現代土木工程教育中面臨的挑戰與機遇

摘要：土木工程專業作為傳統工科學科，近些年隨著社會經濟發展、房地產市場影響以及就業環境改變等，使得土木工程專業面臨諸多挑戰。本文首先針對土木工程專業目前面臨的挑戰與機遇進行說明，針對計算機、互聯網和人工智能等前沿專業在土木工程專業中的應用前景和機遇等進行分析，從跨學科融合的角度提出項目驅動學習和培養學生的跨學科思維等方面對土木工程專業教育進行改進。其中培養學生跨學科思維從交叉學科課程設計、組建跨學科項目團隊、建立跨學科研究中心等角度進行論述，強調了跨學科教育對于現階段土木工程專業教育的重要性。以滿足現代社會發展和專業領域的實際需求，并以此來提高學生的綜合素養，以適應變化的就業市場，提高土木工程專業吸引力。

關鍵詞：土木工程專業；跨學科融合；項目驅動學習；跨學科思維

1 概述

土木工程作為一門傳統的工程學科，在社會發展建設過程中扮演著關鍵的角色，然而，隨著社會不斷發展，人民生活需求不斷提升以及現代科學技術的迭代更替，土木工程領域以及專業教育都面臨著不可忽視的挑戰。近年來，土木工程領域經歷了重大的市場變革，尤其是我國房地產市場的影響，導致曾經熱門的專業逐漸變得冷門。學生和家長開始對土木工程的就業前景產生疑慮，這引發了關于專業選擇的討論。

然而，土木工程仍然具有不可替代性。建筑、交通、水資源管理等領域仍然需要專業的土木工程師來解決復雜的問題。此外，土木工程專業在可持續發展和智能化基礎設施領域也發揮著關鍵作用。因此，我們必須審視土木工程教育的現狀，尋找創新的途徑，以適應新的市場需求和社會挑戰。

本文旨在探討土木工程教育面臨的挑戰，以及如何通過與計算機、互聯網等新興學科融合來解決土木工程教育面臨的問題，并從中尋求教育改革與發展出路［1-4］。本文將首先探討土木工程教育的傳統優勢與限制，然后討論市場變化對該專業的影響，以及學生對土木工程專業的疑慮。本文將重點關注跨學科融合的機遇，探討計算機技術在土木工程中的作用。之后將討論教育改革和創新的方法，包括項目驅動學習以及培養學生的跨學科思維能力。通過本文的研究和討論，希望為土木工程教育的未來提供有益的見解，促進這個傳統領域的持續發展和創新。

2 土木工程教育的挑戰

2.1 傳統土木工程教育的優勢與限制

在這一小節中，將探討傳統土木工程教育的優勢，同時也要正視其面臨的限制和挑戰。

首先土木工程學科優勢有以下幾個方面：

（1）社會建設發展支持：傳統土木工程為社會基礎設kviNiHgbI/R7FX3FaTiklzTCu0fgnrU4QNIGRkmRzo0=施的建設和維護提供了堅實的支持，包括道路、橋梁、建筑物、水資源管理等領域，這些基礎設施對社會的運轉至關重要。從全球范圍來看，建筑結構、道路橋梁等仍在不斷建設和發展過程中，這離不開土木工程專業人員的參與。從國內發展角度，雖然近些年房地產市場遇冷，但土木相關基礎設施和建筑結構的建設和發展工作仍在穩步向前，在國內大體量的需求下，土木工程專業仍是國家建設發展剛需。

（2）不可替代性：隨著現代計算機、互聯網，特別是人工智能技術的出現和不斷發展，許多專業性工作逐漸被取代，人工智能領域與其他專業的融合不僅推動了傳統專業本身的發展，也取代了一部分工作，這引起了部分從業人員和相關專業學生的擔憂。但土木工程相關工作由于具有復雜的專業性，并且隨著新興技術的不斷發展，土木工程專業在實際工程中的工作仍然相對復雜，在現階段仍無法被人工智能所取代，其本身具有不可替代性。

