新工科背景下土木-智能建造實(shí)踐基地建設(shè)實(shí)踐

摘要：實(shí)踐基地建設(shè)是新工科背景下促進(jìn)土木工程專業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推進(jìn)產(chǎn)教融合，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。文章闡述在產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人機(jī)制下土木-智能建造綜合實(shí)踐基地建設(shè)實(shí)踐，表明實(shí)踐基地建設(shè)可以促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)體系完善，推進(jìn)教學(xué)改革，推動(dòng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐基地；產(chǎn)學(xué)合作；土木工程；新工科

為了推動(dòng)教育資源與產(chǎn)業(yè)需求的有效對(duì)接，2020年1月，教育部辦公廳印發(fā)《教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目管理辦法》的通知，旨在通過政府搭臺(tái)、企業(yè)支持、高校對(duì)接、共建共享，深化產(chǎn)教融合。企業(yè)的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)與高校的知識(shí)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，可以推動(dòng)學(xué)生的全面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)教育的現(xiàn)代化和人才培養(yǎng)的多元化提供方向與動(dòng)力。

一、新工科背景下土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

第一，實(shí)踐基地?cái)?shù)量和質(zhì)量不足。實(shí)踐是土木工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，實(shí)踐基地的數(shù)量和質(zhì)量直接關(guān)系到學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)效果。由于土木工程專業(yè)的特殊性，實(shí)踐基地的建設(shè)需要大量的資金和資源投入，包括設(shè)備、土地、建筑材料等，這些因素限制了實(shí)踐基地的數(shù)量擴(kuò)張。此外，實(shí)踐基地設(shè)施不完備、缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)、師資力量缺乏等因素也影響了學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)效果。過去5年，遼寧科技大學(xué)土木工程學(xué)院一直致力于新的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐基地的建設(shè)，但由于資金遲遲無法到位，建設(shè)場(chǎng)地遲遲無法落實(shí)，新的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐基地一直沒能落實(shí)到位。而原有實(shí)驗(yàn)室空間狹窄，一些新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝空間不足，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)受到很大限制。

第二，實(shí)踐的組織形式單一。當(dāng)前，學(xué)生實(shí)習(xí)的主要模式是集中、短時(shí)間內(nèi)到企業(yè)生產(chǎn)一線和工程現(xiàn)場(chǎng)觀摩實(shí)習(xí)。在這個(gè)過程中，高校教師帶領(lǐng)學(xué)生來到企業(yè)生產(chǎn)一線，工程技術(shù)人員負(fù)責(zé)講解，回答學(xué)生的問題。在這個(gè)過程中，學(xué)生仍單向地接受知識(shí)，并沒有參與企業(yè)的生產(chǎn)，達(dá)不到雙向互動(dòng)的實(shí)踐效果，也就談不上培養(yǎng)校企融合的創(chuàng)新型人才。由于工程施工現(xiàn)場(chǎng)組織復(fù)雜，施工人員、機(jī)械較多，現(xiàn)場(chǎng)嘈雜等諸多因素，往往導(dǎo)致實(shí)習(xí)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。目前，學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)都存在組織形式單一的問題，大型施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境也在客觀上限制了學(xué)生短期內(nèi)頂崗實(shí)習(xí)的可能。

第三，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)。“互聯(lián)網(wǎng)+”和“人工智能”已是新工科發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域，正在推動(dòng)工程教育的深刻變革。然而，目前傳統(tǒng)土木工程專業(yè)的教育理念和教學(xué)內(nèi)容大多仍停留在原地，高校對(duì)企業(yè)需求了解不足，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)跟不上近年來產(chǎn)業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，不能滿足社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展對(duì)工程創(chuàng)新人才的需求。這種情況體現(xiàn)在課程的設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容的更新、教學(xué)資源的配置等方面。如高?，F(xiàn)有的實(shí)踐基地缺乏虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）設(shè)備，無法為學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；當(dāng)前的培養(yǎng)體系缺乏對(duì)智能建造、機(jī)器人技術(shù)等土木工程新興領(lǐng)域的描述；學(xué)生學(xué)習(xí)的土木工程材料仍主要集中在傳統(tǒng)的鋼筋、混凝土等材料上，而對(duì)新型智能材料和3D打印技術(shù)等新材料、新工藝知之甚少。

企業(yè)作為工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求方和最大受益方，理應(yīng)在人才培養(yǎng)模式、實(shí)踐內(nèi)容建設(shè)、實(shí)踐資源保障等方面深度參與高校實(shí)踐教學(xué)基地的建設(shè)，校企合作、產(chǎn)教融合，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

二、新工科背景下土木工程專業(yè)產(chǎn)教融合實(shí)踐基地建設(shè)實(shí)踐

（一）土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案概況

遼寧科技大學(xué)土木學(xué)院土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有綜合運(yùn)用寬口徑專業(yè)知識(shí)和技能，具有識(shí)別、表達(dá)、分析和解決土木類復(fù)雜工程問題能力，具有創(chuàng)新精神、自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，能在工業(yè)與民用建筑工程、道路橋梁工程、隧道工程等領(lǐng)域，從事土木類工程設(shè)施或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維和管理等工作的應(yīng)用型高級(jí)專門人才。

