基于“工地課堂”的智能建造施工技術課程改革與實踐

王斌 彭知數 胡勇軍 段瀚

引言

智能建造是基于建筑信息模型（BIM）[1]、物聯網+[2]、3D打印[3]、以及人工智能[4，5]等技術，將先進的信息技術與生產技術相融合的新型建造方式。隨著我國智能建造產業的轉型升級，建筑業逐步從傳統的建造模式轉向智能建造模式。智能建造技術的出現促使各學科的前沿技術更緊密地協調發展，充分利用智能控制技術和信息技術手段使得建筑設計、施工、生產、管理等各環節都更加智能化、自動化，從而減少項目建設過程中勞動力的投入。[6]

智能建造正在引領建筑業建造方式的進一步改造和升級，而實現建筑業成功轉型升級的首要因素是智能建造技術人才的培養。伴隨著建筑機器人的普及，未來需要眾多智能建造產業相關人員。智能建造施工技術作為土建施工類專業的核心課程也在智能建造技術的推動下要求不斷改革與創新[7]，廣東碧桂園職業學院依托校企合作資源，利用在建實際工程項目開展“工地課堂”教學，有效地將新技術融入課堂教學中，同時解決了學生在校所學與企業崗位所需相脫節的問題，有助于教師收集施工現場資源從而反哺教學。

一、智能建造施工技術課程概況

智能建造施工技術是在智能建造背景下，在傳統施工技術課程基礎上融合智能建造相關知識而重構的一門課程。該課程具有知識面廣、時效性強、實踐性與綜合性強等特點。課程的教學內容橫跨從降水到裝飾裝修各分部分項的施工工藝，并要求能夠對接新技術、新材料、新工藝、新設備等“四新”技術。前置課程主要有建筑材料、建筑識圖與構造、建筑力學與結構、智能測量等。

目前，該課程在高職院校土建施工類專業中屬于專業核心課程，通常開設在第二或第三學期，學時不少于72學時。廣東碧桂園職業學院智能建造工程系智能建造施工技術課程按照學校獨特的“三段遞進，校企共育”教學組織模式開展教學工作，課程共分為智能建造施工技術（一）、智能建造施工技術（二）和智能建造施工技術（三）三個部分，分別開設在第2-4學期的不同時間段。

二、智能建造施工技術課程教學面臨的困境?? 智能建造產業升級給智能建造施工技術課程教學帶來了諸多新思想、新挑戰，新技術、新材料、新設備、新工藝的不斷涌現迫使施工技術課程教學必須與企業崗位實際需求相匹配，注重培養學生的崗位實踐能力。這需要結合現行技術標準合理重構并優化課程內容，使得教學內容具有前瞻性、避免學生在校所學專業知識與企業崗位所需相脫節，但在實際教學過程中也面臨諸多現實問題，主要體現在以下方面。

（一）教學資源匱乏

教材是“三教改革”的重要一環，由于智能建造技術在我國建筑業尚未成熟，加上教材的編寫與出版周期較長等因素，導致目前市面上關于智能建造施工技術的教材相對較少。目前現有絕大多數智能建造施工系列教材未能體現智能建造的實質，其內容并不能有效地聚焦崗位需求。

隨著信息技術的不斷發展，教學環境也由傳統教室轉向智慧教室，傳統的黑板、PPT教學向AR、VR等信息技術轉變。AR和VR實訓設備雖然能豐富教學技術手段的同時，但由于其造價高，并且維護成本較高，短期內很難在高職院校普及，尤其是民辦高職院校。

建筑工程的建造是一個從時間和空間層面上連續進行的生產活動，是一個人、機、料、法、環緊密銜接的整體。碎片化的視頻或者動畫在教學過程中能在一定程度上吸引學生的興趣，但不能準確反映建筑施工過程的工況復雜性和工程項目的實際情況。這容易給學生形成固定思維，在整個教學過程中不能有效發揮學生主動探索、積極思考的主觀能動性。

