高校開設相關的課程，以滿足行業的需求。

本文建立了“智慧工地”的微課程體系，并在網絡平臺中進行了實踐，以解決問題為導向，以完整的特定微主題展開教學，將宏大的內容解構為以智慧工地系統架構為主線、技術應用為分支的平行教學單元，整合高效的學習資源，讓在校學生、項目技術人員快速地了解了智慧工地的建設內涵、關鍵要素、架構設計和技術支撐。此外，本文以“智慧工地”為教學對象，開展了體驗式、協作式的學習模式探索，形成了在課上以在線視頻教學為主、在課下以虛擬仿真體驗為輔的教學模式，解決了大學專業設置與企業用人需求的匹配問題，使學生通過在線實訓強化了對智慧工地的理解，做到學以致用，激發了學生對智能建造領域新興技術的學習興趣，豐富了復合人才培養的內涵，成為智慧工地相關大學人才和企業人才培養的外延和補充。

一、微課程概述

微課是一種新型的教育信息資源，具備“主題突出、短小精悍、交互性好、應用面廣”等特點，隨著信息化時代智能終端的普及，微課程能為受眾提供更多的碎片化時間和機會學習相關的專業知識。國內關于微課程含義的討論和研究不盡相同。劉運華等提到，微型課程的理論基礎主要是拋錨式教學、基于問題的教學和情境認知理論;胡鐵生認為，微課是以闡釋某一知識點為目標，以短小精悍的視頻為表現形式，以學習或教學應用為目的的教學視頻，構成了一種半結構化、主題突出的資源單元應用“生態環境”;李玉平認為，微課程主要以數字故事為呈現方式，倡導利用碎片化的學習時間，宗旨是“5分鐘完成一次學習，300秒經歷一次思考”;張靜然對微課程的相關研究進行了系統的梳理，姚正東對微課程的設計進行了初步的探討。

可以看出，由于實踐領域和研究背景的不同，不同研究者對微課定義、視頻時長、組成資源、表現方式和應用目的等問題的看法尚不一致。但是，在以下幾個方面達成了共識：

1. 微課內容通常持續時間短，通過解構宏大的內容，靈活了教學方式，提高了學生的學習效率，使學生迅速掌握了知識點。

2. 微課越來越以智能移動終端為載體呈現簡短的視頻或文字圖像，便于發布至網絡學習平臺中，供學習者觀看、下載。

3. 微課的教學形式靈活、豐富，學生可以在線學習、和教師實現面對面教學或混合學習，能夠滿足各類背景學生的學習需求。

基于微課程以上的特點和優勢，本文研究、建立了智慧工地微課程體系，面向校園內外受眾開設了智慧工地微課程，開發了以短視頻為核心、輔以教學資料的教學模式，對于適應行業的發展趨勢以及滿足行業的復合型人才需求，具有十分重要的現實意義。

二、智慧工地微課程知識體系梳理

微課程以在線學習或移動學習為主要的學習形式，以視頻為載體，每節課在10分鐘左右，主題明確，內容簡潔，力圖向學生集中說明一個問題或者核心內容。在此前提下，本文結合了智慧工地的行業需求及土木工程專業的特點，針對智慧工地的基本概念、通用技術和應用場景等，全面梳理、調整了智慧工地涉及的內容，根據智慧工地微課程的知識點，最終形成了以智慧工地總體架構為主線，BIM、物聯網、云計算、大數據和智能設備等技術應用為分支，以基于物聯網感知和大數據深度學習系統為支撐的平行教學知識體系，如圖1所示。該體系能形成高效的學習資源，讓受眾通過便利、靈活和自由的學習方式，有效地了解智慧工地的內涵和外延。

三、智慧工地微課程教學內容的規劃

本文針對梳理的知識點開展教學內容的規劃工作。教學內容規劃，以知識點為抓手，圍繞微課的特點，以微視頻為核心的表現形式，以闡述某一知識點為目標，以學習和教學應用為目的，搜集和組織教學資源，力求做到主題突出、資源多樣和短小精悍，通過便利、靈活和自由的學習方式，提高了學習效率，形成了完善的微課程知識體系和教學內容，并突出了“實、小、精”的特點：

1. “實”——緊密圍繞智慧工地的內涵，教學素材來自工程實際，適當包括學術前沿。

2. “小”——一節微課10分鐘，適合數字時代的網絡化個性學習，有利于學生利用碎片化的時間學習課程。

3. “精”——一節微課一個知識點，內容少而精，集中度高，提供了一定數量的拓展教學內容，供學生課后選用。

以“健康監測”知識點為例，智慧工地微課程的建設，包含知識點講述、技術要點分析和工程應用介紹三個部分：

1. 知識點講述。施工過程的健康監測是指在建筑施工的過程中，采用監測儀器監測關鍵部位各項控制指標的技術手段，在監測值接近控制值時，監測儀將發出報警，用來保證施工的安全性;也可用于檢查施工過程是否合理。