從中可以看出，培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力提出了很高的要求，所以建設(shè)新工科背景下適應(yīng)時(shí)代進(jìn)步的創(chuàng)新型實(shí)踐基地勢(shì)在必行。在此背景下，同時(shí)為了響應(yīng)教育部高等教育司《關(guān)于征集2021年產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目的函》的號(hào)召，遼寧科技大學(xué)土木工程學(xué)院與天津百川偉業(yè)建筑科技股份有限公司結(jié)合土木工程轉(zhuǎn)型升級(jí)新需求，聯(lián)合申請(qǐng)了“實(shí)踐條件和實(shí)踐基地建設(shè)項(xiàng)目”并獲得立項(xiàng)，建設(shè)土木-智能建造綜合實(shí)踐基地，將傳統(tǒng)土木工程專業(yè)與新興智能建造專業(yè)有機(jī)融合，將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、課程建設(shè)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等有機(jī)融合，打造面向未來的土木-智能建造綜合創(chuàng)新型人才。

（二）實(shí)踐基地建設(shè)實(shí)施路徑

土木-智能建造綜合實(shí)踐基地的建設(shè)，采用“遼寧科技大學(xué)-百川偉業(yè)（天津）建筑科技有限公司”校企共建的模式。基地基于遼寧科技大學(xué)土木學(xué)院BIM中心建立，基地場(chǎng)地規(guī)模足夠，計(jì)算機(jī)軟硬件配套齊全。百川偉業(yè)建筑科技有限公司提供了一年期價(jià)值20萬元的“BIM建筑教學(xué)系統(tǒng)”，負(fù)責(zé)策劃和設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方案，負(fù)責(zé)對(duì)基地建設(shè)和參與組織管理工作的教師進(jìn)行培訓(xùn)并提出指導(dǎo)意見；對(duì)參與實(shí)訓(xùn)的學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)和測(cè)評(píng)，并在建設(shè)過程中根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求、數(shù)據(jù)安全、軟件和平臺(tái)的通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了基地的配置。土木學(xué)院配備專任教師進(jìn)行基地的管理和運(yùn)營，組織教師和學(xué)生參與基地日常工作，基于實(shí)踐基地開展項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開發(fā)并推廣實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成果。

（三）建設(shè)內(nèi)容與成效

1.實(shí)踐基地建設(shè)服務(wù)于創(chuàng)新人才培養(yǎng)

在土木-智能建造綜合實(shí)踐基地建設(shè)期間，遼寧科技大學(xué)土木工程學(xué)院利用企業(yè)提供的BIM建筑教學(xué)系統(tǒng)軟件，為土木工程、智能建造工程專業(yè)學(xué)生提供了一個(gè)實(shí)際操作和實(shí)訓(xùn)的平臺(tái)。共有土木2020級(jí)、智建2021級(jí)總計(jì)5個(gè)班180余名學(xué)生完成了建筑節(jié)點(diǎn)場(chǎng)景認(rèn)識(shí)訓(xùn)練、平面圖紙生長訓(xùn)練、平法梁模擬施工訓(xùn)練、鋼筋組合模擬實(shí)訓(xùn)等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，其間既有對(duì)已有知識(shí)的可視化重現(xiàn)內(nèi)容，又有虛擬配筋、虛擬施工等虛擬仿真操作內(nèi)容，學(xué)生可以更好地理解和掌握已有知識(shí)，也可以將已有知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)完成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的梁柱等構(gòu)件的施工?；氐慕ㄔO(shè)為學(xué)生提供了一個(gè)自由探索、嘗試和創(chuàng)新的環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生不斷提出新方法，不斷進(jìn)行試錯(cuò)，在反復(fù)試錯(cuò)的過程中提高實(shí)際操作能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

2.實(shí)踐基地建設(shè)服務(wù)于實(shí)踐教學(xué)體系完善

首先，實(shí)踐基地的建設(shè)豐富了實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目。土木-智能建造綜合實(shí)踐基地建設(shè)期間，為房屋建筑學(xué)、土木工程施工、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)課程開展實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目提供了新思路。通過建筑節(jié)點(diǎn)場(chǎng)景認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)，學(xué)生可以精準(zhǔn)了解多達(dá)220個(gè)建筑節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)構(gòu)造，查看包括該節(jié)點(diǎn)的施工影像、BIM影像、知識(shí)庫、建筑設(shè)施等相關(guān)信息，通過節(jié)點(diǎn)模型拆分、漫游等功能，展示節(jié)點(diǎn)的施工步驟，讓學(xué)生足不出戶學(xué)習(xí)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工工藝。通過平面圖紙生長訓(xùn)練，學(xué)生可以在類似于真實(shí)的施工環(huán)境中體會(huì)從施工圖到竣工完成的全部建造生長過程。通過平法梁及鋼筋組合模擬實(shí)訓(xùn)，學(xué)生以交互模式，沉浸式、任務(wù)式完成相關(guān)構(gòu)件的平法施工操作，訓(xùn)練讀圖、識(shí)圖及動(dòng)手操作能力。