（二）師資力量不均衡

智能建造施工技術是一門綜合性、實踐性非常強的一門課程，尤其近年來智能建造新技術的不斷涌現，這就需要任課教師具有較強的實踐能力或具備智能建造項目施工的經歷。雖然目前多數院校已通過不同形式吸引行業精英和工匠大師進入學校教學，但是在招聘專任教師時往往過于注重教育背景、學歷等硬性條件。

教師在缺乏企業工作經歷的背景下不能有效將課程教學內容與實踐相結合，目前智能建造施工技術的教學普遍采取的是教師備課—課堂講授—發布任務實施的教學方法，但由于企業資源與項目資源的不足，往往造成項目實際進度與教學進度計劃不符，任務發布后真實項目的施工已經完成或施工進度未到，造成理論教學與實踐教學出現“兩張皮”的現象。

因為缺少實際工程案例教學資源，無法反應施工生產活動的連續性與整體性，導致學生在學習過程中受益不大，從而難以實現課程的教學目標。因此，在智能建造轉型升級背景下需要智能建造施工技術課程團隊具有不斷改革創新的精神，使得教學方式、方法能與時俱進。

（三）校內實訓條件滯后行業發展

為了滿足課程實訓的要求，目前高職院校的普遍做法為在校內建設實訓基地，以靜態展示與學生動手相結合，但在建設靜態樣板時缺乏前瞻性，對“四新”技術應用預留空間很少，并且只靜態展示局部施工工藝，更新速度較慢。在設置實訓項目時，多數僅設置學生比較容易上手、危險性較小的分部分項的工序，不能滿足施工活動在空間與時間上的連續性，更不能滿足人、機、料、法、環的內在聯系，也無法滿足行業的發展對教學提出的新要求。

為解決實訓問題，部分院校在課程末尾時在校內實訓基地開展整周或整月實訓。這種方式在一定程度上能提升學生綜合實訓能力，但也存在一定的弊端，主要體現在以下方面。

（1）校內實訓通常以模板、鋼筋、砌筑、鑲貼等幾個分項工程開展實踐，各工種在空間上不能體現施工活動的空間層次。

（2）校內實訓基地基本無法體現高空作業過程、人與機械的配合、材料與機械的配合、工序與機械的配合。

（3）整周或整月集中實訓，會出現學生多、老師少、工作面少等情況，在實訓過程中容易造成動手的學生少，觀望的學生多，實訓效果不佳，同時也給教學中的安全管理帶來了很大的難度。

（4）集中實訓往往造成學生老問題、舊困惑沒有及時解決，新問題、新困惑又積累，從而產生厭學、棄學的現象。

為有效提升學生綜合實訓能力，而實際的施工生產活動是人、機、料、法、環協調管控的有機整體。由此，廣東碧桂園職業學院創新性地提出了校內實訓為輔、實際在建工程項目為主的“工地課堂”教學組織形式，有效解決理論教學與實踐教學相脫節的情形，以期為高職院校的教學改革提供些許思路與借鑒。

三、創新教學組織形式，實施“工地課堂”教學策略（一）銜接真實項目建設進程，靈活調整授課邏輯

智能建造施工技術課程依托真實智能建造試點項目，融合智能建造體系下的新技術、新工藝和新設備，并結合BIM技術、建筑機器人、3D打印、鋁模、塑料模板、裝配式技術、高精地面、智能爬架等內容。依據項目總進度計劃修訂專業人才培養方案中的課程教學內容與授課邏輯，并制定智能建造施工技術課程教學總體實施方案。

總體實施方案中包括理論教學、課內虛擬仿真實訓、校內實訓基地綜合實訓以及“工地課堂”的組織安排與實施舉措，結合項目年度和季度計劃合理安排《智能建造施工技術》課程的具體教學內容，并編寫相應的課程標準和授課進度安排。銜接項目每月進度計劃及時調整課程內容和教學進程，保證課程教學在總體實施方案下有序、有效地開展。