目前土木工程專業所面臨的挑戰有：

（1）市場需求變化：近年來國內房地產市場發生巨變，人口結構逐步發生改變以及經濟發展放緩等情況，社會整體對住房及商業用房需求整體降低，對于土木工程專業畢業生的需求不斷減小，導致就業市場縮減。同時隨著社會經濟發展更迭，對建筑工程及基礎設施等的需求不斷提高，傳統土木工程教育可能需要更新以滿足這些新需求。

（2）課程更新困難：土木工程專業具有較長的發展歷史，其學科建設已相對完善，但隨著社會經濟發展以及人們對于建筑和基礎設施建設需求的改變和提高，傳統土木工程課程可能不足以覆蓋新興領域和技術，在某些領域難以滿足現有的需求，如智能基礎設施和可持續建筑。因此，更新課程來跟上行業發展是一項挑戰。

（3）就業前景疑慮：從國內角度來看，近幾年國內經濟增長放緩，城鎮建設速度逐漸減慢，中大型城市對于住房和商用建筑需求較之前有所降低，使得學生和家長對土木工程專業的就業前景和吸引力感到擔憂，尤其是在一些市場發生變化的情況下。這些問題不僅影響到土木工程專業的招生情況，還使得已有的土木工程專業學生在畢業之前尋求專業轉換，以更換到更熱門更具發展潛力的專業上。

從以上分析可以看出，土木工程專業作為曾經熱門的傳統工科專業，已經逐漸走出曾經的趨之若鶩，在現代社會發展的大背景下，其所面臨的挑戰不言而喻。

2.2 學生對土木工程專業的疑慮與挑戰

隨著國內經濟發展結構轉變，房地產整體下滑以及就業環境的改變，土木工程專業的吸引力似乎有所下降，學生對該專業的看法也發生了變化。土木工程專業學生對目前的就業前景、職業發展方向、與其他專業領域互通性等方面產生了疑慮。對于學生最關心的就業問題，尤其是針對相關職業類型的選擇以及職業發展前景等問題上尤其突出。相對于科技領域如計算機科學、互聯網技術以及一些老牌熱門專業如金融、醫學等，土木工程專業的吸引力相較于過去幾十年迅速降低，學生認為其他專業和領域不管是在就業還是職業發展以及薪資待遇上更具有競爭力和發展潛力。此外，由于現代人工智能等新興科學技術的產生和發展，部分學生對于人工智能對土木工程專業工作的可替代性產生了質疑。同時也擔心傳統工科專業與計算機等前沿技術脫軌，滯后于最新的技術與趨勢，無法滿足未來社會發展的需求，且一些學生希望獲得更多與數字技術和計算機科學相關的知識。

專業環境的改變以及學生對土木工程專業的疑慮都反映了目前土木工程專業教育所面臨的挑戰。首先，為了向學生傳達土木工程專業的價值和發展潛力，應該努力提高專業吸引力。同時，為了從根本上提高土木工程專業的競爭力，應對市場以及社會發展變化，土木工程教學本身應不斷發展更新，不僅要發展本學科的教學方式、專業知識以及考核方式等，還要將傳統學科教學與新興學科和前沿科技等相結合，這不僅有助于提高專業學生的競爭力，還能夠保持土木工程專業的新鮮度。另外，應積極推動交叉學科以及跨學科融合發展，以培養具備多樣性和前沿性的土木工程專業畢業生，提高其在就業市場的競爭力。理解并應對學生的疑慮和教育界面臨的挑戰，是確保土木工程專業持續發展和吸引力的關鍵因素。