其次，實(shí)踐基地的建設(shè)促進(jìn)了課程體系建設(shè)。在依托實(shí)踐基地平臺(tái)開展實(shí)踐教學(xué)過程中，遼寧科技大學(xué)土木工程專業(yè)課題組修訂了實(shí)踐教學(xué)大綱，完成了相關(guān)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的編制。重新修訂后的實(shí)踐教學(xué)大綱緊緊圍繞新工科建設(shè)內(nèi)涵，優(yōu)化和重組了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)企業(yè)需求和社會(huì)發(fā)展前沿，更加注重創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)。同時(shí)，實(shí)踐基地的建設(shè)推動(dòng)了教學(xué)方法改革，促使教師更加注重學(xué)生的實(shí)際操作能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，推動(dòng)了教學(xué)方法從傳統(tǒng)的講授式向?qū)嵺`性、探究性轉(zhuǎn)變。

3.實(shí)踐基地建設(shè)服務(wù)于創(chuàng)新交流

實(shí)踐基地的建設(shè)為學(xué)生提供了一個(gè)創(chuàng)新交流的平臺(tái)，學(xué)生在將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的過程中，提高了實(shí)操能力，促進(jìn)了彼此之間的交流融合，團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)得以增強(qiáng)，彼此的思想產(chǎn)生碰撞，從而孵化出新的創(chuàng)意。在基地建設(shè)期間，學(xué)生共開展了基于平臺(tái)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目3項(xiàng)，均為圍繞“BIM+”“3D打印”“新型建材”等行業(yè)前沿方向，學(xué)生的科研水平和學(xué)術(shù)交流能力得以大大增強(qiáng)。在基地建成之后，遼寧科技大學(xué)土木工程學(xué)院將著眼于服務(wù)社會(huì)，舉辦相關(guān)學(xué)術(shù)活動(dòng)，為地方企業(yè)提供創(chuàng)新交流的平臺(tái)；邀請(qǐng)企業(yè)工程師和技術(shù)人員參與教學(xué)，提供行業(yè)視角和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。企業(yè)人員的參與可以為學(xué)生提供一線的工程經(jīng)驗(yàn)和案例分析，增強(qiáng)教學(xué)的實(shí)踐性和互動(dòng)性。通過與企業(yè)的合作項(xiàng)目，學(xué)生有機(jī)會(huì)直接參與真實(shí)的土木工程相關(guān)領(lǐng)域?qū)嵺`，積累寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4.實(shí)踐基地建設(shè)服務(wù)于創(chuàng)新和研究項(xiàng)目的孵化

校企合作實(shí)踐基地的建設(shè)完善了學(xué)校的資源配置情況，包括設(shè)備的更新、材料的供應(yīng)和專業(yè)軟件的支持。這些資源為學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、材料測(cè)試和數(shù)據(jù)分析提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是創(chuàng)新研究項(xiàng)目孵化的前提條件。實(shí)踐基地通過與產(chǎn)業(yè)界的緊密合作，引入工程界的實(shí)際工程項(xiàng)目和問題，為學(xué)生提供了解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì)，有利于形成產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的教育模式，使學(xué)生能夠在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中創(chuàng)新，有效促進(jìn)了創(chuàng)新思維的形成和科研項(xiàng)目的孵化。另外，土木-智能建造實(shí)踐基地鼓勵(lì)不同學(xué)科背景的學(xué)生和教師之間加強(qiáng)交流合作，有利于形成多學(xué)科交叉的創(chuàng)新環(huán)境。這種環(huán)境可以促使學(xué)生從不同角度審視問題，產(chǎn)生新的想法，為研究項(xiàng)目的孵化提供豐富的創(chuàng)意來源。

此外，實(shí)踐基地建立的一整套創(chuàng)新項(xiàng)目孵化流程，包括項(xiàng)目選題、團(tuán)隊(duì)組建、方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)實(shí)施、結(jié)果分析和成果展示等環(huán)節(jié)，可以有效規(guī)范創(chuàng)新項(xiàng)目的孵化過程，為學(xué)生提供系統(tǒng)的研究訓(xùn)練機(jī)會(huì)和實(shí)踐機(jī)會(huì)。在創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)踐過程中，實(shí)踐基地還可以在風(fēng)險(xiǎn)管理和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面提供相應(yīng)的訓(xùn)練，指導(dǎo)學(xué)生如何識(shí)別和應(yīng)對(duì)研究過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，以及如何申請(qǐng)和保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，保障項(xiàng)目的順利進(jìn)行和成果的有效轉(zhuǎn)化。

三、結(jié)語

土木-智能建造綜合實(shí)踐基地的建設(shè)，可以有效彌補(bǔ)新工科背景下實(shí)踐基地不足的現(xiàn)狀，豐富實(shí)踐教學(xué)的組織形式，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新培養(yǎng)目標(biāo)，為土木工程教育的創(chuàng)新提供新的動(dòng)力和方向。基地的建設(shè)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)、實(shí)踐教學(xué)體系完善、創(chuàng)新交流及研究項(xiàng)目的孵化等方面提供了有力支持，為新工科背景下校企之間的交流合作提供了一種有效途徑。

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