（二）聚焦崗位重構課程體系，優化教學內容

鑒于學生畢業后主要就業于總承包施工企業的智能建造工程師崗、智慧測量崗、質量崗、技術崗、施工崗和資料崗。為此，該校建筑工程技術專業聚焦學生專業崗位職務能力，以碧桂園集團在校周邊項目及學校在建真實項目，結合行業標準與碧桂園集團共同開發以建筑工程制圖與識圖（規劃圖、基坑圖、建筑圖、結構圖、室內裝修圖、機電圖、室外圖）為基礎，建筑工程測量為支撐，智能建造施工技術為骨干的課程體系。

結合總承包企業崗位技能要求及施工承包范圍，重構優化智能建造施工技術的教學內容，在形式上劃分為地下室施工階段、主體結構施工階段、裝修與屋面階段，在教學內容上弱化甲指分包施工內容的教學，強化總承包施工內容的教學。

近年來，隨著建筑機器人在實際工程項目中的應用，建筑產業的智能化得到了很大的提升。在這種智能化環境下，施工現場大部分“臟、累、險”的工種作業由智能建造技師通過指揮建筑機器人來替代工人完成，而收邊收口則由人工配合完成。這就要求智能建造施工技術課程不能拋棄或放松對于傳統施工技能的學習。因此，智能建造施工技術課程教學內容應在傳統課程內容基礎上植入建筑機器人、3D打印、BIM技術等建造科技，課程教學內容見表1所示。

（三）依托“三段遞進 校企共育”人才培養模式，分階段實施“工地課堂”教學表1智能建造施工技術課程教學內容

序號教學階段弱化教學內容強化教學內容植入最新建造科技1地下室

施工階段1.基坑支護與降水

2.地基處理

3.大土方工程

4.除預制樁外的其他類型的樁基工程1.預制樁工程

2.小土方工程

3.塔吊工程

4.地下防水工程

5.大體積混凝土工程1.地庫抹平機器人

2.地庫抹光機器人

3.地坪漆噴涂機器人

4.智能測量機器人

5.BIM技術2主體結構

施工階段1.預應力混凝土工程

2.結構安裝工程

3.除填充墻外其它砌筑工程1.鋼筋工程

2.模板工程

3.樓面混凝土工程

4.裝配式施工

5.腳手架工程

6.施工電梯、卸料平臺1.預制鋼筋、3D打印

2.鋁模、塑料模板

3.樓面抹平機器人

4.智能布料機

5.混凝土打磨機器人

6.螺桿洞封堵機器人

7.智能施工電梯

8.裝配式技術3屋面及

裝修階段1.正置式屋面施工

2.傳統防水卷材作業

3.傳統防水涂料作業

4.瓦屋面與金屬屋面

5.龍骨天花、隔墻

6.裱糊及軟包

7.木窗1.倒置式屋面施工

2.預鋪及濕鋪類防水卷材作業

3.自愈合類防水涂料作業

4.墻地磚鑲貼

5.室內外抹灰、防水、噴涂1.地磚鋪貼機器人

2.墻磚鋪貼機器人

3.內墻噴涂機器人

4.外墻噴涂機器人1.第一階段：工地現場開展教學，培養學生職業理念

智能建造施工技術（一）主要培養學生認知相應施工工藝和施工方法，課程內容穿插校內實訓和企業認知實踐，加深對專業理論知識的理解，讓學生清楚建筑項目的建設過程。通過觀摩智能建造項目建筑機器人施工、智能爬架頂升、智能布料機澆筑混凝土、鋁模支設以及新型塑料模板應用等智能建造體系下的新內容，進一步提升學生對專業學習的積極性、增強職業認同感。

第一階段工地課堂的組織主要是課內穿插、每次安排半天、由學校統一安排車輛接送師生往返項目和學校之間，教師團隊在學校制度支持下與在建項目充分溝通、及時協調、做好周密計劃與安排，確保學生課程實踐安全、有序開展。