3 跨學科融合的機遇

隨著計算機技術的不斷發展以及人工智能的興起，越來越多的專業性工作被取代，同時也有更多專業性工作借助新興科技實現迭代更新并發展出許多分支學科。目前，國內外高校通過跨學科融合對專業教育進行改革，使得如土木工程之類的傳統專業借助新興技術煥發出新的生命力。土木工程專業與計算機等新興學科看似截然不同的領域，但在實際應用中可以建立深刻的聯系。首先，計算機能夠為土木工程相關計算提供有效手段，計算機模擬和建模技術在土木工程專業研究和設計工作中發揮著關鍵作用，且逐步具有不可替代性，其在幫助學生和專業工程師預測結構反應、分析設計方案等方面都起著關鍵作用。其次，隨著人工智能技術的興起和發展，不斷有相關研究人員將這一新興科技融入不同學科領域中，以土木工程專業為例，已有相關研究借助人工智能實現簡單的建筑結構設計，并且在未來必定會接管更多的專業性工作。最后，土木工程技術的發展與計算機等密切相關，通過編程、模擬等解決工程問題已經成為現代土木工程應用的主流之一，因此土木工程專業與計算機、人工智能等專業密切相關。

社會經濟發展是實現跨學科融合的內在驅動力，專業環境以及市場需求改變是跨學科融合的必然結果。目前國內許多高校已經開設了交叉學科等不同方向，將計算機等新興專業與傳統工科專業相結合。以同濟大學為例，土木工程作為其傳統王牌專業，隨著近幾年房地產環境改變，專業遇冷，學校主動尋求教學改革以及專業方向改變，在保證傳統教學的基礎上積極引入計算機和人工智能等專業。盡管從長遠角度來看跨學科融合具有廣闊的發展前景，但在教學中實現這種融合也面臨著一些挑戰。首先，從教學角度，教師本身需要在具備扎實專業能力的同時，還要涉及相關計算機領域知識，這對于專業授課教師本身具有一定的挑戰。其次，跨學科融合并不是簡單將兩個學科的專業知識打包教學，而應該針對土木工程專業具體問題和實際應用方向上尋求學科之間的互補互長。這些不僅要求學校更新課程，改進教學方法，加強跨學科合作，同時也要確保學生能夠掌握不同領域專業的核心知識和技能，而不會產生較大負擔，以應對未來不斷變化發展的就業市場，并為未來的工作和工程實踐做好準備。

4 教學方法的創新

4.1 項目驅動學習

項目驅動學習是指通過將實際項目引入教學中，并將知識點引入項目運行中實現教學與實踐相結合，幫助學生更直觀感性了解和學習相關專業知識，并對其實際應用有所了解，對于工科以及實踐類專業具有明顯優勢［5］。項目驅動學習在土木工程專業教學中具有較大的發展潛力，尤其是在跨學科融合領域，將計算機科學和人工智能等融入相關專業知識學習。傳統土木工程專業教學通過大量理論知識學習，以及試驗課程幫助學生完成相關專業知識的學習。但土木工程專業具有較強的實踐屬性，許多畢業生進入實際工程崗位后，對于曾經學習過的專業知識缺乏實際運用能力。而項目驅動學習強調實踐能力的培養以及實際工程項目的綜合應用，能夠幫助學生在學習專業知識的同時鍛煉其實踐能力。

隨著技術與需求的不斷發展，許多實際工程中涉及土木工程專業與計算機、人工智能等專業的交叉融合。例如房屋智能檢測中無人機的應用，建筑結構設計中編程的應用以及智能監測和大數據分析等。通過在教學中引入交叉學科實際項目工程，在教授專業知識的同時，幫助學生直觀理解交叉學科在實際工程中的應用方式，學生可以在解決實際問題的過程中加深對于計算機科學和本專業知識的學習和理解。這種創新方法不僅使學生更好地理解和應用土木工程知識，還使他們具備了適應未來工程領域快速發展和變化的能力。