2. 技術要點分析。介紹施工過程健康監測的核心技術，包括常見的傳感器技術、監測數據的處理和分析方法、施工過程的計算分析，以及新興的電阻應變片技術、振動傳感器技術、機器視覺技術、圖像處理技術、數據挖掘技術和人工智能技術等在智慧工地的健康監測的應用。

3. 工程應用介紹。以“大跨度鋼結構落架分析及監控”為例，介紹了前沿的健康監測技術在智慧工地中的應用。例如，利用新興的計算機技術，可以實時處理和分析大量的數據，以監控和監測結構的健康狀況;利用視頻識別技術，可以實時監測結構表面的形變，以提前發現可能存在的隱患;利用人工智能技術，可以分析監測數據，進行智能化的預測和判斷，從而提高了工程施工的質量和安全性。

總之，視頻識別技術、人工智能技術等智慧工地的各類工程技術，可以實現更高效、精準的分析和應用，而智慧工地微課程也為受眾提供了更便捷、快速和實用的學習相關新興技術的途徑，為行業的發展提供了新的推動力。

四、智慧工地微課程在線課程的建設

在收集和整理了所有知識點后，即可進行智慧工地微課程核心學習資源（即教學微視頻）和輔助學習資源（即拓展閱讀和學習）的設計，形成以問題引導、學習支持、案例實操和思考問題為主的分層次學習架構。

本文的智慧工地微課程，以中建八局和上海建工四建實際項目的施工視頻為素材，采用了先進的深度學習技術識別視頻，完成了真實建造過程中構件和人員的自動識別、追蹤算法開發和實踐，并整理成課后的教學素材，如圖2所示。

智慧工地微課程的發布和管理，也可以借助云平臺實現。本文基于同濟大學土木工程學院的“土木工程+”微學習平臺，集成、發布了智慧工地微課程，實現了對微課程的高效、智能化運營管理，為學習者提供了便捷、快速和實用的學習途徑，如圖3所示。

在線課程平臺，可以向學生提供施工建造動畫、BIM 4D模型、深度學習算法及相應的數據集，讓不同學科背景、不同科研能力的學生，按照自己的興趣或需求，選擇相應的內容進行課后實操，強化了學生對智慧工地關鍵技術的理解。學生也能通過對智慧工地課后教學素材的模擬實操，熟悉智慧工地在對人和物全面感知、施工技術全面智能、決策科學分析和風險智慧預控等方面的應用，熟悉了課程教學的內容，強化了對智慧工地各個應用的理解，掌握了智慧技術適應應用場景切換的能力。

五、總結與思考

預期學生在完成課程學習后，可以在以下幾方面得到提升：

1. 學生通過學習智慧工地微課程，可以了解智慧工地的總體架構，熟悉BIM、物聯網、云計算、大數據、移動通信、智能設備和機器人等軟硬件信息技術的基本原理及其在建造管理過程中的集成應用;了解智慧工地的協同信息管理系統，熟悉基于物聯網感知和大數據深度學習系統等支撐工具的基本原理及應用場景，初步具備了利用智慧工地進行智慧監控施工過程的能力。

2. 學生通過模擬實操在線虛擬智慧工地，熟悉了智慧工地在對人和物全面感知、施工技術全面智能、工作互通互聯、信息協同共享、決策科學分析和風險智慧預控等方面的應用;熟悉了課程教學的內容，強化了對智慧工地各個應用的理解，具備了適應應用場景切換的能力。

3. 完成了課程的系統學習后，學生將具備利用智慧工地的核心功能，對工程質量、安全等生產過程以及商務、技術和進度等管理過程加以改造的能力，提高了學生在工地現場的生產、管理效率和決策能力，對已發生和可能發生的各類問題，能夠給出科學的應對方案。

然而，本文建立的智慧工地微課體系，在完善和實踐的過程中，仍需要注意以下三點：

1. 智慧工地涉及的學科面較廣，實踐性強，技術迭代快，在后續實踐的過程中，學校應加強同施工企業的橫向連接，做到教學內容、課后實操內容的及時更新。

2. 智慧工地的實操性和系統性很強，從方案布置、信息采集、信息融合和現場決策等，都需要同現場密切聯動，才能保持信息的一致性。

3. 智慧工地主要服務于建造環節，是數字建造的重要組成部分，本課程可以通過擴展教學內容，增加基于BIM的施工過程仿真和性能分析、虛擬場景和物理世界的融合、施工過程監測與監控、施工機械智能化等內容，以進一步開展數字建造的課程建設。

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