2.第二階段：植入崗位職責，鍛煉學生崗位職務能力

智能建造施工技術（二）主要圍繞提升學生崗位典型工作任務的專業實踐能力，構建以典型工作任務為載體的崗位專業知識應用深化學習和技能強化訓練項目，體現聚焦學生崗位專業實踐能力，突出專業知識應用與實踐，采用工學交替的教學模式，實踐中及時收集并集中解決學生崗位職務工作中的共性問題，培養學生崗位職務能力與職業精神。

第二階段工地課堂的組織在校內崗位強化訓練的基礎上，針對校外在建項目分崗位分階段分批實訓。在現場教學中植入項目相應崗位職責，鍛煉學生崗位責任、提升崗位職務能力。

3.第三階段：深化專業知識，理論學習聯系實際應用

智能建造施工技術（三）重點圍繞提升學生專業崗位職務能力，實現本專業培養基層一線管理干部或技術骨干的目標，聚焦學生企業崗位職務工作標準，構建專業崗位職務能力提升課程，對學生的創新思維和創新能力培養落實到指導學生畢業設計之中。

第三階段工地課堂的組織主要是以企業導師1對1指導為主、校內導師定期指導為輔的企業實踐教學培養。該階段培養要求學生針對崗位有目標、有計劃地開展學習，在企業崗位上不斷深化專業知識，做到理論學習能夠聯系實際應用，讓學生幫助項目解決實際工程應用問題，培養學生具備基層一線管理干部或技術骨干的業務能力，力爭培養學生畢業前就能達到施工管理崗位主管級別的業務水平和職業管理能力。

四、聚焦專業崗位職務能力培養，“工地課堂”教學實施成效（一）人才培養質量逐年提升

“工地課堂”教學模式在保留必備基礎性內容基礎上，以專業課的課程設置、教學內容、學習效果評價方法的優化升級作為切入點，利用工地課堂作為項目模擬平臺，突出培養學生的組織領導力、風險把控力、項目運營力、技術創新性等。

經過近幾年以“工地課堂”為平臺的教改探索，畢業生的培育質量獲得了顯著提高。這種轉變意味著高等教育在不斷滿足用人單位對人才需求方面邁出了非常堅實的一步。用人單位不僅局限于碧桂園集團旗下企業，眾多國有企業、機關事業單位都對我校畢業生培養質量給予了極大的肯定。我校畢業生就業率和畢業薪酬也獲得了逐年穩步提高。

在智能建造背景下，聚焦智能建造產業技師這一新型崗位。校企聯合開發課程和教材，通過聚焦專業崗位職務所需知識與能力，著重培養學生專業技能和綜合素養。近年來，學生參加土建類各項省級技能競賽和創新創業類項目申報屢獲佳績。

（二）教師團隊教研能力顯著提升

“工地課堂”教學要求教師從教學目標的設置、教學資源的獲取、課堂活動安排、學習效果評價等方面都體現出創新性與實踐性。課程團隊強調實踐為王、學以致用，并結合工地課堂的教學特點充分發揮現場資源，教師團隊教學能力顯著提升，在各級各類教師教學能力比賽和教育研究成果獎方面均取得優異成績。

校企組建混編課程團隊，聯合開發智能建造建筑機器人施工教材并出版，校企雙方針對現場教學痛點聯合申報多項實用新型專利并獲授權，多項省級科研項目獲批立項。

總結

文章聚焦智能建造產業需求，分析智能建造背景下智能建造施工技術課程教學面臨的困境及課程教學改革的迫切需要，通過重構課程體系，優化課程內容，創新教學組織形式，提出了智能建造背景下基于“工地課堂”的教學組織形式。

結合專業人才培養目標，在學校“三段遞進 校企共育”模式下分階段開展智能建造施工技術課程“工地課堂”教學，使學生清晰職業理念、掌握專業知識、能解決實際問題。通過“工地課堂”的教學，逐步實現“懂知識-能應用-會管理”三段遞進培養目標。

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[基金項目：2022年度廣東省普通高校青年創新人才項目“智能建造背景下建筑機器人施工課程建設探索”（項目編號：2022WQNCX303）；廣東省智能建造施工產業學院、廣東省建筑工程技術高水平專業群項目建設成果。]

責任編輯朱守鋰