4.2 培養跨學科思維

培養學生的跨學科思維是現代土木工程教育的關鍵任務之一，特別是在與計算機和互聯網專業之間的交叉學科問題愈加突出的情況下。

（1）交叉學科課程設計：創建跨學科課程，將土木工程與計算機科學和互聯網技術融合在一起。這些課程可以涵蓋計算機建模、數據分析、虛擬實驗和互聯網應用等方面，鼓勵學生學習多個領域的知識并將其整合到項目中。相關專業課老師應涉獵相關交叉學科的知識，并能夠熟練運用，以幫助學生理解和掌握相關知識。

（2）跨學科項目團隊：組建跨學科的項目團隊，由土木工程、計算機科學和互聯網專業的學生一同參與。這樣的團隊將不同背景的學生匯集在一起，迫使他們學會理解和學習不同學科的觀點和方法。同時應以實際工程優先，通過將不同專業知識融匯在實踐項目中，不僅能夠幫助學生理解理論知識，還能夠提高其實踐綜合素養。

（3）實際項目經驗：鼓勵學生參與實際項目，特別是那些涉及計算機和互聯網技術的項目。這些項目可以包括智能城市規劃、建設智能化建筑或開發基礎設施監測系統等。通過親身參與，學生將學會如何將不同學科的知識應用到實際問題的解決中。

（4）跨學科研究：鼓勵學生參與跨學科研究項目。這可以包括與其他學科的教授或研究人員合作，共同研究解決復雜問題的方法。通過研究，學生將更深入地了解不同學科的互動和協作。

（5）綜合性項目：設計綜合性的畢業項目或綜合性考試，要求學生綜合應用土木工程、計算機和互聯網技術的知識來解決復雜的工程問題。這樣的項目可以考核學生的跨學科思維和解決問題的能力。

（6）跨學科研究中心：以學校為中心，通過校級之間、院級之間建立跨學科教學與研究中心，旨在提升跨學科之間的交流與合作，促進跨學科融合。通過跨學科間教師與項目交流，建立專業課教授與學生學習實踐重要平臺，并推進校企聯合，積極實施項目推動學習建設。

跨學科思維的培養與訓練不僅取決于專業課教師和學生，更重要的是從學校層面給予支持和推動，通過跨學科課程建立、教學改革、項目牽引、課題研究相聯合，學生可以更好地學習和理解各學科之間的聯系，培養學生的跨學科思維，從根本上培養學生將不同學科領域應用在本專業中的潛力，并且使學生同時具備多學科綜合素養。這樣的教育模式不僅有助于學生的個人發展，還有助于推動土木工程領域的創新和進步。

結語

現代土木工程專業面臨的挑戰以及市場和社會環境改變，使得土木工程專業教育應尋求突破與創新以適應這種改變。計算機和人工智能等新興科技的發展給予了土木工程這類傳統工科專業革新的機會，跨學科融合在現代專業教育中具有關鍵地位，有助于為土木工程專業尋求新的發展機會。本文通過討論傳統土木工程專業面臨的挑戰和機遇，從跨學科融合的角度討論了目前專業教學中可以進行改進的方向，以提高學生的綜合素養和土木工程專業的吸引力并優化其就業前景。

參考文獻：

［1］余頌平，程書林，陳發軍.跨學科綜合創新設計教育的理論與實踐［J］.高等工程教育研究，2017，2（4）：33-39.

［2］李俊，趙德剛，楊林，等.土木工程本科專業發展與教育改革研究［J］.教育教學論壇，2019，36（9）：119-122.

［3］王曉峰，肖江.土木工程教育中跨學科課程融合的實踐與探索［J］.實驗室研究與探索，2016，35（7）：187-191.

［4］張慶龍，李子明，張衛東.計算機與土木工程交叉學科研究與教學改革［J］.中國高等工程教育研究，2018，9：30-34.

［5］孫兆云，黃艷紅.基于項目驅動學習的土木工程教育改革研究［J］.實驗室研究與探索，2019，38（3）：69-72.

作者簡介：宋戈（1992—），男，漢族，江蘇徐州人，工學博士，講師，研究方向：防災減災工程及防護工程。